Ученые разработали инновационную технологию, которую можно охарактеризовать как «кожу в шприце». Живые клетки, содержащиеся в геле, могут быть напечатаны с помощью 3D-принтера и использованы для трансплантации кожи, что подтверждено результатами исследования, проведенного на мышах. Данный подход открывает перспективы для разработки новых методов лечения ожогов и серьезных травм. Исследование было проведено Центром медицины катастроф и травматологии и Университетом Линчёпинга в Швеции и опубликовано в Advanced Healthcare Materials.
Когда возникают значительные травмы, становится очевидно, что кожа выполняет роль щита, ограждающего организм от воздействия окружающей среды. Поэтому содействие восстановлению защитных функций кожи после серьёзных ожогов может иметь решающее значение для сохранения жизни. В терапии обширных ожогов нередко используется трансплантация тонкого слоя верхнего слоя кожи — эпидермиса, который преимущественно состоит из одного типа клеток. Однако пересадка только этого слоя кожи чревата образованием заметных рубцовых изменений.
Ниже эпидермисом располагается более плотный и сложный слой кожи — дерма. Здесь находятся кровеносные сосуды, нервы, волосяные фолликулы и другие элементы, обеспечивающие работу и эластичность кожи. Пересадку дермы проводят нечасто, поскольку после такой процедуры формируется дефект, сопоставимый по размеру с исходной раной. Задача состоит в создании нового кожного покрова, который будет представлять собой функциональный дермальный слой, а не рубцовую ткань.
«Дерма обладает настолько сложной структурой, что её невозможно культивировать в лабораторных условиях. Мы пока не располагаем информацией о её составе. Теоретически, можно было бы перенести строительные элементы, а затем дать организму возможность самостоятельно сформировать дерму, — отмечает Йохан Юнкер, доцент кафедры пластической хирургии Университета Линчёпинга.
Фибробласты, или клетки соединительной ткани, являются наиболее многочисленными в дерме и их легко можно получить из организма для культивирования в лабораторных условиях. Клетки соединительной ткани обладают способностью дифференцироваться в различные типы клеток в соответствии с потребностями организма. Исследователи разработали технологию культивирования клеток на микроскопических пористых шариках, изготовленных из желатина – вещества, структурно похожего на коллаген, содержащийся в коже. Однако нанесённая на рану жидкость, содержащая эти шарики, не способна долго оставаться на месте.
Для решения этой задачи ученые использовали комбинацию желатиновых шариков и геля на основе гиалуроновой кислоты. В процессе смешивания шарики и гель взаимодействуют посредством клик-химии. Это позволяет получить гель, который, в упрощенном виде, можно представить как кожу, помещенную в шприц.
«Уникальное свойство геля заключается в его способности переходить в жидкое состояние при небольшом давлении. Так, его можно ввести в рану посредством шприца, после чего он вновь обретает консистенцию геля. Благодаря этому свойству, гель можно использовать для 3D-печати вместе с клетками», — отмечает Даниэль Айли, один из авторов исследования.
Используя 3D-печать, исследователи создали небольшие пластины, имплантированные под кожу мышей. Полученные данные свидетельствуют о возможности применения данной технологии для культивирования собственных клеток пациента на основе минимального фрагмента кожи. Затем эти клетки печатаются на 3D-принтере и формируются в трансплантат, который может быть использован для закрытия раны.
«Клетки сохраняют жизнеспособность и синтезируют соединения, необходимые для формирования новой дермы. Также в трансплантатах формируются кровеносные сосуды, что критически важно для поддержания ткани в живых. «Мы полагаем, что этот материал обладает значительным потенциалом», — подытожил Йохан Юнкер.
[Фото: Magnus Johansson/Linköping University]