Впервые в мире исследователи напечатали многослойную живую кожу непосредственно на серьезных травмах у крыс для восстановления кожи без шрамов. Это не научная фантастика — это настоящая 3D-печать кожи (и, возможно, волос) прямо на поврежденных участках.
Кожа головы и лица жизненно важна для защиты структур, лежащих в ее основе. Это также неотъемлемая часть нашей идентичности. Полнослойное повреждение кожи, вызванное травмой или обширной операцией на лице или голове (скажем, по удалению раковой опухоли), может негативно повлиять на уверенность и самооценку человека.
Несмотря на достижения в пластической и реконструктивной хирургии, восстановление полной потери кожи на голове и лице с помощью кожных трансплантатов является сложной задачей. Это может привести к образованию рубцов, необратимой потере волос и отказу трансплантата. Но теперь исследователи из Университета штата Пенсильвания (штат Пенсильвания) стали первыми, кто напечатал на 3D-принтере живую кожу во всю толщину с возможностью роста волос во время операции на крысах, немедленно исправив значительный дефицит кожи на головах животных.
«Реконструктивная хирургия по исправлению травмы лица или головы в результате травмы или заболевания обычно несовершенна, что приводит к образованию рубцов или необратимому выпадению волос», — сказал Ибрагим Озболат, автор исследования. «В этой работе мы продемонстрировали напечатанную методом биопечати полнослойную кожу, на которой у крыс может расти шерсть. Это на шаг ближе к возможности добиться более естественной и эстетичной реконструкции головы и лица человека».
Схема человека Структура кожиDepositphotos
Анатомически кожа состоит из трех слоев: самого внешнего (видимого) эпидермиса, средней дермы и самого глубокого слоя — гиподермы. Гиподерма, состоящая из соединительной ткани и жира, обеспечивает структуру и защитную поддержку черепа. Корни волосяных фолликулов проникают в гиподерму, где начинают расти волосы.
«Гиподерма напрямую участвует в процессе превращения стволовых клеток в жир», — сказал Озболат. «Этот процесс имеет решающее значение для нескольких жизненно важных процессов, включая заживление ран. Он также играет роль в цикле волосяных фолликулов, особенно в содействии росту волос».
Озболат и команда штата Пенсильвания ранее использовали два разных биочернила для одновременной 3D-печати твердых и мягких тканей с целью заживления дыр в черепе. и кожа грызунов. В текущем исследовании они пошли еще дальше.
Они начали с жировой ткани пациентов, перенесших операцию, извлекая сеть молекул и белков – внеклеточный матрикс – которые придают ткани структуру и стабильность. Это образовало один из компонентов биочернил. Вторым компонентом были стволовые клетки, взятые из жировой ткани. Третий представлял собой раствор для свертывания крови, содержащий фибриноген, который помогал другим компонентам связываться с местом повреждения. Каждый компонент загружался в отдельные отсеки биопринтера.
Схема процесса 3D-печати живой кожиКанг и др.
«Три отсека позволяют нам совместно печатать смесь матрицы и фибриногена вместе со стволовыми клетками с точным контролем», — сказал Озболат. «Мы печатали непосредственно на месте травмы с целью формирования гиподермы, которая способствует заживлению ран, образованию волосяных фолликулов, регулированию температуры и многому другому».
Чтобы определить идеальную смесь, исследователи экспериментировали с тремя биочернилами, содержащими разное количество внеклеточного матрикса.
«Мы провели три серии исследований на крысах, чтобы лучше понять роль жирового матрикса, и обнаружили «Доставка матрикса и стволовых клеток имела решающее значение для формирования гиподермы», — сказал Озболат. «Это не работает эффективно только с ячейками или матрицей — это должно работать одновременно».
После биопечати слоев гиподермы и дермы внешний эпидермис сформировался сам по себе, что обеспечило почти полное заживление раны в течение двух недель. Они также обнаружили, что гиподерма содержит «наросты», начало развития волосяных фолликулов. Исследования показали, что стволовые клетки, полученные из жира, тесно связаны с волосяными фолликулами и могут стимулировать их рост, высвобождая факторы роста.
«В наших экспериментах жировые клетки, возможно, изменили внеклеточный матрикс, чтобы он больше способствовал образованию нисходящего роста», — сказал Озболат. «Мы работаем над тем, чтобы добиться развития волосяных фолликулов с контролируемой плотностью, направленностью и ростом».
Видео ниже, включенное в исследовательскую работу, демонстрирует технику 3D-биопечати, используемую для прямой печати. на раны на головах крыс. На видео показаны кровавые открытые раны, поэтому, если вы брезгливы, лучше его пропустить.
Печать новых слоев кожи непосредственно на ране
Исследователи надеются, что их технология, особенно способность к росту волос, улучшит «внешний вид» реконструктивных операций, сделав их более естественными, что окажет положительное влияние на психическое благополучие пациентов. Они рассматривают возможность объединения своей предыдущей работы, 3D-печати костей и исследования того, как согласовать пигментацию с различными оттенками кожи.
«Мы считаем, что эта [технология] может быть применена в дерматологии, трансплантации волос и пластические и реконструктивные операции – это может привести к гораздо более эстетичному результату», – сказал Озболат. «Благодаря полностью автоматизированной биопечати и совместимым материалам клинического уровня эта технология может оказать существенное влияние на клинический перевод точно реконструированной кожи».
Исследование было опубликовано в журнале Bioactive. Материалы.
