3D-биопечать кожи с предшественниками волосяных фолликулов для закрытия ран
Жировая ткань — ключ к 3D-печати многослойной живой кожи и потенциально волосяных фолликулов. Исследователи использовали жировые клетки и поддерживающие структуры из клинически полученной человеческой ткани для точной коррекции повреждений у крыс. Этот прогресс может иметь значение для реконструктивной хирургии лица и даже лечения выпадения волос у людей.
Результаты команды опубликованы 1 марта в Bioactive Materials. В феврале Ведомство по патентам и товарным знакам США (U.S. Patent and Trademark Office) выдало команде патент на разработанную и использованную в этом исследовании технологию биопечати.
Проблема и цель
"Реконструктивная хирургия для коррекции травм лица или головы обычно несовершенна, что приводит к рубцеванию или постоянной потере волос", — сказал руководитель исследования Ибрагим Т. Озболат. Цель работы — создание бионапечатанной полноценной кожи с потенциалом роста волос, что приближает к более естественной реконструкции.
Новизна подхода
Хотя ранее ученые уже печатали тонкие слои кожи, команда Озболата впервые провела интраоперационную печать полной живой системы из нескольких слоев кожи, включая самый нижний — гиподерму. "Интраоперационно" означает возможность печатать ткань во время операции для более быстрого и бесшовного восстановления.
- Верхний слой (эпидермис) формируется самостоятельно с поддержкой среднего слоя и не требует печати.
- Гиподерма, состоящая из соединительной ткани и жира, обеспечивает структуру и поддержку. Она критически важна для заживления ран и цикла волосяного фолликула.
Методология
Исходный материал: Жировая ткань человека была получена от пациентов Медицинского центра Penn State Health Milton S. Hershey.
Компоненты биочернил:
- Внеклеточный матрикс, извлеченный из жира.
- Стволовые клетки, полученные из той же жировой ткани.
- Раствор для свертывания, обеспечивающий связывание на месте повреждения.
Печать: Три компонента загружались в отдельные отсеки биопринтера для совместной печати с точным контролем непосредственно в область раны с целью формирования гиподермы.
Результаты и выводы
- У крыс были достигнуты слои гиподермы и дермы, а эпидермис сформировался самостоятельно в течение двух недель.
- Ключевым для формирования гиподермы оказалась совместная доставка матрикса и стволовых клеток (по отдельности метод не работал эффективно).
- В гиподерме были обнаружены зачатки (downgrowths) — начальная стадия формирования волосяных фолликулов. Жировые клетки, вероятно, изменяли внеклеточный матрикс, делая его более благоприятным для этого процесса.
Перспективы
Исследователи работают над контролем плотности, направления и роста волосяных фолликулов. Технология в сочетании с другими проектами лаборатории (печать кости, подбор пигментации) открывает "многообещающий путь" для:
- Дерматологии
- Трансплантации волос
- Пластической и реконструктивной хирургии
"При полностью автоматизированной биопечати и совместимых материалах клинического уровня эта технология может оказать значительное влияние на клиническое внедрение точно реконструированной кожи", — заключил Озболат.