Исследователи создали 3D-печатную модель для целевой антибиотикотерапии фолликулярных инфекций

Инфекции волосяных фолликулов часто трудно поддаются лечению, потому что бактерии поселяются в промежутке между волосом и кожей, куда активным веществам сложно проникнуть.

Чтобы детально изучить этот сценарий в лаборатории, исследователи из отдела доставки лекарств через биологические барьеры Института фармацевтических исследований Гельмгольца в Саарланде (HIPS) разработали модель с человеческими волосяными фолликулами, встроенными в матрицу, созданную с помощью 3D-печати.

В будущем эта модель может использоваться для тестирования эффективности новых кандидатов в лекарства против соответствующих патогенов непосредственно на человеческих фолликулах. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.

Волосяные фолликулы — это сложные структуры, окружающие корень волоса. Область между кожей и фолликулом создает оптимальные условия для размножения микроорганизмов, что часто приводит к хроническому воспалению. В случае акне инверса это может спровоцировать вторичные заболевания, такие как сахарный диабет или даже острый сепсис. Только в Германии этим заболеванием страдают около 830 000 человек.

Для успешной разработки новых активных веществ против воспаления фолликулов требуются модели, которые могут максимально реалистично имитировать физиологические условия кожи в лаборатории.

Команда под руководством профессора Клауса-Михаэля Лера (HIPS, центр Гельмгольца по исследованию инфекций (HZI) совместно с Саарландским университетом) создала такую модель. Трансплантировав живые человеческие волосяные фолликулы в коллагеновую матрицу внутри 3D-печатного полимерного каркаса, исследователи смогли воспроизвести естественную среду фолликулов.

Преимущества новой 3D-модели

• Раннее тестирование: «Модель позволяет тестировать новые кандидаты в лекарства в микроокружении волосяного фолликула на ранней стадии разработки, не прибегая к испытаниям на животных», — говорит первый автор исследования Сами Алиязди.
• Более реалистичные условия: Ранее кандидаты тестировались на более простых моделях, например, на свободно плавающих фолликулах в жидкой культуре, которые неадекватно отражают реальные условия у пациентов.

Уже достигнутые результаты

С помощью новой модели исследователи показали, что наночастицы проникают и распределяются в волосяных фолликулах лучше, чем в культурах свободно плавающих фолликулов. Наночастицы способны глубоко проникать в фолликулы и подходят в качестве носителей для активных веществ. Команда Лера также продемонстрировала, что инфекции фолликулов, вызванные больничным патогеном Staphylococcus aureus, можно лечить значительно эффективнее, если «упаковать» антибиотик рифампицин в такие наночастицы.

Перспективы и дальнейшая работа

Новая 3D-модель преодолевает некоторые проблемы предыдущих лабораторных моделей, обеспечивая более реалистичную репликацию микроокружения и возможность долгосрочного культивирования. Однако работа продолжается.

• Требуется оптимизировать механические свойства полимера.
• Планируется включить дополнительные типы клеток, такие как фибробласты и иммунные клетки, чтобы модель стала еще более репрезентативной.

«Наше исследование показывает, что имитация естественной среды волосяного фолликула критически важна для оценки эффективности антибиотиков. Эта модель может значительно ускорить разработку новых целевых терапий, одновременно сокращая количество необходимых исследований на животных», — подчеркивает Клаус-Михаэль Лер.