Человеческую кожу напечатают на мобильном принтере

Можно ли слои кожи напечатать, как на принтере? «Можно не только напечатать, но и наложить слои кожи на рану в точном соответствии с ее контурами» – утверждают ученые из Института регенеративной медицины при университете Уэйк Форест в США. благодаря недавно разработанному мобильному устройству послойной биопечати кожи непосредственно над раной, у пациентов появилась надежда на менее болезненное и более эффективное лечение.

Почему хронические раны все еще трудно поддаются лечению?

Заживление острой раны обычно занимает от 4 до 6 недель и зависит от ее размера, тяжести и расположения. Если в течение того периода рана не заживает, ее считают хронической. При этом ожоги и другие травмы кожи являются только внешней причиной, а к развитию хронической раны приводят нарушения обменных процессов в организме.

Факторами, вызывающими образование длительно незаживающих ран, в основном являются сахарный диабет, ослабленный иммунитет, плохое питание и пожилой возраст. Все эти факторы могут встречаться в комплексе у одного и того же больного, что существенно затрудняет заживление любых, даже небольших ран.

В США такие хронические раны, как диабетические и трофические язвы, а также ожоговые раны представляют собой значительное социально-экономическое бремя. Таких пациентов в стране – не менее 7 миллионов, и на их лечение требуется 25 миллиардов долларов ежегодно.

Как нарастить кожу на ране: трансплантировать, вырастить или печатать?

Известно, что для нормального заживления любой раны необходимо как можно более быстрое восстановление поврежденной кожи. Важной частью местного лечения хронических ран всегда являлись повязки, которые различаются как по цене, так и по эффективности. Еще один вариант лечения - кожные трансплантаты, которые могут быть взяты как из участков неповрежденной кожи самого пациента (аутотрансплантация), так и донорской (аллотрансплантация) или искусственной кожи.

Однако кожная трансплантация имеет ряд недостатков. Например, при большой площади раны у пациента может оказаться недостаточно здоровой кожи для пересадки. В случае же необходимости использования донорской трансплантации всегда существует угроза отторжения трансплантата. Кроме того, трансплантация кожи часто приводит к образованию обширных рубцов. Вспомним также, что все виды трансплантации включают многочисленные хирургические процедуры, которые, помимо высокой стоимости, требуют длительных повторных курсов терапевтического лечения. Выращивание искусственной кожи из клеток самого пациента или эмбриональных стволовых клеток - одно из самых перспективных направлений медицины, однако требует много времени и ограничено высокой стоимостью самого метода.

Существенно уменьшить риски, связанные с лечением хронических ран и крупных ожогов, может стать метод послойного биопринтинга кожи, который формирует кожные покровы из центра раны к ее периферии, и этот процесс аналогичен естественным процессам заживления в норме.

Мобильное устройство для индивидуальной биопечати кожи. Как это работает?

Биопринтер, который использует собственные клетки кожи человека для создания новых ее слоев с непосредственным нанесением на рану, изобрели ученые из Института регенеративной медицины при университете Уэйк Форест (WFIRM), штат Северная Каролина, США. В феврале 2019 года в журнале Scientific Reports была опубликована статья, в которой авторы нового метода подробно описали технологию послойной биопечати кожи.

Процедура индивидуального биопринтинга включает биопсию образцов двух основных типов клеток с участка неповрежденной кожи пациента: дермальных фибробластов и эпидермальных кератиноцитов. Дермальные фибробласты участвуют в формировании внеклеточной структуры (основа соединительной ткани) и коллагена, стимулируют рост сосудов, а также играют ключевую роль в заживлении ран. Эпидермальные кератиноциты - это основные клетки наружного слоя кожи. Оба типа клеток можно легко выделить и размножить in vitro (в пробирке), получив необходимую клеточную культуру для лечения дефектов кожи.

Полученные образцы клеток смешивают и помещают в специальный гидрогель для увеличения объема клеточной культуры и образования двух типов «чернил» биопринтера: для «печати» внутреннего (из дермальных фибробластов) и внешнего (из эпидермальных кератиноцитов) слоев кожи.

Гидрогель с клетками помещают в биопринтер. Рана пациента сканируется, данные передаются в программное обеспечение, сигнализирующее автоматизированным печатающим головкам, как разместить отпечатанные слои кожи непосредственно над раной. Напечатанный таким образом участок кожи является уникальным для каждого пациента и точно соответствует рельефу и размеру его раны.

Мобильный послойный биопринтинг позволяет ускорить восстановление нормальной структуры и функции кожи, а также обойтись без трансплантации, что существенно снижает риски лечения и уменьшает время заживления раны. Руководитель исследовательской группы, доктор Джеймс Йеу (James Yoo) отмечает, что другие известные способы лечения хронических ран и крупных ожогов уступают методу послойного биопринтинга кожи непосредственно над раной. А ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, доктор Шон Мерфи (Sean Murphy) подчеркивает тот факт, что уникальность технологии состоит в мобильности системы биопринтинга, которая позволяет сканировать рану и создавать полноценный кожный покров в месте нахождения пациента, без его транспортировки в лечебное учреждение.

В настоящее время исследователи продемонстрировали метод мобильного биопринтинга кожи на демонстрационных доклинических моделях, а следующим шагом является проведение клинических испытаний. Конкретных сроков внедрения данного метода в повседневную практику специалисты пока не называют, однако в будущем эта революционная методика может кардинально изменить подход к лечению хронических ран и крупных ожогов.

Вопросы, ответы, комментарии