3D-друковані шкірні трансплантати дають надію на одужання від опіків

Дослідники з Лінчепінзького університету представили шкірні трансплантати, надруковані на 3D-принтері, які містять живі клітини. Їхня робота може одного дня дозволити жертвам опіків та тим, хто страждає від важких травм шкіри, відновлювати втрачені клітини, досягаючи повного одужання. Ось як це «…шкіра в шприці«має потенціал для революціонізування лікування опіків у майбутньому».

Чому важлива регенерація шкіри

Шкіра – один із найдивовижніших органів вашого тіла, але водночас і один із найменш вивчених. Ваша шкіра становить приблизно 15% від загальної ваги вашого тіла та відповідає за різноманітні важливі біологічні функції. Ці завдання включають регулювання температури вашого тіла, захист інших органів та забезпечення безпечної поверхні для відчуття дотику.

Допомога постраждалим від опіків

З огляду на важливість шкіри для функцій організму, не дивно, що дослідники витратили багато часу, намагаючись знайти способи допомогти тим, хто втратив або пошкодив цей орган. На жаль, сильні опіки є одним із найпоширеніших способів, якими люди отримують непоправні травми шкіри. Опіки можуть руйнувати кілька шарів шкіри, не даючи пацієнту можливості повністю відновитися.

Трансплантація шкіри

Примітно, що пересадка шкіри є найпоширенішим способом лікування пацієнтів, які страждають від тяжкої втрати епідермісу. Практика пересадки шкіри згадується в текстах ще в Стародавньому Єгипті. Однак, саму практику, відому сьогодні, можна простежити до 1869 року, коли Жак-Луї Реверден відкрив метод, який Джордж Девід Поллок пізніше використав для проведення першої успішної операції в 1872 році.

Трансплантація шкіри – це процес нанесення тонкого шару клітин назад на обпалену ділянку. Трансплантований шар відрізняється від оригінального тим, що містить один тип клітин, який відповідає за відновлення епідермісу, зовнішнього шару шкіри.

Обмеження традиційних шкірних трансплантатів

Проблема шкірних пересадок у тому вигляді, у якому вони виконуються сьогодні, полягає в тому, що вони зосереджені лише на епідермісі. Такий підхід може призвести до утворення рубцевої тканини та повільнішого часу відновлення. Причина утворення рубцевої тканини полягає в тому, що сучасний метод не враховує пошкоджену тканину дерми.

Дерма — це складніший шар шкіри, який розташований безпосередньо під епідермісом. Цей шар складається з нервів, кровоносних судин, волосяних фолікулів та інших життєво важливих компонентів вашої шкіри. Саме цей шар надає вашій шкірі еластичності та природного відчуття, на відміну від рубцевої тканини.

Вчені давно намагалися відтворити дерму, але безуспішно впоралися з цим завданням у лабораторії. На жаль, складність дерми робить її відтворення в лабораторних умовах практично неможливим. Визнаючи ці обмеження, інженери розробили інший, ефективніший підхід.

Дослідження шкірних трансплантатів, надрукованих на 3D-принтері

Команда Двофазні гранульовані біочорнила для біовиробництва конструкцій з високою щільністю клітин для регенерації шкіри вчитися¹, опублікованій у журналі Advanced Healthcare Materials, описує новий метод підходу до пересадки шкіри.

Цей підхід поєднує спеціально вирощені клітини на желатинових кульках з гелем гіалуронової кислоти, що дозволяє пацієнту природним чином відновити дерму, усуваючи рубцеву тканину та покращуючи результати відновлення.

Роль фібробластів у регенерації шкіри

Інженери розпочали свою роботу з дослідження того, які клітини допомагають дермі рости. Вони зазначили, що найпоширеніші клітини, фібробласти, можуть виступати каталізатором повторного росту. Фібробласти – це сполучна тканина, що забезпечує дослідникам передбачуваність та доступність.

Ці клітини є важливими для регенерації дерми з кількох причин. Зокрема, вони виробляють важливі компоненти позаклітинного матриксного матриксу, такі як еластин і колаген. Ці компоненти забезпечують цілісність вашої шкіри та утримують її структуру разом. Фібробластні клітини пропонують інженерам ще одну важливу перевагу. Їх можна перетворити на інші типи спеціалізованих клітин, що відкриває можливості для їх використання в різноманітних процедурах у майбутньому.

Желатинові намистини для каркасів

Потім вченому потрібно було з'ясувати, на чому вирощувати клітини. Вони визначили, що використання пористих желатинових кульок дозволить клітинам належним чином дозріти. Крихітний розмір і гнучкість цих гелевих кульок дозволяють їм надавати будь-якої форми, необхідної для лікування. Однак їм бракувало структури, щоб залишатися на місці після дозування.

Джерело - Університет Лінчепінгу

Гель для розрідження шкіри

Щоб досягти цієї додаткової структури, інженери змішали кульки з гелем гіалуронової кислоти. Гель створює хімічну реакцію, швидко утворюючи міцний хімічний зв'язок. Цей спеціалізований хімічний синтез відомий як клік-хімія.

Вчені виявили, що це ідеально, оскільки пропонує прості та ефективні реакції з мінімальними побічними продуктами чи відходами. Вони зазначили, що їхнє нове гелеве утворення твердне під дією легкого тиску, подібного до того, що виникає під час стискання через шприц.

Структури шкіри, які можна друкувати на 3D-принтері

Такий підхід відкриває можливості для різноманітних застосувань, починаючи від загоєння ран лікарями за допомогою шприців із живої шкіри і закінчуючи використанням 3D-принтера спеціальної насадки для допомоги тим, хто страждає від катастрофічних пошкоджень дерми.

Тестування шкірних трансплантатів, надрукованих на 3D-принтері

Інженери використали коливальну реологію та 3D-скануючу електронну мікрографію для перевірки своєї теорії. В рамках тестового етапу лабораторним мишам хірургічним шляхом помістили під шкіру невеликі 3D-друковані шайби. Такий підхід дозволив інженерам контролювати відновлення дерми за допомогою кількох методів.

Результати тестування шкірних трансплантатів, надрукованих на 3D-принтері

Результат випробування виправдав сподівання інженерів. У дослідженні зазначається, що двофазні гранульовані біочорнила з надвисокою щільністю клітин для регенерації шкіри інтегрувалися краще, ніж традиційні шкірні трансплантати. Крім того, вони виявили, що імплантат розвинув нові кровоносні судини, що є життєво важливим кроком у регенерації.

Протягом кількох тижнів після процедури імплантати ретельно контролювалися. Інженери виявили, що фібробласти залишалися активними в гелі протягом тижнів після друку. Ці дані свідчать про те, що реплікована дерма буде достатньою для довгострокового відновлення тканин у жертв опіків.

Переваги дослідження шкірних трансплантатів, надрукованих на 3D-принтері

Це дослідження має багато переваг для галузі. По-перше, воно відкриває шлях до глибшого розуміння дерми та її регенераційних можливостей. Успішний 3D-біодрук міцних самонесучих структур та клітинних конструкцій для трансплантації є важливою віхою для сектора охорони здоров'я.

Індивідуальне виготовлення

Ще однією перевагою цього дослідження є те, що воно дозволить фахівцям брати зразки клітин у пацієнтів та точніше відновлювати життєво важливі частини дерми або інші клітини шкіри. Ці клітини потім можна буде доставляти пацієнтам за допомогою точних методів, таких як 3D-друк, що зменшить загальну вартість майбутніх методів лікування.

Застосування та часові рамки для 3D-друкованих шкірних трансплантатів

Ця технологія має багато застосувань у галузі охорони здоров'я. Основне використання полягатиме в допомозі тим, хто страждає від травматичних ушкоджень шкіри, таких як вогняні чи хімічні опіки. Це дослідження відкриває шлях до повного одужання, на відміну від сучасних методів, які залишають довічні рубці та пошкодження нервів.

Косметична хірургія

Ще одне застосування цієї технології буде в секторі косметичної хірургії. Цю технологію можна буде адаптувати для забезпечення додаткового колагену та еластичності шкіри в міру її старіння. Оскільки вона забезпечує природний спосіб відновлення дерми, вона запропонує кращі результати, ніж сучасні методи, які покладаються на уповільнення наслідків старіння.

Графік клінічного використання

Можна очікувати, що 3D-друковані трансплантати шкіри стануть поширеною практикою протягом наступних 10-15 років. Ще потрібно провести багато досліджень довгострокових наслідків цієї процедури, включаючи тестування на людях. Виконання всіх цих завдань займе роки. Однак після клінічних випробувань жертви опіків можуть отримати доступ до цієї революційної процедури.

Дослідники 3D-друкованих шкірних трансплантатів

Дослідження трансплантатів шкіри на 3D-принтері було організовано Лінчепінгським університетом і Центром медицини катастроф і травматології у Швеції. У документі перераховані Йохан Юнкер, Даніель Айлі, Розалін Шамаша, Снеха Колленчері Раманатан, Крістін Оскарсдоттер, Фатеме Расті Боружені, Александра Зелінська, Саджад Найміпур, Філіп Ліфвергрен, Ніна Рестл, Лорен Робертс, Анніка Старкенберг, Гуннар Крац, Пітер Апельгрен, Карін Сельо, Джонатан Ракар, і Ларс Кельбі як внесок у роботу.

Фінансову підтримку дослідження надали Фонд Ерлінга-Перссона, Європейська дослідницька рада, Шведська дослідницька рада та Фонд Кнута та Аліси Валленбергів.

Джерело - Університет Лінчепінгу

Майбутнє шкірних трансплантатів, надрукованих на 3D-принтері

Інженерам ще багато роботи, якщо вони мають намір вивести на ринок свою шкіру у шприці. Згідно з їхньою статтею, наступними кроками будуть випробування технології на моделі рани свині, що має надати цінну інформацію про процес на шкірі людини.

Цікаво, що ця робота корелює з іншим дослідженням команди, яке розкрило новий метод формування еластичних гідрогелевих ниток з 98-відсотковим вмістом води. Ці крихітні трубочки можуть діяти як штучні кровоносні судини, які, як сподіваються інженери, зможуть працювати разом зі шкірою, надрукованою на 3D-принтері, забезпечуючи повне відновлення.

Інвестування в медичні технології

Існує багато фірм, які продовжують працювати над створенням кращих шкірних трансплантатів. Ці фірми вклали багато коштів та зусиль у дослідження та розробки з метою створення максимально міцних та реалістичних шкірних трансплантатів. Ось одна фірма, яка прагне стати піонером у застосуванні та розробці трансплантатів у майбутньому.

Авіта Медікал Інк

Австралійська компанія Avita Medical Inc. (RCEL -3.7%) вийшла на ринок у 1993 році під назвою Clinical Cell Culture (C3). Цей передовий дослідник шкірних трансплантатів був винаходом спеціаліста з опіків доктора Фіони Вуд та інженера Марі Стоунер. Їхньою метою було створити технологію «спрей-нанесення на шкіру», яка б пришвидшила лікування постраждалих від опіків.

У 2005 році компанія Avita Medical отримала дозвіл на продаж своєї системи RECELL на ринках ЄС. Це схвалення допомогло компанії розширити свої позиції на ринку. У 2018 році компанія отримала схвалення FDA у США, що стало важливою віхою.

Відтоді Avita Medical зміцнила свої позиції на ринку ЄС та США. У 2024 році вона випустила кілька нових продуктів, включаючи PermeaDerm та Cohealyx, розширивши свій асортимент до біосинтетики та платформ для росту колагену.

Останні новини та події щодо акцій Avita Medical (RCEL)

3D-друковані трансплантати шкіри | Висновок

Дослідження шкірних трансплантатів, надрукованих на 3D-принтері, є проривом у терапії постраждалих від опіків. Це новаторське дослідження відкриває шлях до повного одужання для тих, хто страждає від спотворюючих опіків. Це також може призвести до того, що інші тяжко травмовані пацієнти отримають другий шанс на нормальне життя. З цих та багатьох інших причин ця команда заслуговує на овації стоячи.

Дізнайтеся про інші Cool Healthtech тут.

Список використаної літератури:

^{1. Р. Шамаша, СК Раманатан, К. Оскарсдоттер, FR Борооджені, А. Зелінська, С. Нейміпур, П. Ліфвергрен, Н. Рейстл, Л. Робертс, А. Штаркенберг, Г. Крац, П. Апельгрен, К. Сельйо, Дж. Ракар, Л. Кьолбі, Д. Айлі, Й. Юнкер, Двофазні гранульовані біочорнила для біовиробництва конструкцій з високою щільністю клітин для регенерації шкіри. Adv. Матер охорони здоров'я. 2025, 2501430. https://doi.org/10.1002/adhm.202501430}