«Кожа в шприце»: исследователи разрабатывают лечение ран с помощью инъекционной клеточной технологии
Исследователи создали то, что можно назвать «кожей в шприце». Гель, содержащий живые клетки, можно использовать для трансплантации кожи с помощью 3D-печати, как показало исследование, проведённое на мышах. Эта технология может привести к появлению новых способов лечения ожогов и тяжёлых ран. Исследование проводилось Центром медицины катастроф и травматологии и Линчёпингским университетом в Швеции.
Пока у нас здоровая кожа, мы не придаём этому особого значения. Однако при серьёзных ранах или других повреждениях становится ясно, что кожа служит защитой организма от внешнего мира. Поэтому восстановление кожного барьера после серьёзного ожога может стать вопросом жизни и смерти.
Обширные ожоги часто лечат пересадкой тонкого слоя верхнего слоя кожи – эпидермиса. Он состоит, по сути, из одного типа клеток. Трансплантация только этого слоя кожи приводит к образованию глубоких рубцов.
Под эпидермисом находится более толстый и развитый слой кожи, называемый дермой. Он содержит кровеносные сосуды , нервы, волосяные фолликулы и другие структуры, необходимые для функционирования и эластичности кожи. Однако пересадка дермы редко возможна, поскольку после процедуры остаётся рана такого же размера, как и сама рана, требующая заживления.
Секрет в том, чтобы создать новую кожу, которая не превратится в рубцовую ткань , а станет функциональной дермой.
«Дерма настолько сложна, что мы не можем вырастить её в лабораторных условиях. Мы даже не знаем, из каких компонентов она состоит. Именно поэтому мы, как и многие другие, думаем, что могли бы пересадить строительные блоки, а затем позволить организму самому создать дерму», — говорит Йохан Юнкер, исследователь из Шведского центра медицины катастроф и травматологии и доцент кафедры пластической хирургии в Университете Линчёпинга, который руководил исследованием, опубликованным в журнале Advanced Healthcare Materials .
Желатиновая сфера, на которой растут клетки дермы. Изображение получено с помощью сканирующей электронной микроскопии. Источник: Розалин Шамаша и др., https://doi.org/10.1002/adhm.202501430
Самый распространённый тип клеток дермы – клетки соединительной ткани, или фибробласты, – легко извлечь из организма и вырастить в лабораторных условиях. Преимущество клеток соединительной ткани заключается также в том, что они способны развиваться в более специализированные типы клеток в зависимости от потребностей. Исследователи, проводившие исследование, создали матрицу, выращивая клетки на крошечных пористых гранулах желатина – вещества, похожего на коллаген кожи. Однако жидкость, содержащая эти гранулы, вылитая на рану, не задержится там.
Исследователи нашли решение этой проблемы, смешивая желатиновые гранулы с гелем, содержащим другое вещество, специфичное для организма – гиалуроновую кислоту. При смешивании гранулы и гель соединяются посредством так называемой клик-химии. В результате получается гель, который, несколько упрощённо, можно назвать «кожей в шприце».
«У геля есть особенность: он становится жидким при лёгком давлении. Например, его можно нанести на рану с помощью шприца, и после нанесения он снова станет гелеобразным. Это также позволяет печатать гель вместе с клетками на 3D-принтере», — говорит Даниэль Айли, профессор молекулярной физики в Университете Линчёпинга, который руководил исследованием вместе с Юнкером.
3D-печатный трансплантат
В текущем исследовании исследователи напечатали на 3D-принтере небольшие шайбы, которые помещали под кожу мышей. Результаты указывают на потенциал этой технологии для выращивания собственных клеток пациента из минимального биопсийного образца кожи, которые затем на 3D-принтере превращаются в трансплантат и накладываются на рану.
«Мы видим, что клетки выживают, и очевидно, что они вырабатывают различные вещества, необходимые для создания новой дермы. Кроме того, в трансплантатах формируются кровеносные сосуды, что важно для выживания ткани в организме. Мы считаем этот материал очень перспективным», — говорит Юнкер.
Кровеносные сосуды играют ключевую роль в различных областях применения инженерных тканеподобных материалов. Учёные могут выращивать клетки в трёхмерных материалах, которые затем можно использовать для создания органоидов, то есть мини-версий органов. Однако у этих тканевых моделей есть узкое место: у них отсутствуют кровеносные сосуды для транспортировки кислорода и питательных веществ к клеткам. Это означает, что существует предел размера структур, прежде чем клетки в центре погибнут от дефицита кислорода и питательных веществ.
Шаг к выращенным в лаборатории кровеносным сосудам
Исследователи из Университета Ливерпуля, возможно, стали на шаг ближе к решению проблемы кровоснабжения. В другой статье, также опубликованной в журнале Advanced Healthcare Materials, исследователи описывают метод изготовления нитей из материалов, на 98% состоящих из воды, известных как гидрогели.
«Гидрогелевые нити становятся довольно эластичными, поэтому мы можем завязывать на них узлы. Мы также показываем, что из них можно формировать мини-трубки, через которые можно перекачивать жидкость или выращивать в них клетки кровеносных сосудов», — говорит Айли.
Мини-трубки, или перфузируемые каналы, как их еще называют исследователи, открывают новые возможности для разработки кровеносных сосудов, например, для органоидов.