ПРИХОВАТИ

Дослідники навчилися друкувати клітинами на тілі пацієнта

Джерело: WFIRM

На відео біопринтер друкує власними клітинами пацієнта безпосередньо в рану на шкірі. Завдяки цьому винаходу ураження загоюються майже вдвічі швидше. Пристрій створили науковці з Медичної школи університету Вейк Форест.

Вчені вчергове доводять, що технології із фантастичних фільмів з часом виходять з екранів у реальний світ. Завдяки науковцям з’явилася технологія, що дає змогу загоювати рани пацієнтів завдяки безпосередньому друку клітинами.

Портативний біопринтер, який точно аналізує ушкодження, легко експлуатується та є відносно простим в обслуговуванні.

Портативний біопринтер, розроблений в Інституті регенеративної медицини Вейк-Форест, випробується на муляжі кінцівки. Джерело: WFIRM

Як відбувається процес друку

Біопринтер побудований за таким самим принципом, як і струменевий принтер, яким ви користуєтесь удома. Він складається з двох частин: ручного сканера та власне друкуючого компоненту. Однак замість картриджів із різними кольорами тут використовуються картриджі з вашими клітинами та матриксом, в якому вони будуть розведені.

Матрикс містить важливі структурні білки нашої шкіри – колаген та фібриноген, які надають опору шкірі та забезпечують швидке загоєння. В якості “чорнил” для друку вчені використали два типи клітини: фібробласти та кератиноцити. Фібробласти є клітинами сполучної тканини і в організмі це вони синтезують позаклітинний матрикс із колагеном, еластином, фібрином та багатьма іншими компонентами, що підтримують життєдіяльність клітин. А кератиноцити – це основні клітини шкіри.

Тож, якщо зараз хтось надумав би надрукувати собі шкіру прямісінько в рану з допомогою цієї технології, то процедура була б наступною. Ви лягаєте на стіл, а збоку до нього прикріплюється біопринтер. З рани береться невелика частинка шкіри, звідки будуть вилучатися клітини для друку. Відтак лікар за допомогою лазерного 3D сканера обстежує рану на шкірі. В цей час сканер оцінює глибину і ширину рани, її рельєф. Це потрібно для того, щоб принтер міг прицільно доставляти клітини за точними координатами. Відскановані дані вашої шкіри зберігаються у вигляді файлу, який потім обробляється на комп’ютері. На його основі програма визначає для принтера маршрут доставлення клітин. Тепер залишилося запустити процес друку і нерухомо почекати кілька хвилин до його завершення.

Прототип біопринтера
Прототип біопринтера. Джерело: Scientific Reports

Під час друкування активні компоненти наносяться пошарово. Нижній – це шар гідрогелевого матриксу з фібриногеном і колагеном, в який додають фібробласти. Наступний – кератиноцити, теж розведені у матриксі. Між цими двома та поверх них наносять шар білка тромбіну – для утворення на поверхні рани захисного білкового гелю.

Перші випробування

Випробування біопринтера в дії вчені провели спочатку на мишах. Для цього на їхніх спинах вирізували рани однакового розміру, а потім з’ясували, яка методика допоможе краще загоїтися ураженням.

Миші були поділені на три групи. Перша була контрольною – миші, що до неї належали, не отримували ніякого лікування, лише перев’язки, які проводили в усіх групах. Тварин із другої лікували за допомогою друку лише матриксу, без клітин. А третій групі мишей біопринтер пошарово наніс на ушкоджені ділянки власні епітеліальні клітини в такому порядку, як написано вище.

Результати дослідження показали, що у тварин із третьої групи рана заростала вже на третій тиждень. Після цього спостерігалося ущільнення тканини шкіри з утворенням великої кількості нових клітин та кровоносних судин, колагенових волокон. А у тих мишей, що були оброблені матриксом або не отримували лікування, пошкоджені ділянки залишалися частково відкритими і на четвертий тиждень, а повністю заростали аж на п’ятий. Водночас кількість клітин епідермісу та волокон колагену була низькою і почала активно зростати на шостому тижні лише у оброблених матриксом гризунів.

Процес загоювання ран у мишей
Процес загоювання ран у мишей. Джерело: Scientific Reports

Після цього вчені взялися досліджувати свиней. В даному досліді тварин поділили вже на чотири групи. Одну, так само, як і в мишей, лікували матриксом, інші дві – друком клітин в ранові поверхні. До того ж, одній групі вносили власні клітини шкіри (аутологічні), а другій – донорські (алогенні). Ну а четверта група, як можна здогадатись, лікування зовсім не отримала.

Через два тижні після процедури рани, оброблені аутологічними клітинами, утворили тонкий епітелій на більшій площі поверхні, а вже на четвертий тиждень він став потовщеним та непрозорим. Через вісім тижнів ці тканини мали структуру, подібну до здорової шкіри – з великою кількістю колагенових волокон, зрілою судинною сіткою і значною кількістю кератиноцитів, що діляться. Всі інші види лікування мали приблизно однаковий ефект. Вони призводили до того, що краї ран сильно стягувалися, водночас майже не утворювався новий епітелій.

Процес загоювання ран у свиней. Джерело: Scientific Reports

На жаль, тривалість дослідження не дозволила оцінити вплив терапії біопринтером на функціонування шкіри та косметичний результат у довгостроковій перспективі. Втім, враховуючи мінімальне скорочення країв рани та правильно організовану структуру тканини, науковці висновують, що естетичні наслідки будуть цілком адекватними.

Заплановані на майбутнє дослідження обіцяють бути не менш цікавими. Вчені мають намір використати дану систему друку для доставлення в поранення інших типів клітин: меланоцитів, жирових клітин та клітин волосяних фолікулів. Можливо, це забезпечить ще швидше загоєння ран та кращі косметичні результати. Також планується розширити сферу застосувань біопринтера для лікування інших ушкоджень, таких як опіки, виразки та травми глибоких тканин.

Scientific Reports (2019), doi: 10.1038/s41598-018-38366-w

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
37
Shares
37 Shares:
Перегляньте також