Новый мобильный биопринтер напечатает кожу прямо поверх раны

Испытания нового биопринтера.

Фото WFIRM.

Сопло биопринтера крупным планом.

Фото WFIRM.

Серьёзные повреждения кожи вроде глубоких порезов, обширных ран и ожогов заживают долго, требуют постоянной обработки, а порой и пересадки кожи. Но что, если пациенту, доставленному в больницу с подобными травмами, можно будет напечатать новые ткани из его же клеток?

Такую идею воплотили учёные из Института регенеративной медицины Уэйк Форест в США. Они создали первую в своём роде мобильную систему печати кожи, которая позволяет наносить клетки слой за слоем непосредственно на рану.

Конечно, идея печати тканей и органов не нова. Однако биопринтеры для создания человеческой кожи до сих пор имели ряд ограничений. Одни устройства не были портативными и печатали большие пласты, которые затем приходилось разрезать и внедрять в место повреждения. Другие машины – портативные и более миниатюрные – печатали лишь небольшие участки кожи. Новый же биопринтер – нечто среднее.

"Уникальным аспектом нашей технологии является мобильность системы и способность обеспечивать локальную работу с обширными ранами", – сообщает ведущий автор работы Шон Мёрфи (Sean Murphy).

По его словам, теперь медики смогут сканировать тело человека и точно определять параметры повреждений, а затем помещать новые клетки непосредственно в нужное место.

Для начала у пациента потребуется взять биопсию неповреждённой ткани и выделить клетки двух типов – дермальные фибробласты и эпидермальные кератиноциты. Первые синтезируют внеклеточный матрикс и коллаген, которые играют ключевую роль в заживлении ран. А кератиноциты являются преобладающими клетками в эпидермисе, внешнем слое кожи.

Полученные при биопсии клетки вырастят в лабораторных условиях, чтобы получить нужный объём клеток, а затем смешают их с гидрогелем. Это и будут "чернила" для биопринтера.

Далее нужно будет построить "топологическую карту" повреждения при помощи трёхмерного лазерного сканера. Изображения обрабатывает специальная программа, которая затем управляет печатью. Сперва биопринтер заполняет самые глубокие участки фибробластами, а поверх наносит слой кератиноцитов.

Сопло биопринтера крупным планом.

Важно отметить, что такая технология позволяет восстановить естественную структуру кожи, благодаря чему сохраняются все функции тканей, а процесс заживления проходит быстрее.

Новый биопринтер уже прошёл доклинические испытания, на следующем этапе его создатели намерены провести тесты с участием пациентов.

Специалисты отмечают, что подобные устройства помогут решить целый ряд проблем, с которыми сталкивается регенеративная медицина. Во-первых, миллионы людей по всему миру страдают от незаживающих ран, например, сопутствующих сахарному диабету. Лечение в таких случаях болезненное, длительное и дорогое. Во-вторых, обширные ожоги часто становятся причиной смертей (к примеру, военнослужащих и спасателей). В обоих случаях новое устройство поможет оказать пациентам качественную и своевременную помощь.

Ещё одно преимущество новой методики заключается в том, что для печати новой кожи используются "родные" клетки пациента, а не донорские трансплантаты, которые до сих пор оставались "золотым стандартом". В последнем случае высока вероятность нежелательной иммунной реакции и отторжения пересаженного участка.

Более того, операция может оставить неэстетичные рубцы, а то время как новый биопринтер нанесёт новые ткани точно и аккуратно.

"Эта технология поможет устранить необходимость в болезненной кожной трансплантации, которая может обезобразить пациентов, страдающих от обширных ран или ожогов. Мобильный биопринтер может обеспечить лечение ран на месте, помочь ускорить оказание медицинской помощи и снизить затраты для пациентов", – резюмирует соавтор работы профессор Энтони Атала (Anthony Atala).

Новая технология подробно описывается в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

Напомним, что ранее исследователи научились печатать на 3D-принтерах хрящи, суставы и даже роговицы человеческого глаза.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как превратить открытую рану в здоровую кожу при помощи перепрограммирования клеток.