Наша кожа – это природное чудо биоинженерии.

Самый большой орган в организме, это водонепроницаемая защитная система, защищающая от инфекций. Он наполнен потовыми железами, которые сохраняют прохладу при высоких температурах. Он может выдержать серьезные удары — солнечные ожоги, царапины и царапины, брызги растительного масла и другие несчастные случаи в повседневной жизни — но быстро восстанавливается. Конечно, шрамы могут остаться надолго, но признаки меньшего повреждения со временем исчезают.

Учитывая эти преимущества, неудивительно, что ученые попытались воссоздать кожу в лаборатории. Искусственная кожа может, например, прикрытие роботов или протезы, чтобы дать им возможность «чувствовать» температуру, прикосновение или даже заживлять при повреждении.

Это также может быть спасением. Способность кожи к самовосстановлению имеет пределы. Людям, страдающим от тяжелых ожогов, часто требуется пересадка кожи, взятой из другой части тела. Несмотря на эффективность, процедура болезненна и увеличивает вероятность заражения. В некоторых случаях неповрежденной кожи может не хватить. Похожая дилемма преследует солдат, раненых в бою, или людей с наследственными кожными заболеваниями.

Воссоздать все сверхспособности кожи, мягко говоря, сложно. Но на прошлой неделе, команда из Университета Уэйк Форест сделали большой шаг к созданию искусственной кожи, которая заживляет большие раны при трансплантации мышам и свиньям.

Команда использовала шесть различных типов клеток человеческой кожи в качестве «чернил» для печати трехслойной искусственной кожи. В отличие от предыдущих версий, эта искусственная кожа точно имитирует структуру человеческой кожи.

В ходе экспериментальных исследований команда пересадила кожу мышам и свиньям с повреждениями кожи. Кожные трансплантаты быстро проникают в кровеносные сосуды окружающей кожи и интегрируются в организм хозяина. Они также помогли сформировать коллаген — белок, необходимый для заживления ран и уменьшения рубцов, — в структуру, похожую на естественную кожу.

«Эти результаты показывают, что создание биоинженерной кожи человека полной толщины возможно и способствует более быстрому заживлению и более естественным результатам», — сказал автор исследования доктор Энтони Атала.

Подождите… Что такое полнослойная кожа?

Мы часто представляем кожу как простыню, облегающую тело. Но под микроскопом это замысловатый шедевр биоархитектуры.

Или мне нравится думать об этом как о трехслойном торте.

Каждый слой имеет разные типы клеток, соответствующие их отличительным функциям. Верхний слой – страж. Он имеет прямую связь с внешним миром, имеет типы клеток, способные выдерживать ультрафиолетовое излучение, засушливую погоду и вредные бактерии. Здесь также находятся клетки, которые производят пигментацию. Эти клетки постоянно отпадают при повреждении и заменяются, чтобы поддерживать прочность барьера.

Средний уровень – мост. Здесь кровеносные сосуды и нервные волокна соединяют кожу с остальным телом. Этот слой заполнен клетками, которые производят волосы на теле, пот и смазочные масла — проклятие любого, кто склонен к прыщам. Самый широкий слой плотно скреплен коллагеном, который придает коже гибкость и прочность.

Наконец, самый глубокий слой кожи — это «пухлая шерсть». Этот слой, состоящий в основном из коллагена и жировых клеток, является амортизатором, который защищает кожу от травм и помогает сохранять тепло тела.

Воссоздать все эти структуры и функции невероятно сложно. Решение Аталы? Трехмерный bioprinting.

Скин в игре

Атала не новичок в биопечати.

В 2016 году его команда разработала принтер для тканей и органов который может печатать большие ткани любой формы. Используя клинические данные, команда создала компьютерные модели, которые помогут принтеру печатать различные костные структуры и мышцы. Несколько лет спустя они разработали биопринтер кожи в котором использовались два типа клеток — верхнего или среднего слоя — для непосредственного исправления поврежденной кожи. Хотя кожа могла закрыть большие раны, она сохраняла лишь часть сложности естественной кожи.

В новом исследовании в качестве биочернил использовались шесть типов человеческих клеток, воссоздающих архитектуру нашей кожи сверху донизу. Для изготовления искусственной кожи команда использовала компьютерная программа для управления размещением ячеек в каждом слое. Называется 3D-экструзионная печать.Эта технология использует давление воздуха для печати сложных тканей из сопла. Звучит сложно, но это немного похоже на выдавливание глазури разных цветов для украшения торта.

В качестве первого шага команда суспендировала клетки в гидрогеле, состоящем в основном из белок, секретируемый печенью. В отличие от синтетических материалов, эта основа собственного производства повышает биосовместимость. Затем команда напечатала 3D-трансплантат кожи, слой за слоем, размером по дюйму с каждой стороны — чуть больше кубика сахара.

Кожа, напечатанная методом биопечати, сохраняла свои три слоя в течение как минимум 52 дней в лаборатории, и на ней появились участки с пигментацией и нормальным шелушением.

Воодушевленная, команда затем протестировала искусственную кожу на мышах. Все раны, обработанные искусственными кожными трансплантатами, полностью зажили за две недели, в отличие от ран, обработанных только гидрогелем или зажививших рану естественным путем.

Искусственная кожа особенно хорошо справлялась с созданием верхнего защитного слоя кожи, образуя структуры, напоминающие естественное заживление. Он также производил коллаген и, что более важно, превращал его в плетеную структуру, похожую на человеческую кожу.

Биопечатная кожа дополнительно привлекла клетки собственных кровеносных сосудов мышей, создав сеть мелких сосудов внутри трансплантата. Используя краситель для отслеживания человеческих белков в трансплантате, команда обнаружила, что трансплантированные клетки интегрированы со своим хозяином в среднем слое кожи.

Скрипишь?

У мышей кожа тоньше, чем у людей. Свиные шкуры, напротив, ближе к нашим. Во втором тесте команда расширила технологию трансплантации свиньям. Здесь они собрали у свиней с помощью биопсии четыре типа клеток, в том числе те, которые составляют внешний слой кожи, коллаген, кровеносные сосуды и жировую ткань, и выращивали их внутри биореактора в течение 28 дней.

Некоторые партии провалились. Однако в среднем отвар генерировал достаточно клеток, чтобы удвоить размер первоначального трансплантата и обеспечить большее покрытие. Полученный участок искусственной кожи был размером примерно с грань кубика Рубика и соответствовал толщине кожи свиньи.

Как и результаты на мышах, трансплантаты быстро закрывали большие раны без обычного эффекта «сморщивания», когда кожа сжимается, как виноградина на изюм, что приводит к образованию рубцов.

Команда пришла к выводу, что это, вероятно, связано с тем, что трансплантат амплифицировал гены, ответственные за заживление ран, а некоторые из них также регулируют иммунные реакции, которые помогают вырастить новые кровеносные сосуды и уменьшить рубцы.

Искусственная кожа многообещающа, но все еще находится в зачаточном состоянии. При прививке свиньям он не вызывал надежной пигментации, что могло беспокоить людей с более темным оттенком кожи. Трансплантаты также не производили волос на теле, хотя в биочернилах содержались структуры для их роста. Хотя это, возможно, и не самое худшее (больше никакого бритья!), результаты показывают, что еще многому предстоит научиться.

По мнению Аталы, усилия того стоят. «Комплексное заживление кожи является серьезной клинической проблемой, затрагивающей миллионы людей во всем мире, но возможности выбора ограничены», — сказал он. Исследование предполагает, что печать кожи в натуральную величину возможна для лечения разрушительных ран у людей.

Изображение предоставлено: Нормальная клетка кожи под микроскопом. Торстен Виттманн, Калифорнийский университет, Сан-Франциско (через NIH/Flickr)

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2023/10/09/bioprinted-skin-heals-wounds-in-pigs-with-minimal-scarring-humans-are-next/