Новая биоинженерная модель кожи может улучшить тестирование средств по уходу за кожей и найти более эффективные способы заживления поврежденной кожи.

Исследователи из Университета Орегона объединились с учеными французской компании по производству средств личной гигиены L’Oréal, чтобы разработать многослойную искусственную кожу, которая более точно имитирует настоящую человеческую кожу и может быть выращена всего за 18 дней. В основе этого достижения лежит новая технология 3D-печати, изобретенная Полом Далтоном, доцентом Кампуса Фила и Пенни Найт по ускорению научного воздействия в UO.

Исследование было опубликовано 7 марта в журнале Advanced Functional Materials.

«Это первый известный случай репликации качественной кожной ткани на всю толщину с использованием разных типов клеток, разделенных мембраной», — сказал Евгений Ляшенко, инженер-исследователь лаборатории Далтона.

Создать искусственную кожу не так просто, как вырастить клетки в чашке Петри. Настоящая кожа состоит из нескольких слоев с разными типами клеток, выполняющих разные функции. А в организме клетки поддерживаются внешней сетью белков и других молекул. Эта система, называемая внеклеточным матриксом , помогает клеткам оставаться на месте и общаться со своими соседями, что является ключом к правильной работе всех систем.

Чтобы воспроизвести эту сложную среду, исследователи разработали двухслойную искусственную кожу, слои которой разделены мембраной.

Исследователи из лаборатории Далтона и L’Oréal совместно разработали пластиковые каркасы, которые имитируют внеклеточный матрикс посредством сети тонкоструктурированных нитей, напечатанных на 3D-принтере. Затем исследователи L’Oréal вырастили в этих каркасах культивированные клетки, чтобы создать искусственную кожу, в каждом слое которой растут разные типы клеток. Мембрана предотвращает смешивание клеток в разных слоях по мере их развития.

«Другие попытки не имеют таких же слоев — на самом деле они выглядят как настоящая кожа», — сказал Далтон, профессор исследований трансформации и математики Брэдшоу и Хользапфеля.

Нижележащие леса напоминают сетчатый материал, состоящий из множества нитей, похожих на спагетти, каждая из которых намного тоньше человеческого волоса. Чтобы создать пористый каркас , члены команды Далтона использовали разработанную ими технику 3D-печати, которая называется электрописьмованием расплава. В этом методе электрическое поле вытягивает расплавленный печатный пластик из сопла в тонкую нить, что позволяет очень точно контролировать печать.

По словам Далтона, некоторые методы 3D-печати позволяют создавать очень мелкие детали, но только небольшие объекты.

Другие методы позволяют легко изготавливать более крупные детали, но за счет разрешения. Расплавляйте электропишущие мосты, что позволяет инженерам создавать относительно большие объекты с мелкими деталями.

Исследователи обнаружили, что новую модель кожи можно вырастить всего за 18 дней, а не за 21–35 дней, которые требовались для создания предыдущих моделей искусственной кожи на основе каркасов. Это делает его более целесообразным для использования в коммерческих лабораторных испытаниях.

В настоящее время L’Oréal использует искусственную кожу для тестирования косметики и средств по уходу за кожей. В дальнейшем и команда Далтона, и исследователи L’Oréal планируют изучить множество других потенциальных применений основного каркаса в инженерии тканей кожи.

Другие потенциальные применения, связанные с кожей, включают лечение язв диабетической стопы и создание кожных трансплантатов для ожоговых пациентов. Помимо кожи, каркасы, разработанные командой Далтона, могут использоваться во множестве биомедицинских приложений, таких как искусственные кровеносные сосуды и структуры, помогающие восстановить поврежденные нервы.

«Несмотря на то, что мы добились большого прогресса в области кожи, конструкция каркаса имеет решающее значение и может применяться более широко», — сказал Далтон. «В мире так много болезней и травм, которые не лечатся, поэтому наличие дополнительного инструмента для борьбы с ними действительно ценно».

Материалы, используемые в каркасе, уже одобрены FDA для использования внутри человеческого тела, что упрощает путь к реальному применению.

По словам Далтона, производственные мощности в кампусе Найт позволяют команде Далтона увеличить производство материалов. «Это часть Knight Campus, которая проецирует свой опыт за пределы UO, чтобы влиять на самые современные области исследований во всем мире».