По мнению исследователей, которые недавно использовали жировые клетки и поддерживающие структуры из клинически полученных человеческих тканей для точной коррекции травм у крыс, жировая ткань является ключом к 3D-печати живой кожи и, возможно, волосяных фолликулов. Это достижение может иметь значение для реконструктивной хирургии лица и даже для лечения роста волос у людей.

Выводы команды были опубликованы 1 марта в журнале Bioactive Materials. В феврале Бюро по патентам и товарным знакам США выдало команде патент на технологию биопечати, которую она разработала и использовала в этом исследовании.

«Реконструктивная хирургия по исправлению травмы лица или головы в результате травмы или заболевания обычно несовершенна, что приводит к образованию рубцов или необратимому выпадению волос», — сказал Ибрагим Т. Озболат, профессор инженерных наук и механики, биомедицинской инженерии и нейрохирургии в Пенсильванском университете. , который руководил международным сотрудничеством , проводившим эту работу.

«С помощью этой работы мы демонстрируем напечатанную методом биопечати полнослойную кожу, на которой у крыс может вырасти шерсть. Это на шаг ближе к возможности достижения более естественной и эстетичной реконструкции головы и лица у людей».

В то время как ученые ранее печатали тонкие слои кожи с помощью биопечати в 3D, Озболат и его команда первыми интраоперационно распечатали полную живую систему из нескольких слоев кожи, включая самый нижний слой или гиподерму. «Интраоперационно» означает возможность распечатать ткань во время операции, а это означает, что этот подход можно использовать для более быстрого и беспрепятственного восстановления поврежденной кожи, говорят исследователи.

Верхний слой — эпидермис, который служит видимой кожей — формируется при поддержке среднего слоя сам по себе, поэтому не требует печати. Гиподерма, состоящая из соединительной ткани и жира, обеспечивает структуру и поддержку черепа.

«Гиподерма напрямую участвует в процессе превращения стволовых клеток в жир», — сказал Озболат. «Этот процесс имеет решающее значение для нескольких жизненно важных процессов, включая заживление ран. Он также играет роль в цикле развития волосяных фолликулов, особенно в содействии росту волос».

Исследователи начали с человеческой жировой ткани, полученной от пациентов, перенесших операцию в Медицинском центре Милтона С. Херши штата Пенсильвания. Соавтор Дино Дж. Равник, доцент кафедры хирургии отделения пластической хирургии Медицинского колледжа штата Пенсильвания, руководил своей лабораторией по получению жира для экстракции внеклеточного матрикса — сети молекул и белков, которая обеспечивает структуру и стабильность ткань — для создания одного из компонентов биочернил.

Команда Равника также получила из жировой ткани стволовые клетки, которые при условии создания подходящей среды могут превратиться в несколько различных типов клеток, чтобы создать еще один компонент биочернил. Каждый компонент загружался в один из трех отсеков биопринтера. Третий отсек был заполнен свертывающим раствором, который помогает другим компонентам правильно связываться с поврежденным местом.

«Три отсека позволяют нам совместно печатать смесь матрицы и фибриногена вместе со стволовыми клетками с точным контролем», — сказал Озболат. «Мы печатали непосредственно на месте травмы с целью формирования гиподермы, которая способствует заживлению ран, образованию волосяных фолликулов, регулированию температуры и многому другому».

Они достигли как гиподермы, так и слоев дермы, при этом эпидермис сформировался сам по себе в течение двух недель.

«Мы провели три серии исследований на крысах, чтобы лучше понять роль жирового матрикса, и обнаружили, что совместная доставка матрикса и стволовых клеток имеет решающее значение для формирования гиподермы», — сказал Озболат. «Это не работает эффективно только с клетками или только с матрицей — это должно происходить одновременно».

Они также обнаружили, что гиподерма содержит разрастания — начальную стадию раннего формирования волосяных фолликулов. По мнению исследователей, хотя жировые клетки не вносят прямого вклада в клеточную структуру волосяных фолликулов, они участвуют в их регуляции и поддержании.

«В наших экспериментах жировые клетки, возможно, изменили внеклеточный матрикс, чтобы он больше способствовал образованию нисходящего роста», — сказал Озболат. «Мы работаем над тем, чтобы добиться развития волосяных фолликулов с контролируемой плотностью, направленностью и ростом».

По мнению Озболата, способность точно выращивать волосы на поврежденных или больных участках травмы может ограничить возможность естественной реконструктивной хирургии . Он сказал, что эта работа открывает «обнадеживающий путь вперед», особенно в сочетании с другими проектами его лаборатории, включающими печать костей и исследование того, как согласовать пигментацию с различными оттенками кожи.

«Мы считаем, что это можно применить в дерматологии, трансплантации волос, пластической и реконструктивной хирургии — это может привести к гораздо более эстетическому результату», — сказал Озболат.

«Благодаря полностью автоматизированной биопечати и совместимым материалам клинического уровня эта технология может оказать существенное влияние на клинический перевод точно реконструированной кожи».