3D-печатная кожа заживляет раны и содержит прекурсоры волосяных фолликулов

Жировая ткань — это ключ к 3D-печати многослойной живой кожи и, возможно, волосяных фолликулов, утверждают исследователи, которые недавно использовали жировые клетки и поддерживающие структуры из клинически полученных человеческих тканей для точной коррекции повреждений у крыс.

Это достижение может иметь последствия для восстановительной хирургии лица и даже для лечения роста волос у людей.

Результаты работы команды опубликованы в журнале Bioactive Materials. В феврале Бюро по патентам и товарным знакам США выдало команде патент на технологию биопечати, разработанную и использованную в данном исследовании.

Реконструктивные операции по исправлению травм лица или головы, полученных в результате травм или заболеваний, обычно несовершенны, что приводит к образованию рубцов или постоянной потере волос, — говорит Ибрагим Т. Озболат, профессор инженерных наук и механики, биомедицинской инженерии и нейрохирургии в Penn State, который возглавлял международное сотрудничество, проводившее эту работу.

В этой работе мы демонстрируем биопринт кожи полной толщины с потенциалом роста волос у крыс. Это еще один шаг к тому, чтобы добиться более естественной и эстетичной реконструкции головы и лица у людей.

Ранее ученые уже делали 3D-биопринтинг тонких слоев кожи, но Озболат и его команда — первые, кто интраоперационно напечатал полную, живую систему из нескольких слоев кожи, включая самый нижний слой или гиподерму. По словам исследователей, интраоперационная печать означает возможность печатать ткань во время операции, а значит, этот подход может быть использован для более быстрого и беспроблемного восстановления поврежденной кожи. Верхний слой — эпидермис, который служит видимой кожей, — формируется при поддержке среднего слоя самостоятельно, поэтому не требует печати. Гиподерма, состоящая из соединительной ткани и жира, обеспечивает структуру и поддержку черепа.

Гиподерма непосредственно участвует в процессе превращения стволовых клеток в жир, — говорит Озболат.

Этот процесс имеет решающее значение для нескольких жизненно важных процессов, включая заживление ран. Он также играет роль в циклическом развитии волосяных фолликулов, в частности, способствует росту волос.

Исследователи начали с человеческой жировой ткани, полученной от пациентов, перенесших операцию в Медицинском центре Милтона С. Херши (Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center). Дино Равник (Dino J. Ravnic), доцент кафедры пластической хирургии Медицинского колледжа штата Пенсильвания, возглавил свою лабораторию, чтобы получить жир для извлечения внеклеточного матрикса — сети молекул и белков, которые обеспечивают структуру и стабильность ткани — для изготовления одного из компонентов биоинка.

Команда Равнича также получила из жировой ткани стволовые клетки, которые способны превращаться в несколько различных типов клеток, если им создать правильную среду, для изготовления другого компонента биоинка. Каждый компонент загружался в один из трех отсеков биопринтера. Третий отсек был заполнен раствором для свертывания крови, который помогает другим компонентам правильно связываться с поврежденным участком.

Три отсека позволяют нам печатать смесь матрикса и фибриногена вместе со стволовыми клетками с точным контролем, — говорит Озболат.

Мы печатали непосредственно в месте повреждения с целью формирования гиподермы, которая помогает заживлению ран, образованию волосяных фолликулов, регулированию температуры и многому другому.

Они достигли как гиподермы, так и дермы, причем эпидермис сформировался в течение двух недель самостоятельно.

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, — говорит Озболат.

Невозможно эффективно использовать только клетки или только матрикс — это должно быть одновременно.

Они также обнаружили, что гиподерма содержит зачатки — начальную стадию формирования ранних волосяных фолликулов. По словам исследователей, хотя жировые клетки не вносят непосредственного вклада в клеточную структуру волосяных фолликулов, они участвуют в их регуляции и поддержании.

В наших экспериментах жировые клетки, возможно, изменили внеклеточный матрикс, сделав его более благоприятным для образования пуха, — говорит Озболат.

Мы работаем над тем, чтобы улучшить эту ситуацию и добиться созревания волосяных фолликулов с контролируемой плотностью, направленностью и ростом.

По словам Озболата, способность точно выращивать волосы в травмированных или больных местах может ограничить естественность восстановительной хирургии. По его словам, эта работа дает «надежду на будущее», особенно в сочетании с другими проектами его лаборатории, связанными с печатью костей и изучением того, как подобрать пигментацию для разных оттенков кожи.

Мы считаем, что это может найти применение в дерматологии, трансплантации волос, пластических и реконструктивных операциях — это может привести к гораздо более эстетичному результату, — заключает Озболат.

Благодаря возможности полностью автоматизированной биопечати и совместимым материалам клинического уровня, эта технология может оказать значительное влияние на клиническое применение точно восстановленной кожи.

04.03.2024


Подписаться в Telegram



Здоровье

Nature Communications: Появилось новое объяснение, почему COVID сжигает легкие
Nature Communications: Появилось новое объяснение, почему COVID сжигает легкие

В некоторых тяжелых случаях COVID-19 легкие по...

Nature Biomedical Engineering: Рак можно лечить с помощью межклеточных посланий
Nature Biomedical Engineering: Рак можно лечить с помощью межклеточных посланий

Исследователям из Каролинского института ...

Nature Communications: Белки в крови находят рак на 7 лет раньше врачей
Nature Communications: Белки в крови находят рак на 7 лет раньше врачей

В ходе двух исследований, проведенных в О...

Nature Human Behavior: Мы запоминаем то, что не в силах объяснить
Nature Human Behavior: Мы запоминаем то, что не в силах объяснить

Человеческий мозг фильтрует поток впечатлений,...

Nature Microbiology: Неэффективность прививки от кори для кесарят выше в 2,6 раз
Nature Microbiology: Неэффективность прививки от кори для кесарят выше в 2,6 раз

Исследование Кембриджского университета, Велик...

Environmental and Molecular Mutagenesis: У пожарных повышен риск рака простаты
Environmental and Molecular Mutagenesis: У пожарных повышен риск рака простаты

У пожарных может быть повышенный риск развития...

ESCMID: Ученые разрабатывают иммунотерапию для борьбы с туберкулезом
ESCMID: Ученые разрабатывают иммунотерапию для борьбы с туберкулезом

Некоторые методы иммуноукрепляющей терапии уже...

Brain Injury: После сотрясения мозга детям сложнее заводить друзей
Brain Injury: После сотрясения мозга детям сложнее заводить друзей

Почти четверть американских детей с симпт...

eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови
eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови

Одни из самых смертоносных бактерий в&nbs...

New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз

По данным нового крупного исследования, провед...

JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты
JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты

Крупнейшее на сегодняшний день исследован...

Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Используя современные методы тканевой инженери...

Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека

Чуткие носы собак способны распознать ранние п...

Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома
Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома

Новое исследование показывает, что люди с...

Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста

Мигрирующие нейроны обладают конусом роста, ко...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Исследователи используют кантианскую модель рациональности для оценки этичности решений ИИ