Naukowcy z nowojorskiego Rensselaer Polytechnic Institute opracowali sposób wytwarzania żywej skóry wraz z naczyniami krwionośnymi przy pomocy technologii druku 3D. Metoda ta stanowi znaczący krok w kierunku przeszczepów skóry, które można zintegrować ze skórą pacjenta.
Nowa metoda polega na tworzeniu biotuszów wykonanych z kolagenu zwierzęcego w połączeniu z komórkami śródbłonka oraz innymi komórkami strukturalnymi. W badaniach na myszach naukowcy stwierdzili, że po przeszczepie wykonanym ich techniką, komórki zaczynają komunikować się ze sobą i rozwijać struktury naczyń krwionośnych już w ciągu kilku tygodni.
– W tej chwili wszystko, co jest dostępne jako produkt kliniczny, przypomina bardziej fantazyjne bandaże – powiedział Pankaj Karande, profesor inżynierii chemicznej i biologicznej, który kierował badaniami. – Zapewnia przyspieszone gojenie się ran, ale ostatecznie po prostu odpada, nigdy tak naprawdę nie integruje się z komórkami gospodarza – dodał.
Wyniki badań ukazały się na łamach pisma „Tissue Engineering Part A”.
Istotną barierą dla wspomnianej przez profesora integracji był brak funkcjonującego układu naczyniowego w przeszczepach skóry.
Drukowana skóra z naczyniami krwionośnymi
Karande pracuje nad tym problemem już od kilku lat. Wcześniej opublikował badania wskazujące, że dwa rodzaje żywych komórek ludzkich można przekształcić w biotusz i wydrukować z nich strukturę przypominającą skórę. Od tego czasu wraz ze swoim zespołem współpracuje z naukowcami z Yale School of Medicine. Ich celem było włączenie układu naczyniowego w wytworzoną na drukarce 3D skórę.
W nowych badaniach uczeni pokazali, że jeśli do wydrukowanej z biotuszy skóry dodadzą kluczowe elementy – w tym ludzkie komórki śródbłonka, które wyściełają wnętrze naczyń krwionośnych oraz perycyty – komórki, które otaczają z zewnątrz śródbłonek – wraz z kolagenem zwierzęcym i innymi komórkami strukturalnymi zwykle znajdowanymi w przeszczepie skóry, to komórki zaczynają się komunikować i tworzyć biologicznie istotną strukturę naczyniową. Komunikacja ta następuje już w ciągu kilku tygodni.
– Jako inżynierowie pracujący nad odtwarzeniem biologii, zawsze docenialiśmy i zdawaliśmy sobie sprawę z faktu, że biologia jest znacznie bardziej złożona niż proste systemy, które tworzymy w laboratorium – przyznał Karande. – Byliśmy mile zaskoczeni, gdy okazało się, że kiedy zbliżamy się do tej złożoności, biologia przejmuje kontrolę i nasze proste systemy zaczynają wyglądać podobnie do tego, co istnieje w naturze – dodał.
Gdy zespół Yale przeszczepił kawałki wyprodukowanej skóry wraz z naczyniami krwionośnymi do myszy, naczynia ze skóry zaczęły się komunikować i łączyć z naczyniami myszy. – To niezwykle ważne, ponieważ wiemy, że w rzeczywistości następuje transfer krwi i składników odżywczych do przeszczepu, co utrzymuje go przy życiu – wyjaśnił Karande.
Ogromny potencjał biodruku 3D
Jednak by swoje osiągnięcia sprowadzić do poziomu użytecznego klinicznie, naukowcy muszą mieć możliwość edycji komórek dawcy za pomocą czegoś takiego jak technologia CRISPR- Cas9. Chodzi o to, aby naczynia mogły się zintegrować ze sobą i zostać zaakceptowane przez ciało pacjenta. – Wciąż nie jesteśmy na tym etapie, ale jesteśmy o krok bliżej – powiedział Karande.
– Ten znaczący rozwój podkreśla ogromny potencjał technologii biodruku 3D w medycynie precyzyjnej, gdzie rozwiązania mogą być dostosowane do konkretnych sytuacji, a ostatecznie do indywidualnych osób – zaznaczył Deepak Vashishth, dyrektor Centrum Biotechnologii i Badań Interdyscyplinarnych. – To doskonały przykład tego, jak inżynierowie z Rensselaer rozwiązują problemy związane z ludzkim zdrowiem – dodał.
Jednak, jak podkreślił Karande, przed badaczami jeszcze dużo pracy, by sprostać wyzwaniom związanym chociażby z oparzeniami pacjentów, w tym z utratą zakończeń nerwowych i naczyniowych. Ale przeszczepy, które stworzył jego zespół, przybliżają naukowców do pomocy osobom z bardziej dyskretnymi problemami, takimi jak cukrzyca lub odleżyny.
– Dla tych pacjentów byłyby one idealne, ponieważ zmiany zwykle pojawiają się w różnych miejscach na ciele i można je rozwiązać za pomocą mniejszych kawałków skóry – ocenił Karande. – Gojenie się ran zwykle trwa dłużej u pacjentów z cukrzycą. Nasza metoda może również pomóc przyspieszyć ten proces – wyjaśnił.
Źródło i fot.: Rensselaer Polytechnic Institute
