В лаборатории Альберто Паппалардо, врача и постдока, специализирующегося на дерматологии и тканевой инженерии в Медицинском центре Колумбийского университете, вырастили специализированный материал — «кожную конструкцию». Это целый лист человеческих клеток, который может быть имплантирован на рану, слишком большую для трансплантата из другой части тела.
Кожная конструкция в форме руки
Технология выращивания кожных конструкций не претерпела особых изменений за 40 лет; обычно они представляют собой плоские прямоугольные или круглые заплатки. Это проблема, говорит Хасан Эрбиль Абачи, доцент, биоинженер и советник Паппалардо, потому что эти формы не соответствуют формам частей тела, таких как пальцы и лица. Наложение двухмерных пластырей на трехмерные контуры требует больше пластырей, а значит, больше швов и более длительных операций. Это выглядит хуже эстетически и хуже работает механически.
В статье в журнале Science Advances команда описала свой процесс изготовления трехмерного трансплантата, который они называют «бескрайним», то есть он имеет форму, соответствующую части тела, и не имеет швов. Они начали с 3D-печати каркаса, позволяющего клеткам кожи расти в нужной форме. Паппалардо посеял человеческие клетки слоями вокруг каркаса, а затем подождал, пока эти клетки построят плотную сеть структурных молекул. Сконструированная кожа более точно повторяет форму и функции, чем любая другая до нее, а когда ее испытали на мыши, она интегрировалась так, как будто это была родная кожа — на процедуру накладки потребовалось 30 секунд, а на всю операцию — 10 минут.
Команда Абачи начала свой эксперимент с выращивания кожи простой цилиндрической формы. Она использовала 3D-сканирование, или цифровую модель для печати проницаемого пластикового каркаса для клеток двух слоев кожи — внутренней дермы и внешнего эпидермиса. Паппалардо отлил фибробласты (клетки дермы) с коллагеном вокруг строительного леса. В течение двух недель слой созревал, а затем ученый посеял кератиноциты — клетки эпидермиса. Эта комбинация в течение недели находилась под воздействием воздуха с одной стороны и жидкости с другой — как наша кожа. И это сработало. «Мы подумали: если мы можем сделать цилиндр, то получится сделать любую форму», — говорит Абаци.
Прорыв положил начало дебатам внутри научной группы: одна группа ученых хотела вырастить лицо, но победила та, которая хотела попробовать руку. Они представили себе пятипалую структуру, которую можно было бы вскрыть у запястья, надеть как перчатку, а затем наложить швы. «Вам придется накладывать повязки только в области запястья, и на этом операция будет закончена», — говорит Абаци.
Поэтому в лаборатории напечатали пятипалый каркас размером с пачку сахара, подготовили клетки, как и раньше, а затем проверили, насколько хорошо эта конструкция держится по сравнению с традиционными трансплантатами. При испытании на механическую деформацию «безграничные» конструкции превосходили плоские на 400%.
Но может ли подобный трансплантат кожи действительно прижиться? Демонстрация Паппалардо на мышах, которую он в итоге провел 11 раз, утверждает, что да. Он выбрал заднюю конечность мыши, поскольку геометрия этой области очень сложна. Через четыре недели после замены кожи искусственная конструкция полностью интегрировалась в окружающую кожу мыши.
Читать далее:
Землю в Китае пробурили на рекордную глубину
Дело не в Земле: ученые объяснили, почему Солнечная система является самой редкой
Спаривание жирафов оказалось еще более странным, чем считалось ранее