Уникальный гель, содержащий живые клетки, можно использовать как для непосредственного нанесения на рану, так и для печати на 3D-принтере, создавая трансплантационный материал, максимально приближенный к естественной коже.
Кожа — самый большой орган человеческого тела, который защищает от повреждений и инфекций. При значительных повреждениях, особенно в случае ожогов, кожа теряет свои защитные функции, что может привести к трагическим последствиям. В настоящее время врачи при обширных ожогах обычно пересаживают тонкий слой эпидермиса — верхней части кожи, состоящей из одного типа клеток. Это позволяет закрыть рану и спасти жизнь пострадавшему, однако оставляет заметные рубцы, так как под эпидермисом располагается более сложный слой — дерма. Дерма содержит сосуды, нервные окончания, волосяные фолликулы и другие важные структуры, которые обеспечивают эластичность и нормальное функционирование кожи. Полноценная пересадка дермы практически невозможна — для этого потребовалось бы создать еще одну такую же большую рану на теле пациента.
Команда Йохана Юнкера из Линчепингского университета (Швеция) предложила инновационное решение, основанное на использовании «строительных блоков» из дермы. Ученые выделили и вырастили в лаборатории фибробласты — клетки соединительной ткани, которые легко адаптируются и могут превращаться в другие типы клеток. Чтобы разместить их в ране, ученые «посадили» фибробласты на мелкие пористые шарики из желатина, который по свойствам близок к коллагену кожи.
Однако просто вылить такую суспензию на рану невозможно — она не сможет удержаться. Поэтому шарики смешали с гелем на основе гиалуроновой кислоты, а затем связали их молекулярными «замками» с помощью кликовой химии. В результате получился материал, который под небольшим давлением становится жидким, а после нанесения снова превращается в плотный гель. Его можно вводить через шприц, наносить на рану или печатать на 3D-принтере в необходимой форме.
В эксперименте ученые распечатали миниатюрные «диски» с живыми клетками и вложили их под кожу мышей. Клетки не только выжили, но также начали выделять необходимые вещества для формирования новой дермы. Более того, в пересаженных фрагментах образовались кровеносные сосуды — ключевой элемент для долгосрочного приживления тканей.
Создание сосудистой сети — одна из главных сложностей в биоинженерии тканей. Без сосудов клетки в крупных структурах погибают от нехватки кислорода и питательных веществ. В другом исследовании та же группа ученых описала способ производства эластичных «нитей» из гидрогеля, состоящего на 98% из воды. Эти нити могут связываться в узлы и образовывать из них мини-трубки, по которым течет жидкость или прорастают клетки сосудов. Такую технологию можно использовать для создания искусственных тканей и «мини-органов» с собственной системой кровоснабжения.