Американські винахідники розробили технології біодруку, що дає змогу відновлювати одночасну кісткову тканину та м'які тканини шкіри. Для цього науковці застосували різні типи біочорнил, що подаються двома типами біодруку — екструзійним та струменевим. Перші успішні результати вчені продемонстрували на піддослідних пацюках та описали у статті журналу Advanced Functional Materials.
Organovo
Для чого це досліджували?
Травми шкіри на обличчі та кісткової тканини черепа разом складніше лікувати. Все через те, що в цих місцях нашаровуються одне на одного різні типи тканин. У такому разі відновити структуру таким чином, щоб вона виглядала естетично задовільно, дуже непросто. Приміром, щоб вилікувати отвір у черепі в районі обличчя, необхідно застосувати декілька підходів до різних тканин. Кістку здебільшого добувають із якоїсь іншої частини тіла пацієнта, або іноді від померлого донора. Її необхідно прикрити м'якими тканинами, вирощеними в іншому місці, які забезпечили б кровопостачання і підтримали кістку. У кінці хірурги займаються відновленням шкіри на пошкодженому місці. Наразі немає методів, що дозволили б зробити це все одночасно. Тому вчені з Пенсильванського університету присвятили свою роботу розробленню таких технологій.
Як вчені підійшли до розв'язання проблеми?
Науковці припустили, що допомогти могла б технологія тривимірного біодруку. Оскільки тканини, які необхідно відновити, мають різну структуру, біодрук повинен здійснюватися чорнилами різної консистенції. Тож вчені випробували можливість застосування двох різних типів друку: методом екструзії, що під тиском видавлює матеріал із сопла, та струменевий, у процесі якого чорнила подаються у вигляді крихітних крапель.
Екструзійний біодрук науковці використали для відновлення щільної кісткової тканини. Для цього вони створили біочорнила на основі колагену, хітозану, наногідроксиапатиту та інших сполук, до яких додали мезенхімальні стовбурові клітини. Останні в нормі містяться у кістковому мозку та беруть участь в утворенні кістки, хряща та жиру кісткового мозку. Струменевий друк застосували для утворення тонших шарів м'яких тканин за допомогою чорнил із вмістом колагену, фібриногену та сполук, які покращують зростання тканин.
Після сканування вчені друкують різними біочорнилами, утворюючи зрештою пошаровану структуру з кісткової тканини, захисного бар'єра, дерми та епідермісу. Ozbolat laboratory / Penn State
Наскільки ефективна ця технологія?
Вчені перевірили дієвість друку кожної тканини окремо на моделях органів. Метод виявився успішним і вони приступили до тестування відновлення кісткової тканини та шкіри одночасно на живих пацюках. Спочатку науковці просканували місце ураження, щоб визначити геометрію дефекту. Після цього надрукували в рану шар майбутньої кісткової тканини, на яку помістили бар'єрний шар, який імітує окістя — сполучну тканину, пронизану кровоносними судинами, що оточує кістку. Він гарантував, що клітини не мігруватимуть із м'яких тканин до кістки. Зверху на нього надрукували шари дерми та епідермісу. На весь процес друку тканин пішло менш як п'ять хвилин, кажуть дослідники.
Результати показують, що протягом чотирьох тижнів після друку у тварин на 100 відсотків загоїлися м'які тканини. Водночас кістка відновилася на 80 відсотків протягом шести тижнів, коли її друкували самостійно, та на 50 відсотків, коли разом із друком м'яких тканин.
У наступних роботах дослідники зосередяться на додаванні до чорнил сполук, що сприяють утворенню кровоносних судин. Це дасть змогу покращити загоювання та відновлення кістки.