0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прикроватный биопринтер заменит всю поврежденную кожу

3D биопринтеры заживляют раны клетками кожи самого пациента

Хотя появление 3D принтеров обычно рассматривают, как революционный шаг для промышленности, они могут принести пользу и в медицине. Например, для лечения серьезных ран, для которого раньше нужна была трансплантация кожи. Этой задачей занимаются ученые из Центра регенеративной медицины университета Уэйк-Форест. Они разработали новый биопринтер, который может создавать два слоя кожи из клеток пациента, сразу нанося их на рану.

3D биопринтер — печать живыми клетками

Идея о том, что кожу можно напечатать на 3D принтере, проверялась несколько лет. В 2014 году был представлен прототип принтера, который мог напечатать достаточно большой кусок кожи. Его можно было нарезать и накладывать части на раны пациента. За последние годы технология активно развивалась и появились более компактные машины, а также портативные устройства, которые работают как диспенсер для клейкой ленты.

Новые аппараты – нечто среднее между тем и тем. Они гораздо больше портативных устройств, но все равно в масштабах больницы они достаточно компактные. Аппарат можно подкатить к больничной койке. Пациент будет лежать под соплами принтера в процессе лечения.

Как работает биопринтер

Как и ранние версии устройств, эти принтеры используют клетки пациента в качестве «чернил». Это снижает риск отторжения. Для начала проводится биопсия здорового участка кожи. Из образца можно выделить два типа клеток — фибробласты, которые помогают восстановить структуру кожи во время заживления, и кератиноциты, основные клетки эпидермиса человека.

Необходимое для лечения количество клеток выращивается из полученных во время биопсии. Позже их смешивают с гидрогелем. Именно эта смесь и становится «чернилами», используемыми в биопринтере. После этого процесс лечения будет отличаться от того, что предлагалось ранними моделями. Вместо того, чтобы накладывать новую кожу на поврежденный участок, аппарат использует лазерный сканер, чтобы создать топологию раны. Используя это изображение, принтер заполняет даже самые глубокие участки фибробластами, и только после этого на поверхность поврежденного участка наносится слой кератиноцитов.

Эта технология воссоздает натуральную структуру кожи, а значит заживление происходит быстрее. Команда ученых продемонстрировала работу устройства на примере мышей. Было показано, что новая кожа начинает расти от краев раны к центру. Важно заметить, что технология работает, только при использовании клеток кожи самого пациента. В противном случае ткани будут отторгнуты.

«Если вы используете клетки пациента, то это вносит огромный вклад в процесс заживления. Клетки встраиваются как надо, что ускоряет процесс,» говорит Джеймс Йо, соавтор статьи. «Несмотря на то, что на рынке большое количество продуктов, которые помогают заживлению ран, они не помогают в регенерации кожи».

Читать еще:  Ученые объяснили, почему мы непоследовательны в решениях

Исследователи говорят, что следующий важный шаг – это проведение клинических испытаний на людях. Ведь, это новое устройство может помочь пациентам с ожогами, диабетическими язвами и другими серьезными повреждениями кожи, которые вряд ли заживут самостоятельно.

Мобильный прикроватный биопринтер поможет лечить раны

Представьте себе день, когда биопринтер, заполненный собственными клетками пациента, можно прикатить прямо к кровати, чтобы лечить тяжелые раны или обширные ожоги, печатая кожу слой за слоем, чтобы начать процесс заживления. Этот день не за горами.

В новом исследовании ученые разработали технологию биопринтера для лечения ран и ожогов.

Материалы и методы обследования

Интегрированная технология обработки изображений, включающая в себя устройство, которое сканирует рану, передает данные в программное обеспечение, чтобы печатающие головки доставили биоматериал именно в рану слой за слоем. Этот процесс ускоряет формирование нормальной структуры и функции кожи. Клетки смешивают в гидрогель и помещают в биопринтер. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Результаты научной работы

Ученые Института регенеративной медицины Уэйк Фореста (WFIRM) создали такую ​​мобильную систему биопечати кожи — первую в своем роде — которая позволяет наносить двухслойную кожу непосредственно на рану.

«Уникальным аспектом этой технологии является мобильность системы и возможность обеспечить лечение обширных ран путем их сканирования и измерения, чтобы поместить клетки непосредственно туда, где они необходимы для создания кожи», — сказал автор исследования Шон Мерфи (Sean Murphy).

Поражая миллионы людей, хронические, большие или незаживающие раны, такие как диабетические язвы, зачастую требуют длительного и дорогостоящего лечения. Также подсчитано, что ожоговые травмы составляют 10-30% боевых потерь военнослужащих на войне.

Основные клетки кожи — дермальные фибробласты и эпидермальные кератиноциты — легко выделяются из небольшой биопсии неповрежденной ткани. Фибробласты — это клетки, которые синтезируют внеклеточный матрикс и коллаген, которые играют критическую роль в заживлении ран, в то время как кератиноциты являются преобладающими клетками в эпидермисе, самом внешнем слое кожи.

Исследователи продемонстрировали подтверждение концепции системы путем печати кожи непосредственно на доклинических моделях.

Следующим шагом является проведение клинических испытаний на людях. В настоящее время кожные трансплантаты для лечения ран и ожогов являются «золотым стандартом», но адекватное покрытие ран зачастую представляет собой проблему, особенно когда существует ограниченная доступность здоровой кожи для сбора. Кожные трансплантаты от доноров являются одним из вариантов, но существует риск иммунного отторжения трансплантата и образования рубцов. С системой биопринтера исследователи наблюдали, как новая кожа формируется кнаружи от центра раны, и это происходило только тогда, когда использовались собственные клетки пациента, потому что ткани были приняты, а не отторгнуты.

«Эта технология может устранить необходимость в болезненных кожных трансплантатах, которые вызывают дальнейшее обезображивание пациентов, страдающих от больших ран или ожогов», — сказал Шон Мерфи. «Мобильный биопринтер, который может обеспечить лечение обширных ран на месте, может помочь ускорить оказание медицинской помощи и снизить затраты для пациентов».

Читать еще:  Ликбез: что надо знать про ПМС

«Собственные клетки пациента активно способствуют заживлению ран, начиная процесс заживления гораздо быстрее», — сказал Шон Мерфи. «В то время как существуют другие типы продуктов для заживления ран, предназначенные для лечения ран и помощи в их закрытии, эти продукты на самом деле не вносят непосредственного вклада в создание кожи».

Мобильный биопринтер сможет создавать кожу прямо на ране

Американские ученые спроектировали эргономичный аппарат, который позволит синтезировать кожу слой за слоем прямо на ране пациента. Статья была опубликована в журнале Nature’s Scientific Reports.

Только представьте себе день, когда биопринтер, наполненный собственными клетками пациента, можно придвинуть прямо к больничной койке и залечить рану или ожог, печатая кожу слой за слоем. «Уникальными аспектами новой технологии является мобильность системы и способность аппарата самостоятельно измерять рану, подстраивая нанесение клеточных слоев в соответствии с ее размерами», — комментирует работу ведущий автор статьи Шон Мерфи, доктор наук, доцент университета Уэйк-Форест .

Кожа состоит из двух основных слоев клеток. Верхний — эпидермис — защищает низлежащие ткани от механических повреждений, УФ-лучей и возбудителей заболеваний. Его множественные слои составляют, в основном, клетки-кератиноциты, накапливающие механически прочный белок кератин. Нижний же — дерма — подстилает, поддерживает и питает эпидермис. Ключевой компонент дермы — это клетки-фибробласты, активно синтезирующие коллаген, эластин и другие элементы внеклеточного матрикса.

Образцы клеток пациента отбирают быстро и относительно безболезненно, размножают в лабораторных условиях и загружают в биопринтер. Аппарат содержит две фракции — гидрогель с кератиноцитами и гидрогель с фибробластами, а интегрированная технология обработки изображения раны сообщает печатающим головкам, какие клетки следует наносить на данный участок повреждения. В результате восстановление нормальной структуры и функции кожи значительно ускоряется.

В настоящий момент лечение ран и ожогов осуществляется, как правило, трансплантацией ткани. Однако нередки сложные случаи, когда неповрежденной кожи просто недостаточно для осуществления процедуры. Разумеется, возможна пересадка покровов донора, но в таком случае трудности не заканчиваются, а только начинаются из-за высокого риска иммунного отторжения ткани, не говоря уже о шрамообразовании.

«Эта технология может устранить необходимость в болезненных кожных трансплантатах, которые вызывают дальнейшее обезображивание пациентов с большими ранами и ожогами, — говорит доктор медицинских наук, директор университета Уэйк-Форест Энтони Атала. — Мобильный биопринтер может помочь ускорить оказание медицинской помощи и снизить стоимость лечения».

Новые технологии в медицине – заживление ран на коже с помощью 3D-биопринтера

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

В Университете Торонто разработан портативный 3D-биопринтер, для заживления поверхностных ран и ожогов. Устройство рассчитано на мобильное использование и в снаряженном состоянии весит менее килограмма.

Читать еще:  Мазь для поясницы разогревающая

Первые испытания производились на подопытных животных. Они показали, что всего за 2-3 минуты принтер может наложить на кожу приживляемую заплату размером 20х40 мм. Применяемые материалы приготовлены на коллагеновой основе и по своей структуре очень напоминают натуральную кожу.

Технологическая методика и материалы

В конструкции принтера установлены три подающих шприца. Два из них наполняют суспензией клеток в гидрогелевом растворе, а в третий закачивают особый раствор, который обеспечивает поперечные связи между наносимыми слоями и способствует превращению биополимерного раствора в гель.

Материалы, поступая из шприцов смешиваются образуя особые биочернила, содержащие фибропласт человека – аналог естественных клеток соединительной ткани организма. Их наносят на обрабатываемую поверхность параллельными полосами с бесклеточными пропусками, создавая слои, как при сетчатой эпитериальной пересадке кожи. Толщина каждого последующего слоя 0,1-0,6 мм.

Основной элемент нового 3D-биопринтера это микрофлюидный картридж изготовленный из экологически чистого полупрозрачного полимера. Он был разработан специально для этого устройства и обеспечивает одновременное поперечное распределение двух растворов через микроканалы, расположенные в разных плоскостях. Технология обработки предусматривает подачу биочернил через выходные отверстия 8, 14 и 20 мм.

Подложку приготавливают из 2% раствора агарозы в деионизированной воде, нагревая его микроволновым излучением до температуры 60°C. Нагретый раствор выливают в стерильные чашки Петри и охлаждают. В результате образуется гелевый слой толщиной 3 мм, застывающий при комнатной температуре за полчаса.

Способы приготовления биочернил

Канадские исследователи разработали три технологии приготовления биочернил для различных слоев кожи:

Для альгинативных коллагеновых пластов:

альгинат натрия добавили в раствор среды для культивирования клеток DMEM и 20 ммоль/л ГЭПЭС и отфильтровали полученное,

заранее подготовленный, используя для этого NaOH;

два полученных раствора смешали, чтобы получить концентрат 2% альгината и 5 мг/мл коллагена первого типа.

Для дермального слоя:

в сольфатно-солевом буферном растворе PBS растворили 5% фиброген, в режиме умеренного помешивания на протяжении двух часов;

так же в PBS растворили 1% гиалуроновой кислоты;

полученные составы смешали в равных соотношениях, а потом отфильтровали, пропуская его микрофильтр;

в сольфатно-солевом буферном растворе сбалансировали коллаген до рН 7 и смешали его с отфильтрованным раствором.

В результате был получен материал с концентрацией 1,25% фиброгена, 0,25% гиалуроновой кислоты и 0,25% коллагена. Готовый раствор так же держали в охлажденном состоянии на льду до применения.

Биочернила для эпидермального слоя были приготовлены по аналогичной предудущим способам технологии с целью получения концентрированного раствора с содержанием 2,5% фиброгена и 0,25% гиалуроновой кислоты.

Полученные результаты служат стимулом для дальнейших исследований

Команда разработчиков из Торонто надеется, что новый 3D-биопринтер найдет свое применение для эффективного лечения ожогов и механических повреждений кожи в клинических и даже полевых условиях. Сейчас пройден первый этап испытаний, но исследовательские работы продолжаются.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector