"Nahk süstlast": kahefaasiline "granuleeritud" biotint prindis dermise ja implanteeris selle

Rootsi teadlased esitlesid dermise 3D-bioprintimiseks mõeldud biotinti µInk: see on kahefaasiline granuleeritud hüdrogeel, mis põhineb poorsetel želatiinist mikrosfääridel, millele on „istutatud“ inimese dermaalsed fibroblastid ja hüaluroonhappe maatriks. Segu käitub süstlas/printeri otsikus rõhu all nagu vedelik ja haavas taas geelistub – seepärast on ajakirjanikud seda nimetanud „nahaks süstlas“. Hiirtega tehtud katsetes jäid ellu väga suure rakutihedusega trükitud struktuurid, mis ehitasid kiiresti üles rakuvälise maatriksi, kasvatasid veresooni ja integreerusid kudedega 28 päevaga. Töö avaldati ajakirjas Advanced Healthcare Materials.

Taust

• Miks on praegused nahaasendajad kaugel "tõelisest dermisest"? Suurte haavade ja põletuste kliiniliseks standardiks on poolitatud autograftid (STSG) ja/või nahamallid (nt Integra). Need päästavad elusid ja sulgevad defekti, kuid jätavad sageli arme ja kontraktuure, eriti õhukeste klappide korral; armi kvaliteet sõltub suuresti "sügava dermise" osakaalust transplantaadis. Isegi "võrk" klapid, mis on mugavad suurte alade katmiseks, tekitavad võrkrakkude kaudu paranemise tõttu märgatavamaid arme. Nahamallid aitavad moodustada "neodermi", kuid jäävad rakuvabaks, vajavad etappe ja ei lahenda esimestel nädalatel ebapiisavate autoloogsete rakkude/veresoonte probleemi.
• Miks on 3D-naha bioprintimine loogiline järgmine samm, kuid biotint seda takistab. Printimine võimaldab rakke ja materjale sihipäraselt paigutada, kuid klassikalised homogeensed hüdrogeelid langevad „kahvlisse“:
  • liiga vedelad - need laiali valguvad ja ei hoia oma kuju; liiga jäigad - need suruvad rakkudele, takistavad veresoonte tungimist ja ei võimalda suure rakutihedusega printimist. Lisaks on endiselt keeruline taastada lisastruktuure (juuksefolliikuleid jne). Vajame biotinte, mis düüsi rõhu all voolavad ja seejärel koheselt "kogunevad" stabiilseks poorseks massiks ega tapa rakke nihkejõuga.
• Mis on granuleeritud (mikrogeelist, "kinni jäänud") biotindid ja miks need sobivad pärisnaha jaoks? Need on "tihedalt pakitud" mikrogeeliosakesed, mis käituvad paigalseisus tahke ainena ja nihke all (nihkehõrenemise korral) vedelikuna – ideaalsed süstla-/ekstrusioontrüki ja süstide jaoks. Pärast pealekandmist hoiab niit oma kuju, jättes veresoonte kasvuks granulaarsed poorid; segu saab lisaks pehmete keemiavahenditega "ristseotud". Sellest materjalide klassist on viimastel aastatel saanud pehmete kudede trükkimise alus.
• µInk idee lühidalt. Autorid ühendasid probleemi kaks kihti – rakud ja maatriksi: nad istutasid inimese dermaalsed fibroblastid poorsetele želatiinmikrosfääridele (bioloogiliselt ühilduvad „pärlid“, mis on keemiliselt sarnased kollageeniga) ja seejärel „liimisid“ graanulid vasevaba klõpskeemia abil hüaluroonmaatriksiga kokku. Tulemuseks oli „rõhu all vedelik – puhkeolekus tahke“ biotint, mis võimaldab ülikõrget rakkude tihedust, printimist/süstimist ja juba kohapeal oleva rakuvälise maatriksi kiiret värbamist. Konstruktsioonid juurdusid ja vaskulariseerusid hiirtel 28 päeva jooksul.
• Kuidas see lähenemisviis kliiniku „valupunktidele“ reageerib.
  1. Kiirus ja logistika: koeekvivalendi pika kultiveerimise asemel valmistatakse kiiresti „elusgraanulid” ja viiakse „süstlast nahk” otse haava või trükitakse defekti kuju järgi.
  2. Bioloogia: Suur rakulisus + poorne struktuur → parem rakuvälise koe ladestumine ja neoangiogenees – võti armistumise vähenemise ja elastse dermise tekkeks.
  3. Ühilduvus autoloogiaga: fibroblaste on väikesest biopsiast lihtne saada; želatiin/HA on nahale tuttavad komponendid.
• Kus lüngad püsivad. See kõik on hiirtel veel prekliiniline; patsientidele üleviimine nõuab täispaksuse nahamudeleid, pikaajalist jälgimist, keratinotsüütide/endoteeliga samaaegset printimist, GMP standardiseerimist ja tõestust, et tehnoloogia vähendab tegelikult armistumist ja parandab funktsiooni võrreldes standardiga.
• Miks see uudis on praegu oluline? STSG/mallide püsivate piirangute ja granuleeritud biotindi klassi küpsuse taustal demonstreerib µInk praktilist konstruktsiooni: „mikrogeeli kandjad + pehme siduv maatriks + suured annused autoloogseid rakke“. See muudab kiire ja rakutiheda naha rekonstrueerimise stsenaariumi ilma pikkade inkubaatorietappideta realistlikumaks.

Miks see vajalik on?

Klassikalised nahaasendused jätavad sageli armi: neil on vähe rakke, nad kasvavad halvasti kokku ja moodustavad nõrga „õige“ nahamaatriksi. Paksu ja keeruka dermise kasvatamine täielikult nõus on pikk ja keeruline. Autorid pakuvad välja teistsuguse viisi: panna patsiendi enda fibroblastidest kiiresti kokku „tellised“, istutada need poorsetele mikrosfääridele ja süstida/printida need otse defekti piirkonda, kus keha ise viib lõpule täieõigusliku dermise.

Kuidas µInk biotint töötab

• 1. faas: „elavad graanulid“. Poorsed želatiinist mikrosfäärid (sisuliselt pisikesed helmed, keemiliselt sarnased naha kollageeniga), millel bioreaktoris paljundatakse primaarseid inimese naha fibroblaste.
• 2. faas: „Siduv geel“. Hüaluroonhappe lahus, mis liimib graanulid kokku vasevaba klõpskeemia abil.
• Reoloogia. Tulemuseks on nihkejõul hõrenduv granuleeritud hüdrogeel: see voolab rõhu all ja hoiab oma kuju puhkeolekus, mis tähendab, et see sobib nii süstlaga pealekandmiseks kui ka 3D-printimiseks.

Mida katsed näitasid

• Printimine ja elujõulisus: µInk-värvist trükiti stabiilsed ülikõrge rakutihedusega miniplaastrid; fibroblastide elujõulisus ja fenotüüp säilitati.
• In vivo (hiired): 28 päeva jooksul subkutaanselt implanteeritud konstruktid
  - vohasid veresoontega,
  - ilmnes hüdrogeeli ümberkujunemine
  - ja akumuleerus naha ECM (fibroblastid jätkasid jagunemist ja funktsioneerimist), mis viitab kudede integratsioonile.
• Pealekandmispraktika. Materjali saab nõela abil otse haavale kanda – „nahk süstlas“ – või trükkida kihi/kuju konkreetse defekti jaoks.

Miks see oluline on?

• Kiirus ja tihedus. Aeg on põletuste ja krooniliste haavade puhul kriitilise tähtsusega. µInk võimaldab teil mööda hiilida pikkadest koekasvu tsüklitest "mahus" ja viia koheselt palju aktiivseid rakke sinna, kuhu neid vaja on.
• Bioloogia normaalsusele lähemal. Mikrosfääride kõrge rakusisaldus ja poorne arhitektuur soodustavad maatriksi tootmist ja neovaskularisatsiooni, mis on kaks armivaba paranemise ja elastsuse võtit.
• Kliiniku logistika. Kontseptsioon sobib hästi autoloogse lähenemisviisiga: võtta väike nahabiopsia → paljundada kiiresti fibroblaste mikrosfääridel → printida patsiendi haavale transplantaat.

Mille poolest see erineb tavalistest "rakkudega hüdrogeelidest"?

Tavapärased "homogeensed" hüdrogeelid on kas liiga vedelad (levivad laiali) või liiga jäigad (surguvad rakkudele, takistavad veresoonte kasvu). Granuleeritud arhitektuur pakub veresoontele poore ja radasid ning "kahefaasiline" - nii mehaaniline stabiilsus kui ka süstitavus. Lisaks on želatiinkandjad biolagunevad ja kudedele "harjuvad".

Piirangud ja mis edasi saab

See on seni prekliiniline (hiired, nahaalused taskud; ajaraam - 4 nädalat). Edasi:

• täispaksuselised nahadefektid ja pikemad järelkontrollid;
• keratinotsüütide/endoteelirakkude ja kombineeritud täispaksuse nahatestid;
• üleminek patsiendi autoloogsetele rakkudele ja põletuse/kroonilise haava mudelile;
• GMP tootmise skaleerimine (bioreaktorid, steriilsus, klikkide kontroll).

Allikas: Shamasha R. jt. Kahefaasilised granuleeritud biotindid naha regenereerimiseks mõeldud kõrge rakutihedusega konstruktsioonide biotootmiseks, Advanced Healthcare Materials, veebis 12. juunil 2025 https://doi.org/10.1002/adhm.202501430