Инженеры из WFIRM изобрели биопринтер, печатающий кожу прямо на ране

Автор оригинала: Michael Irving
  • Перевод


Крупный план сопла кожного биопринтера, разработанного в Институте Регенеративной Медицины Уэйк Форест
Хотя появление трёхмерной печати обычно считается революцией в промышленности, оно произвело революцию и в медицине. Чтобы помочь вылечить большие раны, которые обычно требуют пересадки кожи, инженеры из Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) разработали новый биопринтер, который может печатать два слоя собственной кожи пациента прямо на рану.
Трёхмерная печать кожи была в разработке в течение нескольких лет. В 2014 году был представлен прототип машины, которая могла печатать большие куски человеческой кожи, которые затем можно было разрезать и приклеить пациенту на рану. За прошедшие годы технология развилась в более технологичные машины и, в конечном итоге, портативное устройство, которое работает как диспенсер клейкой ленты.

Новая машина выглядит как нечто среднее между ними. Она намного больше, чем портативное устройство, но все ещё портативно в условиях больницы. Машину можно приставить к кровати, и пациент будет лежать под соплами принтера, пока он будет работать.
Как и в предыдущих устройствах, новый принтер использует «чернила», состоящие из собственных клеток пациента, чтобы минимизировать риск иммунной реакции. Сначала делается небольшая биопсия здоровой кожи, и из неё извлекаются два типа клеток кожи: фибробласты, клетки, помогающие строить структуру кожи, и кератиноциты, являющиеся основными клетками в самом внешнем слое кожи.
Большие количества этих клеток выращивают из образца биопсии, затем смешивают с гидрогелем, чтобы получить чернила биопринтера. И вот чем он отличается от предыдущих биопринтеров – вместо того, чтобы просто наносить новую кожу на рану, машина сначала использует трёхмерный лазерный сканер, чтобы построить изображение топологии раны. Используя это изображение, устройство затем заполняет самые глубокие части фибробластами, а затем наносит поверх кератиноциты.

Эта техника имитирует естественную структуру кожи, позволяя травме заживать быстрее. Группа показала, как это работает на мышах и свиньях, наблюдая, как новая кожа начала формироваться наружу от центра раны.
«Если вы используете собственные клетки пациента, они активно способствуют заживлению раны, делая процесс заживления намного быстрее», – говорит Джеймс Ю, соавтор статьи. «В то время как существуют и иные типы технологий заживления ран, они, как правило, не участвуют напрямую в регенерацию кожи».
Инженеры запланировали клинические испытания на человеке. В конце концов, новое устройство может быть применено в лечении ожогов, пациентов с диабетическими язвами и иными большими ранами.

Scientific Reports
Wake Forest School of Medicine
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Комментарии 37

    +2
    Как быстр прогресс в биоинженерии! Первые прототипы появились в 2014, а в 2019 намного улучшенная технология готова к испытанию на человеке!
      +3
      А как долго пациент с ожогами должен ожидать процедуры? Просто клеток у него берут немного и надо их или размножить через культуру, или срезать прилично здоровой кожи, если ожег большой… сколько вообще длиться подготовка от взятия биопсии до начала печати?
        +2
        Как я знаю, пока широко применяется лишь трансплантация кожи. Ибо у нормальной кожи сложная трёхмерная структура (как минимум 3 слоя и разные железы). И полноценную кожу ещё не выращивали. Выращивали лишь эпителий — её внешний слой, но он не полноценная замена коже при большой ране. Указанная в публикации технология ещё не применялась на человеке.

        Из проверенных новых технологий пока лишь скин-спрей получил разрешение.

          +2
          Очень интересная статья по ссылке (про скин-спрей). Я правильно понял что время готовности препарата — полчаса?
          В вашей статье про биопринтер создание чернил описано создание «чернил» по аналогичной технологии, но добавлено что клетки ещё выращиваются дополнительно. Сколько времени это занимает? То есть это уже не полчаса?
            +3
            Митоз эпидермиса мыши протекает за 3,8 часа согласно вики… То есть ни о каких получасах речи идти не может, если только они не изобрели ускоренный митоз.
      +1
      Кожа конечно классно, а зубы так можно? Вот за зубы и недорого многие бы уже передрались за подобный аппаратик.
        +2
        Зубы уже давно печатают и вставляют. Не отличишь. И виниры вставляют.
        Вот выращивать родные — это пока никак, вроде.
          +1
          Так вот интересно именно родные, а не импланты искусственные.
            +1
            У вас родная кожа тоже отрастает, если что. А зубы — нет. Так что…
            0

            Профессор Такаси Цудзи из токийского Университета естественных наук. Про его опыты, ещё в 2009 г. были опубликованы материалы по выращиванию зубов из стволовых клеток, но у мышей. А дальше всё заглохло, по крайней мере я не слышал ничего. В принципе оно и понятно, столько производств корпораций накроется.

              +1
              В середине 0-вых были клиники в мск пытавшиеся выращивать зубы — зубы вырастали не всегда и порой не во рту.
            +3
            Зубы как раз из немногих примеров — импланты по качеству намного лучше оригинальных зубов.
              +2
              Может быть внешне, но никак не функционально, так что есть куда стремиться.
                +1
                Почему бы это?
                  +4
                  Может они и лучше, но есть две проблемы:
                  1 — Нет нервных окончаний
                  2 — Они крепятся непонятно как, хуже чем оригинал

                  Пока эти две проблемы не решат, импланты правильнее называть костылями а не решением.
                  Но если зуба нет, то конечно же лучше костыль чем ничего вообще.
                  То же самое и с кожей. Пусть она не идеальна, но с ней лучше чем без неё :)

                  Имхо, технология классная. Это тот момент когда в будущем раны можно будет обработать быстро, вплоть до «печати» органа и быстрой его замены.

                  А когда можно будет напечатать тело… Ууу…
                    +1
                    да ну. В оригинальных зубах есть нервы, благодаря которым при здоровых зубах можно ощущать пищу. Импланты сперва дают ощущение инородного тела во рту, затем к этому привыкаешь, но чувствовать ими пищу не получится.
                      +2
                      А если попадаются камешки, то чувствовать и не хочется. Чувствительность зубов — то, чем я бы с радостью пожертвовал.
                        +2
                        благодаря которым при здоровых зубах можно ощущать пищу.

                        А уж сколько всего можно ощущать при нездоровых зубах… Ну её нафиг, эту функцию. Я лучше языком поощущаю пищу.
                    +1
                    Звучит, конечно, неплохо, но нет ответа на главный вопрос: где кожу брать в тех случаях, когда этот аппарат нужен будет для спасения жизни, а не просто в косметических целях?
                      +3
                      Очевидно из оставшегося неповреждённым кусочка кожи. Человека со 100% ожогом кожи аппарат не лечит. Вопрос только в скорости выращивания нужного количества клеток из биопсии. В статье не сказано, речь идёт о десятках минут, часах или сутках? Если клетки условно создаются за полчаса, например, то этот аппарат очень даже пригоден для спасения жизни.
                        +1
                        Клетки человеческой кожи не растут за полчаса. Но, раз мы говорим про будущее, можно вырастить клетки заранее и сохранить в банке. Или использовать универсальные iPSC. В принципе, указанные вещи возможны прямо сейчас — их массовая реализация лишь вопрос цены и регуляции.
                          +1
                          Так а в этом принтере за какое время растут?
                            +1
                            Клетки человеческой кожи в приципе не размножаются за полчаса. И, конечно, не в принтере, а в чашках Петри. В публикации указание на протокол выращивания кератиноцитов за 14 суток. В экстренных случаях клетки берутся из банка.
                            +1
                            Вы уверены что там вообще участвует выращивание? Я пробежался по статьям, читал не полностью если честно, но как я понял, от скин-спрея до биопринтеров «чернила» создаются одинаково. Состав представляет собой просто клетки пациента (срезают лоскут здоровой кожи), разъединённые каким то образом (энзимами?) и помещённые в спецраствор, который потом просто наносится спреем на ожог, и нанесённые клетки становятся очагами роста новой кожи.
                            В принтере соответственно более точное разделение уже на два типа клеток, и нанесение послойно.
                              +1
                              А вариант хороший. Ведь люди и сейчас платят за страховку.
                              В будущем в эту страховку могут заложить и кожу с органами, чтобы вдруг чего ургентно пересадить.
                              +2
                              Вопрос только в скорости выращивания нужного количества клеток из биопсии.

                              Я именно это и имею в виду. Если мы говорим не про небольшие ранки, а о крупных повреждениях кожи, размером в десятки кв. см., то для выращивания нужного количества биоматериала речь идет даже не о сутках, а о неделях. В случае обширных ожогов пациент умрёт от токсикации намного раньше, чем вырастут клетки для создания кожи.
                                +1
                                С обширными очагами поражения технология может и не спасет, но вот как средство для быстрой реабилитации почему бы и нет.
                            +2
                            Потихоньку приближаемся к персональным аптечкам из «Неукротимой планеты» Гаррисона :)
                              +1
                              Совсем не понял. Как? Основная проблема, в моём понимании, не получить лоскут кожи, основная проблема -приживить. А приживить — обеспечить лоскут питанием и отводом продуктов жизнедеятельности.
                                +2
                                Если мы говорим о лоскуте из генетически той же ткани, что и у носителя, то основная проблема как раз получить. Приживляется оно как раз «автоматически», капилляры сами начинают прорастать через ткань.
                                +1
                                Всё-таки мне кажется, что мало кто будет иметь готовый запас чудо-геля на всякий случай. А вот для лечения рубцов эта технология может ещё как пригодиться.
                                  +2
                                  спасатели, пожарные, пилоты,… вполне могут иметь такой запас
                                    +1
                                    Да, но мне, например, интересно, как долго и в каком состоянии он может храниться, этот самый запас.
                                      +1
                                      В жидком азоте — вечно.
                                        +1
                                        А разве для человеческих клеток уже есть работающая технология криогенной заморозки и разморозки с сохранением их жизнеспособности?
                                          +2
                                          Да. Проблема только с крионированием больших органов (вроде мозга) со структурой. А отдельные клетки, ткани и даже и маленькие органы без проблем. Например, запросто замораживают и размораживают жизнеспособные эмбрионы.
                                  +2
                                  Круто! Что тут сказать! :)

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое