„Skóra w strzykawce” krokiem w kierunku nowej metody leczenia oparzeń
Naukowcy stworzyli rozwiązanie, które można określić mianem „skóry w strzykawce”. Żel zawierający żywe komórki może być drukowany w technologii 3D, tworząc przeszczep skóry – jak pokazano w badaniu przeprowadzonym na myszach. Technologia ta może doprowadzić do powstania nowych metod leczenia oparzeń i ciężkich ran. Badania prowadzili naukowcy z Center for Disaster Medicine and Traumatology oraz Linköping University w Szwecji, a wyniki opublikowano w czasopiśmie Advanced Healthcare Materials.
Dopóki mamy zdrową skórę, rzadko zwracamy na nią uwagę. Jednak w przypadku rozległych ran czy urazów szybko staje się jasne, że jest ona kluczową barierą ochronną przed światem zewnętrznym. Odbudowa tej bariery po ciężkim oparzeniu może być kwestią życia lub śmierci.
Obecnie duże oparzenia leczy się często poprzez przeszczep cienkiej warstwy naskórka – górnej części skóry złożonej zasadniczo z jednego typu komórek. Taki zabieg prowadzi jednak do powstania poważnych blizn.
Pod naskórkiem znajduje się grubsza i bardziej złożona warstwa – skóra właściwa (dermis) – zawierająca naczynia krwionośne, nerwy, mieszki włosowe i inne struktury niezbędne do prawidłowego funkcjonowania skóry i jej elastyczności. Jednak przeszczepienie skóry właściwej jest rzadko możliwe, ponieważ wymaga pobrania tak samo rozległego fragmentu, jak rozmiar leczonej rany.
Kluczowym wyzwaniem jest więc stworzenie nowej skóry, która nie przekształci się w tkankę bliznowatą, lecz odtworzy funkcjonalną skórę właściwą.
– Skóra właściwa jest tak skomplikowana, że nie potrafimy jej w pełni wyhodować w laboratorium. Nie znamy nawet wszystkich jej komponentów. Dlatego uważamy – podobnie jak inni badacze – że być może możemy przeszczepić „cegiełki” tej struktury, a organizm sam odbuduje dermis – wyjaśnia Johan Junker, badacz w Center for Disaster Medicine and Traumatology oraz docent chirurgii plastycznej w Linköping University, kierujący badaniami.
Najczęstszym typem komórek skóry właściwej są fibroblasty – komórki tkanki łącznej, łatwe do pozyskania i hodowli w laboratorium. Mają one dodatkową zaletę: potrafią różnicować się w bardziej wyspecjalizowane komórki, w zależności od potrzeb. Zespół badawczy przygotował dla nich rusztowanie, umieszczając je na mikroskopijnych, porowatych kulkach żelatyny – substancji podobnej do kolagenu skóry. Jednak wylanie płynu z takimi kulkami na ranę powoduje, że materiał nie utrzymuje się na miejscu.
Rozwiązaniem okazało się połączenie kulek żelatynowych z żelem zawierającym kwas hialuronowy – naturalny składnik tkanek organizmu. Po zmieszaniu komponentów i połączeniu ich metodą tzw. „chemii kliknięć” powstaje żel, który – w uproszczeniu – można nazwać „skórą w strzykawce”.
– Żel ten ma szczególną właściwość: pod wpływem niewielkiego nacisku staje się płynny. Można go więc wstrzyknąć w ranę, a po aplikacji ponownie przybiera formę żelową. Dzięki temu możliwe jest także drukowanie 3D żelu z zawartymi w nim komórkami – wyjaśnia Daniel Aili, profesor fizyki molekularnej w Linköping University, współautor badań.
W obecnym etapie badacze wydrukowali 3D niewielkie krążki, które wszczepiono pod skórę myszy. Wyniki sugerują, że technologia ta może pozwolić na namnażanie komórek pacjenta z minimalnej biopsji skóry, a następnie drukowanie z nich przeszczepu i aplikowanie go na ranę.
– Widzimy, że komórki przeżywają i wytwarzają różne substancje potrzebne do powstania nowej skóry właściwej. Co więcej, w przeszczepach tworzą się naczynia krwionośne, co jest kluczowe dla przetrwania tkanki. To bardzo obiecujący materiał – podkreśla Junker.
Naczynia krwionośne mają znaczenie także w innych zastosowaniach inżynierii tkankowej. Naukowcy potrafią hodować komórki w trójwymiarowych strukturach, tworząc tzw. organoidy – miniaturowe modele narządów. Jednak kluczową barierą jest brak naczyń, które mogłyby dostarczać tlen i składniki odżywcze. Bez tego większe struktury obumierają w centralnych partiach.
Zespół z Linköping University może być o krok bliżej rozwiązania tego problemu. W innym artykule, także opublikowanym w Advanced Healthcare Materials, opisano metodę tworzenia nitek z hydrożeli (materiałów zawierających 98% wody).
– Te nici są na tyle elastyczne, że można w nich zawiązywać węzły. Pokazaliśmy również, że można formować z nich miniaturowe rurki, przez które można pompować płyn lub w których mogą rosnąć komórki naczyń krwionośnych – mówi Aili.
Takie mikrorurki, zwane również kanałami perfuzyjnymi, mogą otworzyć nowe możliwości w tworzeniu sieci naczyniowych, np. dla organoidów.
W projekcie uczestniczył także prof. Lars Kölby z Sahlgrenska University Hospital w Göteborgu. Badania uzyskały finansowanie m.in. od Erling-Persson Foundation, European Research Council (ERC), Swedish Research Council oraz Knut and Alice Wallenberg Foundation.
Źródło: Linköping University
Biphasic granular bioinks for biofabrication of high cell density constructs for dermal regeneration, Rozalin Shamasha, Sneha Kollenchery Ramanathan, Kristin Oskarsdotter, Fatemeh Rasti Boroojeni, Aleksandra Zielińska, Sajjad Naeimipour, Philip Lifwergren, Nina Reustle, Lauren Roberts, Annika Starkenberg, Gunnar Kratz, Peter Apelgren, Karin Säljö, Jonathan Rakar, Lars Kölby, Daniel Aili and Johan Junker, (2025), Advanced Healthcare Materials, published 12 June 2025, doi: https://doi.org/10.1002/adhm.202501430
Printing and rerouting of elastic and protease responsive shape memory hydrogel filaments, Philip Lifwergren, Viktoria Schoen, Sajjad Naeimipour, Lalit Khare, Anna Wunder, Hanna Blom, Jose G. Martinez, Pierfrancesco Pagella, Anders Fridberger, Johan Junker and Daniel Aili, (2025), Advanced Healthcare Materials, published 20 June 2025, doi: https://doi.org/10.1002/adhm.202502262
