„Кожа от спринцовка“: двуфазен „гранулиран“ биомастилен отпечатък на дермата и имплантирането му

Учени от Швеция представиха биомастилото µInk за 3D биопечат на дермата: това е двуфазен гранулиран хидрогел, базиран на порести желатинови микросфери, върху които са „засадени“ човешки дермални фибробласти, плюс матрица от хиалуронова киселина. Сместа се държи като течност под налягане в дюза на спринцовка/принтер и отново желира в рана - затова журналистите я нарекоха „кожа в спринцовка“. В експерименти с мишки, отпечатани структури с много висока клетъчна плътност са оцелели, бързо са изградили извънклетъчна матрица, са развили съдове и са се интегрирали с тъканите за 28 дни. Работата е публикувана в Advanced Healthcare Materials.

Предистория

• Защо настоящите заместители на кожата са далеч от „истинска дерма“. Клиничният стандарт за големи рани и изгаряния са автотрансплантати с разделена дебелина (STSG) и/или дермални шаблони (напр. Integra). Те спасяват животи и затварят дефекта, но често оставят белези и контрактури, особено при тънки клапи; качеството на белега зависи до голяма степен от дела на „дълбоката дерма“ в присадката. Дори „мрежестите“ клапи, удобни за покриване на големи площи, създават по-забележими белези поради заздравяването през мрежестите клетки. Дермалните шаблони помагат за образуването на „неодерма“, но остават безклетъчни, изискват етапи и не решават проблема с недостатъчните автоложни клетки/съдове през първите седмици.
• Защо 3D биопечатът на кожата е логична следваща стъпка, но е възпрепятстван от биомастилото. Печатът позволява клетките и материалите да бъдат поставени целенасочено, но класическите хомогенни хидрогелове попадат в „разклонение“:
  • твърде течни - те се разстилат и не задържат формата си; твърде твърди - те притискат клетките, пречат на проникването на кръвоносните съдове и не позволяват печат с висока клетъчна плътност. Освен това, все още е трудно да се пресъздадат аднексални структури (космени фоликули и др.). Нуждаем се от био-мастила, които текат под налягане на дюзата и след това мигновено се „събират“ в стабилна пореста маса и не убиват клетките чрез срязване.
• Какво представляват гранулираните (микрогелни, „заседнали“) биомастила и защо са подходящи за дермата? Това са „плътно опаковани“ микрогелни частици, които се държат като твърдо вещество в покой и като течност при срязване (изтъняване чрез срязване) - идеални за печат със спринцовка/екструзия и инжекции. След нанасяне, нишката запазва формата си, оставяйки междугранулни пори за съдов растеж; сместа може да бъде допълнително „омрежена“ с мека химия. Този клас материали се превърна в основа за печат на меки тъкани през последните години.
• Идеята за µInk накратко. Авторите комбинират два слоя на проблема – клетки и матрикс: те засаждат човешки дермални фибробласти върху порести желатинови микросфери (биосъвместими „перли“, подобни по химия на колагена) и след това „залепват“ гранулите заедно с хиалуронова матрица, използвайки безмедна клик химия. Резултатът е биомастило „течност под налягане — твърдо в покой“, което позволява ултрависока клетъчна плътност, печат/инжектиране и бързо набиране на извънклетъчна матрица, която вече е in situ. Конструкциите се вкореняват и васкуларизират в мишки в рамките на 28 дни.
• Как този подход се справя с „болковите точки“ на клиниката.
  1. Скорост и логистика: вместо дълго култивиране на тъканен еквивалент, има бързо приготвяне на „живи гранули“ и въвеждане на „кожа от спринцовка“ директно в раната или отпечатване във формата на дефекта.
  2. Биология: Висока клетъчност + пореста архитектура → по-добро отлагане на извънклетъчната мембрана (ECM) и неоангиогенеза - ключ към по-малко белези и еластична дерма.
  3. Съвместимост с автология: фибробластите се получават лесно от малка биопсия; желатинът/HA са компоненти, познати на кожата.
• Където остават пропуските. Всичко това все още е предклинично при мишки; преминаването към пациенти изисква модели на кожата с пълна дебелина, дългосрочно проследяване, съвместен печат с кератиноцити/ендотел, GMP стандартизация и доказателство, че технологията действително намалява белезите и подобрява функцията в сравнение със стандарта.
• Защо тази новина е важна точно сега. На фона на постоянните ограничения на STSG/шаблоните и зрелостта на класа гранулирани биомастила, µInk демонстрира практичен монтаж: „микрогелни носители + мека свързваща матрица + високи дози автоложни клетки“. Това прави сценария за бърза, клетъчно-плътна дермална реконструкция без дълги „инкубационни“ етапи по-реалистичен.

Защо е необходимо това?

Класическите заместители на кожата често оставят белег: те имат малко клетки, срастват се лошо и произвеждат слаба „правилна“ дермална матрица. А отглеждането на дебела и сложна дерма изцяло в блюдо е дълго и трудно. Авторите предлагат различен начин: бързо сглобяване на „тухлички“ от собствените фибробласти на пациента, поставянето им върху порести микросфери и инжектирането/отпечатването им директно в дефектната зона, където самото тяло ще завърши пълноценната дерма.

Как работи биомастилото µInk

• Фаза 1: „живи гранули“. Порести желатинови микросфери (по същество малки перли, химически подобни на кожен колаген), върху които в биореактор се размножават първични човешки дермални фибробласти.
• Фаза 2: „Свързващ гел“. Разтвор на хиалуронова киселина, който слепва гранулите заедно чрез безмедна клик химия.
• Реология. Резултатът е гранулиран хидрогел, който се изтънява при срязване: той тече под налягане и запазва формата си в покой, което означава, че е подходящ както за приложение със спринцовка, така и за 3D печат.

Какво показаха експериментите

• Печат и жизнеспособност: Стабилни мини-пластири с ултрависока клетъчна плътност бяха отпечатани от µInk; жизнеспособността и фенотипът на фибробластите бяха запазени.
• In vivo (мишки): Подкожно имплантирани конструкции в продължение на 28 дни
  - обрасли със съдове,
  - демонстрирали ремоделиране на хидрогел,
  - и натрупали дермален ECM (фибробластите продължили да се делят и функционират), което показва тъканна интеграция.
• Практика на приложение. Материалът може да се приложи чрез игла директно в раната - „кожа в спринцовка“ - или може да се отпечата слой/форма за специфичен дефект.

Защо това е важно?

• Скорост и плътност. Времето е от решаващо значение за изгаряния и хронични рани. µInk ви позволява да заобиколите дългите цикли на растеж на тъканите „в обем“ и незабавно да въведете много активни клетки там, където са необходими.
• Биология по-близка до нормалната. Високата клетъчност и порестата архитектура на микросферите насърчават производството на матрикс и неоваскуларизацията, два ключа за заздравяване без белези и еластичност.
• Клинична логистика. Концепцията се вписва добре в автоложния подход: вземане на малка кожна биопсия → бързо размножаване на фибробласти върху микросфери → отпечатване на трансплантат за раната на пациента.

По какво това се различава от обичайните „хидрогели с клетки“

Конвенционалните „хомогенни“ хидрогелове са или твърде течни (размазват се), или твърде твърди (притискат клетките, пречат на съдовия растеж). Гранулираната архитектура осигурява пори и пътища за съдовете, а „двуфазната“ - както механична стабилност, така и инжекционност. Освен това, желатиновите носители са биоразградими и „познати“ на тъканите.

Ограничения и какво следва

Това е предклинично проучване засега (мишки, подкожни джобове; времева рамка - 4 седмици). Предстои:

• дефекти на кожата с пълна дебелина и по-дълго проследяване;
• кератиноцитни/ендотелни клетъчни и комбинирани кожни тестове с пълна дебелина;
• преход към автоложни клетки на пациента и модел на изгаряне/хронична рана;
• мащабиране за **GMP производство** (биореактори, стерилност, контрол на щракването).

Източник: Shamasha R. et al. Двуфазни гранулирани биомастила за биопроизводство на конструкции с висока клетъчна плътност за дермална регенерация, Advanced Healthcare Materials, онлайн 12 юни 2025 г. https://doi.org/10.1002/adhm.202501430