Krok za krokem dosahuje Pankaj Karande stálého pokroku při vytváření kožních štěpů, které jsou mnohem bližší tomu, co produkuje samo lidské tělo, a je pravděpodobnější, že je tělo pacienta integruje a přijme.
V nejnovějším vývoji, o němž pojednává článek v časopise Tissue Engineering, Karande, docent chemického a biologického inženýrství na Rensselaer Polytechnic Institute, a tým jeho laboratoře v Rensselaeru ve spolupráci s Yale School of Medicine vyvinuli způsob, jak pomocí 3D tisku začlenit krevní cévy do živé kůže, kterou vyrábějí. „To byl velký průlom,“ řekl Karande.
Bioprint kůže
Krevní cévy jsou pro přežití bioprintované kůže zásadní. Foto: Rensselaer Polytechnic Institute V posledním desetiletí hraje 3D bioprinting skutečně hlavní roli v rozvoji oboru kožního inženýrství. Karande publikoval jednu z prvních prací v tomto oboru, která ukázala, že vědci mohou vyrobit bioink ze dvou typů živých lidských buněk a pomocí 3D tiskárny vytvořit strukturu podobnou kůži. Tradiční postup výroby kůže spočíval v tom, že se vzaly buňky, smíchaly se s kolagenem a rozprostřely se v tenkých vrstvách.
„Dalo by se to přirovnat k roztírání marmelády na krajíc chleba ve vrstvách,“ řekl a dodal, že ručně se to dělá velmi těžko, protože se pracuje s desítkami nebo stovkami mikronů, které musí být blízko ostatních buněk, aby došlo k normální interakci.
Musí se vám také líbit: 3D tisk umožnil přesné umístění a uspořádání buněk ve třech rozměrech ve velmi malém měřítku – tento materiál může být 10krát tenčí než lidský vlas. „To byl velký pokrok, který 3D tisk umožnil v oblasti inženýrství měkkých tkání,“ řekl Karande.
Ačkoli to byl „velký pokrok“, před několika lety si tým uvědomil, že pro přežití štěpů u pacientů jsou velmi důležité cévy. V té době se hodně pracovalo na kombinaci endoteliálních a dalších buněk, aby se pokusili vytvořit cévy, ale dostupné metody nefungovaly.
Vložení krevních cév
Karandeho tým se rozhodl zkusit vložit buňky, které pomáhají tvořit cévy, do prostředí, kde „jsou buňky šťastné, takže se množí, rostou a začnou tvořit cévu.“
Konečný test byl: Když se vloží na kost, spojí se céva skutečně s cévou hostitele? „V laboratoři můžeme štěp udržovat při životě tím, že mu dodáváme živiny, ale jakmile ho položíme na kost, potřebuje živiny od hostitele,“ řekl Karande.
Dozvědět se více o: „V laboratoři můžeme štěp udržovat při životě tím, že mu dodáváme živiny: Vědci 3D tisknou na kůži pro průlomové aplikace
Kůži, kterou tým z Rensselaeru vytiskl, narouboval tým z Yale na speciální typ myši. Kůže brzy začala komunikovat a spojovat se s vlastními cévami myši. „Integrace s ránou, vývoj cév, spojení s cévami hostitele, dozrávání tkáně v ráně pro nás bylo velkým krokem vpřed,“ řekl a vysvětlil proces v krátkém videu.
Karande řekl, že největší výzvou byla vlastně optimalizace systému jako celku po optimalizaci jednotlivých kroků na cestě. Vše bylo stejně důležité:
„Každý z těchto kroků vyžadoval spoustu zkoušek, a to od odběru buněk od pacientů, přes jejich izolaci, aby si zachovaly své biologické vlastnosti, až po to, aby všechny tyto složky narostly do pěkného počtu buněk a hustoty buněk pro vytvoření nových složek, pak udržení štěpu při životě, zajištění jeho sterility, přišití na ránu zvířete a ještě více. Takže to byl postupný pokrok v každém kroku, ale když všechny tyto kroky sečtete, máte velký pokrok,“ řekl.“
CRISPR pro lepší kožní štěp
Dalším velkým krokem bude práce na univerzálním prefabrikovaném štěpu, který nebude odmítnut imunitním systémem žádného pacienta. Přizpůsobení štěpu každému jednotlivci pomocí jeho vlastních odebraných buněk by mohlo trvat týdny nebo i déle – čas, který většina pacientů potřebujících štěp nemá.
Pro vytvoření univerzálního štěpu se vědci připravují na práci s CRISPR, což je sofistikovaná technologie editace genů. V buňkách štěpu vypnou ty markery, které tělu říkají, že štěp je cizí těleso, které by mělo být odmítnuto.
Editors‘ Pick: 3D Bioprinter Prints Healthy Skin onto Patients in Minutes
Kromě toho musí ještě proběhnout dlouhodobé testování. Doufáme, že v krátkodobém horizontu štěp usnadní hojení ran a poskytne ochranu tím, že bude sloužit jako přirozená bariéra. Poté časem převezmou roli tělu vlastní buňky a znovu osídlí místo vlastními buňkami. Lidská kůže se obvykle regeneruje každých 30 dní.
Po úspěšných prvních krocích při vytváření živých kožních štěpů se bioinženýři připravují na vytvoření univerzálního štěpu pomocí CRISPR. Foto: Rensselaer Polytechnic Institute V současné době terapeutické zákroky při léčbě jakéhokoli poranění kůže, zejména pokud jsou zasaženy malé kousky kůže – například tlakové vředy, diabetici nebo oběti střelných zbraní – zahrnují odběr kůže z jiného místa na těle a její transplantaci. Tím vzniká další rána, kterou je třeba ošetřit.
Na trhu existuje několik klinických přípravků, které obsahují určité růstové faktory, ale jsou v podstatě tím, co Karande nazývá „efektními náplastmi“, protože zabraňují vystavení rány okolnímu prostředí. Bez krve a živin ve štěpu nakonec odpadne.
U pacientů s popáleninami je třeba ještě pracovat na tom, aby se vypořádali se ztracenými nervovými a cévními zakončeními.
„Jako inženýři, kteří pracují na rekonstrukci biologie, jsme vždy oceňovali a byli si vědomi skutečnosti, že biologie je mnohem složitější než jednoduché systémy, které vytváříme v laboratoři,“ řekl Karande. „Byli jsme příjemně překvapeni, když jsme zjistili, že jakmile se k této složitosti začneme přibližovat, biologie převezme kontrolu a začne se stále více přibližovat tomu, co existuje v přírodě.“
Nancy S. Giges je autorkou technologických článků z New Yorku.
Zaregistrujte se ještě dnes na AM Medical: Květen 27-28, 2020 v Minneapolis, MN