„Кожа из шприца“: двофазни „грануларни“ биомастилом одштампани дермис и имплантирани

Научници из Шведске представили су µInk биомастило за 3Д биоштампање дермиса: то је двофазни грануларни хидрогел заснован на порозним желатинским микросферама са „посађеним“ људским дермалним фибробластима на њима плус матрица хијалуронске киселине. Смеша се понаша као течност под притиском у шприцу/млазници штампача и поново желира у рани - зато су је новинари назвали „кожа у шприцу“. У експериментима на мишевима, одштампане структуре са веома високом густином ћелија су преживеле, брзо изградиле екстрацелуларни матрикс, развиле крвне судове и интегрисале се са ткивима за 28 дана. Рад је објављен у часопису Advanced Healthcare Materials.

Позадина

• Зашто су тренутни замени за кожу далеко од „правог дермиса“. Клинички стандард за велике ране и опекотине су аутографтови подељене дебљине (STSG) и/или дермални шаблони (нпр. Integra). Они спасавају животе и затварају дефект, али често остављају ожиљке и контрактуре, посебно код танких режњева; квалитет ожиљка у великој мери зависи од удела „дубоког дермиса“ у графту. Чак и „мрежасти“ режњеви, погодни за покривање великих површина, производе приметније ожиљке због зарастања кроз ћелије мреже. Дермални шаблони помажу у формирању „неодерма“, али остају ацелуларни, захтевају фазе и не решавају проблем недовољног броја аутологних ћелија/крвних судова у првим недељама.
• Зашто је 3Д биоштампање коже логичан следећи корак, али га биомастило кочи. Штампање омогућава циљано постављање ћелија и материјала, али класични хомогени хидрогелови спадају у „рачву“:
  • превише течне - шире се и не држе облик; превише круте - притискају ћелије, ометају продор крвних судова и не дозвољавају штампање високе густине ћелија. Поред тога, и даље је тешко рекреирати аднексалне структуре (фоликуле длаке, итд.). Потребне су нам био-мастила која теку под притиском млазнице, а затим се тренутно „сакупљају“ у стабилну порозну масу и не убијају ћелије смицањем.
• Шта су грануларне (микрогел, „заглављене“) био-мастила и зашто су погодне за дермис? То су „густо упаковане“ микрогел честице које се понашају као чврста супстанца у мировању и као течност под смицањем (разређивање смицањем) - идеално за штампање шприцем/екструзијом и ињекције. Након наношења, конац задржава свој облик, остављајући интергрануларне поре за васкуларни раст; смеша се може додатно „умрежити“ меком хемијом. Ова класа материјала је последњих година постала основа за штампање меких ткива.
• Идеја µInk-а укратко. Аутори су комбиновали два слоја проблема — ћелије и матрикс: посадили су људске дермалне фибробласте на порозне желатинске микросфере (биокомпатибилне „перлице“ сличне по хемији колагену), а затим су „залепили“ грануле заједно са хијалуронском матрицом користећи клик хемију без бакра. Резултат је био био-мастило „течност под притиском — чврсто у мировању“ које омогућава ултра високу ћелијску густину, штампање/убризгавање и брзо регрутовање екстрацелуларног матрикса који је већ in situ. Конструкције су се укорениле и васкуларизовале код мишева у року од 28 дана.
• Како овај приступ решава „болне тачке“ клинике.
  1. Брзина и логистика: уместо дугог узгоја ткивног еквивалента, долази до брзе припреме „живих гранула“ и уношења „коже из шприца“ директно у рану или штампања у облику дефекта.
  2. Биологија: Висока ћелијска структурна структура + порозна архитектура → боље таложење ECM-а и неоангиогенеза - кључ за мање ожиљака и еластичнији дермис.
  3. Компатибилност са аутологијом: фибробласти се лако добијају из мале биопсије; желатин/ХА су компоненте познате кожи.
• Где остају празнине. Све ово је још увек преклиничко код мишева; прелазак на пацијенте захтева моделе коже пуне дебљине, дугорочно праћење, ко-штампање са кератиноцитима/ендотелом, ГМП стандардизацију и доказ да технологија заправо смањује ожиљке и побољшава функцију у поређењу са стандардом.
• Зашто је ова вест важна управо сада. У контексту сталних ограничења STSG/шаблона и зрелости класе грануларних биомастила, µInk демонстрира практичан склоп: „носачи микрогела + мека матрица за везивање + високе дозе аутологних ћелија“. Ово чини сценарио брзе, ћелијски густе дермалне реконструкције без дугих фаза „инкубатора“ реалнијим.

Зашто је ово неопходно?

Класичне замене коже често остављају ожиљак: имају мало ћелија, слабо срастају и производе слабу „исправну“ дермалну матрицу. А узгајање дебелог и сложеног дермиса у потпуности у посуди је дуготрајно и тешко. Аутори предлажу другачији начин: брзо саставити „цигле“ од пацијентових фибробласта, поставити их на порозне микросфере и убризгати/одштампати ово директно у подручје дефекта, где ће само тело завршити потпуни дермис.

Како функционише µInk биомастило

• Фаза 1: „живе грануле“. Порозне желатинске микросфере (у суштини ситне перлице, хемијски сличне колагену коже) на којима се примарни људски дермални фибробласти размножавају у биореактору.
• Фаза 2: „Везујући гел“. Раствор хијалуронске киселине који лепи грануле заједно помоћу хемије клика без бакра.
• Реологија. Резултат је грануларни хидрогел који се разређује смицањем: тече под притиском и задржава облик у мировању, што значи да је погодан и за примену шприцем и за 3Д штампање.

Шта су експерименти показали

• Штампање и одрживост: Стабилни мини-фластери са ултрависоком густином ћелија су одштампани са µInk; одрживост фибробласта и фенотип су очувани.
• Ин виво (мишеви): Субкутано имплантиране конструкције током 28 дана
  - обрасле су крвним судовима,
  - показале су ремоделирање хидрогела,
  - и акумулирале су дермалну екстрацелуларну масу (фибробласти су наставили да се деле и функционишу), што указује на интеграцију ткива.
• Пракса примене. Материјал се може применити кроз иглу директно у рану - „кожа у шприцу“ - или се може одштампати слој/облик за одређени дефект.

Зашто је ово важно?

• Брзина и густина. Време је кључно за опекотине и хроничне ране. µInk вам омогућава да заобиђете дуге циклусе раста ткива „у запремини“ и одмах унесете многе активне ћелије тамо где су потребне.
• Биологија ближа нормалној. Висока ћелијска структура и порозна архитектура микросфера подстичу производњу матрикса и неоваскуларизацију, два кључа за зарастање без ожиљака и еластичност.
• Клиничка логистика. Концепт се добро уклапа са аутологним приступом: узети мали узорак биопсије коже → брзо умножити фибробласте на микросферама → одштампати трансплантат за пацијентову рану.

По чему се ово разликује од уобичајених „хидрогелова са ћелијама“

Конвенционални „хомогени“ хидрогелови су или превише течни (размазују се) или превише крути (притискају ћелије, ометају раст крвних судова). Грануларна архитектура обезбеђује поре и путеве за крвне судове, а „двофазна“ - и механичку стабилност и могућност ињекције. Поред тога, желатински носачи су биоразградиви и „познати“ ткивима.

Ограничења и шта је следеће

Ово је за сада преклиничко (мишеви, поткожни џепови; временски оквир - 4 недеље). У наставку:

• дефекти коже пуне дебљине и дуже праћење;
• кератиноцитни/ендотелни ћелијски и комбиновани тестови пуне дебљине коже;
• прелазак на аутологне ћелије пацијента и модел опекотина/хроничних рана;
• скалирање за **ГМП производњу** (биореактори, стерилност, контрола кликова).

Извор: Шамаша Р. и др. Двофазне грануларне био-мастила за биофабрикацију конструкција високе ћелијске густине за регенерацију коже, Напредни здравствени материјали, онлајн 12. јун 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202501430