„Oda iš švirkšto“: dvifazis „granuliuotas“ bioinklas atspausdino dermą ir ją implantavo

Švedijos mokslininkai pristatė „µInk“ biorašalą, skirtą dermos 3D biospausdinimui: tai dvifazis granuliuotas hidrogelis, pagrįstas porėtomis želatinos mikrosferomis, ant kurių „pasodinti“ žmogaus odos fibroblastai ir hialurono rūgšties matrica. Mišinys švirkšte/spausdintuvo antgalyje elgiasi kaip skystis, veikiamas slėgio, o žaizdoje vėl suformuoja gelį – todėl žurnalistai jį praminė „oda švirkšte“. Eksperimentuose su pelėmis išgyveno atspausdintos struktūros, turinčios labai didelį ląstelių tankį, greitai sukūrė tarpląstelinę matricą, išaugino kraujagysles ir per 28 dienas integravosi su audiniais. Darbas buvo paskelbtas žurnale „ Advanced Healthcare Materials“.

Fonas

• Kodėl dabartiniai odos pakaitalai toli gražu neatitinka „tikrosios dermos“? Klinikinis didelių žaizdų ir nudegimų gydymo standartas yra dalinio storio autotransplantatai (STSG) ir (arba) odos šablonai (pvz., „Integra“). Jie gelbsti gyvybes ir uždaro defektą, tačiau dažnai palieka randus ir kontraktūras, ypač esant ploniems atvartams; rando kokybė labai priklauso nuo „giliosios dermos“ dalies transplantate. Net „tinkliniai“ atvartai, patogūs dideliems plotams dengti, dėl gijimo per tinklelio ląsteles sukuria labiau pastebimus randus. Odos šablonai padeda formuotis „neodermai“, tačiau išlieka neląsteliniai, jiems reikia stadijų ir jie neišsprendžia nepakankamo autologinių ląstelių/kraujagyslių kiekio problemos per pirmąsias savaites.
• Kodėl 3D odos biospausdinimas yra logiškas kitas žingsnis, tačiau jį stabdo biorašalas. Spausdinimas leidžia ląsteles ir medžiagas išdėstyti tikslingai, tačiau klasikiniai homogeniniai hidrogeliai patenka į „šakutę“:
  • per skysti – jie išsisklaido ir neišlaiko formos; per standūs – spaudžia ląsteles, trukdo prasiskverbti pro kraujagysles ir neleidžia spausdinti didelio ląstelių tankio. Be to, vis dar sunku atkurti papildomas struktūras (plaukų folikulus ir kt.). Mums reikia biologinių dažų, kurie tekėtų veikiant purkštuko slėgiui ir po to akimirksniu „susirinktų“ į stabilią porėtą masę ir nežudytų ląstelių šlyties būdu.
• Kas yra granuliuoti (mikrogelio, „užstrigo“) biorašalai ir kodėl jie tinka dermai? Tai „tankiai supakuotos“ mikrogelio dalelės, kurios ramybės būsenoje elgiasi kaip kieta medžiaga, o šlyties metu – kaip skystis – idealiai tinka švirkštiniam/ekstruziniam spausdinimui ir injekcijoms. Užtepus siūlas išlaiko savo formą, palikdamas tarpgranulines poras kraujagyslių augimui; mišinį galima papildomai „susieti“ minkštąja chemija. Ši medžiagų klasė pastaraisiais metais tapo minkštųjų audinių spausdinimo pagrindu.
• Trumpai apie „µInk“ idėją. Autoriai sujungė du problemos sluoksnius – ląsteles ir matricą: žmogaus odos fibroblastus jie pasodino ant porėtų želatinos mikrosferų (biologiškai suderinamų „granulių“, kurių cheminė sudėtis panaši į kolageno), o tada granules „suklijavo“ hialurono matrica, naudodami vario neturinčią „click“ chemiją. Rezultatas buvo „skystas slėgyje – kietas ramybės būsenoje“ tipo biorašalas, leidžiantis pasiekti itin didelį ląstelių tankį, spausdinti/įšvirkšti ir greitai pritraukti jau in situ esančią tarpląstelinę matricą. Konstrukcijos prigijo ir vaskuliarizavosi pelių organizme per 28 dienas.
• Kaip šis metodas sprendžia klinikos „skausminius taškus“.
  1. Greitis ir logistika: vietoj ilgo audinių ekvivalento kultivavimo, greitai paruošiamos „gyvos granulės“ ir į žaizdą tiesiogiai įvedama „odos iš švirkšto“ arba atspausdinama defekto forma.
  2. Biologija: didelis ląstelingumas + porėta architektūra → geresnis ECM nusėdimas ir neoangiogenezė – raktas į mažiau randų ir elastingą dermą.
  3. Suderinamumas su autologija: fibroblastus lengva gauti iš nedidelės biopsijos; želatina/HA yra odai pažįstami komponentai.
• Kur lieka spragų. Visa tai dar ikiklinikinių tyrimų stadijoje su pelėmis; norint pereiti prie pacientų, reikia viso storio odos modelių, ilgalaikio stebėjimo, bendro spausdinimo su keratinocitais/endoteliu, GMP standartizacijos ir įrodymų, kad technologija iš tikrųjų sumažina randus ir pagerina funkciją, palyginti su standartine.
• Kodėl ši naujiena svarbi dabar. Atsižvelgiant į nuolatinius STSG/šablonų apribojimus ir granuliuotų biorašalų klasės brandą, „µInk“ demonstruoja praktinį konstrukcinį sprendimą: „mikrogelio nešikliai + minkšta rišamoji matrica + didelės autologinių ląstelių dozės“. Tai leidžia realiau įsivaizduoti greitą, ląstelėmis tankią odos rekonstrukciją be ilgų „inkubacijos“ etapų.

Kodėl tai būtina?

Klasikiniai odos pakaitalai dažnai palieka randą: juose mažai ląstelių, jie prastai auga ir sukuria silpną „teisingą“ odos matricą. O storos ir sudėtingos dermos auginimas vien tik lėkštelėje yra ilgas ir sudėtingas procesas. Autoriai siūlo kitokį būdą: greitai surinkti „plytas“ iš paciento fibroblastų, pasodinti jas ant porėtų mikrosferų ir sušvirkšti/atspausdinti tiesiai į defekto vietą, kur pats kūnas užbaigs pilnavertę dermą.

Kaip veikia µInk bioindai

• 1 fazė: „gyvosios granulės“. Akytos želatinos mikrosferos (iš esmės mažytės granulės, chemiškai panašios į odos kolageną), ant kurių bioreaktoriuje dauginami pirminiai žmogaus odos fibroblastai.
• 2 fazė: „Rišamasis gelis“. Hialurono rūgšties tirpalas, kuris suklijuoja granules vario neturinčia „click“ chemija.
• Reologija. Rezultatas – granuliuotas hidrogelis, retėjantis dėl mažo tankio: jis teka veikiant slėgiui ir išlaiko savo formą ramybės būsenoje, todėl tinka tiek švirkštui, tiek 3D spausdinimui.

Ką parodė eksperimentai

• Spausdinimas ir gyvybingumas: Iš „µInk“ buvo atspausdinti stabilūs mini pleistrai su itin dideliu ląstelių tankiu; fibroblastų gyvybingumas ir fenotipas buvo išsaugoti.
• In vivo (pelėms): 28 dienas po oda implantuoti dariniai
  apaugo kraujagyslėmis,
  pasireiškė hidrogelio remodeliacija
  ir sukaupta odos ECM (fibroblastai toliau dalijosi ir funkcionavo), rodantys audinių integraciją.
• Tepimo praktika. Medžiaga gali būti užtepama tiesiai į žaizdą adata – „oda švirkšte“ – arba galima atspausdinti sluoksnį/formą konkrečiam defektui.

Kodėl tai svarbu?

• Greitis ir tankis. Laikas yra labai svarbus nudegimams ir lėtinėms žaizdoms. „µInk“ leidžia apeiti ilgus audinių augimo „tūryje“ ciklus ir nedelsiant įvesti daug aktyvių ląstelių ten, kur jų reikia.
• Biologija artimesnė normaliai. Didelis mikrosferų ląstelingumas ir porėta architektūra skatina matricos gamybą ir neovaskuliarizaciją – du svarbiausius veiksnius, lemiančius gijimą be randų ir elastingumą.
• Klinikos logistika. Ši koncepcija puikiai dera su autologiniu metodu: paimti nedidelį odos biopsijos mėginį → greitai padauginti fibroblastus ant mikrosferų → atspausdinti transplantatą paciento žaizdai.

Kuo tai skiriasi nuo įprastų „hidrogelių su ląstelėmis“?

Įprasti „homogeniniai“ hidrogeliai yra arba per skysti (išplinta), arba per standūs (spaudžia ląsteles, trukdo kraujagyslių augimui). Granuliuota architektūra suteikia poras ir takus kraujagyslėms, o „dvifazė“ – ir mechaninį stabilumą, ir injekcijoms. Be to, želatinos nešikliai yra biologiškai skaidūs ir „pažįstami“ audiniams.

Apribojimai ir kas toliau

Kol kas tai yra ikiklinikiniai tyrimai (pelės, poodinės kišenės; laikotarpis – 4 savaitės). Toliau:

• viso storio odos defektai ir ilgesni stebėjimai;
• keratinocitų / endotelio ląstelių ir kombinuoti viso storio odos mėginiai;
• perėjimas prie paciento autologinių ląstelių ir nudegimo / lėtinės žaizdos modelio;
• mastelio keitimas **GMP gamybai** (bioreaktoriai, sterilumas, paspaudimų kontrolė).

Šaltinis: Shamasha R. ir kt. Dvifaziniai granuliuoti biorašalai didelio ląstelių tankio konstrukcijų, skirtų odos regeneracijai, biogamybai, „Advanced Healthcare Materials“, internete, 2025 m. birželio 12 d., https://doi.org/10.1002/adhm.202501430