За допомогою 3D-друку медики одночасно загоюють і рани на шкірі, і отвори в кістках

Дослідники з Університету штату Пенсільванія розробили метод лікування травм шляхом одночасного 3D-друку твердих і м'яких тканин з використанням двох різних «біочутливих лінз». У тестах на щурах команда змогла за кілька хвилин заробити дірки в черепах і шкірі гризунів.

Після операції на головному мозку виправлення «точки входу» може стати проблемою. Для отвору в черепі потрібен новий шматок кістки, взятий або з іншого місця на тілі пацієнта, або від померлого донора. Шкіру над нею теж потрібно якось полагодити - і медики знайшли рішення

Технологія 3D-друку може допомогти у вирішенні цієї проблеми. В останні роки вчені експериментували з «біодруком» живих клітин, створюючи тканини настільки ж різні, як шкіра, органи і кістки, проте травми, що проникають в різні типи тканин, можуть бути занадто складними. У новому дослідженні команда Penn State розповіла про те, як знайшла вихід з цих обставин.

«На сьогодні у світі не існує хірургічного методу одночасного відновлення м'яких і твердих тканин», - запевняє Ібрагім Озболат, автор дослідження. «Ось чому ми прагнули продемонструвати технологію, за допомогою якої ми можемо реконструювати весь дефект - від кістки до епідермісу - відразу».

Для цього потрібні чорнило з дуже різною консистенцією і, як такі, два різних методи біопечатки. Тверда тканина була надрукована методом екструзії, в той час як м'яка тканина була нанесена крапельним методом, щоб не пошкодити організм.

Чорнило для твердих тканин, розроблені командою, складаються з колагену, хітозану, нано-гідроксиапатиту і декількох інших сполук, але, що найбільш важливо, мезенхімальних стовбурових клітин - тих, які диференціюються в кістковий, хрящовий і кістковий жир. Чорнило видавлюються при кімнатній температурі, але незабаром нагріваються до температури тіла. Чорнила для м'яких тканин друкуються шарами, чергуючи колаген і фібриноген, а також сполуки, які підсилюють зшивання і ріст.

Під час первинних лабораторних випробувань дослідники вчилися закладати отвори тільки в якомусь одному типі тканини за раз. Після того, як вони освоїли методики окремо, вчені перейшли на суміщений друк в рамках однієї хірургічної процедури, задіюючи дірки в кістці і шкірі на головах живих щурів. Між кісткою і шкірою команда розмістила бар'єрний шар, який запобігав міграції клітин шкіри в кістку.

«Біопринтеру знадобилося менше п'яти хвилин, щоб сформувати кістковий шар і м'які тканини», - розповів Озболат.

Команда провела цей процес більше 50 разів і виявила, що рани м'яких тканин зажили на 100% протягом всього чотирьох тижнів. В ході самостійних тестів кісткова тканина відновилася і покрила близько 80% площі дефекту протягом шести тижнів, але в поєднанні з печаткою на м'яких тканинах за цей же термін змогла покрити лише 50%.

Команда каже, що додавання васкуляризуючих сполук матиме вирішальне значення для поліпшення кровотоку до кістки і прискорення загоєння. Наступними кроками також буде перевірка методу на більш великих тварин. Якщо все пройде гладко і кістки також будуть заживати повністю - настане черга випробувань вже на людях.