Автор: Dmytro_Kikot. Будучи пятилетним несмышленым ребенком, я отправился ловить бабочек недалеко от нашего деревенского дома, где я гостил у бабушки. Любопытство и жажда приключений потянули меня к земляному холму, на котором росли деревья с торчащими из земли корнями. Учитывая угол склона, это было отличное место для меня с братом, где мы могли играть в альпинистов, покоряющих неприступные вершины.

Будучи там в этот день один, некому было мне подать руку, а потому вполне ожидаемо я сорвался и съехал вниз, использовав свою ногу в качестве сендборда. Оказавшись внизу, я понял, что руки/ноги вроде на месте, но правая нога явно не должна была быть багрового цвета. Оказалось, что внизу в земле был осколок стекла, который отковырнул мне кусок ноги. Когда я прибежал во двор, меня встретили бабушка и ее подруга, обе — учителя с многолетним стажем (математика и биология). В качестве лучшего средства от всех травм они применили старый-добрый подорожник, от чего приехавшая днем позже мама была в тихом ужасе. Тем не менее рана зажила, хоть и оставила болезненный шрам и по сей день. Эта затянувшаяся предыстория плавненько подводит нас к сегодняшнему исследованию, в котором ученые из Американского института физики (США) разработали методику печати многослойного заменителя кожи, применять который можно и для заживления ран. Из чего состоит искусственная кожа, как именно ее создают, и какими характеристиками она обладает? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

На первый взгляд кожа кажется весьма простой частью нашего тела. Однако, заглянув глубже (буквально), становится ясно, что этот крупнейший орган организма человека не только обладает множеством функций, но и состоит из множества взаимосвязанных подсистем.

Строение кожи

Грубое разделение на слои позволяет выделить три основных составляющих кожи: эпидермис, дерма и гиподерма. В зависимости от степени тяжести повреждений, может быть затронут либо наружный слой кожи (эпидермис), либо все три. Порой серьезные травмы приводят к потере этих слоев в пораженном участке и, как следствие, потере функциональности, образованию рубцовой ткани и длительным восстановлением.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда отмечают, что на данный момент существует много вариантов искусственной кожи. Однако у них есть один важный общий недостаток — они не могут имитировать реальную кожу с точки зрения химических, механических и биологических функций. Если же учесть, что хронические раны, возникающие в результате травмы, операции или заболевания, представляют собой серьезную проблему для здоровья человека, то подобный недостаток нельзя назвать мелким.

Раны подобного рода возникают в результате дисбаланса в процессе заживления, часто вызванного инфекцией или чрезмерной выработкой цитокинов в ране. Часто это препятствует выходу раны из воспалительной стадии заживления. Следовательно, как это можно наблюдать при изъязвлении, подобное развитие событий может привести к некрозу близлежащих тканей и образованию еще большей раны.

В заживлении ран важную роль играет не только площадь пораженного участка, но и глубина раны. Те, кто имел дело с пролежнями, знает, что глубокие пролежни практически невозможно вылечить, а единственным вариантом убрать пораженные ткани становится оперативное вмешательство.

На сегодняшний день золотым стандартом лечения хронических ран является аутотрансплантат с разделенной толщиной (STSG от split-thickness skin graft). Однако донорский участок не всегда имеет достаточную толщину, чтобы компенсировать степень повреждения ткани. Кроме того, этот метод сопряжен и с другими проблемами: отторжение, инфекции, нехватка донорского материала и т.д.

Вполне логично, что спрос на альтернативу методу STSG есть. Однако в создании искусственной кожи есть свои проблемы, а именно сложность репликации архитектуры кожи как на микро-, так и на макроуровне.

Кожу обычно можно разделить на три основных слоя:

• эпидермис, который играет роль основного барьера между внешней средой и всем, что под ним;
• дерма, которая обеспечивает структурную поддержку и эластичность в качестве соединительной ткани между эпидермисом и подлежащими тканями;
• гиподерма, также обеспечивающая поддержку, защиту и контроль температуры, а также участвующая в хранении энергии и переносе питательных веществ; содержит сосуды, протоки, а также нейроны и волосяные фолликулы.

Относительно недавние исследования кожи показали, что гиподерма играет крайне важную роль в заживлении ран, а сам этот процесс происходит снизу вверх через фасцию. (фасция — соединительнотканная оболочка, покрывающая органы, сосуды, нервы, выполняющая опорную и трофическую функции).

Таким образом, полученные из жировой ткани мезенхимальные стволовые клетки (ADSC от adipose-derived mesenchymal stem cell) могут вносить вклад в морфогенез эпидермиса, неоваскуляризацию и ускорение заживления ран.

В попытках перенести подобные особенности кожи на ее искусственный эквивалент было создано немало различных методик. Одной из самых многообещающих, по мнению авторов исследования, стоит считать SLAM (от suspended layer additive manufacturing; «Suspended Manufacture of Biological Structures).

Преимуществом этого метода является свобода в выборе биочернил, сложности печати и размерах конструкции. В этом методе используется резервуар для суспензии, который обеспечивает поддержку каждого напечатанного слоя. Обычно поддерживающий материал требует определенных реологических свойств, в том числе разжижения при сдвиге и быстрого восстановления при возвращении в среду с нулевым сдвигом. Такое поведение было продемонстрировано жидкими гелями — суспензией микрогелеобразных частиц, которые обратимо образуют слабую сеть в отсутствие сдвига. За счет этого частицы легко деформируются, когда печатающая головка движется через них, быстро восстанавливая сеть вокруг нанесенных чернил и удерживая ее на месте на протяжении всего отверждения.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые используют SLAM метод для производства слоистых конструкций, содержащих клетки, структурные и механические свойства которых схожи с кожей человека.