"Kulit daripada picagari": bifasa "berbutir" bioink mencetak dermis dan menanamnya

Para saintis dari Sweden telah membentangkan µInk bioink untuk pencetakan bio 3D dermis: ia adalah hidrogel berbutir dua fasa berdasarkan mikrosfera gelatin berliang dengan fibroblas dermal manusia "ditanam" padanya ditambah dengan matriks asid hyaluronik. Campuran berkelakuan seperti cecair di bawah tekanan dalam picagari/ muncung pencetak dan gel semula dalam luka - itulah sebabnya wartawan menggelarkannya sebagai "kulit dalam picagari". Dalam eksperimen ke atas tikus, struktur bercetak dengan ketumpatan sel yang sangat tinggi bertahan, membina matriks ekstraselular dengan cepat, membesarkan vesel dan disepadukan dengan tisu dalam 28 hari. Kerja itu diterbitkan dalam Bahan Penjagaan Kesihatan Lanjutan.

Latar belakang

• Mengapa pengganti kulit semasa jauh daripada "dermis sejati". Piawaian klinikal untuk luka besar dan melecur ialah autograf dengan ketebalan terbelah (STSG) dan/atau templat kulit (cth Integra). Mereka menyelamatkan nyawa dan menutup kecacatan, tetapi sering meninggalkan parut dan kontraktur, terutamanya dengan kepak nipis; kualiti parut sangat bergantung pada bahagian "dermis dalam" dalam cantuman. Kepak "mesh" walaupun, mudah untuk menutup kawasan yang luas, menghasilkan parut yang lebih ketara kerana penyembuhan melalui sel jaringan. Templat dermal membantu membentuk "neoderm", tetapi kekal sebagai aselular, memerlukan peringkat dan tidak menyelesaikan masalah sel/kapal autologus yang tidak mencukupi pada minggu pertama.
• Mengapa pencetakan bio kulit 3D adalah langkah seterusnya yang logik, tetapi ditahan oleh bioink. Percetakan membolehkan sel dan bahan diletakkan dalam cara yang disasarkan, tetapi hidrogel homogen klasik jatuh ke dalam "garpu":
  • terlalu cair - mereka merebak dan tidak memegang bentuknya; terlalu tegar - mereka menekan pada sel, mengganggu penembusan saluran darah dan tidak membenarkan mencetak ketumpatan sel yang tinggi. Di samping itu, masih sukar untuk mencipta semula struktur adnexal (folikel rambut, dll.). Kami memerlukan bio-dakwat yang mengalir di bawah tekanan muncung dan kemudian serta-merta "berkumpul" menjadi jisim berliang yang stabil dan tidak membunuh sel dengan ricih.
• Apakah bioink berbutir (mikrogel, "macet") dan mengapa ia sesuai untuk dermis? Ini adalah zarah mikrogel "padat" yang berkelakuan seperti pepejal semasa diam dan seperti cecair di bawah ricih (penipisan ricih) - sesuai untuk pencetakan picagari/penyemperitan dan suntikan. Selepas permohonan, rentetan memegang bentuknya, meninggalkan liang intergranular untuk pertumbuhan vaskular; campuran boleh tambahan "berkait silang" dengan kimia lembut. Kelas bahan ini telah menjadi asas untuk percetakan tisu lembut dalam beberapa tahun kebelakangan ini.
• Idea µInk secara ringkasnya. Penulis menggabungkan dua lapisan masalah - sel dan matriks: mereka menanam fibroblas kulit manusia pada mikrosfera gelatin berliang (biocompatible "manik" serupa dalam kimia kepada kolagen), dan kemudian "melekatkan" butiran bersama-sama dengan matriks hyaluronik menggunakan kimia klik tanpa tembaga. Hasilnya ialah bioink "cecair di bawah tekanan - pepejal semasa rehat" yang membolehkan ketumpatan selular ultra tinggi, pencetakan/suntikan dan pengambilan pantas matriks ekstraselular yang sudah ada di situ. Konstruk berakar dan bervaskular pada tikus dalam masa 28 hari.
• Bagaimana pendekatan ini menangani "titik kesakitan" klinik.
  1. Kelajuan dan logistik: bukannya penanaman panjang yang setara dengan tisu, terdapat penyediaan cepat "butiran hidup" dan pengenalan "kulit dari picagari" terus ke dalam luka atau cetakan dalam bentuk kecacatan.
  2. Biologi: Selulariti tinggi + seni bina berliang → pemendapan ECM dan neoangiogenesis yang lebih baik - kunci kepada kurang parut dan dermis elastik.
  3. Keserasian dengan autologi: fibroblas mudah diperoleh daripada biopsi kecil; gelatin/HA adalah komponen yang biasa kepada kulit.
• Di mana jurang kekal. Ini semua masih praklinikal pada tikus; berpindah kepada pesakit memerlukan model kulit dengan ketebalan penuh, susulan jangka panjang, pencetakan bersama dengan keratinosit/endothelium, penyeragaman GMP, dan bukti bahawa teknologi itu sebenarnya mengurangkan parut dan meningkatkan fungsi berbanding standard.
• Mengapa berita ini penting sekarang. Dengan latar belakang pengehadan berterusan STSG/templat dan kematangan kelas bioink berbutir, µInk menunjukkan pemasangan praktikal: "pembawa mikrogel + matriks pengikat lembut + dos tinggi sel autologous". Ini menjadikan senario pembinaan semula kulit padat sel yang cepat tanpa peringkat "inkubator" yang panjang lebih realistik.

Mengapa ini perlu?

Penggantian kulit klasik sering meninggalkan parut: mereka mempunyai sedikit sel, mereka tumbuh bersama dengan buruk dan menghasilkan matriks dermis "betul" yang lemah. Dan pertumbuhan dermis tebal dan kompleks sepenuhnya dalam hidangan adalah panjang dan sukar. Penulis mencadangkan cara yang berbeza: dengan cepat memasang "bata" dari fibroblas pesakit sendiri, menanamnya pada mikrosfera berliang, dan menyuntik / mencetaknya terus ke kawasan kecacatan, di mana badan itu sendiri akan melengkapkan dermis sepenuhnya.

Cara µInk bioink berfungsi

• Fasa 1: "butiran hidup." Mikrosfera gelatin berliang (pada asasnya manik kecil, secara kimia serupa dengan kolagen kulit) di mana fibroblas kulit manusia utama dibiakkan dalam bioreaktor.
• Fasa 2: "Gel Pengikat". Larutan asid hyaluronik yang melekatkan butiran bersama-sama melalui kimia klik tanpa kuprum.
• Reologi. Hasilnya ialah hidrogel berbutir penipisan ricih: ia mengalir di bawah tekanan dan mengekalkan bentuknya dalam keadaan rehat, yang bermaksud ia sesuai untuk aplikasi picagari dan pencetakan 3D.

Apa yang ditunjukkan oleh eksperimen

• Percetakan dan Daya Maju: Tampalan mini yang stabil dengan ketumpatan sel ultra-tinggi telah dicetak daripada µInk; daya maju fibroblast dan fenotip telah dipelihara.
• In vivo (tikus): Binaan yang ditanam secara subkutan selama 28 hari
  - menjadi ditumbuhi kapal,
  - menunjukkan pembentukan semula hidrogel,
  - dan ECM dermal terkumpul (fibroblas terus membahagi dan berfungsi), menunjukkan penyepaduan tisu.
• Amalan permohonan. Bahan boleh disapu melalui jarum terus ke dalam luka - "kulit dalam picagari" - atau lapisan/bentuk boleh dicetak untuk kecacatan tertentu.

Mengapa ini penting?

• Kelajuan dan ketumpatan. Masa adalah kritikal untuk luka bakar dan luka kronik. µInk membolehkan anda memintas kitaran panjang pertumbuhan tisu "dalam jumlah" dan segera memperkenalkan banyak sel aktif di tempat ia diperlukan.
• Biologi hampir normal. Keselularan tinggi dan seni bina berliang mikrosfera menggalakkan pengeluaran matriks dan neovaskularisasi, dua kunci kepada penyembuhan dan keanjalan bebas parut.
• Logistik klinik. Konsep ini sesuai dengan pendekatan autologous: ambil biopsi kulit kecil → cepat membiak fibroblas pada mikrosfera → mencetak pemindahan untuk luka pesakit.

Bagaimanakah ini berbeza daripada "hidrogel dengan sel" biasa

Hidrogel konvensional "homogen" sama ada terlalu cair (tersebar) atau terlalu tegar (tekan pada sel, mengganggu pertumbuhan vaskular). Seni bina berbutir menyediakan liang dan laluan untuk kapal, dan "dua fasa" - kedua-dua kestabilan mekanikal dan kebolehsuntikan. Selain itu, pembawa gelatin boleh terbiodegradasi dan "biasa" dengan tisu.

Had dan apa yang seterusnya

Ini adalah pra-klinikal setakat ini (tikus, poket subkutan; jangka masa - 4 minggu). Di hadapan:

• kecacatan kulit dengan ketebalan penuh dan susulan yang lebih lama;
• keratinosit/sel endothelial dan gabungan ujian kulit ketebalan penuh;
• peralihan kepada sel autologous pesakit dan model luka bakar/kronik;
• penskalaan untuk **pengeluaran GMP** (bioreaktor, kemandulan, kawalan klik).

Sumber: Shamasha R. et al. Biphasic Granular Bioinks untuk Biofabrikasi Binaan Ketumpatan Sel Tinggi untuk Penjanaan Semula Dermal, Bahan Penjagaan Kesihatan Termaju, dalam talian 12 Jun 2025 https://doi.org/10.1002/adhm.202501430