"Āda no šļirces": divfāzu "granulāra" biotinte uzdrukāja dermu un implantēja to

Zviedrijas zinātnieki ir prezentējuši µInk biotintes dermas 3D bioprintēšanai: tas ir divfāžu granulēts hidrogels, kas balstīts uz porainām želatīna mikrosfērām, uz kurām ir “iestādīti” cilvēka dermas fibroblasti, kā arī hialuronskābes matrica. Maisījums šļircē/printera uzgalī uzvedas kā šķidrums zem spiediena un brūcē atkal veido želeju – tāpēc žurnālisti to ir nodēvējuši par “ādu šļircē”. Eksperimentos ar pelēm izdzīvoja izdrukātas struktūras ar ļoti augstu šūnu blīvumu, ātri izveidoja ārpusšūnu matricu, izaudzēja asinsvadus un 28 dienu laikā integrējās audos. Darbs tika publicēts žurnālā Advanced Healthcare Materials.

Fons

• Kāpēc pašreizējie ādas aizvietotāji ir tālu no "īstas dermas"? Lielu brūču un apdegumu klīniskais standarts ir dalītā biezuma autotransplantāti (STSG) un/vai ādas šabloni (piemēram, Integra). Tie glābj dzīvības un aizver defektu, bet bieži vien atstāj rētas un kontraktūras, īpaši ar plānām atlokām; rētas kvalitāte ir ļoti atkarīga no "dziļās dermas" īpatsvara transplantātā. Pat "sieta" atloki, kas ir ērti lielu laukumu pārklāšanai, rada pamanāmākas rētas, pateicoties dzīšanai caur tīkla šūnām. Ādas šabloni palīdz veidot "neodermu", bet paliek bezšūnu, tiem ir nepieciešamas stadijas un tie neatrisina nepietiekama autologu šūnu/asinsvadu skaita problēmu pirmajās nedēļās.
• Kāpēc 3D ādas bioprintēšana ir loģisks nākamais solis, taču to kavē biotinte. Drukāšana ļauj šūnas un materiālus novietot mērķtiecīgi, bet klasiskie homogēnie hidrogēli nonāk "dakšā":
  • pārāk šķidras — tās izklīst un netur savu formu; pārāk stingras — tās spiež uz šūnām, traucē asinsvadu iekļūšanu un neļauj drukāt ar augstu šūnu blīvumu. Turklāt joprojām ir grūti atjaunot piedēkļu struktūras (matu folikulus utt.). Mums ir nepieciešamas biotintes, kas plūst sprauslas spiediena ietekmē un pēc tam acumirklī "savācas" stabilā porainā masā un nenogalina šūnas bīdes ceļā.
• Kas ir granulētas (mikrogēla, "iesprūdušas") biotintes un kāpēc tās ir piemērotas dermai? Tās ir "blīvi iepakotas" mikrogēla daļiņas, kas miera stāvoklī uzvedas kā cieta viela un bīdes ietekmē kā šķidrums (bīdes retināšana) — ideāli piemērotas šļirces/ekstrūzijas drukāšanai un injekcijām. Pēc uzklāšanas aukla saglabā savu formu, atstājot starpgranulāras poras asinsvadu augšanai; maisījumu var papildus "šķērssaistīt" ar mīkstajām ķīmiskajām vielām. Šī materiālu klase pēdējos gados ir kļuvusi par mīksto audu drukāšanas pamatu.
• Īsumā par µInk ideju. Autori apvienoja divus problēmas slāņus — šūnas un matricu: viņi ievietoja cilvēka dermas fibroblastus uz porainām želatīna mikrosfērām (bioloģiski saderīgām “pērlītēm”, kas pēc ķīmiskā sastāva ir līdzīgas kolagēnam) un pēc tam, izmantojot bezvara klikšķināšanas ķīmiju, granulas “salīmēja” kopā ar hialuronisko matricu. Rezultāts bija “šķidrums zem spiediena — ciets miera stāvoklī” biotinte, kas ļauj panākt īpaši augstu šūnu blīvumu, drukāšanu/injekciju un ātru jau in situ esošās ārpusšūnu matricas piesaisti. Konstrukcijas iesakņojās un vaskularizējās pelēm 28 dienu laikā.
• Kā šī pieeja risina klīnikas "sāpju punktus".
  1. Ātrums un loģistika: ilgstošas audu ekvivalenta kultivēšanas vietā tiek ātri sagatavotas “dzīvas granulas” un ievadīta “āda no šļirces” tieši brūcē vai iespiesta defekta formā.
  2. Bioloģija: Augsta šūnu aktivitāte + poraina arhitektūra → labāka ECM nogulsnēšanās un neoangioģenēze – galvenais faktors mazākam rētu veidošanās ātrumam un elastīgai dermai.
  3. Saderība ar autoloģiju: fibroblastus var viegli iegūt no nelielas biopsijas; želatīns/HA ir ādai pazīstamas sastāvdaļas.
• Kur joprojām pastāv nepilnības. Tas viss joprojām ir preklīnisks pētījums ar pelēm; lai pārietu uz pacientiem, ir nepieciešami pilna biezuma ādas modeļi, ilgtermiņa novērošana, kopīga drukāšana ar keratinocītiem/endotēliju, GMP standartizācija un pierādījumi, ka tehnoloģija faktiski samazina rētu veidošanos un uzlabo funkciju salīdzinājumā ar standartu.
• Kāpēc šīs ziņas ir svarīgas tieši tagad. Ņemot vērā STSG/veidņu pastāvīgos ierobežojumus un granulēto biotinšu klases briedumu, µInk demonstrē praktisku konstrukciju: “mikrogēla nesēji + mīksta saistīšanas matrica + lielas autologu šūnu devas”. Tas padara reālistiskāku scenāriju par ātru, šūnām blīvu dermas rekonstrukciju bez ilgiem “inkubatora” posmiem.

Kāpēc tas ir nepieciešams?

Klasiskās ādas aizvietošanas procedūras bieži atstāj rētu: tām ir maz šūnu, tās slikti aug kopā un veido vāju “pareizo” dermas matricu. Biezas un sarežģītas dermas audzēšana pilnībā traukā ir ilga un sarežģīta. Autori piedāvā citu veidu: ātri salikt “ķieģeļus” no pacienta paša fibroblastiem, novietot tos uz porainām mikrosfērām un injicēt/iespiest tieši defekta zonā, kur pats organisms pabeigs pilnvērtīgu dermu.

Kā darbojas µInk biotinte

• 1. fāze: “dzīvās granulas”. Poraini želatīna mikrosfēras (būtībā sīkas lodītes, ķīmiski līdzīgas ādas kolagēnam), uz kurām bioreaktorā tiek pavairoti primārie cilvēka dermas fibroblasti.
• 2. fāze: "Saistošais gels". Hialuronskābes šķīdums, kas salīmē granulas kopā, izmantojot vara nesaturošu klikšķināšanas ķīmiju.
• Reoloģija. Rezultāts ir bīdes ziņā retināts granulēts hidrogels: tas plūst zem spiediena un saglabā savu formu miera stāvoklī, kas nozīmē, ka tas ir piemērots gan šļirces uzklāšanai, gan 3D drukāšanai.

Ko parādīja eksperimenti

• Drukāšana un dzīvotspēja: No µInk tika izdrukāti stabili mini plāksteri ar īpaši augstu šūnu blīvumu; fibroblastu dzīvotspēja un fenotips tika saglabāti.
• In vivo (pelēm): Subkutāni implantētas konstrukcijas 28 dienas
  - aizauga ar asinsvadiem,
  - demonstrēja hidrogelu remodelāciju,
  - un uzkrāja dermālo ECM (fibroblasti turpināja dalīties un funkcionēt), norādot uz audu integrāciju.
• Uzklāšanas prakse. Materiālu var uzklāt caur adatu tieši brūcē — "āda šļircē" — vai arī var uzdrukāt slāni/formu konkrētam defektam.

Kāpēc tas ir svarīgi?

• Ātrums un blīvums. Laiks ir kritiski svarīgs apdegumu un hronisku brūču gadījumā. µInk ļauj apiet garus audu augšanas ciklus "apjomā" un nekavējoties ievadīt daudzas aktīvās šūnas tur, kur tās nepieciešamas.
• Bioloģija tuvāk normālai. Mikrosfēru augstais šūnu saturs un porainā arhitektūra veicina matricas veidošanos un neovaskularizāciju, kas ir divi galvenie faktori rētu nesaturošai dzīšanai un elastībai.
• Klīnikas loģistika. Šī koncepcija labi atbilst autologai pieejai: paņemt nelielu ādas biopsiju → ātri pavairot fibroblastus uz mikrosfērām → izdrukāt transplantātu pacienta brūcei.

Kā tas atšķiras no parastajiem "hidrogēliem ar šūnām"?

Tradicionālie "homogēnie" hidrogēli ir vai nu pārāk šķidri (izkliedējas), vai pārāk stingri (spiež uz šūnām, traucē asinsvadu augšanu). Granulētā arhitektūra nodrošina poras un ceļus asinsvadiem, bet "divfāžu" - gan mehānisko stabilitāti, gan injicējamību. Turklāt želatīna nesēji ir bioloģiski noārdāmi un "pazīstami" audiem.

Ierobežojumi un kas tālāk

Pagaidām tas ir pirmsklīniskais pētījums (peles, zemādas kabatas; laika posms - 4 nedēļas). Tālāk:

• pilna biezuma ādas defekti un ilgāki novērošanas periodi;
• keratinocītu/endotēlija šūnu un kombinētie pilna biezuma ādas testi;
• pāreja uz pacienta autologām šūnām un apdegumu/hronisku brūču modeli;
• mērogošana **GMP ražošanai** (bioreaktori, sterilitāte, klikšķu kontrole).

Avots: Shamasha R. et al. Divfāzu granulētas biotintes augsta šūnu blīvuma konstrukciju biofabricēšanai ādas reģenerācijai, Advanced Healthcare Materials, tiešsaistē 2025. gada 12. jūnijā https://doi.org/10.1002/adhm.202501430