Комбинированная 3D-биопечать позволит одновременно лечить кожные и костные травмы
При проведении операций на головном мозге, хирурги должны разрезать часть кости черепной коробки, чтобы получить доступ к оперируемой зоне. После окончания операции необходимо установить вырезанный элемент кости обратно и зашить кожный покров головы. Также необходимость в одновременном восстановлении кожных покровов и элементов кости может возникнуть и при лечении ряда травм, проникающих в различные типы тканей. Для решения этой задачи команда Пенсильванского университета решила использовать 3D-печать. По словам Ибрагима Озболата, автора исследования: "Не существует хирургического метода одновременного восстановления мягких и твердых тканей. Поэтому мы стремились продемонстрировать технологию, с помощью которой можно восстановить весь дефект - от кости до эпидермиса - сразу". В рамках исследования команда использовала два типа биочернил с очень разной консистенцией, что привело к необходимости использовать и два разных метода биопечати: твёрдая ткань печаталась методом экструзии, в то время как мягкая ткань - струйным методом. В состав чернил для твёрдых тканей вошли коллаген, хитозан, наногидроксилапатит и ряд других соединений, но самое главное - в них были добавлены мезенхимальные стволовые клетки, которые способны дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в кости, хрящи и т.д. Эти чернила экструдируются при комнатной температуре, после чего нагреваются до температуры тела. Чернила для мягких тканей печатаются слоями, в которых чередуются коллаген и фибриноген, а также соединения для усиления роста клеток. Между костью и кожей также накладывается барьерный слой, который не позволяет клеткам кожи мигрировать в костные ткани. Как сообщается, в ходе первоначальных лабораторных испытаний исследователи учились восстанавливать повреждения в каждом типе тканей по отдельности. На втором этапе учёные освоили процесс восстановления сразу двух типов тканей за одну хирургическую процедуру, для чего закрывали с помощью 3D-печати отверстия на головах живых крыс. По словам Озболата, нанесение слоёв для формирования костей и мягких тканей заняло менее пяти минут. Отмечается, что команда провела более 50 экспериментов. При этом раны в мягких тканях закрывались на 100 процентов в течение четырёх недель. Площадь восстановления костных повреждений составила около 80 процентов в течение шести недель. Причём этот результат был достигнут, если запечатывался только один костный дефект, тогда как при выполнении процедуры одновременного восстановления вместе с печатью мягких тканей, площадь восстановления дефекта составила только 50 процентов за шесть недель. По словам учёных, что добавление в печатаемые ткани васкуляризирующих элементов будет иметь решающее значение для улучшения кровообращения и ускорения заживления. Следующими шагами также станут испытания метода на крупных животных. Результаты исследования были опубликованы в журнале "Advanced Functional Materials".
