Американские и бразильские ученые с помощью 3D-биопечати создали практически полноценный лоскут кожи с функционально активными волосяными фолликулами. Для этого они сначала вырастили сфероид дермального сосочка, который затем перенесли в напечатанную кожу.
Кожа человека имеет довольно сложное строение. Она состоит из трех основных частей — подкожной клетчатки, дермы и эпидермиса — каждая из которых имеет собственную тканевую структуру. Помимо этого в коже присутствуют придатки кожи — волосяные фолликулы, потовые и сальные железы. В целом, вся эта сложная структура образована примерно 15 типами клеток эпителиального и мезенхимального происхождения, распределенных в определенной пространственной зависимости.
Такое устройство кожи создает сложности для ее искусственного выращивания в качестве материала для трансплантации. Существующие технологии создания искусственно выращенной кожи предполагают наращивание кератиноцитов непосредственно поверх дермального каркаса, состоящего из синтетических субстратов или белков, включая коллаген I типа. Однако в таких моделях отсутствуют структурные, биомолекулярные и клеточные особенности настоящей кожи человека — например, отсутствует система волосяного фолликула, связанного с сальной железой, дермальный сосочек которого выступает регулятором дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток в коже.
Команда американских и бразильских ученых под руководством Панкаджа Каранде (Pankaj Karande) из Политехнического института Ренсселера исследовала потенциал 3D-биопечати для разработки сложных моделей кожи, содержащих структуры настоящей кожи, в том числе волосяных фолликулов. Они использовали платформу для 3D-печати на основе пневматической экструзии.
Для начала ученые выяснили, что для создания сфероида размером, аналогичного размеру дермального сосочка, клетки которого координируют дифференцировку клеток кожи, необходимо три тысячи клеток. Поскольку взаимодействие между мезенхимальными и эпителиальными клетками считается ключевым в развитии структуры волосяного фолликула, ученые включили эндотелиальные клетки пупочной вены человека, кератиноциты и меланоциты в сфероид.
Такие сфероиды через семь дней отчетливо напоминали дермальный сосочек человека. В дальнейшем ученые обнаружили, что в сфероиде отчетливо прослеживается строение дермы кожи — клеточные и биохимические профили сфероида были схожи с человеческими. Затем ученые перенесли дермальный сфероид в напечатанную на биопринтере модель кожи человека с дермой, дермально-эпидермальным соединением и эпидермисом. Подсаженные в эту модель к дермальным сосочкам напечатанные волосяные фолликулы хорошо прижились и сделали весь органоид полноценной и жизнеспособной моделью человеческой кожи.
Потенциально такие органоиды можно применять в качестве более совершенных трансплантатов кожи. В дальнейшем необходимо проверить их безопасность и эффективность в животных моделях, а затем у человека.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Автор: Слава Гоменюк