Исправить травмы кожи и костей лица и черепа сложно из-за наличия множества слоев различных типов тканей, но теперь исследователи исправили такие дефекты на модели крысы с помощью биопечати во время операции, и их работа может привести к более быстрые и лучшие методы лечения кожи и костей.
«Эта работа имеет клиническое значение», — сказал Ибрагим Т. Озболат, доцент кафедры инженерных наук и механики, биомедицинской инженерии и нейрохирургии Университета штата Пенсильвания. «Трудно бороться с композитными дефектами, фиксируя одновременно твердые и мягкие ткани . А для черепно-лицевой области результаты должны быть эстетически приятными».
В настоящее время для исправления отверстия в черепе, затрагивающего как кость, так и мягкие ткани, требуется использовать кость из другой части тела пациента или трупа. Кость должна быть покрыта мягкой тканью с кровотоком , также взятой откуда-то еще, иначе кость умрет. Затем хирургам необходимо восстановить мягкие ткани и кожу.
Озболат и его команда использовали экструзионную биопечать и капельную биопечать смеси клеток и материалов-носителей для печати как костей, так и мягких тканей. Они сообщают о своих результатах в Advanced Functional Materials.
«Не существует хирургического метода одновременного восстановления мягких и твердых тканей», — сказал Озболат. «Вот почему мы стремились продемонстрировать технологию, с помощью которой мы можем реконструировать весь дефект — от кости до эпидермиса — сразу».
Сначала исследователи занялись проблемой замены кости, начиная с лабораторных исследований и кончая моделями на животных. Им нужно было что-то напечатанное и нетоксичное, которое могло бы заделать 5-миллиметровую дыру в черепе. «Чернила для твердых тканей» состояли из коллагена, хитозана, нано-гидроксиапатита и других соединений и мезенхимальных стволовых клеток — мультипотентных клеток, обнаруженных в костном мозге, которые создают костный, хрящевой и костный жир.
Чернила для твердых тканей выдавливаются при комнатной температуре, но при нанесении нагреваются до температуры тела. Это создает физическое сшивание коллагена и других частей краски без каких-либо химических изменений или необходимости в добавке сшивающего агента.
Исследователи использовали капельную печать, чтобы создать мягкую ткань с более тонкими слоями, чем кость. Они использовали коллаген и фибриноген в чередующихся слоях со сшивающими и усиливающими рост соединениями. Каждый слой кожи, включая эпидермис и дерму, отличается, поэтому слои мягких тканей с биопечатью различались по составу.
Эксперименты по ремонту 6-миллиметровых отверстий в полной толщине кожи оказались успешными. Как только команда поняла, что кожа и кость по отдельности, они перешли к их восстановлению во время одной и той же хирургической процедуры.
«Этот подход был чрезвычайно сложным процессом, и мы потратили много времени на поиск подходящего материала для костей, кожи и правильных методов биопечати», — сказал Озболат.
После тщательной визуализации для определения геометрии дефекта исследователи заложили костный слой. Затем они нанесли барьерный слой, имитирующий надкостницу, сильно васкуляризованный тканевой слой, окружающий кость на черепе.
«Нам нужен барьер, чтобы клетки из слоев кожи не мигрировали в область кости и не начали там расти», — сказал Озболат.
