Klinika Maio razvila je svoj prvi 3D prototip ljudske kože bioštampan za modeliranje inflamatorne bolesti kože. 3D bioštampanje je tehnologija koja meša biomastila sa živim ćelijama za štampanje struktura nalik prirodnom tkivu u tri dimenzije.
Ova nova tehnologija pruža model kože koji najviše liči na čoveka za proučavanje upalnih stanja kao što je atopijski dermatitis — poznatiji kao ekcem — hronično inflamatorno stanje kože koje uzrokuje suvu, svrab i upalu kože. Procedura 3D bioštampanja kože, aplikacije i ograničenja opisani su u preglednom članku u Regenerative Biomaterials.
„3D bioštampanje je rastuće polje u tkivnom inženjeringu i regenerativnoj medicini koje ima potencijal da transformiše kliničku i laboratorijsku praksu. U ovom članku razmatramo proces 3D bioštampanja kože, uključujući selekciju ćelija, selekciju skela, i prednosti i nedostatke određenih biomastila za kožu“, kaže Saranja Vajls, M.D., viši autor članka dr. „Ovaj 3D model preciznije rekreira bolest, stvara hirurške transplantate i pruža mogućnost testiranja novih terapija.
Ekcem pogađa 30 miliona Amerikanaca, uglavnom decu i adolescente, prema Nacionalnom institutu za zdravlje. Ovo bolno stanje uzrokuje suvu kožu koja svrbi, što može izazvati imuni odgovor, što zauzvrat može izazvati upalu kože. Ekcem može oslabiti sposobnost kože da zadrži vlagu i zaštiti od bakterijskih, virusnih ili gljivičnih infekcija. Ljudi sa ovom bolešću često su u opasnosti od stanja kao što su astma i alergije na hranu. Nekoliko tretmana koji postoje mogu ublažiti simptome, ali nisu lek.
Istraživanje za povećanje razumevanja ekcema i unapređenje novih terapija za ovo stanje ograničeno je nedostatkom pretkliničkih modela koji precizno simuliraju ljudsku bolest.
„Tamo 3D bioštampanje donosi nove opcije. Može da stvori ljudske ekvivalente koji su istinitiji i reprezentativniji za bolest, za razliku od životinjskih modela sa kojima smo radili u prošlosti“, kaže dr Vajls. „Inflamatorne kožne bolesti i retke bolesti mogu se modelovati (putem bioštampanja) radi boljeg razumevanja osnovne patologije i testiranja lekova i kako to može uticati na pacijenta.
Tim dr Vajlsa, uključujući saradnika dr Aleksandra Revzina, nada se da će replicirati inflamatorna stanja kože koristeći ćelije ljudi sa ekcemom na 3D bioprint kožu. Istraživački tim će testirati topikalne i injekcione regenerativne terapije kao što je tehnologija egzozoma na koži sa bioštampom u nadi da će identifikovati nove terapije. Egzozomi su supstance bez ćelija koje deluju kao služba za isporuku, premeštajući teret iz jedne ćelije u drugu sa uputstvima za ciljanje na tačna tkiva kojima je potrebna popravka.
Koža je najveći organ u telu i obnavlja se mesečno. Model 3D bioprintinga nastoji da ponovi složenost slojeva kože, ali tek treba da uključi znojne žlezde, krvne sudove, kožne folikule i nerve koji se nalaze u prirodnom ljudskom tkivu.
„3D bioštampač koristi ljudske ćelije kao mastila koja se nazivaju biomastila, koja deluju slično mastilu iz kertridža sa mastilom za štampač. Možemo da štampamo kožu sa ćelija pacijenata sa atopijskim dermatitisom ili ekcemom“, kaže dr Vajls. „Naš sistem nam omogućava da koristimo do šest različitih tipova ćelija za modeliranje i rekreaciju ljudskog tkiva kože.
Istraživački tim koristi mnoge vrste ćelija uključujući melanocite, koji formiraju pigment kože; keratinociti, koji omogućavaju obnavljanje kože; i fibroblasti, koji formiraju vezivno tkivo. Ove ćelije su štampane u slojevima koji se raslojavaju i sazrevaju u pune slojeve kože.
„Proces štampanja je poput stvaranja slojeva višeslojne torte sa različitim tipovima ćelija“, kaže dr Vajls. „Počinjete od dna (dermis), zatim dodajete sledeći sloj (epidermis), a materijal skele deluje kao glazura za povezivanje slojeva. Štampana koža se stavlja u inkubator gde ćelije mogu da komuniciraju jedna sa drugom, da se prošire i formiraju kožu sa bioštampom.
Istraživanje korišćenjem 3D bioštampane kože prevazilazi inflamatorne bolesti. Dr Vajls takođe koristi prototip 3D modela da bi bolje razumeo, na molekularnom nivou, ulogu ćelija koje stare u stanjima kože koja su povezana sa starenjem. Takođe se nazivaju i zombi ćelije, stare ćelije se više ne dele i umnožavaju, pa stoga nisu u stanju da leče i popravljaju tkivo. Njen cilj je da bolje razvije nove terapije za rešavanje starenja kože.
Potrebno je više istraživanja da bi se bioštampala tačna replika ljudske kože sa atopijskim dermatitisom. Buduće studije će istražiti 3D bioštampanje pune debljine kože sa naglaskom na postizanju potpunih karakteristika kože specifične za pacijenta.
