"Koža iz šprice": dvofazni "granularni" biotintom otisnut dermis i implantiran

Znanstvenici iz Švedske predstavili su µInk biotintu za 3D bioprintanje dermisa: to je dvofazni granularni hidrogel na bazi poroznih želatinskih mikrosfera s ljudskim dermalnim fibroblastima "posađenim" na njima plus matrica hijaluronske kiseline. Smjesa se ponaša poput tekućine pod tlakom u šprici/mlaznici pisača i ponovno se gelira u rani - zato su je novinari nazvali "koža u šprici". U eksperimentima na miševima, tiskane strukture s vrlo visokom gustoćom stanica preživjele su, brzo izgradile izvanstanični matriks, razvile krvne žile i integrirale se s tkivima za 28 dana. Rad je objavljen u časopisu Advanced Healthcare Materials.

Pozadina

• Zašto su trenutni nadomjesci kože daleko od "pravog dermisa". Klinički standard za velike rane i opekline su autotransplantati split-thickness (STSG) i/ili dermalni predlošci (npr. Integra). Oni spašavaju živote i zatvaraju defekt, ali često ostavljaju ožiljke i kontrakture, posebno kod tankih režnjeva; kvaliteta ožiljka uvelike ovisi o udjelu "dubokog dermisa" u transplantatu. Čak i "mrežasti" režnjevi, prikladni za pokrivanje velikih područja, stvaraju uočljivije ožiljke zbog zacjeljivanja kroz mrežaste stanice. Dermalni predlošci pomažu u formiranju "neoderma", ali ostaju acelularni, zahtijevaju faze i ne rješavaju problem nedovoljnog broja autolognih stanica/žila u prvim tjednima.
• Zašto je 3D bioprintanje kože logičan sljedeći korak, ali ga koči biotinta. Tiskanje omogućuje ciljano postavljanje stanica i materijala, ali klasični homogeni hidrogeli spadaju u "rafal":
  • previše tekuće - šire se i ne drže oblik; previše krute - pritišću stanice, ometaju prodiranje krvnih žila i ne dopuštaju ispis visoke gustoće stanica. Osim toga, još uvijek je teško ponovno stvoriti adneksalne strukture (folikule dlake itd.). Potrebne su nam bio-tinte koje teku pod pritiskom mlaznice, a zatim se trenutno „skupljaju“ u stabilnu poroznu masu i ne ubijaju stanice smicanjem.
• Što su granularne (mikrogel, "zaglavljene") biotinte i zašto su prikladne za dermis? To su "gusto zbijene" čestice mikrogela koje se ponašaju kao krutina u mirovanju i kao tekućina pod smicanjem (smicanjem) - idealno za tisak štrcaljkama/ekstruzijom i injekcije. Nakon nanošenja, nit zadržava svoj oblik, ostavljajući intergranularne pore za rast krvnih žila; smjesa se može dodatno "umrežiti" mekom kemijom. Ova klasa materijala postala je osnova za tisak mekog tkiva posljednjih godina.
• Ideja µInk ukratko. Autori su kombinirali dva sloja problema - stanice i matricu: posadili su ljudske dermalne fibroblaste na porozne želatinske mikrosfere (biokompatibilne "kuglice" slične kemiji kolagenu), a zatim su "zalijepili" granule zajedno s hijaluronskom matricom koristeći kemiju klika bez bakra. Rezultat je bila bio-tinta "tekućina pod tlakom - krutina u mirovanju" koja omogućuje ultra visoku staničnu gustoću, ispis/injektiranje i brzo regrutiranje izvanstanične matrice već in situ. Konstrukti su se ukorijenili i vaskularizirali u miševima unutar 28 dana.
• Kako ovaj pristup rješava „bolne točke“ klinike.
  1. Brzina i logistika: umjesto dugotrajnog uzgoja tkivnog ekvivalenta, postoji brza priprema „živih granula“ i unošenje „kože iz šprice“ izravno u ranu ili ispis u obliku defekta.
  2. Biologija: Visoka celularnost + porozna arhitektura → bolje taloženje izvanceličnog matičnog tkiva (ECM) i neoangiogeneza - ključ za manje ožiljaka i elastičniji dermis.
  3. Kompatibilnost s autologijom: fibroblasti se lako dobivaju iz male biopsije; želatina/HA su komponente poznate koži.
• Gdje ostaju praznine. Sve je to još uvijek predkliničko na miševima; prelazak na pacijente zahtijeva modele kože pune debljine, dugoročno praćenje, zajednički ispis s keratinocitima/endotelom, GMP standardizaciju i dokaz da tehnologija zapravo smanjuje ožiljke i poboljšava funkciju u usporedbi sa standardom.
• Zašto je ova vijest važna upravo sada. U kontekstu trajnih ograničenja STSG/predložaka i zrelosti klase granularnih biotinti, µInk demonstrira praktičan sklop: „mikrogel nosači + mekana vezna matrica + visoke doze autolognih stanica“. To čini scenarij brze, stanično guste dermalne rekonstrukcije bez dugih faza „inkubatora“ realističnijim.

Zašto je ovo potrebno?

Klasične zamjene kože često ostavljaju ožiljak: imaju malo stanica, slabo rastu i stvaraju slabu „ispravnu“ dermalnu matricu. Uzgoj debelog i složenog dermisa u cijelosti u posudici je dugotrajan i težak. Autori predlažu drugačiji način: brzo sastaviti „cigle“ od pacijentovih vlastitih fibroblasta, postaviti ih na porozne mikrosfere i ubrizgati/ispisati to izravno u područje defekta, gdje će samo tijelo dovršiti potpuni dermis.

Kako funkcionira µInk biotinta

• Faza 1: „žive granule“. Porozne želatinske mikrosfere (u biti sitne kuglice, kemijski slične kolagenu kože) na kojima se u bioreaktoru razmnožavaju primarni ljudski dermalni fibroblasti.
• Faza 2: "Vezujući gel". Otopina hijaluronske kiseline koja lijepi granule putem kemijskog spajanja bez bakra.
• Reologija. Rezultat je granularni hidrogel koji se stanjuje smicanjem: teče pod tlakom i zadržava oblik u mirovanju, što znači da je prikladan i za primjenu u štrcaljkama i za 3D ispis.

Što su eksperimenti pokazali

• Tiskanje i održivost: Stabilni mini-naljepci s ultra visokom gustoćom stanica tiskani su iz µInk-a; održivost i fenotip fibroblasta su sačuvani.
• In vivo (miševi): Potkožno implantirani konstrukti tijekom 28 dana
  - obrastali su krvnim žilama,
  - pokazali su preoblikovanje hidrogela,
  - i akumulirali dermalni izvancelični materijal (ECM) (fibroblasti su se nastavili dijeliti i funkcionirati), što ukazuje na integraciju tkiva.
• Praksa primjene. Materijal se može primijeniti iglom izravno u ranu - "koža u šprici" - ili se sloj/oblik može ispisati za određeni defekt.

Zašto je ovo važno?

• Brzina i gustoća. Vrijeme je ključno za opekline i kronične rane. µInk vam omogućuje da zaobiđete duge cikluse rasta tkiva "u volumenu" i odmah uvedete mnoge aktivne stanice tamo gdje su potrebne.
• Biologija bliža normalnoj. Visoka celularnost i porozna arhitektura mikrosfera potiču proizvodnju matrice i neovaskularizaciju, dva ključa za zacjeljivanje bez ožiljaka i elastičnost.
• Klinička logistika. Koncept se dobro uklapa u autologni pristup: uzeti malu biopsiju kože → brzo umnožiti fibroblaste na mikrosferama → ispisati transplantat za pacijentovu ranu.

Po čemu se ovo razlikuje od uobičajenih "hidrogela sa stanicama"

Konvencionalni "homogeni" hidrogeli su ili previše tekući (raspršuju se) ili previše kruti (pritišću stanice, ometaju rast krvnih žila). Granularna arhitektura osigurava pore i putove za krvne žile, a "dvofazna" - i mehaničku stabilnost i mogućnost injektiranja. Osim toga, želatinski nosači su biorazgradivi i "poznati" tkivima.

Ograničenja i što dalje

Ovo je zasad predklinička studija (miševi, potkožne rupe; vremenski okvir - 4 tjedna). U nastavku:

• defekti kože pune debljine i dulje praćenje;
• testovi keratinocita/endotelnih stanica i kombinirani testovi pune debljine kože;
• prijelaz na autologne stanice pacijenta i model opekline/kronične rane;
• skaliranje za **GMP proizvodnju** (bioreaktori, sterilnost, kontrola klika).

Izvor: Shamasha R. i dr. Dvofazne granularne biotinte za biofabrikaciju konstrukcija visoke gustoće stanica za regeneraciju kože, Napredni zdravstveni materijali, online 12. lipnja 2025. https://doi.org/10.1002/adhm.202501430