„Biologický oděv“. Vědci vypěstovali 3D kůži ve tvaru ruky

Místo 2D kožních štěpů, které je nutné pracně a po kouscích na lidském těle „skládat“ dohromady, jsou tu nově 3D štěpy, které lze podle vzoru vymodelovat vcelku, přičemž snadněji je pak lze najednou připevnit k nepravidelně či složitě tvarované části těla – prakticky jako „padnoucí biologický oděv“.

Nová metoda by např. umožnila vytvořit bezešvou „rukavici“ vypěstovanou z kožních buněk, kterou pak lze najednou navléknout na těžce popálenou ruku. Američtí vědci o tomto pokroku informovali v nedávném článku publikovaném v časopise Science Advances.

„Trojrozměrné náhrady kůže, které lze transplantovat přímo ve formě ‚biologického obleku‘, by měly mnoho výhod,“ poznamenal k tomu hlavní vývojář nové metody Hasan Erbil Abaci, odborný asistent dermatologie na Kolumbijské univerzitě.

„Tímto způsobem znatelně omezíme potřebu šití, zkrátí se délka operací a také po estetické stránce budou výsledky lepší,“ dodal.

Bezešvé (souvislé) 3D kožní štěpy mají rovněž lepší mechanické a funkční vlastnosti než běžné štěpy poskládané dohromady z menších 2D kousků.

Proces vytváření nových kožních štěpů začíná laserovým 3D skenováním cílové struktury, na níž má být nahrazena kůže, jako je např. lidská ruka, resp. dlaň. Dále je pomocí počítače a 3D tisku vytvořen dutý a propustný model této ruky, jakési „lešení“.

Vnější povrch modelu je poté „osázen“ kožními fibroblasty, které vytvářejí pojivovou tkáň kůže, a též kolagenem, tedy strukturálním proteinem. Nakonec je vnější strana této formy potažena směsí keratinocytů (buňky, které tvoří většinu vnější kožní vrstvy neboli epidermis) a vnitřek je zalit prorůstovým médiem, jež podporuje a vyživuje vyvíjející se štěp.

Kromě tohoto odlišného 3D základu (lešení) pro ruku vědci použili stejné postupy, jaké se používají k výrobě ploché umělé kůže, přičemž celý proces vývoje trval zhruba stejnou dobu, asi tři týdny. V prvním testu takto upravené kůže byly 3D štěpy složené z lidských kožních buněk úspěšně naroubovány na zadní končetiny myší.

„Bylo to, jako kdybych myši navlékl šortky,“ řekl Abaci podle deníku New York Post. „Tato operace trvala asi jen 10 minut.“

O čtyři týdny později se štěpy zcela integrovaly s okolní myší kůží – a myší končetiny pak byly plně funkční.

Myší kůže se ale hojí jinak než lidská. Odborníci proto již plánují testovat štěpy na větších zvířatech, jejichž biologie kůže se více shoduje s biologií lidskou. Klinické studie přímo na lidech budou pravděpodobně zahájeny až za několik let.

3D štěpy jsou první velkou změnou v konstrukcí umělých kožních štěpů od doby, kdy se s nimi začalo na začátku 80. let 20. století.

„Umělá kůže kdysi začala s využitím pouze dvou typů buněk, přičemž lidská kůže obsahuje asi 50 typů buněk. Většina dosavadních výzkumů se proto soustředila na napodobování rozmanitosti buněčných složek lidské kůže,“ vysvětlil Abaci.

Se svým týmem si však uvědomil, že využitím metody 3D tisku by bylo možné vyrobit ještě věrnější a lepší štěpy, a to pomocí konstrukce trojrozměrného základu (lešení), nezbytného pro vytvoření 3D kožního štěpu, nasazovaného vcelku.

„Předpokládali jsme, že plně uzavřený 3D tvar bude více podobný naší přirozené pokožce a bude mechanicky pevnější, což se potvrdilo,“ uvedl Abaci.

Zachování kontinuity a geometrie lidské kůže podle něj výrazně zlepšuje složení, strukturu a pevnost štěpu.

„Jako bioinženýrovi mi vždy vadilo, že celková geometrie kůže byla přehlížena a štěpy byly vyráběny s otevřenými hranicemi nebo okraji. Z bioinženýrství jiných orgánů víme, že geometrie je důležitým faktorem, který ovlivňuje funkci,“ pokračoval.

Dr. Abaci předpovídá, že v budoucnu by mohly být 3D štěpy vyrobeny na zakázku přímo z pacientových vlastních buněk. Již vzorek kůže o velikosti pouhých 4 × 4 mm lze využít ke kultivaci a namnožení tolika buněk, aby se mohla vytvořit kůže dostačující na pokrytí celé lidské ruky.

„Dalším nadějným využitím naší metody budou transplantace obličeje, kdy bude individuální náhradní kůže integrována se základními tkáněmi, jako jsou chrupavky, svaly a kosti. Pacientům tak poslouží na personální bázi a lépe než doposud využívané transplantáty z mrtvol,“ řekl Abaci.

Na tuto technologii má podle nových informací již vyřízenou patentovou přihlášku.