"Koža iz brizge": dvofazni "zrnati" biočrnilni natisnjen dermis in vsaditev le-tega

Znanstveniki iz Švedske so predstavili biočrnilo µInk za 3D-biotiskanje dermisa: gre za dvofazni granularni hidrogel na osnovi poroznih želatinskih mikrosfer, na katere so »posajeni« človeški dermalni fibroblasti, in matrico hialuronske kisline. Mešanica se pod pritiskom v brizgi/šobi tiskalnika obnaša kot tekočina in se v rani ponovno gelira – zato so jo novinarji poimenovali »koža v brizgi«. V poskusih na miših so natisnjene strukture z zelo visoko gostoto celic preživele, hitro zgradile zunajcelični matriks, zrasle žile in se v 28 dneh integrirale s tkivi. Delo je bilo objavljeno v reviji Advanced Healthcare Materials.

Ozadje

• Zakaj so trenutni nadomestki kože daleč od "prave dermise". Klinični standard za velike rane in opekline so avtologni presadki z deljeno debelino (STSG) in/ali dermalne predloge (npr. Integra). Rešujejo življenja in zapirajo defekt, vendar pogosto puščajo brazgotine in kontrakture, zlasti pri tankih režnjih; kakovost brazgotine je močno odvisna od deleža "globoke dermise" v presadku. Tudi "mrežasti" režnji, primerni za pokrivanje velikih površin, zaradi celjenja skozi mrežaste celice povzročijo opaznejše brazgotinjenje. Dermalne predloge pomagajo oblikovati "neoderm", vendar ostanejo acelularne, zahtevajo faze in ne rešujejo problema nezadostnih avtolognih celic/žil v prvih tednih.
• Zakaj je 3D-biotiskanje kože logičen naslednji korak, vendar ga biočrnilo ovira. Tiskanje omogoča ciljno nameščanje celic in materialov, klasični homogeni hidrogeli pa spadajo v »razcep«:
  • preveč tekoče – razmažejo se in ne ohranijo oblike; preveč toga – pritiskajo na celice, ovirajo prodiranje krvnih žil in ne omogočajo tiskanja z visoko gostoto celic. Poleg tega je še vedno težko poustvariti adneksalne strukture (lasne mešičke itd.). Potrebujemo bio-črnila, ki tečejo pod pritiskom šobe in se nato takoj »zberejo« v stabilno porozno maso in ne uničujejo celic s strigom.
• Kaj so granularna (mikrogelna, "zagozdena") biočrnila in zakaj so primerna za dermis? To so "gosto zbiti" mikrogelni delci, ki se v mirovanju obnašajo kot trdna snov in pri striženju (redčenje s strigom) kot tekočina – idealno za tiskanje z brizgalkami/ekstruzijo in injekcije. Po nanosu nit ohrani svojo obliko in pusti medzrnate pore za rast žil; zmes je mogoče dodatno "zamrežiti" z mehko kemijo. Ta razred materialov je v zadnjih letih postal osnova za tiskanje mehkih tkiv.
• Ideja µInk na kratko. Avtorji so združili dve plasti problema – celice in matrico: človeške dermalne fibroblaste so posadili na porozne želatinske mikrosfere (biokompatibilne »kroglice«, ki so po kemiji podobne kolagenu) in nato granule »zlepili« skupaj s hialuronsko matrico z uporabo kemije klikanja brez bakra. Rezultat je bilo biočrnilo »tekočina pod tlakom – trdno v mirovanju«, ki omogoča ultra visoko celično gostoto, tiskanje/injiciranje in hitro rekrutiranje zunajceličnega matriksa, ki je že in situ. Konstrukti so se ukoreninili in vaskularizirali v miših v 28 dneh.
• Kako ta pristop obravnava »bolečine« klinike.
  1. Hitrost in logistika: namesto dolgotrajne gojenja tkivnega ekvivalenta se izvede hitra priprava "živih granul" in vnos "kože iz brizge" neposredno v rano ali tiskanje v obliki defekta.
  2. Biologija: Visoka celičnost + porozna arhitektura → boljše odlaganje zunajceličnega matriksa in neoangiogeneza – ključ do manjšega brazgotinjenja in elastične dermise.
  3. Združljivost z avtologijo: fibroblasti se zlahka pridobijo z majhno biopsijo; želatina/HA sta sestavini, ki sta koži znani.
• Kjer ostajajo vrzeli. Vse to je še vedno v predklinični fazi pri miših; prehod na paciente zahteva modele kože v polni debelini, dolgoročno spremljanje, sočasno tiskanje s keratinociti/endotelijem, standardizacijo GMP in dokaz, da tehnologija dejansko zmanjšuje brazgotinjenje in izboljšuje delovanje v primerjavi s standardom.
• Zakaj je ta novica pomembna prav zdaj. Glede na vztrajne omejitve STSG/predlog in zrelost razreda granularnih biočrnil, µInk prikazuje praktično sestavo: »mikrogelni nosilci + mehka vezavna matrica + visoki odmerki avtolognih celic«. Zaradi tega je scenarij hitre, celično goste dermalne rekonstrukcije brez dolgotrajnih »inkubacijskih« faz bolj realističen.

Zakaj je to potrebno?

Klasični nadomestki kože pogosto pustijo brazgotino: imajo malo celic, slabo zrastejo in ustvarijo šibko »pravilno« dermalno matrico. Gojenje debelega in kompleksnega dermisa v celoti v posodi je dolgo in težko. Avtorji predlagajo drugačen način: hitro sestaviti »opeke« iz pacientovih lastnih fibroblastov, jih posaditi na porozne mikrosfere in jih vbrizgati/natisniti neposredno v območje okvare, kjer bo telo samo dokončalo polnopravni dermis.

Kako deluje biočrnilo µInk

• Faza 1: »žive granule«. Porozne želatinske mikrosfere (v bistvu drobne kroglice, kemično podobne kožnemu kolagenu), na katerih se v bioreaktorju razmnožujejo primarni človeški dermalni fibroblasti.
• 2. faza: »Vezalni gel«. Raztopina hialuronske kisline, ki zlepi granule skupaj s pomočjo kemije klikov brez bakra.
• Reologija. Rezultat je granularni hidrogel, ki se redči s strigom: teče pod pritiskom in ohranja obliko v mirovanju, kar pomeni, da je primeren tako za nanašanje z brizgalko kot za 3D-tiskanje.

Kaj so pokazali poskusi

• Tiskanje in sposobnost preživetja: Stabilni mini obliži z ultra visoko gostoto celic so bili natisnjeni z µInk; sposobnost preživetja in fenotip fibroblastov sta bila ohranjena.
• In vivo (miši): Subkutano vsajeni konstrukti 28 dni
  - so postali prerasli z žilami,
  - so pokazali preoblikovanje hidrogela,
  - in kopičili so dermalni zunajcelični matriks (fibroblasti so se še naprej delili in delovali), kar kaže na integracijo tkiva.
• Praksa nanašanja. Material se lahko nanese z iglo neposredno v rano – »koža v brizgi« – ali pa se za določeno napako natisne plast/oblika.

Zakaj je to pomembno?

• Hitrost in gostota. Čas je ključnega pomena za opekline in kronične rane. µInk vam omogoča, da se izognete dolgim ciklom rasti tkiva "v volumnu" in takoj vnesete veliko aktivnih celic tja, kjer so potrebne.
• Biologija bližje normalni. Visoka celičnost in porozna arhitektura mikrosfer spodbujata nastajanje matriksa in neovaskularizacijo, kar sta dva ključa do celjenja brez brazgotin in elastičnosti.
• Klinična logistika. Koncept se dobro ujema z avtolognim pristopom: vzeti majhen vzorec biopsije kože → hitro namnožiti fibroblaste na mikrosferah → natisniti presadek za bolnikovo rano.

Kakšna je razlika med tem in običajnimi "hidrogeli s celicami"?

Konvencionalni "homogeni" hidrogeli so bodisi preveč tekoči (razmazujejo se) bodisi preveč togi (pritiskajo na celice, motijo rast žil). Granularna arhitektura zagotavlja pore in poti za žile, "dvofazna" pa tako mehansko stabilnost kot tudi možnost injiciranja. Poleg tega so želatinski nosilci biorazgradljivi in "znani" tkivom.

Omejitve in kaj sledi

Zaenkrat gre za predklinične podatke (miši, podkožni žepki; časovni okvir - 4 tedni). V nadaljevanju:

• popolne napake kože in daljše spremljanje;
• keratinocitne/endotelijske celice in kombinirani kožni testi celotne debeline kože;
• prehod na avtologne celice pacienta in model opeklin/kroničnih ran;
• skaliranje za **GMP proizvodnjo** (bioreaktorji, sterilnost, nadzor klikov).

Vir: Shamasha R. et al. Dvofazna granularna biočrnila za biofabrikacijo konstrukcij z visoko gostoto celic za regeneracijo derme, Advanced Healthcare Materials, na spletu 12. junija 2025 https://doi.org/10.1002/adhm.202501430