Восстановление потерянной кожи на голове и лице с помощью кожных трансплантатов — сложная задача.
Эта операция может привести к образованию рубцов, необратимой потере волос и отторжению трансплантата. Исследователи из Университета штата Пенсильвания использовали комбинацию биочернил, содержащих внеклеточный матрикс, стволовые клетки и раствор для свертывания крови, и создали живую кожу с потенциалом роста волос. Ученые впервые напечатали на 3D-принтере эту «живую» кожу во всю толщину прямо на крысах, у которых была повреждена кожа черепа. Всего за две недели рана зажила.

Анатомически кожа состоит из трех слоев: самого внешнего (видимого) эпидермиса, средней дермы и самого глубокого слоя — гиподермы. Гиподерма, состоящая из соединительной ткани и жира, обеспечивает структуру и защитную поддержку черепа. Корни волосяных фолликулов проникают в гиподерму, где начинают расти волосы. Гиподерма напрямую участвует в процессе превращения стволовых клеток в жир. Этот процесс имеет решающее значение для нескольких жизненно важных процессов, включая заживление ран. Он также играет роль в циклическом развитии волосяных фолликулов, особенно в росте волос.

Ранее ученые использовали два вида биочернил для одновременной 3D-печати твердых и мягких тканей на черепе и коже грызунов. В текущем исследовании они пошли дальше. Ученые извлекли из жировой ткани пациентов, перенесших операцию, внеклеточный матрикс — сеть молекул и белков, которые придают ткани структуру и стабильность. Это сформировало один из компонентов биочернил. Вторым компонентом стали стволовые клетки, взятые из жировой ткани. Третьим звеном выступил раствор для свертывания крови, содержащий фибриноген, который помогал другим компонентам связываться с местом повреждения. Каждый компонент загружался в отдельные отсеки биопринтера.
Три отсека позволили одновременно печатать смесь матрицы и фибриногена вместе со стволовыми клетками, и этот процесс можно было контролировать. Ученые печатали непосредственно на месте травмы для формирования гиподермы, которая способствует заживлению ран, образованию волосяных фолликулов и регулированию температуры. Чтобы определить идеальную смесь, исследователи экспериментировали с тремя биочернилами, содержащими разное количество внеклеточного матрикса.

Команда провела три серии исследований на крысах, чтобы лучше понять роль жирового матрикса. Оказалось, что совместная доставка матрикса и стволовых клеток имеет решающее значение для формирования гиподермы. По отдельности эти компоненты не работают.
После биопечати слоев гиподермы и дермы внешний эпидермис сформировался сам по себе, в результате рана зажила за две недели. Гиподерма содержала «наросты» — начало развития волосяных фолликулов. Исследования показали, что стволовые клетки, полученные из жира, тесно связаны с волосяными фолликулами и могут стимулировать их рост.

Исследователи надеются, что их технология, особенно способность к росту волос, улучшит результат реконструктивных операций, сделав результат более естественным. Это окажет положительное влияние на психическое благополучие пациентов.