„Koža zo striekačky“: dvojfázová „granulovaná“ bioatramentová potlač dermy a jej implantácia

Vedci zo Švédska predstavili bioatrament µInk pre 3D biotlač dermy: ide o dvojfázový granulovaný hydrogél na báze pórovitých želatínových mikroguľôčok s „nanesenými“ ľudskými dermálnymi fibroblastmi a matricou kyseliny hyalurónovej. Zmes sa správa ako kvapalina pod tlakom v striekačke/tryske tlačiarne a v rane opäť géluje – preto ju novinári nazvali „koža v striekačke“. V experimentoch na myšiach prežili vytlačené štruktúry s veľmi vysokou hustotou buniek, rýchlo si vybudovali extracelulárnu matricu, narástli im cievy a integrovali sa s tkanivami za 28 dní. Práca bola publikovaná v časopise Advanced Healthcare Materials.

Pozadie

• Prečo sú súčasné kožné náhrady ďaleko od „skutočnej dermy“. Klinickým štandardom pre rozsiahle rany a popáleniny sú autotransplantáty s delenou hrúbkou (STSG) a/alebo dermálne templáty (napr. Integra). Zachraňujú životy a uzatvárajú defekt, ale často zanechávajú jazvy a kontraktúry, najmä pri tenkých lalokoch; kvalita jazvy závisí vo veľkej miere od podielu „hlbokej dermy“ v štepe. Dokonca aj „sieťované“ laloky, vhodné na pokrytie veľkých plôch, vytvárajú viditeľnejšie zjazvenie v dôsledku hojenia cez sieťované bunky. Dermálne templáty pomáhajú tvoriť „neoderm“, ale zostávajú acelulárne, vyžadujú si etapy a neriešia problém nedostatočného množstva autológnych buniek/ciev v prvých týždňoch.
• Prečo je 3D biotlač kože logickým ďalším krokom, ale brzdí ju bioatrament. Tlač umožňuje cielené umiestnenie buniek a materiálov, ale klasické homogénne hydrogély spadajú do „rozvetvenia“:
  • príliš tekuté – roztierajú sa a nedržia tvar; príliš tuhé – tlačia na bunky, bránia prenikaniu ciev a neumožňujú tlač s vysokou hustotou buniek. Okrem toho je stále ťažké znovu vytvoriť adnexálne štruktúry (vlasové folikuly atď.). Potrebujeme bioatramenty, ktoré prúdia pod tlakom trysky a potom sa okamžite „zhromažďujú“ do stabilnej pórovitej hmoty a nezabíjajú bunky šmykom.
• Čo sú granulované (mikrogélové, „zaseknuté“) bioatramenty a prečo sú vhodné pre dermis? Ide o „husto zbalené“ mikrogélové častice, ktoré sa v pokoji správajú ako pevná látka a pri strihovom namáhaní (strekovanie pri strihu) ako kvapalina – ideálne pre tlač striekačkou/extrúziou a injekcie. Po aplikácii si vlákno zachová svoj tvar a zanechá medzikryštalické póry pre rast ciev; zmes môže byť dodatočne „zosieťovaná“ mäkkou chémiou. Táto trieda materiálov sa v posledných rokoch stala základom pre tlač mäkkých tkanív.
• Myšlienka µInk v skratke. Autori skombinovali dve vrstvy problému – bunky a matricu: ľudské dermálne fibroblasty umiestnili na porézne želatínové mikroguľôčky (biokompatibilné „guľôčky“ chemického zloženia podobného kolagénu) a potom granule „zlepili“ hyalurónovou matricou pomocou bezmedznej klikacej chémie. Výsledkom bol bioatrament „kvapalina pod tlakom – tuhá látka v pokoji“, ktorý umožňuje ultravysokú bunkovú hustotu, tlač/injekciu a rýchle získavanie extracelulárnej matrice už in situ. Konštrukty sa u myší zakorenili a vaskularizovali do 28 dní.
• Ako tento prístup rieši „bolestivé body“ kliniky.
  1. Rýchlosť a logistika: namiesto zdĺhavej kultivácie tkanivového ekvivalentu dochádza k rýchlej príprave „živých granúl“ a zavedeniu „kože zo striekačky“ priamo do rany alebo tlači do tvaru defektu.
  2. Biológia: Vysoká celulárnosť + pórovitá architektúra → lepšie ukladanie extracelulárnej hmoty (ECM) a neoangiogenéza – kľúč k menšiemu zjazveniu a elastickejšej derme.
  3. Kompatibilita s autológiou: fibroblasty sa dajú ľahko získať z malej biopsie; želatína/HA sú zložky známe koži.
• Kde zostávajú medzery. Toto všetko je stále v predklinickej fáze u myší; prechod na pacientov si vyžaduje modely kože v plnej hrúbke, dlhodobé sledovanie, ko-tlač s keratinocytmi/endotelom, štandardizáciu GMP a dôkaz, že technológia skutočne znižuje zjazvenie a zlepšuje funkciu v porovnaní so štandardom.
• Prečo je táto správa práve teraz dôležitá. Na pozadí pretrvávajúcich obmedzení STSG/šablón a vyspelosti triedy granulovaných bioatramentov, µInk demonštruje praktickú zostavu: „mikrogélové nosiče + mäkká väzbová matrica + vysoké dávky autológnych buniek“. Vďaka tomu je scenár rýchlej, bunkovo hustej dermálnej rekonštrukcie bez zdĺhavých „inkubačných“ štádií realistickejší.

Prečo je to potrebné?

Klasické náhrady kože často zanechávajú jazvu: majú málo buniek, zle rastú a vytvárajú slabú „správnu“ dermálnu matricu. A pestovanie hrubej a komplexnej dermy výlučne v miske je zdĺhavé a náročné. Autori navrhujú iný spôsob: rýchlo zostaviť „tehly“ z pacientových vlastných fibroblastov, umiestniť ich na porézne mikroguľôčky a vstreknúť/vytlačiť ich priamo do defektnej oblasti, kde si telo samo dokončí plnohodnotnú dermu.

Ako funguje bioatrament µInk

• Fáza 1: „živé granule“. Pórovité želatínové mikroguličky (v podstate drobné guľôčky, chemicky podobné kožnému kolagénu), na ktorých sa v bioreaktore množia primárne ľudské dermálne fibroblasty.
• Fáza 2: „Väzbový gél“. Roztok kyseliny hyalurónovej, ktorý spája granule pomocou bezmedznej chémie.
• Reológia. Výsledkom je granulovaný hydrogél, ktorý sa stenčuje strihom: tečie pod tlakom a v pokoji si drží svoj tvar, čo znamená, že je vhodný na aplikáciu injekčnou striekačkou aj na 3D tlač.

Čo ukázali experimenty

• Tlač a životaschopnosť: Z µInk boli vytlačené stabilné mini-náplasti s ultravysokou hustotou buniek; životaschopnosť a fenotyp fibroblastov boli zachované.
• In vivo (myši): Subkutánne implantované konštrukty počas 28 dní
  - prerástli cievami,
  - preukázali remodeláciu hydrogélu,
  - a akumulovali dermálnu extracelulárnu hmotu (ECM) (fibroblasty sa naďalej delili a fungovali), čo naznačuje integráciu tkaniva.
• Aplikačná prax. Materiál sa môže aplikovať ihlou priamo do rany – „koža v injekčnej striekačke“ – alebo sa môže vytlačiť vrstva/tvar pre konkrétny defekt.

Prečo je to dôležité?

• Rýchlosť a hustota. Čas je kritický pri popáleninách a chronických ranách. µInk vám umožňuje obísť dlhé cykly rastu tkaniva „v objeme“ a okamžite zaviesť mnoho aktívnych buniek tam, kde sú potrebné.
• Biológia bližšie k normálu. Vysoká celulárnosť a pórovitá architektúra mikrosfér podporujú tvorbu matrice a neovaskularizáciu, dva kľúče k hojeniu bez jaziev a elasticite.
• Logistika kliniky. Koncept sa dobre hodí k autológnemu prístupu: odobrať malú biopsiu kože → rýchlo namnožiť fibroblasty na mikroguľôčkach → vytlačiť transplantát pre ranu pacienta.

V čom sa to líši od bežných „hydrogélov s bunkami“?

Konvenčné „homogénne“ hydrogély sú buď príliš tekuté (roztierajú sa), alebo príliš tuhé (tlačia na bunky, narúšajú rast ciev). Granulovaná architektúra poskytuje póry a dráhy pre cievy a „dvojfázová“ – mechanickú stabilitu aj injekčnosť. Navyše, želatínové nosiče sú biologicky odbúrateľné a „známe“ tkanivám.

Obmedzenia a čo bude ďalej

Zatiaľ ide o predklinické štúdie (myši, subkutánne vrecká; časový rámec - 4 týždne). Ďalej:

• defekty kože v plnej hrúbke a dlhšie sledovanie;
• testy keratinocytov/endotelových buniek a kombinované testy plnej hrúbky kože;
• prechod na autológne bunky pacienta a model popálenín/chronických rán;
• škálovanie pre **výrobu v súlade s GMP** (bioreaktory, sterilita, kontrola kliknutí).

Zdroj: Shamasha R. a kol. Dvojfázové granulované bioatramenty na biovýrobu konštruktov s vysokou hustotou buniek pre regeneráciu kože, Advanced Healthcare Materials, online 12. júna 2025 https://doi.org/10.1002/adhm.202501430