3D-gedruckte Haut schließt Wunden und enthält Haarfollikel-Vorläufer

Fettgewebe ist der Schlüssel zum 3D-Druck von Schichten lebender Haut und möglicherweise Haarfollikeln, so Forscher, die kürzlich Fettzellen und Stützstrukturen aus klinisch gewonnenem menschlichem Gewebe genutzt haben, um Verletzungen bei Ratten präzise zu korrigieren. Diese Fortschritte könnten Auswirkungen auf die rekonstruktive Gesichtschirurgie und sogar auf Haarwuchsbehandlungen beim Menschen haben.

Die Ergebnisse des Teams wurden am 1. März veröffentlicht Bioaktive Materialien. Das US-Patent- und Markenamt erteilte dem Team im Februar ein Patent für die von ihnen entwickelte und in dieser Studie verwendete Bioprinting-Technologie.

„Rekonstruktive Chirurgie zur Korrektur von Verletzungen oder Krankheiten im Gesicht oder am Kopf ist in der Regel unvollkommen und führt zu Narbenbildung oder dauerhaftem Haarausfall“, sagte Ibrahim T. Ozbolat, Professor für Ingenieurwesen und Mechanik, Biomedizintechnik und Neurochirurgie an der Penn State. , der die internationale Zusammenarbeit leitete, die die Arbeit durchführte.

„Mit dieser Arbeit demonstrieren wir, dass biogedruckte Haut in voller Dicke das Potenzial hat, bei Ratten Haare wachsen zu lassen. Dies ist ein Schritt näher an der Rekonstruktion von Kopf und Gesicht von Ratten. Ein natürlicheres und ästhetischeres Erscheinungsbild bei Männern.“

Während Wissenschaftler bereits dünne Hautschichten in 3D biogedruckt haben, sind Ozbolat und sein Team die ersten, die intraoperativ ein vollständiges, lebendes System aus mehreren Hautschichten, einschließlich der untersten Schicht oder Unterhaut, drucken konnten. „Intraoperativ“ bezieht sich auf die Möglichkeit, das Gewebe während der Operation zu drucken, was bedeutet, dass mit diesem Ansatz geschädigte Haut schneller und nahtloser repariert werden kann, so die Forscher.

Die oberste Schicht (die Epidermis, die als sichtbare Haut dient) bildet sich mit der Unterstützung der mittleren Schicht von selbst und muss daher nicht gedruckt werden. Die aus Bindegewebe und Fett bestehende Unterhaut verleiht dem Schädel Struktur und Halt.

„Die Unterhaut ist direkt am Wachstumsprozess der Stammzellen beteiligt“, sagte Ozbolat. „Dieser Prozess ist für mehrere lebenswichtige Prozesse, einschließlich der Wundheilung, unerlässlich. Er spielt auch eine Rolle im Haarfollikelzyklus, insbesondere bei der Erleichterung des Haarwachstums.“

Die Forscher begannen mit menschlichem Fettgewebe, das von Patienten gewonnen wurde, die sich einer Operation am Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center unterzogen. Mitarbeiter Dino J. Ravnic, außerordentlicher Professor für Chirurgie in der Abteilung für Plastische Chirurgie am Penn State College of Medicine, leitete in seinem Labor die Gewinnung von Fett zur Extraktion der extrazellulären Matrix, dem Netzwerk aus Molekülen und Proteinen, die dem Körper Struktur und Stabilität verleihen . Stoff – um einen Bestandteil des Bioinks herzustellen.

Ravnics Team gewann auch Stammzellen aus Fettgewebe, die das Potenzial haben, zu mehreren verschiedenen Zelltypen zu reifen, wenn sie in der entsprechenden Umgebung bereitgestellt werden, um eine weitere Bioink-Komponente zu produzieren. Jede Komponente wurde in eines der drei Fächer des Bioprinters geladen. Das dritte Fach wurde mit einer Gerinnungslösung gefüllt, die den anderen Komponenten hilft, sich richtig an der verletzten Stelle zu binden.

„Die drei Kompartimente ermöglichen es uns, die Matrix-Fibrinogen-Mischung zusammen mit den Stammzellen mit präziser Kontrolle zu drucken“, sagte Ozbolat. „Wir haben direkt auf die Verletzungsstelle gedruckt, mit dem Ziel, die Unterhaut zu bilden, die bei der Wundheilung, der Haarfollikelbildung, der Temperaturregulierung und vielem mehr hilft.“

Sie erreichten sowohl die Unterhaut- als auch die Dermisschicht, wobei sich die Epidermis innerhalb von zwei Wochen von selbst bildete.

„Wir haben drei Studienreihen an Ratten durchgeführt, um die Rolle der Fettmatrix besser zu verstehen, und wir haben herausgefunden, dass die gleichzeitige Abgabe der Matrix und der Stammzellen für die subkutane Bildung entscheidend ist“, sagte Ozbolat. „Es funktioniert nicht effektiv nur mit den Zellen oder nur der Matrix, es muss gleichzeitig funktionieren.“

Sie entdeckten auch, dass die Unterhaut Wucherungen enthielt, das Anfangsstadium der frühen Haarfollikelbildung. Laut Forschern tragen Fettzellen zwar nicht direkt zur Zellstruktur der Haarfollikel bei, sind aber an deren Regulierung und Erhaltung beteiligt.

„In unseren Experimenten haben Fettzellen möglicherweise die extrazelluläre Matrix verändert, um die Wachstumsbildung besser zu unterstützen“, sagte Ozbolat. „Wir arbeiten daran, dies voranzutreiben, um Haarfollikel mit kontrollierter Dichte, Ausrichtung und Wachstum zu reifen.“

Laut Ozbolat kann die Fähigkeit, Haare an verletzten oder erkrankten Traumastellen präzise wachsen zu lassen, das Auftreten natürlicher rekonstruktiver Chirurgie einschränken. Er sagte, diese Arbeit biete einen „hoffnungsvollen Weg nach vorne“, insbesondere in Kombination mit anderen Projekten in seinem Labor, bei denen es um das Drucken von Knochen und die Erforschung der Anpassung der Pigmentierung an verschiedene Hauttöne geht.

„Wir glauben, dass dies auf Dermatologie, Haartransplantationen sowie plastische und rekonstruktive Operationen angewendet werden könnte. Es könnte zu einem viel ästhetischeren Ergebnis führen“, sagte Ozbolat.

„Mit der vollautomatischen Bioprinting-Funktion und kompatiblen Materialien in klinischer Qualität kann diese Technologie einen erheblichen Einfluss auf die klinische Umsetzung präzise rekonstruierter Haut haben.“ »