Zespół kierowany przez naukowców z Rensselaer Polytechnic Institute wydrukował w 3D mieszki włosowe w ludzkiej tkance skóry, które wyhodowano w laboratorium. To pierwszy raz, kiedy badacze wykorzystali tę technologię do wytworzenia mieszków włosowych, które odgrywają ważną rolę w gojeniu i funkcjonowaniu skóry.
Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Science Advances, ma potencjalne zastosowania w medycynie regeneracyjnej i testowaniu leków, chociaż opracowanie przeszczepów skóry, dzięki którym wyrosną włosy, zajmie jeszcze kilka lat.
„Nasza praca stanowi dowód na to, że struktury mieszków włosowych można tworzyć w bardzo precyzyjny i powtarzalny sposób za pomocą biodruku 3D. Ten rodzaj zautomatyzowanego procesu jest niezbędny, aby w przyszłości możliwa była bioprodukcja skóry” – powiedział Pankaj Karande, Ph. .D., profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biologicznej oraz członek Shirley Ann Jackson, Ph.D. Centrum Biotechnologii i Studiów Interdyscyplinarnych, który kierował badaniami.
„Rekonstrukcja mieszków włosowych przy użyciu komórek pochodzenia ludzkiego była w przeszłości wyzwaniem. Niektóre badania wykazały, że hodowanie tych komórek w trójwymiarowym środowisku może potencjalnie spowodować powstanie nowych mieszków włosowych lub łodyg włosowych, a nasze badanie opiera się na tę pracę” – powiedział Karande.
Jeśli chodzi o inżynierię ludzkiej skóry, włosy mogą początkowo wydawać się zbędne. Jednak mieszki włosowe są dość ważne: wytwarzają pot, pomagając regulować temperaturę ciała i zawierają komórki macierzyste, które pomagają w gojeniu się skóry.
Mieszki włosowe są również punktem wejścia dla leków i kosmetyków stosowanych miejscowo, co czyni je ważnym elementem badań dermatologicznych. Jednak obecnie wstępne testy bezpieczeństwa przeprowadza się na zmodyfikowanych tkankach skóry, którym brakuje mieszków włosowych.
„Obecnie współczesne modele skóry – zaprojektowane struktury naśladujące ludzką skórę – są dość proste. Zwiększenie ich złożoności poprzez dodanie mieszków włosowych dałoby nam jeszcze więcej informacji na temat interakcji skóry z produktami do stosowania miejscowego” – stwierdziła dr Carolina Catarino. D., pierwsza autorka badania, która uzyskała stopień doktora w Rensselaer, a obecnie jest badaczką opracowującą nowe metody testów skórnych w Grupo Boticário, firmie kosmetycznej w jej rodzinnej Brazylii.
„Laboratorium doktora Karande przoduje w inżynierii tkanki skórnej. Zespołowi udało się już z powodzeniem wydrukować skórę z działającymi naczyniami krwionośnymi, a najnowsze badania to kolejny ekscytujący krok w opracowywaniu i testowaniu lepszych metod leczenia oparzeń i innych schorzeń skóry” – powiedział Deepak Vashishth, Ph.D., dyrektor Shirley Ann Jackson, Ph.D. Centrum Biotechnologii i Studiów Interdyscyplinarnych.
„Praca dr Karande jest doskonałym przykładem postępów poczynionych przez badaczy RPI na styku inżynierii i nauk przyrodniczych z wpływem na zdrowie ludzkie” – powiedział dr Shekhar Garde, dziekan Wydziału Inżynierii Rensselaera. „Wprowadzenie wielokanałowego druku 3D do sfery biologicznej otwiera ekscytujące możliwości, które w przeszłości trudno było sobie wyobrazić”.
Naukowcy stworzyli skórę zawierającą mieszki włosowe za pomocą technik druku 3D dostosowanych do drukowania na poziomie komórkowym.
Naukowcy zaczynają od umożliwienia próbkom komórek skóry i mieszków włosowych dzielenia się i namnażania w laboratorium, aż do uzyskania wystarczającej liczby komórek nadających się do wydrukowania. Następnie badacze mieszają każdy typ komórek z białkami i innymi materiałami, aby stworzyć „bio-tusz” używany przez drukarkę. Używając niezwykle cienkiej igły do osadzania biotuszu, drukarka buduje skórę warstwa po warstwie, tworząc jednocześnie kanały do osadzania komórek włoskowatych. Z biegiem czasu komórki skóry migrują do kanałów otaczających komórki rzęsate, odzwierciedlając struktury mieszków włosowych obecne w prawdziwej skórze.
Obecnie tkanki te żyją od dwóch do trzech tygodni, co nie jest wystarczającym czasem, aby mogły rozwinąć się łodygi włosa. Przyszłe prace zespołu badawczego mają na celu wydłużenie tego okresu, umożliwiając dalszy dojrzewanie mieszków włosowych i torując drogę do ich wykorzystania w testach narkotykowych i przeszczepach skóry.