"Skin from a syringe": biphasic "granular" bioink printed dermis at itinanim ito

Iniharap ng mga siyentipiko mula sa Sweden ang µInk bioink para sa 3D bioprinting ng dermis: ito ay isang two-phase granular hydrogel batay sa porous gelatin microspheres na may mga human dermal fibroblast na "nakatanim" sa mga ito kasama ang isang matrix ng hyaluronic acid. Ang timpla ay kumikilos tulad ng isang likido sa ilalim ng presyon sa isang syringe/printer nozzle at muling nag-gel sa isang sugat - kaya naman tinawag itong "balat sa isang syringe" ng mga mamamahayag. Sa mga eksperimento sa mga daga, nakaligtas ang mga naka-print na istruktura na may napakataas na density ng cell, mabilis na nakagawa ng extracellular matrix, lumaki ang mga sisidlan at isinama sa mga tisyu sa loob ng 28 araw. Ang gawain ay nai-publish sa Advanced Healthcare Materials.

Background

• Bakit ang kasalukuyang mga pamalit sa balat ay malayo sa "tunay na dermis". Ang klinikal na pamantayan para sa malalaking sugat at paso ay split-thickness autografts (STSG) at/o dermal templates (hal. Integra). Nagliligtas sila ng mga buhay at isinasara ang depekto, ngunit madalas na nag-iiwan ng mga peklat at contracture, lalo na sa mga manipis na flaps; ang kalidad ng peklat ay lubos na nakasalalay sa proporsyon ng "malalim na dermis" sa graft. Kahit na ang "mesh" flaps, na maginhawa para sa pagsakop sa malalaking lugar, ay gumagawa ng mas kapansin-pansing pagkakapilat dahil sa pagpapagaling sa pamamagitan ng mga mesh cell. Nakakatulong ang mga dermal template na bumuo ng isang "neoderm", ngunit nananatiling acellular, nangangailangan ng mga yugto, at hindi nilulutas ang problema ng hindi sapat na mga autologous na cell/vessel sa mga unang linggo.
• Bakit lohikal na susunod na hakbang ang 3D skin bioprinting, ngunit pinipigilan ito ng bioink. Ang pag-print ay nagpapahintulot sa mga cell at materyales na mailagay sa isang naka-target na paraan, ngunit ang mga klasikong homogenous na hydrogel ay nahuhulog sa isang "tinidor":
  • masyadong likido - kumakalat sila at hindi hawakan ang kanilang hugis; masyadong matibay - pinindot nila ang mga cell, makagambala sa pagtagos ng mga daluyan ng dugo at hindi pinapayagan ang pag-print ng mataas na density ng cell. Bilang karagdagan, mahirap pa ring muling likhain ang mga istruktura ng adnexal (mga follicle ng buhok, atbp.). Kailangan namin ng mga bio-inks na dumadaloy sa ilalim ng presyon ng nozzle at pagkatapos ay agad na "nagtitipon" sa isang matatag na buhaghag na masa at hindi pumapatay ng mga cell sa pamamagitan ng paggugupit.
• Ano ang granular (microgel, "jammed") bioinks at bakit angkop ang mga ito para sa mga dermis? Ang mga ito ay "densely packed" microgel particles na kumikilos na parang solid at parang likido sa ilalim ng shear (shear-thinning) - mainam para sa syringe/extrusion printing at injection. Pagkatapos ng aplikasyon, hawak ng string ang hugis nito, na nag-iiwan ng mga intergranular pores para sa paglaki ng vascular; ang timpla ay maaaring dagdag na "cross-linked" na may malambot na kimika. Ang klase ng mga materyales na ito ay naging batayan para sa soft tissue printing nitong mga nakaraang taon.
• Ang ideya ng µInk sa maikling salita. Pinagsama ng mga may-akda ang dalawang layer ng problema - mga cell at matrix: nagtanim sila ng mga human dermal fibroblast sa mga porous gelatin microspheres (biocompatible na "beads" na katulad ng chemistry sa collagen), at pagkatapos ay "ipinadikit" ang mga butil kasama ng isang hyaluronic matrix gamit ang copper-free click chemistry. Ang resulta ay isang bioink na "liquid under pressure — solid at rest" na nagbibigay-daan para sa ultra-high cellular density, printing/injection, at mabilis na pag-recruit ng extracellular matrix na nasa situ. Ang mga konstruksyon ay nag-ugat at na-vascularized sa mga daga sa loob ng 28 araw.
• Paano tinutugunan ng diskarteng ito ang "mga punto ng sakit" ng klinika.
  1. Bilis at logistik: sa halip na isang mahabang paglilinang ng isang katumbas ng tissue, mayroong isang mabilis na paghahanda ng "mga live na butil" at ang pagpapakilala ng "balat mula sa isang hiringgilya" nang direkta sa sugat o pag-print sa hugis ng depekto.
  2. Biology: Mataas na cellularity + porous na arkitektura → mas mahusay na ECM deposition at neoangiogenesis - susi sa hindi gaanong pagkakapilat at nababanat na mga dermis.
  3. Pagkakatugma sa autology: ang mga fibroblast ay madaling makuha mula sa isang maliit na biopsy; Ang gelatin/HA ay mga sangkap na pamilyar sa balat.
• Kung saan nananatili ang mga puwang. Ang lahat ng ito ay preclinical pa rin sa mga daga; ang paglipat sa mga pasyente ay nangangailangan ng buong kapal ng mga modelo ng balat, pangmatagalang follow-up, co-print na may keratinocytes/endothelium, GMP standardization, at patunay na ang teknolohiya ay talagang binabawasan ang pagkakapilat at pinapabuti ang paggana kumpara sa pamantayan.
• Bakit mahalaga ang balitang ito sa ngayon. Laban sa backdrop ng patuloy na mga limitasyon ng STSG/templates at ang maturity ng granular bioink class, ang µInk ay nagpapakita ng isang praktikal na pagpupulong: "microgel carriers + soft binding matrix + high doses of autologous cells". Ginagawa nitong mas makatotohanan ang senaryo ng mabilis, siksik na selula ng balat na walang mahabang yugto ng "incubator".

Bakit kailangan ito?

Ang mga klasikong pagpapalit ng balat ay madalas na nag-iiwan ng peklat: mayroon silang kaunting mga selula, sila ay lumalaki nang sama-sama at gumagawa ng mahinang "tama" na dermal matrix. At ang paglaki ng makapal at kumplikadong mga dermis na ganap sa isang ulam ay mahaba at mahirap. Ang mga may-akda ay nagmumungkahi ng ibang paraan: mabilis na tipunin ang "mga brick" mula sa sariling mga fibroblast ng pasyente, itinatanim ang mga ito sa mga porous microspheres, at direktang iniksyon/i-print ito sa lugar ng depekto, kung saan ang katawan mismo ang kukumpleto sa ganap na dermis.

Paano gumagana ang µInk bioink

• Phase 1: "mga buhay na butil." Mga buhaghag na gelatin microspheres (mahalaga sa maliliit na butil, kemikal na katulad ng collagen ng balat) kung saan ang mga pangunahing dermal fibroblast ng tao ay pinapalaganap sa isang bioreactor.
• Phase 2: "Binding Gel". Isang hyaluronic acid solution na pinagdikit ang mga butil sa pamamagitan ng tansong click chemistry.
• Rheology. Ang resulta ay isang shear-thinning granular hydrogel: dumadaloy ito sa ilalim ng presyon at pinapanatili ang hugis nito sa pahinga, na nangangahulugang ito ay angkop para sa parehong syringe application at 3D printing.

Ano ang ipinakita ng mga eksperimento

• Pagpi-print at Viability: Ang mga matatag na mini-patch na may napakataas na density ng cell ay na-print mula sa µInk; Ang fibroblast viability at phenotype ay napanatili.
• Sa vivo (mga daga): Mga subcutaneously implanted constructs para sa 28 araw
  - naging tinutubuan ng mga sisidlan,
  - nagpakita ng hydrogel remodeling,
  - at accumulated dermal ECM (fibroblasts patuloy na hatiin at gumagana), na nagpapahiwatig ng tissue integration.
• Pagsasanay sa aplikasyon. Ang materyal ay maaaring ilapat sa pamamagitan ng isang karayom nang direkta sa sugat - "balat sa isang hiringgilya" - o isang layer/hugis ay maaaring i-print para sa isang partikular na depekto.

Bakit ito mahalaga?

• Bilis at density. Ang oras ay kritikal para sa mga paso at talamak na sugat. Binibigyang-daan ka ng µInk na i-bypass ang mahabang cycle ng paglaki ng tissue "sa dami" at agad na ipakilala ang maraming aktibong cell kung saan kailangan ang mga ito.
• Ang biology ay mas malapit sa normal. Ang mataas na cellularity at porous na arkitektura ng microspheres ay naghihikayat sa paggawa ng matrix at neovascularization, dalawang susi sa walang peklat na pagpapagaling at pagkalastiko.
• Logistics ng klinika. Tamang-tama ang konsepto sa autologous approach: kumuha ng maliit na biopsy sa balat → mabilis na magparami ng fibroblast sa microspheres → mag-print ng transplant para sa sugat ng pasyente.

Paano ito naiiba sa karaniwang "mga hydrogel na may mga selula"

Ang mga conventional "homogeneous" hydrogels ay masyadong likido (pagkalat) o masyadong mahigpit (pindutin ang mga cell, makagambala sa paglaki ng vascular). Ang granular architecture ay nagbibigay ng mga pores at pathway para sa mga sisidlan, at "two-phase" - parehong mekanikal na katatagan at injectability. Dagdag pa, ang mga carrier ng gelatin ay biodegradable at "pamilyar" sa mga tisyu.

Mga limitasyon at kung ano ang susunod

Ito ay pre-clinical sa ngayon (mice, subcutaneous pockets; time frame - 4 na linggo). sa unahan:

• buong kapal ng mga depekto sa balat at mas mahabang follow-up;
• keratinocyte/endothelial cell at kumbinasyon ng full-thickness na mga pagsusuri sa balat;
• paglipat sa mga autologous na selula ng pasyente at modelo ng paso/talamak na sugat;
• pag-scale para sa **GMP production** (bioreactors, sterility, click control).

Pinagmulan: Shamasha R. et al. Biphasic Granular Bioinks para sa Biofabrication ng High Cell Density Construct para sa Dermal Regeneration, Advanced Healthcare Materials, online noong Hunyo 12, 2025 https://doi.org/10.1002/adhm.202501430