Что первое приходит на ум, когда вы думаете о волосах? Большинство людей, вероятно, думают о прическе, цвете и других вещах, связанных с внешностью. В конце концов, волосы являются важной частью визуальной идентичности многих людей, и это объясняет, почему индустрия ухода за волосами так огромна. Но когда инженер-биолог Панкадж Каранде думает о волосах, его интересуют совсем другие вещи.

«Помимо того, о чем мы обычно думаем, когда думаем о волосах, это также в некотором смысле мини-орган, который чрезвычайно важен для заживления и поддержания здоровья кожи», — говорит Каранде, доцент кафедры химической и биологической инженерии в Политехническом институте Ренсселера. Институт в Нью-Йорке.

Недавно Каранде и его команда напечатали на 3D-принтере волосяные фолликулы в выращенной в лаборатории ткани кожи человека. Это беспрецедентное событие, которое может изменить многие области. Выращенная в лаборатории кожа может помочь нам найти лекарства от болезней, залечить раны, избавить животных от косметических испытаний и, возможно, даже создать «кожу», имитирующую внешний вид и ощущение шкур настоящих животных.

Обещание выращенной в лаборатории кожи

Хотя на первый взгляд кожа выглядит довольно просто, она, пожалуй, один из самых сложных органов для проектирования в лаборатории. Он состоит из нескольких типов клеток в нескольких слоях тканей. Форма кожи может быть сложной и в разных местах иметь разные механические свойства. Например, кожа на спине ведет себя иначе, чем кожа на лице или руках. Существуют нервные окончания, которые помогают нам взаимодействовать с миром, передавая ощущения горячего и холодного, острого и тупого. Кровеносные сосуды пронизывают все слои кожи, перенося туда и обратно питательные вещества и отходы, а также доставляя критически важные иммунные клетки при травмах.

Представьте себе, что вы воссоздаете эту сложную смесь биологических особенностей с нуля, начиная с нескольких донорских стволовых клеток. Это сложно, но преодоление огромных проблем того стоит. Тысячи пациентов с ожогами 3-й степени получили бы огромную пользу от выращенной в лаборатории кожи для пересадки. А еще есть бесчисленное множество животных, чью кожу мы используем для тестирования лекарств и косметики, чтобы уберечь кожу людей от потенциальных побочных эффектов.

Но чтобы раскрыть весь потенциал выращенной в лаборатории кожи, инженерам необходимо как можно точнее имитировать естественную кожу, включая волосяные фолликулы.

Волосяные фолликулы играют решающую роль в терморегуляции, выработке пота и заживлении кожи благодаря своим стволовым клеткам. Они также служат воротами для лекарств и косметики местного действия.

В своем новом исследовании исследователи Ренсселера сначала культивировали клетки кожи и фолликулов, а затем использовали их с белками для создания биочернил для принтера. Принтер тщательно сконструировал кожу, встроив каналы для волосковых клеток, которые затем превратились в фолликулоподобные структуры. Хотя текущая продолжительность жизни этих тканей (две-три недели) ограничивает полный рост волосяного стержня, команда стремится продлить этот период, расширяя их использование в тестировании лекарств и для пересадки кожи.

«Наша работа является доказательством концепции того, что структуры волосяных фолликулов могут быть созданы высокоточным и воспроизводимым способом с помощью 3D-биопечати. Такой автоматизированный процесс необходим, чтобы сделать возможным биопроизводство кожи в будущем», — заявил в пресс-релизе Каранде, ведущий автор исследования.

«Реконструкция волосяных фолликулов с использованием клеток человеческого происхождения исторически была сложной задачей. Некоторые исследования показали, что если эти клетки культивировать в трехмерной среде, они потенциально могут создавать новые волосяные фолликулы или стержни волос, и наше исследование основано на этой работе», — сказал Каранде.

По мере развития этой технологии ее потенциальное влияние на медицину и фармакологию огромно и воодушевляет.

Результаты появились в журнале Достижения науки.