Искусственная кожа в медицине кратко
Обновлено: 05.07.2024
Mallinckrodt предложила эффективную альтернативу аутодермопластическим процедурам.
Несмотря на масштабные усилия отрасли, до сего момента не было предложено никакого клеточного или синтетического продукта, самостоятельно показывающего такую же результативность раневого заживления ожогов, как это делает аутодермотрансплантация.
Ожоги тела, рук или ног, всё еще содержащие интактные элементы дермы, должны были подходить под процедуры иссечения и аутологичной трансплантации.
Были установлены две первичные конечные точки эффективности, снятые по прошествии 3 месяцев после лечения: процент площади раневого участка, истребовавший дополнительной процедуры стандартной аутодермопластики, и пропорция пациентов, показавших закрытие раны без необходимости в аутодермопластике — 100-процентная реэпителизация без дренажа или использования повязки при двух последовательных оценках с интервалом не менее 2 недель, но не более 5 месяцев, включая или охватывая временную точку 3-го месяца.
2020: Создана искусственная кожа, чувствующая прикосновения и боль
В начале сентября 2020 года исследователи представили электронную искусственную кожу, которая чувствует боль и прикосновения. предполагается, что новая технология найдет свое применение в протезировании, робототехнике и кожной трансплантации.
Прототип, разработанный командой из Университета RMIT в Мельбурне, может в электронном виде воспроизводить ощущение боли. Устройство имитирует почти мгновенную обратную связь и способно реагировать на болезненные ощущения с той же скоростью, с какой нервные сигналы поступают в мозг. Исследователи отмечают, что создание прототипа стало значительным шагом вперед в области биомедицинских технологий и интеллектуальной робототехники следующего поколения.
Помимо прототипа болевого датчика, исследовательская группа также разработала электронные устройства, которые могут реагировать на изменения температуры и давления. Таким образом, для передачи ключевых функций чувствительности кожи в электронной форме были разработаны три функционирующих прототипа. В их основе лежит технология эластичной электроники, сочетающая оксидные материалы с биосовместимым силиконом для создания прозрачной, небьющейся и пригодной для носки электроники. В будущем такая искусственная кожа может стать вариантом неинвазивных кожных трансплантатов в случаях, когда традиционный подход нежизнеспособен или не работает. [1]
2019: Нанокожа для ран
Искусственная кожа, которая заживляет раны и в будущем будет использоваться вместо всех перевязочных материалов (пластыри, бинты и т.д.).
Основной компонент новой искусственной кожи — белок, который помогает ранам заживать быстрее, при этом минимизируя шрамы. Материал, который используется, способствует выработке коллагена - белка, необходимого для заживления ран в человеческом теле.
2018: Портативный 3D-принтер для печати искусственной кожи прямо на человеке
В мае 2018 года исследователи из Университета Торонто (University of Toronto) представили портативный 3D-принтер для печати кожи, предназначенный для лечения глубоких ожоговых ран. Группа исследователей отмечает, что это первое устройство, которое формирует и располагает распечатанный образец ткани непосредственно на месте ожога всего за пару минут.
Исследователи из университета Торонто полагают, что их портативный принтер позволит более широко использовать 3D-печать в лечении таких ран. Портативное устройство весит менее килограмма и не требует стадии инкубации или высокой квалификации специалиста. Биочернила в нем представлены биоматериалами на основе белковых соединений, в том числе коллагена, основного белка дермы, и фибрина, белка, участвующего в заживлении ран. Кроме того, принтер можно настроить под определенные характеристики пациента и самой раны.
Искусственная кожа, или, как ее еще называют, живой эквивалент кожи, необходима в комплексном лечении людей с тяжелыми термическими травмами — она позволяет значительно сократить сроки восстановления кожного покрова, снизить частоту осложнений ожоговой болезни. Более 30 лет эта технология успешно применяется в ожоговых центрах США и Западной Европы, а в нашей стране инновационная разработка петербургских ученых до сих пор не получила широкого внедрения в клиническую практику…
Искусственная кожа является аналогом кожи человека по строению и частично по функциям. Для ее создания используются коллаген животного происхождения и клетки кожи человека. В начале восьмидесятых годов ХХ века, когда учеными США были созданы первые образцы искусственной кожи, коллаген выделяли из хвостов лабораторных крыс. Позже коллаген стали выделять из телячьих шкур. А вот клетки при получении этого продукта можно использовать как от самого пациента, так и чужие, донорские. Донорский материал используется для создания банков клеток кожи. При этом предварительно весь клеточный материал тестируется на отсутствие инфекций. В итоге в банки попадает только кожа здоровых людей.
В России за эти разработки взялись 20 лет назад — в Москве американскую технологию воспроизвели в Институте биологии развития им. Н.К.Кольцова РАН, в Петербурге — в Институте цитологии РАН.
Временная, но очень эффективная: в комплексном лечении людей с тяжелыми термическими травмами она позволяет значительно сократить сроки восстановления кожного покрова, снизить частоту осложнений ожоговой болезни. Более 30 лет эта технология успешно применяется в ожоговых центрах США и Западной Европы, а в нашей стране до сих пор она так и не получила широкого внедрения в клиническую практику.
Евгений, сколько лет длилась разработка этого продукта?
Кожа человека состоит из двух частей: эпидермиса (покровный многослойный эпителий) и дермы (соединительно-тканная часть кожи), и по тому же принципу построена и искусственная кожа. Ее основа — это коллагеновый гель, содержащий дермальные клетки — фибробласты (аналог дермы, которая тоже содержит много коллагена и фибробластов). Сверху на коллагеновый гель наслаиваются эпителиальные клетки — кератиноциты, которые образуют аналог эпидермиса, верхнего слоя кожи. То есть это такой двухслойный пирог, который повторяет строение кожи. Таким образом, на рану накладывается изделие той же структуры, что и кожа пациента.
Хотя сама искусственная кожа приживается лишь на время, входящие в ее состав клетки активно секретируют различные ростовые факторы, которые стимулируют собственные клетки пациента к делению и миграции в область раны. Благодаря этому рана начинает быстрее затягиваться по краям. Кожа восстанавливается. Клетки донора постепенно замещаются вновь образованными клетками самого больного. Выходит, что как такового отторжения искусственной кожи не происходит, идет постепенное ее замещение на собственную кожу пациента. Конечно, в качестве источника кожи можно использовать и собственную кожу пациента с неповреждённых участков, но при ожогах большой площади, этого, как правило, не хватает.
В чем отличие нового раневого покрытия?
ЕК: Новизна в том, что в этой двухслойной повязке нижний слой — твердый, состоит из микробной целлюлозы, которая оказывает механическую поддержку слою, несущему ростовые факторы. Вторым слоем здесь служит коллагеновый гель. А активным началом, которое стимулирует заживление раны, здесь могут служить как клетки кожи человека, так и лизат форменных элементов крови — кровяных пластинок. Использование кровяных пластинок в составе такой повязки — подход, безусловно, новый.
Как известно, в крови человека циркулирует достаточно большое количество кровяных пластинок, они принимают участие в одной из важнейших защитных функций организма — свертывании крови. Но, кроме этого, кровяные пластинки содержат большое количество ростовых факторов, привлекающих другие клетки к месту повреждения сосудов, туда, где образовался тромб. Привлекающее влияние эти ростовые факторы оказывают и на клетки кожи. В результате, лизат кровяных пластинок оказывает заметное ранозаживляющее действие, и его использование в повязке весьма полезно. Лизат кровяных пластинок представляет собой разрушенные клетки и содержит, помимо ростовых факторов, и некоторые белки свертывания крови, которые также могут служить ростовыми факторами.
Так вот, оказалось, что лизат кровяных пластинок в составе повязки оказывает более заметное ранозаживляющее действие, чем клетки кожи. Причина: содержание ростовых факторов в раневом покрытии с лизатом кровяных пластинок выше, чем в материале с клетками кожи. Для получения лизата можно использовать просроченные кровяные пластинки донорской крови, которые уже не могут применяться службой крови.
В клинической практике живой эквивалент кожи успешно применяют и совместно с аутодермопластикой. Когда у пациента глубокое поражение кожи большой площади, нередко без аутодермопластики просто не обойтись: у больного берут лоскут неповрежденной кожи, перфорируют его, растягивают и прикладывают к пораженному участку. Но, к сожалению, очень часто такой трансплантат не приживается и лизируется, то есть попросту растворяется.
Использование искусственной кожи совместно с аутотрансплантатом повышает степень его приживляемости, что, в свою очередь, повышает эффективность восстановления кожи. Конечно, использование тканеинженерных аналогов кожи — не панацея, но, в то же время, это метод, который уже доказал свою эффективность и безопасность.
Правда, у нас в стране врачи имеют возможность с ним работать только в рамках клинических испытаний. Дело в том, что те научные институты, которым в свое время удалось зарегистрировать этот продукт, не имеют производства, то есть не способны обеспечивать ожоговые отделения больниц достаточным количеством живого эквивалента кожи человека. А компаниям, у которых есть производство, не удается в рамках нынешнего законодательства зарегистрировать продукт, невзирая на то что пройдены все необходимые токсикологические и клинические испытания.
Что же касается мировых тенденций в этой области, то ученые идут по пути замены коллагена животного происхождения на какой-то другой, синтетический и/или натуральный, носитель, который будет удовлетворять тем же требованиям — биосовместимости и биодеградируемости. В частности, американские ученые внедряют второе поколение живого эквивалента на основе коллагена человеческого происхождения. Для этого они используют искусственную матрицу, заселяют ее клетками кожи человека, а эти клетки, в свою очередь, нарабатывают коллаген, который постепенно замещает эту матрицу. То есть коллаген является продуктом синтеза самих клеток. Естественно, эти технологии запатентованы. А в России всё еще не внедрён метод тридцатилетней давности.
Когда новое раневое покрытие начнет применяться в клинической практике?
Построение искусственной кожи выглядит следующим образом – на коллагеновый гель (основу искусственной кожи), который содержит дермальные клетки – фибробласты (это аналог дермы, имеющий большое количество коллагена и фибробластов), выкладывают верхним слоем эпителиальные клетки – кератиноциты, которые точь-в-точь похожи на эпидермис – верхний слой кожи. Таким образом, искусственная кожа состоит из двух слоёв, как и настоящая человеческая кожа. На рану накладывается готовое изделие той же структуры, что и кожа пациента, и начинается процесс заживления.
Хотя сама искусственная кожа приживается лишь на время, входящие в ее состав клетки активно секретируют различные ростовые факторы, которые стимулируют собственные клетки пациента к делению и миграции в область раны. Благодаря этому рана начинает быстрее затягиваться по краям. Кожа восстанавливается. Клетки донора постепенно замещаются вновь образованными клетками самого больного. Конечно, в качестве источника кожи можно использовать и собственную кожу пациента с неповреждённых участков, но при ожогах большой площади этого, как правило, не хватает. Так как искусственная кожа по своей структуре напоминает настоящую человеческую кожу, то её также используют и для бионических протезов с сохранением чувствительности.
3D-биопринтер печатает искусственную кожу с сосудами (Living Skin Can Now be 3D-Printed With Blood Vessels Included/ Теперь живую кожу можно напечатать на 3D-принтере, включая кровеносные сосуды)
После изобретения 3D-биопринтера, печатающего искусственную кожу, идентичную коже пациента, было принято решение усовершенствовать разработку, так как получаемая кожа могла подойти не каждому пациенту. Основная причина этого - отсутствие кровеносных сосудов, которые нужны для коммуникации трансплантированного участка с окружающими тканями. Ученые из Политехнического института Ренсселера (Нью Йорк, США) выяснили, что если в биочернила добавить эндотелиальные клетки человека, которые выстраиваются внутри кровеносных сосудов, и клетки перицита человека, обволакивающих вокруг эндотелиальных клеток, вместе с животным коллагеном и другими структурными клетками, то в течение нескольких недель они начинают формировать сосуд. Так, в ходе исследований на мышах ученые пересаживали участки искусственной кожи. Они удачно приживались на животном и не вызвали отторжения. Кроме того, сформированные сосуды благополучно соединялись с кровеносной системой мыши и начинали снабжать клетки ткани кровью.
В сентябре прошлого года исследователи Университета RMIT в Мельбурне представили электронную искусственную кожу, которая чувствует боль и прикосновения. Считается, что новая технология успешно найдет своё применение в протезировании, робототехнике и кожной трансплантации. Данное изобретение может показывать ощущение боли. Устройство имитирует почти мгновенную обратную связь и способно реагировать на боль с той же скоростью, с какой нервные сигналы поступают в мозг. Учёные отмечают, что эта разработка стала значительным прогрессом в области биомедицинских технологий и интеллектуальной робототехники следующего поколения. В будущем такая искусственная кожа может стать вариантом неинвазивных кожных трансплантатов, особенно в случаях, когда традиционный подход нежизнеспособен или не работает.
Читайте также: