В Сеченовском университете разработали портативный биопринтер для борьбы с незаживающими ранами

В Клинике кожных и венерических болезней имени В. А. Рахманова, Институте регенеративной медицины и дизайн-центре гибкой биоэлектроники Сеченовского университета разрабатывают портативный биопринтер «Биоган» для биопечати тканевых эквивалентов кожи, которые будут эффективны в лечении незаживающих или плохо заживающих язв, в том числе диабетической природы, сообщает пресс-служба вуза.

«Цель проекта — создать подход к восстановлению сложноорганизованных комплексов тканей. Это комплексная задача, для решения которой наша команда разработала комбинированные биочернила, портативный биопринтер «Биоган» и фотобиомодулятор для воздействия на ткани низкоинтенсивным излучением в красном и ближнем инфракрасном диапазоне, чтобы ускорить процессы регенерации», — рассказала руководительница проекта, заведующая лабораторией прикладной микрофлюидики Сеченовского университета Анастасия Шпичка.

Для создания комбинированных биочернил используют гидрогель со сфероидами — агрегатами клеток, которые используются в качестве строительных блоков, а также внеклеточные везикулы, обладающие выраженным прорегенеративным и противовоспалительным потенциалом. В составе таких чернил клетки обмениваются различными сигнальными молекулами и развиваются, как в естественной ткани.

Благодаря особым свойствам гидрогеля и внеклеточных везикул сфероиды эффективно заполняют раневые поверхности. Это также должно помочь людям с гангренозной пиодермией.

«В Сеченовском университете уже разработали свой метод лечения этого заболевания, в основе которого лежит метод иммуносупрессии и используются кортикостероидные препараты, но это будет новый шаг в помощи таким пациентам», — поянила участница проекта, ассистент кафедры кожных и венерических болезней имени В.А. Рахманова Екатерина Грекова.

Младший научный сотрудник дизайн-центра гибкой биоэлектроники Дмитрий Ларионов объяснил, что созданное устройство будет представлять собой аппаратный комплекс, который используется для транспортировки, нанесения и облучения биочернил. Сами биочернила состоят из двух основных компонентов, хранящихся в отдельных картриджах. Первый картридж содержит гидрогель, созданный на основе желатина. В гидрогель добавляются клетки самого пациента, а также внеклеточные везикулы, способствующие заживлению. Биочернила изготавливают непосредственно перед проведением операции. Во втором картридже находятся сшивающие агенты, ускоряющие затвердевание гидрогеля.

Принцип действия биочернил напоминает работу двухкомпонентного клея. При смешивании составляющих биочернил происходит химическая реакция, в результате которой молекулы компонентов соединяются и образуют прочную гелеобразную структуру. Для доставки клеток требуются определенные условия внешней среды: чтобы клетки не деградировали во время транспортировки, нужно поддерживать постоянную температуру.

«Сейчас мы разрабатываем систему климат-контроля, которая позволит, с одной стороны, сохранять нужную температуру биочернил при транспортировке, а с другой охлаждать их непосредственно перед нанесением на пораженный участок кожи для достижения оптимальных физико-механических свойств гидрогеля, чтобы он не был слишком жидким или, наоборот, густым», — пояснил Дмитрий Ларионов.

Также для оптимальной работы биочернил и регенерации тканей, необходимо обеспечить равномерное распределение составляющих двух компонентов в конечном объеме смеси, чтобы не было областей, где клетки находятся вне питательной среды.

«Мы разработали прототип ручного биопринтера. Чтобы подавать компоненты, создали высокоточную систему независимой подачи биочернил, которая напоминает медицинские инъекторы, а для смешивания компонентов сделали миксеры, которые позволяют равномерно перемешивать компоненты перед нанесением на рану. Особенность этих миксеров заключается в том, что смешивание происходит за счет гидродинамического взаимодействия потоков внутри их многоканальной структуры, а не под воздействием внешних факторов, как в миксерах с насадками с механическим перемешиванием», рассказал Дмитрий Ларионов.

После нанесения гидрогель подвергается облучению ультрафиолетом, чтобы он затвердел и не стек с раны. Затем используется инфракрасное излучение для стимуляции роста клеток. Команда планирует создать оптическую систему излучения, которая обеспечит точную и эффективную фотобиомодуляцию клеток.

Ученые планируют проверить эффективность гидрогеля на животных в лаборатории регенеративной ветеринарии Сеченовского университета.

Исследование проводится при грантовой поддержке Российского научного фонда.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.