В Сеченовском Университете разработали портативный биопринтер для борьбы с незаживающими ранами

«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 заведующая лабораторией прикладной микрофлюидики Сеченовского Университета руководитель проекта Анастасия Шпичка.

«Скоро будет готов конечный продукт. Уже есть прототип биопринтера», – добавила директор Клиники кожных и венерических болезней имени В.А. Рахманова Клинического центра наук о здоровье Сеченовского Университета, член-корреспондент РАН Ольга Олисова.

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 раневую поверхность. Это также должно помочь людям с гангренозной пиодермией, сказала участник проекта, ассистент кафедры кожных и венерических болезней имени В.А. Рахманова Екатерина Грекова. «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», – отметила она.

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, которые хранятся в отдельных картриджах. Первый картридж содержит гидрогель, созданный на основе желатина. В гидрогель добавлены клетки самого пациента, а также внеклеточные везикулы, которые способствуют заживлению. Биочернила изготавливают непосредственно перед проведением операции. Во втором картридже находятся сшивающие агенты, которые ускоряют процесс затвердевания 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», – сказал Ларионов.

Однако еще требуются определенные условия внешней среды для доставки клеток – чтобы они 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 сотрудник Дизайн-центра.

Также для оптимальной работы биочернил, направленной на регенерацию 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», – сказал Ларионов.

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

Для тестирования гидрогеля ученые планируют провести эксперимент на мини-пигах в лаборатории регенеративной ветеринарии Сеченовского Университета.