„Kůže ze stříkačky“: bifázická „granulární“ bioinkoustem potištěná dermis a její implantace

Vědci ze Švédska představili bioinkoust µInk pro 3D biotisk dermis: jedná se o dvoufázový granulární hydrogel na bázi porézních želatinových mikrokuliček, na které jsou „naneseny“ lidské dermální fibroblasty, a matrici kyseliny hyaluronové. Směs se chová jako kapalina pod tlakem ve stříkačce/trysce tiskárny a v ráně opět geluje – proto ji novináři nazvali „kůže ve stříkačce“. V experimentech na myších přežily vytištěné struktury s velmi vysokou hustotou buněk, rychle si vybudovaly extracelulární matrici, narostly jim cévy a integrovaly se s tkáněmi během 28 dnů. Práce byla publikována v časopise Advanced Healthcare Materials.

Pozadí

• Proč současné kožní náhrady zdaleka nejsou „pravé dermis“. Klinickým standardem pro rozsáhlé rány a popáleniny jsou autologní štěpy s dělenou tloušťkou (STSG) a/nebo dermální šablony (např. Integra). Zachraňují životy a uzavírají defekt, ale často zanechávají jizvy a kontraktury, zejména u tenkých laloků; kvalita jizvy do značné míry závisí na podílu „hluboké dermis“ v štěpu. Dokonce i „síťované“ laloky, vhodné pro pokrytí velkých ploch, vytvářejí znatelnější jizvy díky hojení přes síťované buňky. Dermální šablony pomáhají tvořit „neoderm“, ale zůstávají acelulární, vyžadují fáze a neřeší problém nedostatečného počtu autologních buněk/cév v prvních týdnech.
• Proč je 3D biotisk kůže logickým dalším krokem, ale brzdí ho bioinkoust. Tisk umožňuje cílené umístění buněk a materiálů, ale klasické homogenní hydrogely spadají do „rozdvojky“:
  • příliš tekuté – roztékají se a nedrží tvar; příliš tuhé – tlačí na buňky, brání průniku cév a neumožňují tisk s vysokou hustotou buněk. Kromě toho je stále obtížné znovu vytvořit adnexální struktury (vlasové folikuly atd.). Potřebujeme bioinkousty, které tečou pod tlakem trysky a poté se okamžitě „shromažďují“ do stabilní porézní hmoty a nezabíjejí buňky smykem.
• Co jsou granulární (mikrogelové, „zaseknuté“) bioinkousty a proč jsou vhodné pro dermis? Jedná se o „hustě uspořádané“ mikrogelové částice, které se v klidu chovají jako pevná látka a při smykovém namáhání (smykovém ztenčování) jako kapalina – ideální pro tisk injekční/extruzní metodou a injekce. Po aplikaci si vlákno zachovává svůj tvar a zanechává mezikrystalové póry pro růst cév; směs lze dodatečně „zesíťovat“ měkkými chemikáliemi. Tato třída materiálů se v posledních letech stala základem pro tisk měkkých tkání.
• Myšlenka µInk v kostce. Autoři zkombinovali dvě vrstvy problému – buňky a matrici: lidské dermální fibroblasty umístili na porézní želatinové mikrosféry (biokompatibilní „kuličky“ chemického složení podobného kolagenu) a poté granule „slepili“ hyaluronovou matricí pomocí metody „click chemie“ bez obsahu mědi. Výsledkem byl bioinkoust typu „kapalina pod tlakem – pevná látka v klidu“, který umožňuje ultravysokou buněčnou hustotu, tisk/injekci a rychlé navázání extracelulární matrix již in situ. Konstrukty se u myší uchytily a vaskularizovaly během 28 dnů.
• Jak tento přístup řeší „bolestivá místa“ kliniky.
  1. Rychlost a logistika: místo dlouhé kultivace tkáňového ekvivalentu dochází k rychlé přípravě „živých granulí“ a zavedení „kůže ze stříkačky“ přímo do rány nebo tisku do tvaru defektu.
  2. Biologie: Vysoká buněčnost + porézní architektura → lepší ukládání extracelulární hmoty (ECM) a neoangiogeneze – klíč k menší tvorbě jizev a elastické dermis.
  3. Kompatibilita s autologií: fibroblasty lze snadno získat z malé biopsie; želatina/HA jsou složky, které jsou kůži blízké.
• Kde zůstávají mezery. To vše je stále v preklinických fázích u myší; přechod na pacienty vyžaduje modely kůže v plné tloušťce, dlouhodobé sledování, kotisk s keratinocyty/endotelem, standardizaci GMP a důkaz, že technologie skutečně snižuje zjizvení a zlepšuje funkci ve srovnání se standardem.
• Proč je tato zpráva právě teď důležitá. Na pozadí přetrvávajících omezení STSG/templatů a vyspělosti třídy granulárních bioinkoustů µInk demonstruje praktickou sestavu: „mikrogelové nosiče + měkká vazebná matrice + vysoké dávky autologních buněk“. Díky tomu je scénář rychlé, buněčně husté dermální rekonstrukce bez zdlouhavých fází „inkubace“ realističtější.

Proč je to nutné?

Klasické kožní náhrady často zanechávají jizvu: mají málo buněk, špatně srůstají a vytvářejí slabou „správnou“ dermální matrix. A pěstování silné a komplexní dermis výhradně v misce je zdlouhavé a obtížné. Autoři navrhují jiný způsob: rychle sestavit „cihly“ z pacientových vlastních fibroblastů, umístit je na porézní mikrokuličky a ty vstříknout/vytisknout přímo do defektní oblasti, kde si tělo samo dokončí plnohodnotnou dermis.

Jak funguje bioinkoust µInk

• Fáze 1: „živé granule“. Porézní želatinové mikrosféry (v podstatě drobné kuličky, chemicky podobné kožnímu kolagenu), na kterých se v bioreaktoru množí primární lidské dermální fibroblasty.
• Fáze 2: „Vazící gel“. Roztok kyseliny hyaluronové, který lepí granule dohromady pomocí bezměďové chemie.
• Reologie. Výsledkem je granulární hydrogel, který se ztenčuje ve smyku: teče pod tlakem a v klidu si drží svůj tvar, což znamená, že je vhodný jak pro aplikaci injekční stříkačkou, tak pro 3D tisk.

Co ukázaly experimenty

• Tisk a životaschopnost: Z inkoustu µInk byly vytištěny stabilní mini-náplasti s ultravysokou buněčnou hustotou; životaschopnost a fenotyp fibroblastů byly zachovány.
• In vivo (myši): Subkutánně implantované konstrukty po dobu 28 dnů
  - zarostly cévami,
  - prokázaly remodelaci hydrogelu,
  - a akumulovaly dermální ECM (fibroblasty se nadále dělily a fungovaly), což naznačuje integraci tkáně.
• Aplikační praxe. Materiál lze aplikovat jehlou přímo do rány – „kůže ve stříkačce“ – nebo lze pro specifický defekt vytisknout vrstvu/tvar.

Proč je to důležité?

• Rychlost a hustota. Čas je u popálenin a chronických ran kritický. µInk umožňuje obejít dlouhé cykly růstu tkáně „v objemu“ a okamžitě zavést mnoho aktivních buněk tam, kde jsou potřeba.
• Biologie blížící se normálu. Vysoká buněčnost a porézní architektura mikrokuliček podporují tvorbu matrice a neovaskularizaci, což jsou dva klíče k hojení bez jizev a elasticitě.
• Logistika kliniky. Koncept dobře zapadá do autologního přístupu: odebrat malou biopsii kůže → rychle namnožit fibroblasty na mikrokuličkách → vytisknout transplantát pro pacientovu ránu.

Jak se to liší od obvyklých „hydrogelů s buňkami“

Konvenční „homogenní“ hydrogely jsou buď příliš tekuté (roztírají se), nebo příliš tuhé (tlačí na buňky, narušují růst cév). Granulární architektura poskytuje póry a dráhy pro cévy a „dvoufázová“ – mechanickou stabilitu i injekční schopnost. Navíc jsou želatinové nosiče biologicky odbouratelné a „známé“ tkáním.

Omezení a co bude dál

Zatím se jedná o preklinickou fázi (myši, subkutánní kapsy; časový rámec - 4 týdny). V budoucnu:

• defekty kůže v plné tloušťce a delší následné vyšetření;
• keratinocytové/endoteliální buněčné a kombinované kožní testy plné tloušťky kůže;
• přechod na autologní buňky pacienta a model popálenin/chronických rán;
• škálování pro **výrobu dle správné výrobní praxe** (bioreaktory, sterilita, kontrola kliknutí).

Zdroj: Shamasha R. a kol. Dvoufázové granulované bioinkousty pro biovýrobu konstruktů s vysokou buněčnou hustotou pro regeneraci kůže, Advanced Healthcare Materials, online 12. června 2025 https://doi.org/10.1002/adhm.202501430