TLDR: Trojrozměrný biotisk šesti různých typů buněk dosáhl velmi dobrého napodobení přirozené struktury lidské kůže. Uplatnění to jednou může najít v medicíně i robotice. Studie tuna, oznámení tuna.

Magická kůže

I když máte s kůži možná někteří občasné zdravotní problémy, kůže je v zásadě velký evoluční vynález! Kůže je největším orgánem lidského těla a má několik důležitých funkcí. První a základní funkcí je ochrana těla před vnějšími škodlivými vlivy, jako jsou bakterie, viry, UV záření a mechanické poškození. Kůže také reguluje teplotu těla, udržuje rovnováhu tekutin a pomáhá tělu vnímat různé druhy dotyku a bolesti. Díky kůži je také možné vytvářet vitamín D pod vlivem slunečního záření, což je nezbytné pro zdraví kostí.

Regenerace kůže a tvorba jizev jsou důležité procesy, které pomáhají tělu uzdravit se po zranění. Když dojde k poranění kůže, tělo začne okamžitě pracovat na její obnově. Regenerace kůže začíná tak, že okolní buňky kůže se začnou dělit a migrovat směrem k poškozené oblasti. To zajišťuje, že rána je postupně uzavřena. Během regenerace kůže jsou tvořeny nové buňky kůže a kolagenová vlákna, která dodávají pevnost a pružnost tkáni. Když nová kůže začne růst, může to působit jako jizva. Jizva je v podstatě zhojená rána, která může mít odlišnou texturu a barvu než okolní kůže. Proces tvorby jizvy může trvat několik měsíců až roky, přičemž jizva postupně mění svůj vzhled. Problémem jsou velké ztráty kůže, kdy se kůže nemůže už obnovovat. Tu přicházejí vědátoři s umělou kůži!

Vědátoři z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine pod bičem Anthonyho Atala totiž zase o fous vylepšili tzv. biotisk kůže. Při tom mašiny dovedou sázet kožní buňky ještě rychlejc než Baťa střevíce – čímž v ideálním vzniká uměle vytisknutá kůže. Snáze se to ovšem řekne, nežli udělá – takže ačkoliv zhruba víme, jak kůži vytisknout, je to zjevně pořád ještě o dost složitější provést bezproblémově v praxi.

Postupně se v tom ale zlepšujeme, a možná si vzpomene na loňský robotický prst pokrytý vytisknutou kůži (zejména protože vypadal o dost jinak než jako prst). Nyní Wake Foresťáci ve svém novém biotisku použili hned šest různých typů lidských kožních buněk jako bioinkoust k vytištění třívrstvé umělé kůže. Na rozdíl od předchozích verzí tato umělá kůže věrně napodobuje strukturu lidské kůže!

Kůže jako pravá

K čemu šest typů buněk? Kvůli aproximaci struktury naší kůže. I když si totiž kožu občas představujeme jako fajn homogenní obal, ve skutečnosti má kůže několik různých vrstev, které jsou přizpůsobené svým různým funkcím.

Vrchní vrstva je takový strážce. Je přímým spojením těla s vnějším světem, a má proto typy buněk, které snesou UV záření, suché počasí a škodlivé bakterie. Nacházejí se v ní také buňky, které produkují pigmentaci. Tyto buňky se při poškození průběžně vylučují a jsou nahrazovány, aby se bariéra udržela silná jako silnica.

Střední vrstva je most mezi světem venku a tím uvnitř organismu. Tady se nacházejí krevní cévy a nervová vlákna spojující kůži se zbytkem těla. Tato vrstva je tedy plná buněk, které produkují tělesné ochlupení, pot a mazlavé oleje – což je samože postrach všech, kteří mají sklon k akné, ale jinak i tyhle srandy jaksi ke svému fungování potřebujeme. Jako nejširší vrstva je pevně spojena kolagenem, který dodává kůži pružnost a pevnost.

A konečně nejhlubší vrstvou kůže je majoritně tvořená z kolagenu a tukových buněk, a působí jako takový airbag. Finální vrstva totiž plní roli tlumičem nárazů, který chrání pokožku před zraněními a pomáhá nám udržovat tělesné teplo. Jak tyhle tři úrovně ale simulovat při biotisku?

Vědátoři vyvinuli a využili program, který řídil rozmístění buněk v jednotlivých vrstvách. I když je prakticky každý biotisk jaksi trojrozměrného charakteru (protože vrstvu po vrstvě tiskne něco trojrozměrného), v tomto případě jde o „fakticky trojrozměrně trojrozměrný tisk“.

V prvním kroku vědátoři zavěsili buňky do hydrogelu vyrobeného převážně z proteinu vylučovaného játry. Na rozdíl od syntetických materiálů tento tělem produkovaný základ zvyšuje biokompatibilitu. Poté tým vytiskl 3D kožní štěp, vrstvu po vrstvě, o rozměrech zhruba 2,5 cm na každé straně. Voilà, základ budoucího terminátora a/nebo kožní medicíny je na světě!

Biotisk u biočichů

Biovytisknutá kůže si čistě v laboratoři udržela své tři vrstvy po dobu nejméně 52 dní – a vytvořily se na ní dokonce oblasti s pigmentací a normálním vylučováním. Ale aby bylo učiněno testům zadost, vědátoři otestovali také tyto kožní štěpy narvat na jiné biočichy – hlodavce a prasata – s poraněním původní kůže.

Nová kůže se u zvířátek velmi rychle napojila na krevní cévy z okolní kůže a integrovala se do hostitele. Neméně zajímavé je, že se podařilo kůži také „kustomizovat“ na nositele – myši mají tenčí kůži než lidé, prasečí kůže je naopak blíže té naší. Štěpy také uměly rychle uzavírat velké rány bez obvyklého jizvení. Nejspíše za to mohla skutečnost, že štěp zesílil geny odpovědné za hojení ran.

To neznamená, že je nová technologie již schopná… jít s kůži na trh. Při vytváření štěpů na míru prasátkům (z jejich původních odebraných a poté měsíc kultivovaných buněk) se například nepodařilo stále vytvořit některé šarže pro další využití. Pro využití u lidí je navíc nutné testovat technologii u podstatně většího vzorku.

Přesto vědátoři doufají, že testy u lidí by mohly být na spadnutí. Možná i u nás tak mohla padnout jedna z posledních nevýhod toho, že si cpeme kosti dovnitř těla, a nikoliv vně něj!

[Ladislav Loukota, NK]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Autolink hír.