Штучна шкіра для пересадки (також відома як біоінженерна чи синтетична дерма) набуває все більшого поширення в сучасній медицині. Вона відкриває можливості для швидшого загоєння великих опіків, хронічних ран та інших пошкоджень, де необхідне відновлення великих ділянок тканин. Сьогодні ця технологія вже успішно застосовується не лише за кордоном, а й в Україні.
Що таке штучна шкіра, як вона створюється і які перспективи відкриває перед медициною?
Що таке штучна шкіра і чому вона потрібна?
Штучна шкіра — це спеціально створена багатошарова структура, яка імітує властивості людського шкірного покриву:
1. Епідермальний шар виконує бар’єрну функцію, захищаючи організм від інфекцій.
2. Дермальний шар забезпечує механічну міцність, еластичність та сприяє належній інтеграції з власними тканинами пацієнта.
Завдяки використанню клітин (фібробластів, кератиноцитів) та 3D-матриксів (колагенових чи полімерних), штучна шкіра допомагає відновити природну структуру тканин і прискорює регенерацію.
Лікування опіків в Україні
Реальні приклади застосування штучної шкіри
В Україні застосування штучної шкіри для лікування опіків набуває все більшого поширення. Зокрема, у Житомирській обласній лікарні використовують штучний замінник шкіри — ксеношкіру — для лікування пацієнтів з опіками. Завідувач опікового відділення Богдан Микитенко зазначив, що цей метод дозволяє ефективно лікувати опікові рани, особливо коли неможливо використати власну шкіру пацієнта.
Крім того, в Україні успішно використовують алотрансплантати шкіри для лікування військових та цивільних із великою площею опікового ураження. Ця методика є однією з найдієвіших під час лікування опіків II–III ступеня. Після видалення мертвої шкіри уражену ділянку прикривають біоімплантами від померлого донора, що сприяє швидшому загоєнню та знижує ризик ускладнень.
Ще одним із прикладів є випадок у Вінницькій обласній клінічній лікарні ім. М.І. Пирогова, де у 2024 році вперше застосували штучну шкіру (біодеградуючу тимчасову мембрану) для порятунку 75-річного пацієнта з глибокими опіками ноги. Ця інноваційна методика не лише дозволила швидко закрити рану, але й сприяла її загоєнню без використання антибіотиків, що значно знижує ризик ускладнень і полегшує реабілітацію. BTM
Водночас українські вчені досліджують нові підходи до створення штучної шкіри, аналізуючи її теплофізичні параметри.
Світовий досвід
Дитячі шпиталі в США
Штучну шкіру для пересадки використовують у багатьох закладах США, наприклад, у Shriners Hospitals for Children (США) для лікування дітей з великими опіками. Зокрема, дермальний замінник на основі колагену показав високу ефективність у профілактиці утворення грубих рубців та контрактур. Цей підхід допомагає не лише прискорити загоєння, але й знижує психологічне навантаження завдяки кращим косметичним результатам.
Успішні кейси при хронічних ранах
У багатьох країнах ЄС наявні національні програми з лікування трофічних виразок та діабетичної стопи за допомогою штучної шкіри. Наприклад, дослідницька група з Німеччини описала випадок хворої на діабет, у якої хронічна виразка загоїлася в середньому на 40% швидше при комбінованому використанні біоінженерної дерми та місцевої антибактеріальної терапії, порівняно зі стандартною пов’язкою.
Як створюється штучна шкіра?
Розробка штучної шкіри включає кілька інноваційних технологій.
Біоінженерія на основі клітин пацієнта
Одним із найперспективніших підходів у створенні штучної шкіри є використання клітин пацієнта, таких як фібробласти чи кератиноцити. Ці клітини вирощують у лабораторії на каркасах із колагену або інших біосумісних матеріалів. Такий процес дозволяє створювати індивідуальні тканинні трансплантати, які повністю сумісні з організмом пацієнта, що значно знижує ризик відторгнення.
Дослідження у сфері регенеративної медицини показують, що застосування аутологічних клітин (отриманих від самого пацієнта) значно покращує результати лікування порівняно зі стандартними підходами. Крім того, використання біоактивних матеріалів у поєднанні з клітинними технологіями прискорює регенерацію тканин.
Однак, вирощування таких тканин вимагає часу, зазвичай до кількох тижнів, що може бути критичним у разі ургентних станів. Саме тому біоінженерія активно вдосконалює методи швидшого вирощування клітин і впроваджує альтернативні підходи, такі як комбінація з синтетичними матеріалами.
3D-друк
Тривимірний друк дає змогу створювати шкірні еквіваленти з індивідуальними параметрами, точно повторюючи форму рани. Наприклад, у дослідженні Університету Торонто вчені розробили портативний 3D-принтер, що друкує «шкіру» безпосередньо на уражену ділянку. Така технологія пришвидшує процес лікування завдяки індивідуалізованому підходу: матеріал адаптується до розміру та форми рани, мінімізує ризик інфікування та сприяє формуванню якіснішої тканини.
Подальші дослідження можуть відкрити нові можливості для масового впровадження 3D-друку шкірних еквівалентів у клінічну практику. Попередні результати свідчать про високу ефективність і точність цієї методики, що особливо актуально в ургентних станах (наприклад, при глибоких опіках).
Ксенотрансплантація
Тимчасове використання шкіри свиней є одним із найбільш доступних та відносно недорогих методів лікування опікових ран і травм. Свиняча шкіра структурно схожа на людську, що робить її ефективним бар’єром проти інфекцій та сприяє підтриманню оптимального середовища для загоєння. В Україні цей метод уже застосовується для лікування бойових травм, особливо в умовах обмеженого доступу до біоінженерних матеріалів.
Згідно з клінічними даними, поросяча шкіра може забезпечити ефективний захист рани на кілька тижнів, поки не з’явиться можливість закрити ушкодження аутотрансплантатом або іншим видом штучної шкіри. Крім того, її використання допомагає зменшити больові відчуття та втрату рідини з поверхні рани.
Оскільки свинячі трансплантати є відносно дешевими та швидкодоступними, вони часто стають «першою лінією» лікування там, де немає можливості оперативно застосувати сучасні біоінженерні матеріали чи аутологічні тканини пацієнта.
Синтетичні матеріали
Силіконові або полімерні покриття використовуються як тимчасове рішення для закриття ран. Такі матеріали, зокрема «біосинтетичні» мембрани на основі силікону або полімерні плівки, утворюють ефективний бар’єр, який захищає пошкоджену ділянку від забруднення і зменшує втрату рідини. Це сприяє більш комфортному загоєнню, оскільки усуває необхідність частих перев’язок та мінімізує больовий синдром.
Однак синтетичні матеріали мають обмежену біологічну функціональність. Вони не сприяють активному відновленню глибоких шарів шкіри, оскільки не інтегруються з тканиною настільки ефективно, як живі клітинні трансплантати. Попри це, завдяки можливостям масового виробництва та відносно невисокій вартості, полімерні й силіконові замінники широко застосовують у ситуаціях, коли потрібно швидке покриття ран або пацієнти мають обмежений доступ до більш складних біоінженерних технологій.
Переваги штучної шкіри нового покоління
У дослідженні, проведеному Гарвардським університетом, створено матеріал, який самостійно регенерує мікропошкодження. Це відкриває шлях до створення штучної шкіри з можливістю самовідновлення.
Сучасні інновації дозволяють створювати штучну шкіру з рядом переваг.
- Повторює властивості людської шкіри. Це включає еластичність, міцність і здатність до дихання.
- Стимулює регенерацію. Додавання біоактивних речовин, таких як гіалуронова кислота чи колаген, прискорює ріст клітин.
- Захищає від інфекцій. Використання наночастинок срібла надає матеріалу антибактеріальних властивостей.
Фото: Самовідновлювальні матеріали з взаємопроникними мікросудинними мережами a) Схематичне зображення зрізу шару епідермісу шкіри та капілярної мережі в шарі дерми. b) Схематичне зображення взаємопроникної мікросудинної мережі, яка постачає дві рідини (червону та синю) до площини тріщини, де відбувається змішування (фіолетовий). c) Взаємопроникна мікросудинна мережа, виготовлена методом прямого нанесення воскових (помаранчевих) та плюронічних (синіх) флюїдних чорнил на основі воску.
Інновації та перспективи
Носима шкіра
Штучна шкіра стає ще ефективнішою завдяки новим технологіям. Одним із перспективних напрямків є так звана «носима шкіра» (англ. wearable skin). Цей інноваційний матеріал можна наносити безпосередньо на уражені ділянки подібно до еластичного одягу чи «другого шару» шкіри.
За даними дослідників із Массачусетського технологічного інституту (MIT), така технологія вже пройшла початкові етапи тестування на пацієнтах. «Носима шкіра» не лише захищає рану від зовнішніх впливів, а й створює оптимальне середовище для загоєння, зберігаючи природну вологу та скорочуючи ризик інфікування.
Штучна шкіра в косметології
Ще однією перспективою є використання штучної шкіри у косметології та хірургії. Наприклад, розробка дослідницької групи з Каліфорнійського університету сфокусована на створенні матеріалу зі вбудованими волосковими фолікулами. Такий підхід може допомогти пацієнтам з алопецією, опіками чи іншими станами, що призводять до втрати волосся. Попередні експерименти демонструють, що інтеграція фолікулів у біоінженерний шкірний еквівалент потенційно дасть змогу відновити волосяний покрив і покращити естетичний результат.
denovoSkin
Швейцарська компанія CUTISS розробила denovoSkin — інноваційну технологію, яка дозволяє створювати дермо-епідермальні трансплантати з власних клітин пацієнта.
Для цього використовують невеликий зразок шкіри (4 см²), з якого вирощують трансплантат, здатний покрити площу у 70–100 разів більшу.
Цей підхід забезпечує повну біосумісність, знижує ризик відторгнення та покращує косметичний результат. Технологія вже проходить клінічні випробування і може стати проривом у лікуванні опіків, хронічних виразок і рубців.
Шкіра-одяг
У 2023 році американські біоінженери з Колумбійського університету розробили унікальну технологію вирощування штучної шкіри, яка за своїми властивостями нагадує тонкий одяг. Ця «вирощена шкіра» створюється без країв і може виглядати, наприклад, як рукавичка чи шкарпетка, що дозволяє закривати великі рани на складних ділянках тіла. Її багатошарова структура імітує людську шкіру, забезпечуючи надійний бар’єр проти інфекцій та створюючи оптимальне середовище для регенерації тканин.
Вчені успішно випробували нову технологію трансплантації штучної шкіри на лабораторних мишах. Дослідження передбачало видалення власної шкіри тварин зі стегна та заміну її спеціальною «шкірою-одягом», створеною з людських клітин.
Трансплантат, який за формою нагадує гетри, натягували на кінцівку миші. Процес розміщення штучної шкіри зайняв лише 40 секунд, а повне пришивання — менш як 10 хвилин. Учені зазначили, що використання традиційних трансплантатів із вирощеної шкіри у такому складному місці не дало результатів, натомість нова технологія виявилася ефективною.
Через 4 тижні після операції трансплантат повністю прижився, сформувавши нову шкіру, а миші відновили рухливість кінцівки. Успішність експерименту підтверджує, що шкіра-одяг має значний потенціал для лікування складних ран, забезпечуючи швидке загоєння та природний вигляд тканин.
Попри це, вчені зазначають, що загоєння ран у мишей проходить швидше, ніж у людей. Наступним етапом буде тестування технології на більших тваринах, шкіра яких має схожі до людських властивості.
Етичні аспекти
Чи етичне використання свинячої шкіри
Попри всі досягнення, розробка та використання штучної шкіри викликає етичні питання. Наприклад, використання свинячої шкіри для ксенотрансплантації піддається критиці з боку захисників прав тварин.
Іншою важливою темою є доступність. У країнах із низьким рівнем доходу сучасні методи лікування часто залишаються недосяжними. Це спонукає до розробки дешевших рішень, таких як синтетичні матеріали.
Штучна шкіра – це не просто наукова фантастика, а реальна технологія, яка вже сьогодні рятує життя пораненим і тяжко хворим. Завдяки 3D-друку та генетично модифікованим клітинам вона стає дедалі функціональнішою, зменшуючи ризик відторгнення й прискорюючи загоєння. Персоналізовані трансплантати, створені з власних клітин пацієнта, відкривають шлях до повної сумісності з організмом.
Одночасно «розумні» покриття із сенсорами дозволяють контролювати стан рани в режимі реального часу. Саме тому в майбутньому штучна шкіра може стати золотим стандартом лікування, роблячи високоякісну медичну допомогу доступною для мільйонів людей.
Ми також писали про дослідження, як штучний інтелект допомагає виявляти серцево-судинні захворювання.