Что заменит кожу человека

Обновлено: 28.04.2024

Ученые Курчатовского института вырастили из клеток человека аналог кожи для тестирования фармакологических препаратов. Разработка очень перспективна в плане испытания лекарств, поскольку у исследователей отпадает необходимость проводить тесты на животных и людях. Кроме того, разработанная технология получения искусственного эквивалента кожи человека дает возможность моделировать различные заболевания, а значит, и методы борьбы с ним.

Основа деятельности лаборатории биосовместимых матриксов и тканевой инженерии Курчатовского комплекса НБИКС-технологий — фундаментальные исследования биологии кожи и особенностей ее регенерации. В частности, здесь занимаются оценкой влияния различных факторов на развитие кожи и волос, а также на их способность к восстановлению.

Созданные в Курчатовском институте технологии открывают принципиально новые перспективы для восстановительной медицины

Как рассказала «Известиям» сотрудница этой лаборатории Юлия Чикиткина, в рамках исследований создаются как двумерные, так и трехмерные модели кожи.

— Если говорить о формате 2D, то это клетки эпидермиса — кератиноциты, или дермы (внутреннего слоя кожи) — фибробласты, выращенные в монослое на жесткой основе. А к объемным (3D) моделям относятся искусственные эквиваленты кожи, включающие несколько слоев клеток и формирующие определенную пространственную структуру, — отметила Юлия Чикиткина. — В состав 3D-эквивалента могут входить различные типы клеток, соответствующие различным «отделам» кожи. Всего их три: подкожно-жировая клетчатка, дерма и эпидермис. В нашей лаборатории мы работаем с двухкомпонентными эквивалентами кожи человека, включающими аналоги дермы и эпидермиса.

Процесс выращивания кожи происходит следующим образом: сначала из эпидермиса лабораторных животных или человека выделяются кератиноциты. Для этого, как правило, используются фрагменты кожи, оставшиеся после различных хирургических операций (например, в пластической хирургии). Затем донорские клетки высевают на специальную подложку — полимерный матрикс различного состава и структуры. Такие «заготовки» помещают в чашки Петри и инкубируют при 37°C в течение полутора-двух недель. Этого времени, как правило, достаточно для формирования функционального эквивалента кожи, моделирующего многие аспекты ее физиологии.

Выращенные тканевые модели перспективны с точки зрения их применения для лечения обширных ожоговых повреждений.

— Внешне эта «кожа» очень похожа на натуральную и реагирует на различные воздействия схожим образом, несмотря на то что это искусственная ткань, выращенная «в пробирке» (in vitro). Особенно, если она выращена из клеток самого пациента и не вызывает иммунного ответа, — рассказала Юлия Чикиткина.

Разрабатываемые учеными Курчатовского института модели кожи могут использоваться для доклинических испытаний различных фармакологических препаратов. Это более гуманно, чем использовать животных.

Использование кожных эквивалентов in vitro также позволяет стандартизировать методику экспериментов и, соответственно, добиться более воспроизводимых результатов, чем в экспериментах in vivo — ведь у каждого человека или животного есть индивидуальные особенности.

Еще одно преимущество искусственных аналогов нативной кожи человека — это возможность разработки модели, наиболее полно отвечающей требованиям испытаний определенного фармацевтического препарата. С использованием этой методики также возможно моделировать «в пробирке» различные кожные заболевания — например, псориаз, осложнения диабета и многие другие. Для этого ученые используют клетки, выделенные из кожи больного человека, или органотипическую культуру, представляющую собой кусочки кожи (биоптаты), полученные непосредственно от пациента (например, больного псориазом). Эти биоптаты культивируются так же, как и искусственные тканевые эквиваленты, полученные из отдельных клеток, и могут использоваться в экспериментах.

Выращивание тканей и органов in vitro — очень перспективное направление науки, сказал «Известиям» доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Евгений Плотников.

— При доработке технологии это позволит практически неограниченно проводить эксперимент, стандартизировать его или менять его параметры под конкретные задачи, — отметил Евгений Плотников. — Получение стабильных образцов кожи имеет перспективы в лечении ожогов, обширных ран — в общем, спектр применения данной технологии весьма широк.

В России законодательная база тестирования биологической активности препаратов не на животных, а на искусственных моделях тканей и органов (включая и кожу) пока не проработана. Но ученые полагают, что за этим направлением современной биомедицины – большое будущее.

Многие из анатомии знают, что кожа выступает как «защитная оболочка» организмов людей и животных. Она состоит из двух частей – эпидермиса (верхняя многослойная поверхность эпителия) и дермы (соединительнотканная часть, которая объединяет эпидермис и мышечные ткани организма). Кожа занимает большую площадь на теле человека. У взрослых людей она достигает 1,5-2,3 м 2 . Её главная задача - в защите тела от широкого спектра внешних воздействий. Клетки кожи, как и органы дыхания, принимают внутрь кислород, которым обогащают свою деятельность в организме. При различных травмоопасных ситуациях (например, ожогах и крупных порезах) человек может лишатся своей «защитной оболочки». На заживление и восстановление кожного покрова требуется большое количество времени. Поэтому, чтобы облегчить этот процесс и помочь коже приобрести здоровый вид, учёными были разработаны варианты искусственной человеческой кожи, которая ускорит заживления на теле.

Построение искусственной кожи выглядит следующим образом – на коллагеновый гель (основу искусственной кожи), который содержит дермальные клетки – фибробласты (это аналог дермы, имеющий большое количество коллагена и фибробластов), выкладывают верхним слоем эпителиальные клетки – кератиноциты, которые точь-в-точь похожи на эпидермис – верхний слой кожи. Таким образом, искусственная кожа состоит из двух слоёв, как и настоящая человеческая кожа. На рану накладывается готовое изделие той же структуры, что и кожа пациента, и начинается процесс заживления.

Хотя сама искусственная кожа приживается лишь на время, входящие в ее состав клетки активно секретируют различные ростовые факторы, которые стимулируют собственные клетки пациента к делению и миграции в область раны. Благодаря этому рана начинает быстрее затягиваться по краям. Кожа восстанавливается. Клетки донора постепенно замещаются вновь образованными клетками самого больного. Конечно, в качестве источника кожи можно использовать и собственную кожу пациента с неповреждённых участков, но при ожогах большой площади этого, как правило, не хватает. Так как искусственная кожа по своей структуре напоминает настоящую человеческую кожу, то её также используют и для бионических протезов с сохранением чувствительности.

В России новый материал был разработан в ходе получения смеси из латекса и биоактивных растительных компонентов. Искусственная ткань плотно прилегает к ране, защищает её в дальнейшем от внешних воздействий и выполняет лечебный процесс. Учёные отмечают, что самые сложные повреждения с новой «кожей» затягиваются в течение двух дней. В Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН было создано идеальное раневое покрытие, которое защищает больное место от механических повреждений и вредоносных инфекций. Кроме того, искусственная кожа создает оптимальные условия для роста клеток, пропускает воздух и водные пары, чтобы рана под таким покрытием не высыхала и не мокла. Когда тончайшая пленка накладывается на рану, клетки начинают переходить в нее, смешиваясь с клетками пациента, и активизируют выработку коллагена для зарастания раны и образования рубца. Латексная «подложка» после этого просто отсоединяется, и медикам нет необходимости мучить пациентов бесконечными перевязками. Причем после выписки пациент может самостоятельно использовать лечебные мази, нанося их на латексную пленку, которая имеет микропоры, как обычная кожа.

Эксперимент с использованием 3D-биопринтера на животном

В 2019 году ученые впервые создали 3D-биопринтер, который печатает кожу в два слоя собственной кожи пациента прямо на ране. Над этим исследованием работали специалисты из Института регенеративной медицины (США). Принтер использует «чернила», которые состоят из клеток пациента, чтобы минимизировать риск отторжения. Вначале делается биопсия здоровой кожи пациента и выращивается большое количество клеток, после чего их смешивают с гидрогелем для образования "чернил" 3D-биопринтера. Точнее создаются два типа "чернил" – для внутреннего слоя (из клеток-фибропластов) и внешнего (из клеток-кератиноцитов). После удачных экспериментов, проведенных на мышах, был получен отличный результат, который в дальнейшем позволит проводить клинические испытания на людях.

3D-принтер печатает искусственную кожу с сосудами (Living Skin Can Now be 3D-Printed With Blood Vessels Included/ Теперь живую кожу можно напечатать на 3D-принтере, включая кровеносные сосуды)

После изобретения 3D-биопринтера, печатающего искусственную кожу, идентичную коже пациента, было принято решение усовершенствовать разработку, так как просто полученная кожа могла подойти не каждому пациенту. Основная причина в этом - отсутствие кровеносных сосудов, которые нужны для коммуникации трансплантированного участка с окружающими тканями. Ученые из Политехнического института Ренсселера (Нью Йорк, США) выяснили, что если в биочернила добавить эндотелиальные клетки человека, которые выстраиваются внутри кровеносных сосудов, и клетки перицита человека, обволакивающих вокруг эндотелиальных клеток, вместе с животным коллагеном и другими структурными клетками, то в течение нескольких недель они начинают формировать сосуд. Так, в ходе исследований ученые пересадили участок искусственной кожи мышке. Он удачно прижился на животном и не вызвал отторжения. Кроме того, его сосуды благополучно соединились с кровеносной системой мыши и начали снабжать клетки ткани кровью.

Искусственная кожа с эффектом чувствительности

В сентябре прошлого года исследователи Университета RMIT в Мельбурне представили электронную искусственную кожу, которая чувствует боль и прикосновения. Считается, что новая технология успешно найдет своё применение в протезировании, робототехнике и кожной трансплантации. Данное изобретение может показывать ощущение боли. Устройство имитирует почти мгновенную обратную связь и способно реагировать на боль с той же скоростью, с какой нервные сигналы поступают в мозг. Учёные отмечают, что эта разработка стала значительным прогрессом в области биомедицинских технологий и интеллектуальной робототехники следующего поколения. В будущем такая искусственная кожа может стать вариантом неинвазивных кожных трансплантатов, особенно в случаях, когда традиционный подход нежизнеспособен или не работает.

Каких только кремов для лица сегодня нет. Однако разнообразие косметической продукции вовсе не означает её высокую эффективность. Наоборот – найти наиболее подходящий крем в море брендов сегодня невероятно трудно. В этой статье мы поможем вам определиться с выбором, рассказав о том, какие именно ингредиенты должны присутствовать в составе эффективного крема для ухода за лицом.

Небольшой, но полезный совет

Первое, что следует знать, это порядок указания ингредиентов на этикетке. Они перечислены по убыванию. Это значит, что если на первом месте стоит, к примеру, минеральное масло, то оно и составляет большую часть состава препарата. А те компоненты, которые находятся в самом низу, составляют меньшую часть всего состава и воздействия на кожу практически не оказывают.

Основные компоненты

Основа крема для лица – вода. Разумеется, что ее качество также играет весомую роль. Вода воде рознь – качественные крема сделаны из воды, взятой из термальных источников. Более бюджетные марки делаются на основе обычной фильтрованной воды.

На втором месте в составе крема находятся увлажняющие, смягчающие или питательные компоненты.

Следом идут различные эмульгаторы и текстурообразователи, обеспечивающие быстрое нанесение крема и легкость его проникновения в кожу.

Наконец, активные компоненты – это самое главное, что есть в средстве для лица. Это гиалуроновая кислота, экстракты различных растений, витамины, натуральные масла, коллаген и многое другое.

Что должно быть в составе качественного крема?

Предлагаем ознакомиться с полезными ингредиентами, входящими в состав кремов:

Флавоноиды – обеспечивают защиту кожи от токсических факторов, в частности, от воздействий негативной экологической обстановки
Фруктовые кислоты – избавляют кожные покровы от ороговевших частиц
Коэнзим Q10: ускоряет процесс восстановления. Помогает вырабатываться гиалуроновой кислоты (ее количество в организме начинает снижаться после 25 лет);
Салициловая кислота – для стимуляции кровообращения
Пептиды, аминокислоты – также работают на упругость кожи
Пантенол – устраняет воспалительные процессы, необходим для терапии микроскопических повреждений кожных покровов
SPF-факторы (УФ-фильтры) – очень нужная вещь! Они защищают кожу от солнца. Да-да, слишком много солнечных лучей также способно нанести ей серьезный вред. Кстати, почитайте интересную статью, где мы подробно о них рассказываем.
Растительные жиры – например, ланолин или воск. А вот средств с парафином или вазелином лучше избегать!
Растительные масла – жожоба, масло лесного ореха, масло карите, абрикосов, оливковое, виноградной косточки.
Экстракты натуральных растений – водорослей, ромашки, сирени, женьшеня, алоэ. Они смягчают кожу, насыщают её полезными веществами, минимизируют риски воспаления и раздражения
Витамины групп А, Е, F, D (в первую очередь, ретинол и токоферол) – они обеспечивают защиту кожи и профилактируют возрастные изменения
Эфирные масла – масла апельсина, пачули, жасмина, сандала
Керамиды (церамиды) – они обязательно должны быть в составе для предотвращения шелушения и смягчения кожных покровов, что особенно актуально при сухой морозной погоде
Вода – как вы уже поняли, это основной элемент любого крема. Так вот, смотрите на её количество в составе. Если воды очень много, то такой крем не стоит использовать зимой.
Гиалуроновая кислота, коллаген, эластин – крем для лица с такими элементами можно считать практически идеальным. Эти компоненты благотворно влияют на соединительную ткань, делают кожу упругой и эластичной.

Еще один совет – насчет эфирных масел. Некоторые их виды (цитрусовые, корица) могут повышать чувствительность кожи к ультрафиолету – фотосенсибилизаторы, поэтому наносить их на открытые для солнца места в летний период не рекомендуется, т.к. именно они могут стать причиной пигмента. В идеале в составе крема должно быть не менее 2-5 видов масел и 2-5 видов экстрактов растений.

Каких компонентов не должно быть в кремах?

А теперь переходим ко второй части нашего материала. Не менее важной и интересной. Список элементов, наличие которых в кремах вас должно насторожить, тоже большой.

Пропиленгликоль – он происходит из нефтепродуктов и может вызвать раздражение глаз и кожи
Формальдегид – уже одного этого названия достаточно, чтобы содрогнуться. Формалин. Бальзамирующая жидкость для усопших. Как-то это не сочетается с кремом для лица. Средством, имеющим прямо противоположное назначение…
Гидрохинон – находится в осветлителях для волос. Но в коже он уменьшает выработку пигмента меланина, что делает её уязвимее перед UVA и UVB ультрафиолетовыми лучами.
Лаурилсульфат и лауретсульфат натрия – могут спровоцировать раздражение кожи и глаз
Парабен – это одна из разновидностей консервантов. Считаются безопасными, но не все – так, метилпарабен может ускорить старение кожи.
Ацетат алюминия – в кремах он играет роль вяжущего средства и при продолжительном применении может вызвать шелушение.
Битионол – у этого элемента благородная роль. В кремах его используют в качестве бактерицидного средства. Но при этом оно может вызвать повышенную чувствительность кожи к солнцу, сделать её более уязвимой к зуду и покраснениям. Так что, для чувствительной кожи крем с битинолом точно не подойдет.
Глицерин/вазелин – вытягивают из кожи всю влагу, что провоцирует иссушение глубоких слоёв эпидермиса. Так что если у вас и так сухая кожа, то крем с этими двумя компонентами в составе отличный способ «добить» ее. Уж извините за иронию…
Дигидроксиацетон (он же – глицерон, 1,3-дигидроксипропанон-2) – очень опасный компонент. Кремом с ним в составе строго-настрого запрещено пользоваться астматикам, а также беременным и кормящим женщинам.

Помните! Крем – лишь малая доля ухода за лицом…

Что можно сказать в завершение? Самое главное, о чем следует знать, это то, что большинство косметических препаратов, какими бы эффективными они не были, не проникнут в самые глубокие слои кожи для ликвидации той или иной проблемы эстетического характера. Как правило, внутрь доходит около 25-35% активных компонентов, а оставшиеся 65-75% остаются на поверхности кожи, не принося существенного эффекта.

Поэтому – не забывайте о регулярных походах к косметологу! Он не только порекомендует вам наиболее подходящую для решения вашей проблемы процедуру, но посоветует оптимальные средства для лица.

Самый совершенный аналог кожи человека создала и испытала группа ученых лаборатории инженерного материаловедения МГУ им. Ломоносова, Университета Северной Каролины Чапел-Хилл и Университета Акрона. Он имеет точно такие же механические свойства, как и настоящая.

Как сообщили в МГУ, все созданные ранее аналоги кожи человека могли воспроизводить ее механические свойства только приблизительно: при малых деформациях. При дальнейшем растяжении выяснялось, что обычные полимеры растягиваются с намного меньшим усилием, по сравнению с кожей. Это создавало проблему, поскольку при подшивании искусственного аналога кожи рядом с настоящей нарушался естественный процесс защиты от травм, - натуральная рвалась бы быстрее искусственной. Перед учеными стояла непростая задача: совместить в одном материале мягкость естественной кожи и ее уникальное свойство — упрочнение при растяжении.

Изучив все тонкости строения кожи, ученые поняли, что мешало их предшественникам создать совершенный аналог. Загвоздка была в линейной структуре обычных полимеров. В результате они поменяли ее путем «подшивания» к основной цепи множества боковых молекулярных цепей-ворсинок (при рассматривании такой структуры под атомно-силовым микроскопом можно увидеть что-то похожее на бутылочную щетку). Затем к каждому такому «щеточному» блоку «пришили» с двух сторон по блоку из метилметакрилата (материала, из которого делают оргстекло). Материал, состоящий из таких щёток, изначально вполне эластичный, но при деформации может очень быстро упрочняться. Оказалось, что меняя форму цепи, длину блоков, ворсинок и стеклянных шариков, можно моделировать механические свойства кожи, подгоняя их к индивидуальным свойствам кожи каждого пациента.

На днях исследователи испытали полученный образец новой материи при помощи синхротронного излучения. Оно позволило заглянуть внутрь материала и исследовать его внутреннюю организацию. Следующим шагом ученых будет симуляция свойств жировой и других тканей человека. Если в арсенале хирургов будут все аналоги родных тканей пациента, врачи смогут заменить их на искусственные так, что никто не отличит их от родных. Другим направлением работы может быть создание идеальных человекоподобных роботов.

Российские исследователи создали технологию получения новых биокомпозиционных остеопластических материалов, позволяющих восстанавливать утраченные функции тканей организма.

Может, некоторые и не подозревают, что мы все состоим из соединительной ткани: и наша кожа, и наши внутренние органы. Кроме этой ткани есть еще клетки. Причем и клетки, и соединительная ткань разные в разных органах. При нашем рождении они, как правило, более или менее в порядке. Но чем дольше мы живем, тем больше изменений в них происходит. Возможно, это звучит жестоко, но истина часто бывает именно такой: не успев родиться, человек начинает приближаться к смерти. Этот процесс обычно сопровождается возникновением различных недугов. Их, недугов, сотни тысяч. Избавиться от всех нереально. Но и жить с болячками никому не хочется. И такое понятие, как "человек практически здоров", никто не отменял. Потому-то ученые, исследователи во всем мире постоянно ищут средства для сохранения здоровья. Об одном из них - открытии отечественных ученых - этот рассказ.

В 1985 году доктор биологических наук Андрей Панасюк и кандидат биологических наук Сергей Багров заметили, что одно из основных веществ, влияющих на нормальную деятельность соединительной ткани, - сложные полисахариды гликозаминогликаны (ГАГ). Эти вещества можно выделить из любой соединительной ткани человека или животного. Заметили исследователи и то, что с каждым годом жизни они меняют свой состав, количество, качество. И от этого зависит функциональное состояние человека. Считалось, что такой естественный процесс необратим. Но наши исследователи доказали, что в него можно вмешиваться, причем с пользой для человека. Каким образом?

- Прежде всего мы научились выделять эти вещества из организма, - рассказывает Андрей Федорович. - Для чего? Здесь заявляет о себе биоинженерия. Вот что мы делаем. Прежде всего из любой кости человека или животного получаем костный коллаген (основной белок соединительной ткани). Затем этот коллаген объединяется с выделенным ранее ГАГ. И тут главное: и коллаген, и ГАГ могут быть органоспецифическими, то есть для костей - костный, для кожи - кожный, для глаз - роговичный и так далее.

- Соединенный таким образом биокомпозиционный материал обладает удивительными свойствами и может быть применен для избавления человека от различных патологий.

- Можно ускорять заживление ран, трофических язв, последствий ожогов.

- И не только, - вступает в разговор Дмитрий Саващук, аспирант Московского государственного стоматологического университета. - Существует потребность в выращивании костей для хирургической стоматологии. Скажем, у человека в результате пародонтоза уменьшается уровень кости челюсти и практически невозможно провести качественное протезирование. А вот если использовать предложенный нами биоимплантат, то проблема снимается. Можно установить дентальные имплантаты, и не нужен столь мучительный для многих съемный протез. Мы не только разработали, но и получили "добро" Минздрава РФ, а точнее, официальное разрешение на клиническое применение и промышленный выпуск созданных композиций.

- Представляю, что будет, когда эти строки прочтут "зубные мученики". В нашей редакционной почте нередки письма от тех, кто недоволен, кто не может пользоваться съемными протезами. "Зубы на полку" - очень часто беда. А тут вы такое предлагаете.

- Не только предлагаем - делаем. И на 80 - 85% успешно.

- Тут виноваты не наш материал, не наша технология, а то, что о них не знают и еще нет специально подготовленных для их использования кадров.

Очевидно: новые материалы требуют новых подходов, тем более что не только стоматология область их применения. Новое российское изобретение пришлось "ко двору" в травматологии и ортопедии. Потому мои собеседники активно сотрудничают с Центральным институтом травматологии и ортопедии.

Тут позволю себе небольшое отступление. Не лирическое, а очень деловое. На каком-то этапе у исследователей возникла проблема с забором материала для производства костной структуры. Сперва они получали его из костей хрюши и буренки. Потом в одночасье буренки начали страдать коровьим бешенством - не у нас, за рубежом. Однако подстраховаться требовалось, и буренок отстранили от получения костного материала. Хрюшкам дали отвод по. религиозным соображениям: от их костного материала может отказаться некоторая часть страждущих. Хотя, как считают мои собеседники, эти животные - лучшие доноры для человека. Вот и получается, что на практике общепринято использовать алло-материал, то есть материал самого человека.

- Понимание нашей общей проблемы мы нашли в ЦИТО, - рассказывает Дмитрий Саващук. - Мы предложили использовать наши технологии для замещения костных дефектов при различных патологиях костей. Вместе с ЦИТО впервые в мире на основе костей человека и человеческих ГАГ удалось создать новый биоматериал остеоматрикс. Вот уже год, как он успешно применяется при лечении сарком, кист, для протезирования различных суставов.

- Минуточку. Вы сказали о саркомах. Пожалуйста, подробнее - это же, пожалуй, самая злая разновидность злокачественных новообразований.

- Вы правы, - говорит Андрей Панасюк. - Только учтите, что мы ведем разговор о костных патологиях. Так вот, если саркомой поражена кость, то ее приходится удалять хирургическим путем. В этом месте образуется обширный костный дефект, с которым несовместимо нормальное качество жизни. Наша методика позволяет заместить костный дефект. И не просто заместить, но и полностью восстановить объем и функцию кости.

Изобретение моих собеседников начали применять в экстремальных ситуациях, например в Моздоке при сочетанных огнестрельных поражениях. К сожалению, известны только первые результаты - они очень оптимистичные. Отдаленных нет, поскольку реабилитация пострадавших в Чечне проходит в различных городах и регионах.

Если брать не костный коллаген, а кожный, а еще лучше склеральный, то при насыщении его ГАГ могут быть изготовлены (и уже изготовляются) материалы, которые можно использовать для восстановления кожных покровов, улучшения кожного обмена.

Совершенно очевидно: разработки, технологии моих собеседников могут найти самое широкое применение во многих областях медицины. Но пока, насколько мне известно, границы применения очень сужены, даже географически: кроме Москвы это Санкт-Петербург, Волгоград, Иркутск, Екатеринбург, Чечня. И это обидно, потому что по предложенным технологиям мы впереди планеты всей. Первыми покупателями ноу-хау вызвались стать китайцы. Потом приехали из Южной Кореи. Моих собеседников "торговали" Венгрия, Австрия. Велись переговоры с США, Германией. Но все хотят, чтобы россияне продали свою технологию и больше никогда не занимались данной проблемой. Не продали. Продолжают надеяться, что предложенный препарат будет востребован на Родине и именно Россия станет диктовать это научное направление во всем мире.

Читайте также: