Skóra hodowana na trójwymiarowych rusztowaniach może być formowana w ksztaÅ‚t zbliżony do konkretnych, nawet najbardziej zÅ‚ożonych anatomicznie części ciaÅ‚a. PrzykÅ‚adem może być wytworzona w ten sposób rÄ™kawiczka, dziÄ™ki której możliwe stanie siÄ™ szybkie i dużo mniej inwazyjne przeszczepianie skóry dÅ‚oni, np. po poparzeniu trzeciego stopnia. W takiej technologii szwy bÄ™dzie trzeba zakÅ‚adać tylko na nadgarstkach, podczas gdy w obecnie stosowanej metodzie miejsc szycia musi być kilkakrotnie wiÄ™cej. Naukowcy z Columbia University, którzy opracowali innowacyjnÄ… metodÄ™ hodowania skóry do przeszczepów, majÄ… już za sobÄ… udane eksperymenty na myszach.
– JeÅ›li w przyszÅ‚oÅ›ci bÄ™dziemy mieli pacjenta ze znacznym ubytkiem skóry na dÅ‚oni, można wykonać trójwymiarowe przeszczepy skóry, okreÅ›lane jako ubieralna skóra, uformowana na ksztaÅ‚t rÄ™kawiczki, którÄ… można po prostu naÅ‚ożyć na dÅ‚oÅ„ pacjenta. Do wykonania przeszczepu skóry używamy rusztowania z tworzywa sztucznego wydrukowanego na drukarce 3D, dostosowanego do danej części ciaÅ‚a – może to być stopa, dÅ‚oÅ„ czy twarz. Rusztowanie okreÅ›la strukturÄ™ hodowanej skóry i w czasie procesu sÅ‚uży również do dostarczania substancji odżywczych do tkanki, rozprowadzajÄ…c pożywkÄ™ do hodowli komórkowych za pomocÄ… zewnÄ™trznej pompy. Po uformowaniu skóry można jÄ… zdjąć z rusztowania i przeszczepić w caÅ‚oÅ›ci. Taki przeszczep charakteryzuje siÄ™ minimalnÄ… liczbÄ… szwów, krótszym czasem zabiegu i lepszym przyjÄ™ciem przez organizm – wyjaÅ›nia w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje dr Hasan Erbil Abaci, adiunkt na Wydziale Dermatologii Columbia University Medical Center.
Proces tworzenia nakÅ‚adanych przeszczepów skórnych rozpoczyna siÄ™ od pobrania maÅ‚ego wycinka skóry pacjenta. W laboratorium izoluje siÄ™ komórki skóry i poddaje podziaÅ‚owi, a nastÄ™pnie dokonuje siÄ™ ich rekonstrukcji w hydrożelu 3D, którym jest zazwyczaj kolagen typu I. Taki proces trwa okoÅ‚o czterech tygodni, czyli mniej wiÄ™cej tak dÅ‚ugo jak hodowanie skóry metodami znanymi już od 30 lat. KorzyÅ›ciami dla pacjenta sÄ… jednak znacznie krótszy czas potrzebny na przeprowadzenie operacji, lepsza biokompatybilność skóry tworzonej w innowacyjny sposób i lepsze rezultaty estetyczne. Jednoczęściowe przeszczepy sÄ… też trwalsze i mocniejsze niż wykonane z kilku części zszytych ze sobÄ…. W stosowanych do tej pory metodach materiaÅ‚ do przeszczepu hodowany jest w pÅ‚askich arkuszach, które Å‚atwo przeszczepić w mniej zÅ‚ożonych anatomicznie miejscach.
– U pacjenta z poparzeniem trzeciego stopnia dÅ‚oni, zgodnie z obecnÄ… technologiÄ…, musielibyÅ›my zastosować wiele wytworzonych fragmentów skóry, pociąć je i owinąć wokóÅ‚ każdego z palców oraz zaÅ‚ożyć szwy wokóÅ‚ każdego fragmentu. Z kolei w przypadku technologii nakÅ‚adanych przeszczepów skórnych wystarczy naÅ‚ożyć przygotowanÄ… rÄ™kawiczkÄ™ ze skóry na dÅ‚oÅ„ pacjenta, a szwy i opatrunki bÄ™dÄ… potrzebne tylko w okolicy nadgarstka – przekonuje dr Hasan Erbil Abaci.
W swoim eksperymencie naukowcy przeszczepili wytworzonÄ… skórÄ™ na Å‚apach myszy. To bardzo trudny obszar do przeprowadzania takich zabiegów. Próba tradycyjnej operacji zakoÅ„czyÅ‚a siÄ™ niepowodzeniem, w przeciwieÅ„stwie do zastosowania nakÅ‚adanego przeszczepu skóry. ByÅ‚ to znacznie szybszy proces – jego zamocowanie zajęło zaledwie 10 s, a caÅ‚y zabieg chirurgiczny trwaÅ‚ poniżej 10 min.
– DziÄ™ki naszym badaniom dowiedzieliÅ›my siÄ™ o ciekawym zachowaniu komórek w zależnoÅ›ci od struktury. Jak wiadomo, skóra ludzka jest strukturÄ… ciÄ…gÅ‚Ä…, która pokrywa nasze ciaÅ‚o i nie ma żadnych otwartych krawÄ™dzi. Obecnie stosowana technologia pozwala na wytwarzanie okrÄ…gÅ‚ych lub prostokÄ…tnych pÅ‚atów skóry z otwartymi brzegami, dlatego potrzebne jest tworzenie modeli struktury skóry. W naszym badaniu struktura komórek byÅ‚a caÅ‚kowicie zamkniÄ™ta, co w znacznym stopniu zwiÄ™kszyÅ‚o wytrzymaÅ‚ość mechanicznÄ… struktur skóry w porównaniu do obecnie stosowanej technologii. Niezmiernie ciekawa byÅ‚a dla nas możliwość obserwacji, jak zmienia siÄ™ ukÅ‚ad biomechaniczny komórek skóry i sposób rozwoju skóry wÅ‚aÅ›ciwej w reakcji na zmianÄ™ struktury. Kolejnym interesujÄ…cym wnioskiem byÅ‚o to, że w przypadku nakÅ‚adanych przeszczepów skórnych komórki wytwarzajÄ… linie zmniejszonego napiÄ™cia analogicznie do skóry ludzkiej, czyli linie Langera. Może to mieć pewne zastosowanie w tworzeniu modeli skóry i badaniach nad niÄ…, w tym nad starzeniem siÄ™, oraz opracowaniu leków – wyjaÅ›nia naukowiec.
Na ludzkÄ… skórÄ™ skÅ‚ada siÄ™ ponad 50 różnych typów komórek i wytworów naskórka. Obecna wersja nakÅ‚adanych przeszczepów skórnych zawiera keratynocyty, fibroblasty i komórki Å›ródbÅ‚onkowe skóry. SÄ… to gÅ‚ówne rodzaje komórek naskórka, skóry wÅ‚aÅ›ciwej i naczyÅ„ krwionoÅ›nych skóry. Naukowcy planujÄ… jednak w przyszÅ‚oÅ›ci wÅ‚Ä…czać w tworzone struktury skórne jeszcze wiÄ™cej typów komórek, np. odpowiedzialnych za pigmentacjÄ™, powstawanie mieszków wÅ‚osowych czy gruczoÅ‚ów potowych. Docelowo chcÄ… je tak dopracować, by można byÅ‚o mówić o przeszczepach swoistych, dobieranych indywidualnie do pacjenta. Możliwe też bÄ™dzie hodowanie takich „ubieralnych” przeszczepów z komórek pobranych bezpoÅ›rednio od pacjenta. Wystarczy do tego pobranie próbki skóry o wymiarach 4 x 4 mm.
– Intensywnie pracujemy nad badaniem zachowania nakÅ‚adanych przeszczepów skórnych w przypadku modeli opartych na wiÄ™kszych zwierzÄ™tach, takich jak Å›winie, których skóra goi siÄ™ przez ziarninowanie, podobnie jak ludzka. Po drugie, zgodnie z naszÄ… metodÄ… nakÅ‚adane przeszczepy skórne powstawaÅ‚y na drukowanych na drukarce 3D rusztowaniach z tworzywa sztucznego, co wiąże siÄ™ z wieloetapowym procesem produkcji. W obecnych badaniach rezygnujemy z rusztowania i korzystamy z biodrukarki 3D, aby wydrukować nakÅ‚adane pÅ‚aty skóry do przeszczepu bezpoÅ›rednio. Chcemy wyeliminować niektóre zbÄ™dne etapy poÅ›rednie i lepiej kontrolować wszystkie wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci fizyczne przeszczepów – mówi o dalszych planach adiunkt na Wydziale Dermatologii Columbia University Medical Center.
Bioinżynierowie czekają na opatentowanie technologii, jednak minie jeszcze co najmniej kilka lat, nim takie przeszczepy będzie można przeprowadzać u ludzi.
– Wyobrażam sobie, że pewnego dnia bÄ™dziemy mogli na tej podstawie wytwarzać inne rodzaje tkanek znajdujÄ…cych siÄ™ pod skórÄ…, takie jak tkanka mięśniowa, chrzÄ™stna i kostna, aby mogÅ‚y powstawać zÅ‚ożone przeszczepy twarzy i koÅ„czyn stworzone z myÅ›lÄ… o danym pacjencie – mówi dr Hasan Erbil Abaci. – W podobnym projekcie, który jest na etapie realizacji, stosujemy naszÄ… metodÄ™ do leczenia deformacji na dÅ‚oniach osób cierpiÄ…cych na pÄ™cherzowe oddzielanie siÄ™ naskórka.