Lépésről lépésre haladva Pankaj Karande olyan bőrgraftok létrehozásában, amelyek sokkal közelebb állnak ahhoz, amit maga az emberi test termel, és nagyobb valószínűséggel épül be és fogadja el a páciens szervezete.
A Tissue Engineering című szaklapban megjelent cikkben tárgyalt legújabb fejlesztés során Karande, a Rensselaer Polytechnic Institute vegyészmérnöki és biológiai mérnöki karának docense és a Rensselaer laboratóriumában működő csapata a Yale School of Medicine-vel együttműködve kifejlesztett egy olyan módszert, amellyel a 3D nyomtatás segítségével vérereket lehet beépíteni az általuk előállított élő bőrbe. “Ez nagy áttörés volt” – mondta Karande.
Bőr bioprinting
A vérerek kritikusak a bioprintelt bőr túléléséhez. Fénykép: Rensselaer Polytechnic Institute Az elmúlt évtizedben a 3D bioprinting valóban főszerepet játszott a bőrtechnológia fejlődésében. Karande publikálta az egyik első tanulmányt a területen, amely megmutatta, hogy a kutatók képesek kétféle élő emberi sejtből bio-tintát készíteni, és 3D nyomtatóval bőrszerű struktúrát előállítani. A bőr készítésének hagyományos eljárása az volt, hogy fogtak sejteket, összekeverték őket kollagénnel, és vékony rétegekben szétkenték őket.
“Ahhoz lehetne hasonlítani, mintha lekvárt kennénk egy szelet kenyérre rétegenként” – mondta, hozzátéve, hogy ezt kézzel nagyon nehéz megcsinálni, mert több tíz vagy száz mikronnyi méretű sejtekkel dolgozunk, amelyeknek közel kell lenniük a többi sejthez a normális kölcsönhatáshoz.
Ez is tetszhet: A 3D-nyomtatás lehetővé tette a sejtek pontos elhelyezését és elrendezését három dimenzióban, nagyon kis méretben – ez az anyag tízszer vékonyabb lehet, mint egy emberi hajszál. “Ez volt a nagy előrelépés, amit a 3D nyomtatás lehetővé tett a lágyszövet-technológiában” – mondta Karande.”
Noha ez “nagy előrelépés” volt, néhány évvel ezelőtt a csapat rájött, hogy ahhoz, hogy a graftok túléljék a betegeken, nagyon fontosak az erek. Abban az időben sok munkát végeztek az endothelsejtek és más sejtek kombinálásával, hogy megpróbáljanak vérereket képezni, de a rendelkezésre álló módszerek nem működtek.”
Vérerek beépítése
Karande csapata úgy döntött, hogy megpróbálja olyan környezetbe helyezni a vérerek kialakítását segítő sejteket, ahol “a sejtek boldogok, hogy szaporodjanak, növekedjenek és elkezdjék a véreret képezni.”
A végső teszt az volt: Amikor egy csontra helyezik, az ér valóban összekapcsolódik-e a gazdatest érrendszerével? “A laboratóriumban életben tudjuk tartani a graftot azzal, hogy tápanyagot adunk neki, de amint a csontra helyezzük, a gazdaszervezettől kell neki a tápanyag” – mondta Karande.
Tudjon meg többet: A Rensselaer csapata által kinyomtatott bőrt a Yale csapata egy speciális egértípusra ültette át. Hamarosan a bőr kommunikálni kezdett és összekapcsolódott az egér saját ereivel. “A sebbel való integráció, a vérerek fejlődése, a gazdaszervezet ereivel való kapcsolatok, a szövet érése a sebben nagy előrelépés volt számunkra” – mondta, és egy rövid videóban magyarázta el a folyamatot.
Karande szerint a legnagyobb kihívást valójában a rendszer egészének optimalizálása jelentette, miután a lépéseket az út során optimalizálták. Minden egyformán fontos volt: A betegektől a sejtek begyűjtésétől kezdve az izolálásukig, hogy megőrizzék biológiai tulajdonságaikat, majd hogy mindezek a komponensek szép számú sejtre és sejtsűrűségre nőjenek, hogy új komponenseket tudjanak létrehozni, majd a graft életben tartása, sterilitásának biztosítása, az állat sebének összevarrása és még sok minden más.”
“Mindegyik lépés rengeteg kísérletet igényelt. Tehát minden egyes lépésnél apránként haladtunk előre, de ha ezeket a lépéseket összeadjuk, akkor nagy előrelépést értünk el” – mondta.”
CRISPR a jobb bőrgraftért
A következő nagy lépés egy olyan univerzális, előre gyártott graft kifejlesztése lesz, amelyet egyetlen beteg immunrendszere sem fog kilökni. A graft személyre szabása minden egyes személyre a saját begyűjtött sejtek felhasználásával heteket vagy még hosszabb időt vehet igénybe, amire a legtöbb graftra szoruló betegnek nincs ideje.
Az univerzális graft létrehozásához a kutatók a CRISPR, egy kifinomult génszerkesztési technológia segítségével készülnek dolgozni. Kikapcsolják azokat a markereket a graft sejtjeiben, amelyek azt jelzik a szervezetnek, hogy a graft idegen tárgy, amelyet el kell utasítani.
Szerkesztők választása: 3D-s bioprinter percek alatt egészséges bőrt nyomtat a betegekre
Kiegészítésképpen még hosszú távú tesztelésre van szükség. A remény az, hogy rövid távon a graft megkönnyíti a sebgyógyulást és védelmet nyújt, mivel természetes gátként szolgál. Aztán idővel a szervezet saját sejtjei átveszik az irányítást, és újra benépesítik a területet a saját sejtjeikkel. Az emberi bőr általában 30 naponként regenerálódik.
Az élő bőrgraftok létrehozásának sikeres első lépései után a biomérnökök a CRISPR segítségével egy univerzális graft létrehozására készülnek. Photo: Rensselaer Polytechnic Institute A jelenlegi terápiás beavatkozások bármilyen bőrsérülés kezelésére, különösen, ha kis bőrdarabok érintettek – például nyomásfekélyek, cukorbetegek vagy lövés áldozatai -, a test egy másik helyéről származó bőr begyűjtését és átültetését igénylik. Ez egy újabb sebet okoz, amelyet kezelni kell.
A piacon van néhány klinikai termék, amely tartalmaz némi növekedési faktort, de ezek lényegében olyanok, amelyeket Karande “díszes sebtapasznak” nevez, mivel megakadályozzák, hogy a seb ki legyen téve a környezetnek. Vér és tápanyagok nélkül a graft végül le fog esni.
Az égési sérült betegek esetében még több munkát kell végezni az elvesztett ideg- és érvégződések kezelése érdekében.
“Mint a biológia újjáalkotásán dolgozó mérnökök, mindig is értékeltük és tudatában voltunk annak, hogy a biológia sokkal összetettebb, mint azok az egyszerű rendszerek, amelyeket a laboratóriumban készítünk” – mondta Karande. “Kellemes meglepetéssel tapasztaltuk, hogy amint elkezdjük megközelíteni ezt a komplexitást, a biológia átveszi az irányítást, és egyre közelebb kerül ahhoz, ami a természetben létezik.”
Nancy S. Giges New Yorkban élő technológiai szakíró.
Regisztráljon még ma az AM Medical-ra: Minneapolis, MN, 2020. május 27-28.