Pas cu pas, Pankaj Karande a făcut progrese constante în crearea de grefe de piele care sunt mult mai apropiate de ceea ce produce corpul uman însuși și care au mai multe șanse de a fi integrate și acceptate de corpul unui pacient.
În cea mai recentă evoluție discutată într-un articol din Tissue Engineering, Karande, profesor asociat de inginerie chimică și biologică la Rensselaer Polytechnic Institute, și echipa din laboratorul său de la Rensselaer, care colaborează cu Yale School of Medicine, au dezvoltat o modalitate de a folosi imprimarea 3D pentru a încorpora vasele de sânge în pielea vie pe care o produc. „Aceasta a fost o mare descoperire”, a spus Karande.
Bioprinting de piele
Vasele de sânge sunt esențiale pentru ca pielea bioimprimată să supraviețuiască. Foto: A: Rensselaer Polytechnic Institute În ultimul deceniu, bioimprimarea 3D a jucat de fapt un rol principal în avansarea domeniului ingineriei pielii. Karande a publicat una dintre primele lucrări în acest domeniu, arătând că cercetătorii ar putea să facă o cerneală biologică din două tipuri de celule umane vii și să folosească o imprimantă 3D pentru a produce o structură asemănătoare pielii. Procedura tradițională de realizare a pielii era de a lua celule, de a le amesteca cu colagen și de a le întinde în straturi subțiri.
„S-ar putea asemăna cu întinderea gemului pe o bucată de pâine în straturi”, a spus el, adăugând că este foarte greu să faci acest lucru manual, deoarece lucrezi cu zeci sau sute de microni care trebuie să fie aproape de celelalte celule pentru o interacțiune normală.
Vă mai puteți dori: Progrese în materie de piele artificială și imprimată 3D pentru roboți și oameni
Imprimarea 3D a permis plasarea și aranjarea precisă a celulelor în trei dimensiuni la o scară foarte mică – acest material care poate fi de 10 ori mai subțire decât un fir de păr uman. „Acesta a fost marele progres pe care imprimarea 3D l-a permis în ingineria țesuturilor moi”, a spus Karande.
Deși acesta a fost un „mare progres”, în urmă cu câțiva ani echipa a realizat că pentru ca grefele să supraviețuiască pe pacienți, vasele de sânge sunt foarte importante. La acea vreme se lucra mult la combinarea celulelor endoteliale și a altor celule pentru a încerca să formeze vase de sânge, dar metodele disponibile nu funcționau.
Incorporarea vaselor de sânge
Echipa lui Karande a decis să încerce să pună celulele, care ajută la formarea vaselor de sânge, într-un mediu în care „celulele sunt fericite, astfel încât să se înmulțească, să crească și să înceapă să formeze vasul de sânge.”
Testul final a fost: Când este pus pe un os, vasul de sânge se conectează efectiv cu vasul de sânge al gazdei? „În laborator, putem menține grefa în viață oferindu-i nutrienți, dar odată ce o punem pe os, aceasta are nevoie de nutrienții săi de la gazdă”, a spus Karande.
Aflați mai multe despre: Cercetătorii imprimă 3D pe piele pentru aplicații revoluționare
Pelea imprimată de echipa de la Rensselaer a fost grefată pe un tip special de șoarece de către echipa de la Yale. Curând, pielea a început să comunice și să se conecteze cu vasele proprii ale șoarecelui. „Integrarea cu rana, dezvoltarea vaselor de sânge, conexiunile cu vasele gazdei, maturizarea țesutului în rană a fost pentru noi un mare pas înainte”, a spus el, explicând procesul într-un scurt videoclip.
Karande a spus că cea mai mare provocare a fost de fapt optimizarea sistemului ca întreg, după ce a optimizat pașii pe parcurs. Totul a fost la fel de important: De la recoltarea celulelor de la pacienți până la izolarea lor, pentru ca acestea să își păstreze proprietățile biologice și apoi să facă toate aceste componente să crească până la un număr frumos de celule și o densitate celulară pentru a face noi componente, apoi să mențină grefa în viață, să se asigure că este sterilă, să o sutureze pe rana unui animal și chiar mai mult.
„Fiecare dintre aceste etape a necesitat o mulțime de încercări. Așa că a fost un progres incremental la fiecare pas, dar când adunați toți acești pași, aveți un mare avans”, a spus el.
CRISPR pentru o grefă de piele mai bună
Următorul mare pas va fi să lucrăm la o grefă prefabricată universală care nu va fi respinsă de sistemul imunitar al niciunui pacient. Personalizarea unei grefe pentru fiecare individ folosind propriile celule recoltate ar putea dura săptămâni sau chiar mai mult timp – timp pe care majoritatea pacienților care au nevoie de o grefă nu îl au.
Pentru a crea o grefă universală, cercetătorii se pregătesc să lucreze cu CRISPR, o tehnologie sofisticată de editare a genelor. Aceștia vor dezactiva acei markeri din celulele grefei, care îi spun organismului că grefa este un obiect străin care ar trebui să fie respins.
Editors’ Pick: Bioprinter 3D imprimă piele sănătoasă pe pacienți în câteva minute
În plus, mai trebuie să aibă loc teste pe termen lung. Speranța este că, pe termen scurt, grefa va facilita vindecarea rănilor și va oferi protecție, servind ca o barieră naturală. Apoi, cu timpul, propriile celule ale organismului vor prelua controlul și vor repopula locul cu propriile celule. În mod obișnuit, pielea umană se regenerează la fiecare 30 de zile.
După primii pași reușiți în crearea de grefe de piele vie, bioinginerii se pregătesc să creeze o grefă universală folosind CRISPR. Foto: A: Rensselaer Polytechnic Institute În prezent, intervențiile terapeutice pentru tratarea oricărui tip de leziune cutanată, în special atunci când sunt afectate bucăți mici de piele – cum ar fi ulcerele de presiune, pacienții diabetici sau victimele armelor de foc – implică recoltarea de piele dintr-un alt loc de pe corp și grefarea acesteia. Acest lucru creează o altă rană care trebuie tratată.
Există câteva produse clinice pe piață care conțin anumiți factori de creștere, dar acestea sunt, în esență, ceea ce Karande numește „bandaje de lux”, deoarece împiedică expunerea rănilor la mediul înconjurător. Fără sânge și nutrienți în grefă, aceasta va cădea în cele din urmă.
Pentru pacienții cu arsuri, încă mai trebuie să se lucreze pentru a se ocupa de terminațiile nervoase și vasculare pierdute.
„În calitate de ingineri care lucrează pentru a recrea biologia, am apreciat întotdeauna și am fost conștienți de faptul că biologia este mult mai complexă decât sistemele simple pe care le facem în laborator”, a spus Karande. „Am fost plăcut surprinși să constatăm că, odată ce începem să ne apropiem de această complexitate, biologia preia controlul și începe să se apropie din ce în ce mai mult de ceea ce există în natură.”
Nancy S. Giges este un scriitor de tehnologie cu sediul în New York.
Înregistrează-te astăzi pentru AM Medical: 27-28 mai 2020 în Minneapolis, MN