Από τη δεκαετία του 1980, η πρόοδος της επιστήμηας επέτρεψε στους ερευνητές να αναπτύξουν νέα τμήματα δέρματος στο εργαστήριο. Τέτοια κατασκευασμένα μοσχεύματα είναι λιγότερο τραυματικά για τους ασθενείς από τη μεταμόσχευση δέρματος από αλλού στο σώμα.
Μέχρι σήμερα, οι διαθέσιμες τεχνικές επέτρεψαν την παραγωγή τέτοιων επιθεμάτων δέρματος μόνο σε σχήματα παρόμοια με επιδέσμους, όπως επίπεδα ορθογώνια ή κύκλους. Αυτά τα σχήματα λειτουργούν καλά για να καλύπτουν πληγές σε επίπεδες επιφάνειες όπως η πλάτη. Αλλά η χρήση τους σε πολύπλοκες δομές όπως τα χέρια ή το πρόσωπο απαιτεί εκτεταμένη κοπή και ραφή, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν βλάβη και ουλές.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Χασάν Ερμπίλ Αμπάτσι του Πανεπιστημίου Κολούμπια εργάζεται σε μεθόδους για την κατασκευή τρισδιάστατου μηχανικού δέρματος σε πολύπλοκα μέρη του σώματος. Τέτοια προσαρμοσμένα μοσχεύματα θα μπορούσαν στη συνέχεια να μεταμοσχευθούν άθικτα, με ελάχιστη απαιτούμενη συρραφή. Σε μια νέα μελέτη, η ομάδα δοκίμασε το σύστημα καλλιέργειας δέρματος χρησιμοποιώντας μοντέλα ανθρώπινων χεριών και πίσω άκρα ποντικών.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στις 27 Ιανουαρίου 2023 στο Science Advances.
Η περίπλοκη διαδικασία ξεκίνησε με τη σάρωση ενός μέρους του σώματος και στη συνέχεια την τρισδιάστατη εκτύπωση ενός βιοσυμβατού ικριώματος σε αυτό το σχήμα. Τα ικριώματα περιλάμβαναν θύρες για να επιτρέπεται η έγχυση διαφορετικών υγρών καλλιέργειας σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του δέρματος. Η δομή των ικριωμάτων σχεδιάστηκε για να υποστηρίζει την ανάπτυξη διαφόρων τύπων δερματικών κυττάρων με χρονομετρημένο, σταδιακό τρόπο που μιμείται τον φυσικό σχηματισμό του δέρματος.
Μετά από περίπου ένα μήνα επώασης των ικριωμάτων σε διαδοχικά βήματα για να ενθαρρύνουν διαφορετικά στρώματα κυττάρων να αναπτυχθούν, οι ερευνητές ανέλυσαν το κατασκευασμένο δέρμα. Διαπίστωσαν ότι τα μοσχεύματα είχαν ένα ομοιόμορφο κάλυμμα των εξωτερικών κυττάρων του δέρματος, που ονομάζεται επιδερμίδα.
Σε σύγκριση με τα τυπικά, επίπεδα καλλιεργημένα μοσχεύματα, το δέρμα που καλλιεργήθηκε με 3D ήταν πιο ανθεκτικό στις πιέσεις που παράγονται από την κίνηση.
Περαιτέρω ανάλυση έδειξε ότι οι τρισδιάστατες καλλιέργειες είχαν υψηλότερα επίπεδα πρωτεϊνών εξωκυτταρικής μήτρας, υποστηρικτικές πρωτεΐνες που βρίσκονται στο ώριμο δέρμα.
Η υγιής παροχή αίματος είναι επίσης απαραίτητη για την επιτυχία του μεταμοσχευμένου δέρματος. Όταν οι ερευνητές πρόσθεσαν κύτταρα που μπορούν να αναπτυχθούν σε νέα αιμοφόρα αγγεία στα τρισδιάστατα μοσχεύματα τους, παρατήρησαν ότι αρχίζουν να σχηματίζονται νέες δομές που μοιάζουν με αγγεία. Με την πάροδο του χρόνου, τα νέα αγγεία αυξήθηκαν προς την άνω επιφάνεια του νέου δέρματος.
Για να ελέγξει την ικανότητα των μοσχευμάτων τους να θεραπεύονται σε ένα πραγματικό σενάριο, η ομάδα καλλιέργησε τρισδιάστατα μοσχεύματα σε σχήμα δέρματος στα πίσω άκρα του ποντικιού. Η μεταφύτευση αυτών των έτοιμων μοσχευμάτων σε τραυματισμένα πόδια ποντικού χρειάστηκε λιγότερο από 10 λεπτά. Τα ποντίκια ανέκτησαν την πλήρη λειτουργία των ποδιών τους μέσα σε τέσσερις εβδομάδες.
«Τα τρισδιάστατα κατασκευάσματα δέρματος που μπορούν να μεταμοσχευθούν ως «βιολογικά ρούχα» θα είχαν πολλά πλεονεκτήματα», λέει ο Abaci. «Θα ελαχιστοποιούσαν δραματικά την ανάγκη για συρραφή, θα μείωναν τη διάρκεια των χειρουργικών επεμβάσεων και θα βελτίωναν τα αισθητικά αποτελέσματα».
Μια άλλη πιθανή εφαρμογή των τρισδιάστατων μοσχευμάτων περιλαμβάνει την επιδιόρθωση πολύπλοκων δομών στο πρόσωπο. Τέτοιοι τρισδιάστατοι ιστοί θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν στην ανάπτυξη φαρμάκων και στις δοκιμές καλλυντικών.
