Cildimiz biyomühendisliğin doğa harikasıdır.

Vücudun en büyük organı olup enfeksiyonlara karşı koruma sağlayan, suya dayanıklı bir savunma sistemidir. Yükselen sıcaklıklarda bizi serin tutan ter bezleri ile doludur. Güneş yanıkları, çizikler ve sıyrıklar, yemeklik yağ sıçramaları ve günlük yaşamdaki diğer kazalar gibi ciddi darbelere maruz kalabilir, ancak hızla yenilenir. Elbette kalıcı yara izleri olabilir, ancak daha az hasar belirtileri zamanla kaybolur.

Bu avantajlar göz önüne alındığında, bilim adamlarının laboratuvarda cildi yeniden yaratmayı denemeleri şaşırtıcı değil. Yapay deri örneğin şunlar olabilir: kapak robotları veya onlara sıcaklığı "hissetme", dokunma ve hatta hasar gördüğünde iyileşme yeteneği veren protezler.

Aynı zamanda bir cankurtaran da olabilir. Cildin kendini iyileştirme gücünün sınırları vardır. Ciddi yanıklardan muzdarip kişilerin sıklıkla vücudun başka bir kısmından alınan deri nakline ihtiyacı vardır. Etkili olmasına rağmen prosedür ağrılıdır ve enfeksiyon olasılığını artırır. Bazı durumlarda yeterince hasar görmemiş cilt kalmayabilir. Benzer bir ikilem, savaşta yaralanan veya kalıtsal cilt bozuklukları olan askerleri rahatsız ediyor.

Cildin tüm süper güçlerini yeniden yaratmak en hafif tabirle zordur. Ama geçen hafta, Wake Forest Üniversitesi'nden bir ekip farelere ve domuzlara nakledildiğinde büyük yaraları iyileştiren yapay deriye doğru büyük bir adım attı.

Ekip, üç katmanlı yapay deriyi basmak için altı farklı insan derisi hücre tipini “mürekkep” olarak kullandı. Önceki versiyonlardan farklı olarak bu yapay deri, insan derisinin yapısını yakından taklit ediyor.

Konsept kanıtlama çalışmalarında ekip, deriyi, deri yaralanması olan farelere ve domuzlara nakletti. Deri greftleri hızla çevredeki derideki kan damarlarına bağlanarak konakçıya entegre oldu. Ayrıca yaraları iyileştirmek ve yara izlerini azaltmak için gerekli bir protein olan kolajenin doğal cilde benzer bir yapıya dönüştürülmesine de yardımcı oldular.

"Bu sonuçlar, biyomühendislik ürünü tam kalınlıkta insan derisi yaratmanın mümkün olduğunu ve daha hızlı iyileşmeyi ve daha doğal görünen sonuçları desteklediğini gösteriyor." şuraya çalışma yazarı Dr. Anthony Atala.

Bekle… Tam Kalınlıkta Cilt Nedir?

Genellikle cildi, vücudu saran bir çarşaf olarak hayal ederiz. Ancak mikroskop altında bakıldığında biyo-mimarinin karmaşık bir başyapıtı olduğu görülüyor.

Ya da ben bunu üç katlı bir pasta olarak düşünmeyi seviyorum.

Her katman, kendine özgü işlevlerine göre uyarlanmış farklı hücre tiplerine sahiptir. En üst katman koruyucudur. Dış dünyayla doğrudan bağlantısı olan bu canlı, UV ışınlarına, kurak havaya ve zararlı bakterilere dayanabilen hücre türlerine sahiptir. Aynı zamanda pigmentasyon üreten hücreleri de barındırır. Bu hücreler hasar gördüklerinde sürekli olarak dökülür ve bariyeri güçlü tutmak için yenilenirler.

Orta katman köprüdür. Burada kan damarları ve sinir lifleri cildi vücudun geri kalanına bağlar. Bu katman, sivilceye yatkın herkesin belası olan vücut tüylerini, terini ve yağlayıcı yağları üreten hücrelerle doludur. En geniş katman olan bu katman, cilde esnekliğini ve gücünü veren kolajen tarafından sıkı bir şekilde bir arada tutulur.

Son olarak, en derin deri tabakası “kabarık kürk”tür. Esas olarak kolajen ve yağ hücrelerinden oluşan bu katman, cildi yaralanmalara karşı koruyan ve vücut ısısının korunmasına yardımcı olan bir amortisör görevi görür.

Tüm bu yapı ve işlevleri yeniden yaratmak inanılmaz derecede zordur. Atala'nın çözümü? XNUMX boyutlu bioprinting.

Oyundaki Cilt

Atala biyobaskıya yabancı değil.

2016 yılında ekibi bir ürün geliştirdi. doku-organ yazıcısı herhangi bir şekle sahip büyük dokuları basabilir. Ekip, klinik verileri kullanarak çeşitli kemik yapıları ve kasları yazdırırken yazıcıya rehberlik edecek bilgisayar modelleri hazırladı. Birkaç yıl sonra mühendislik yaptılar cilt biyoyazıcı Yaralı cildi doğrudan yamamak için üst veya orta katmandan olmak üzere iki hücre tipini kullandı. Deri büyük yaraları kapatabilse de doğal derinin karmaşıklığının yalnızca bir kısmını yakalıyordu.

Yeni çalışmada biyomürekkep olarak altı tür insan hücresi kullanıldı ve cildimizin mimarisi baştan aşağı yeniden oluşturuldu. Ekip, yapay deriyi üretmek için şunları kullandı: bilgisayar programı Her katmandaki hücrelerin yerleşimini yönlendirmek için. 3D-ekstrüzyon baskı denirteknoloji, son derece karmaşık dokuları bir nozülden basmak için hava basıncını kullanır. Kulağa karmaşık geliyor ama bu biraz bir pastayı süslemek için farklı renkteki kremaları sıkmaya benziyor.

Ekip, ilk adım olarak hücreleri esasen maddeden yapılmış bir hidrojel içinde askıya aldı. karaciğer tarafından salgılanan bir protein. Sentetik malzemelerden farklı olarak vücut tarafından üretilen bu baz, biyouyumluluğu artırır. Ekip daha sonra, her iki tarafta birer inç (bir küp şekerden biraz daha büyük) ölçen, katman katman 3 boyutlu bir deri grefti bastı.

Biyobaskılı cilt, laboratuarda en az 52 gün boyunca üç katmanını korudu ve pigmentasyon ve normal dökülme olan alanlar geliştirdi.

Cesaretlenen ekip daha sonra yapay deriyi farelerde test etti. Sadece hidrojel ile tedavi edilen veya yaranın doğal olarak iyileşmesine izin verilen yaraların aksine, yapay deri nakilleriyle tedavi edilen tüm yaralar iki haftada tamamen iyileşti.

Yapay deri, cildin üst koruyucu katmanını oluşturmada özellikle başarılıydı ve doğal iyileşmeye benzeyen yapılar oluşturuyordu. Aynı zamanda kolajen üretti ve daha da önemlisi onu insan derisine benzer hasır sepet benzeri bir yapıya dönüştürdü.

Biyobaskılı deri ayrıca farelerin kendi kan damarı hücrelerini de topladı ve greftin içinde küçük damarlardan oluşan bir ağ oluşturdu. Greftteki insan proteinlerini takip etmek için bir leke kullanan ekip, nakledilen hücrelerin derinin orta tabakasındaki konakçılarıyla bütünleştiğini buldu.

Gıcırdayarak mı?

Farelerin derileri insanlardan daha incedir. Domuzların derileri ise bizimkine daha yakındır. Ekip, ikinci bir testte domuzlarda transplantasyon teknolojisini artırdı. Burada, biyopsi yoluyla domuzlardan dört tür hücre topladılar (bunların bazıları derinin dış katmanını, kolajeni, kan damarlarını ve yağ dokusunu oluşturuyor) ve bunları 28 gün boyunca bir biyoreaktörde büyüttüler.

Bazı gruplar başarısız oldu. Bununla birlikte, ortalama olarak, demleme, daha fazla kapsama sağlamak amacıyla başlangıçtaki greftin boyutunu iki katına çıkaracak kadar yeterli hücre üretti. Ortaya çıkan yapay deri yaması kabaca Rubik küpünün yüzeyi büyüklüğündeydi ve domuz derisinin kalınlığıyla eşleşiyordu.

Farelerde elde edilen sonuçlar gibi, greftler büyük yaraları, yara izine yol açan olağan "büzüşme" etkisi (derinin üzümün kuru üzüme dönüşmesi gibi büzüşmesi) olmadan hızla kapattı.

Ekip bunun büyük olasılıkla greftin yara iyileşmesinden sorumlu genleri güçlendirdiği ve bazılarının yeni kan damarlarının büyümesine ve yara izini azaltmaya yardımcı olan bağışıklık tepkilerini de düzenlediği sonucuna vardı.

Yapay deri umut verici ama henüz emekleme aşamasında. Domuzlara aşılandığında, güvenilir bir şekilde pigmentasyon üretmedi; bu, daha koyu ten rengine sahip olanlar için rahatsız edici olabilir. Greftler aynı zamanda biyomürekkepte bu kılların büyümesine yönelik yapılar içermesine rağmen vücut kılı üretmedi. En kötüsü olmasa da (artık tıraş olmak yok!), sonuçlar hala öğrenilecek çok şey olduğunu gösteriyor.

Atala'ya göre bu çabaya değer. "Kapsamlı cilt iyileşmesi, sınırlı seçeneklerle dünya çapında milyonlarca kişiyi etkileyen önemli bir klinik zorluktur" dedi. Çalışma, insanlarda yıkıcı yaraları tedavi etmek için tam ölçekli deri basmanın mümkün olduğunu öne sürüyor.

Resim Kredisi: Mikroskop altında normal bir cilt hücresi. Torsten Wittmann, Kaliforniya Üniversitesi, San Francisco (NIH/Flickr aracılığıyla)

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/10/09/bioprinted-skin-heals-wounds-in-pigs-with-minimal-scarring-humans-are-next/