עור מודפס ביולוגי מרפא פצעים בחזירים עם צלקות מינימליות

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

העור שלנו הוא פלא טבעי של ביו-הנדסה.

האיבר הגדול ביותר בגוף, זוהי מערכת הגנה עמידה למים המגנה מפני זיהומים. הוא עמוס בבלוטות זיעה ששומרות עלינו קרירים בטמפרטורות עליות. זה יכול לסבול מכות רציניות - כוויות שמש, שריטות ושריטות, נתזי שמן בישול ותאונות אחרות בחיי היומיום - אבל מתחדש במהירות. בטח, עשויות להיות צלקות מתמשכות, אבל סימנים של נזק קטן יותר מתפוגגים בסופו של דבר.

בהתחשב בהטבות הללו, אין זה פלא שמדענים ניסו לשחזר עור במעבדה. עור מלאכותי יכול, למשל, כיסוי רובוטים או תותבות כדי לתת להם את היכולת "לחוש" טמפרטורה, לגעת, או אפילו לרפא כאשר ניזוק.

זה יכול להיות גם מציל חיים. לכוחות הריפוי העצמי של העור יש גבולות. אנשים הסובלים מכוויות קשות זקוקים לרוב להשתלת עור שנלקחה מאיבר אחר בגוף. אמנם יעיל, ההליך כואב ומגביר את הסיכויים לזיהום. במקרים מסוימים, ייתכן שלא יישאר מספיק עור לא פגום. דילמה דומה רודפת חיילים שנפצעו בקרב או כאלה עם הפרעות עור תורשתיות.

לשחזר את כל כוחות העל של העור זה קשה, בלשון המעטה. אבל בשבוע שעבר, צוות מאוניברסיטת ווייק פורסט עשה צעד גדול לעבר עור מלאכותי שמרפא פצעים גדולים כאשר הוא מושתל בעכברים ובחזירים.

הצוות השתמש בשישה סוגי תאי עור אנושיים שונים כ"דיו" כדי להדפיס עור מלאכותי תלת-שכבתי. שלא כמו איטרציות קודמות, עור מלאכותי זה מחקה מקרוב את מבנה העור האנושי.

במחקרי הוכחת מושג, הצוות השתיל את העור בעכברים וחזירים עם פציעות עור. שתלי העור נקשו במהירות לתוך כלי הדם מהעור שמסביב, והשתלבו במארח. הם גם עזרו לעצב קולגן - חלבון חיוני לריפוי פצעים ולהפחתת צלקות - למבנה הדומה לעור טבעי.

"תוצאות אלו מראות כי יצירת עור ביו-הנדסי אנושי בעובי מלא אפשרי, ומעודדת ריפוי מהיר יותר ותוצאות טבעיות יותר." אמר מחבר המחקר ד"ר אנתוני אטלה.

רגע... מה זה עור בעובי מלא?

לעתים קרובות אנו מדמיינים את העור כסדין מותאם העוטף את הגוף. אבל מתחת למיקרוסקופ, זו יצירת מופת מורכבת של ביו-ארכיטקטורה.

או שאני אוהב לחשוב על זה כעל עוגה תלת-שכבתית.

לכל שכבה יש סוגי תאים שונים המותאמים לתפקודים הייחודיים שלהם. השכבה העליונה היא האפוטרופוס. קשר ישיר לעולם החיצון, יש לו סוגי תאים שיכולים לסבול אור UV, מזג אוויר צחיח וחיידקים מזיקים. הוא מכיל גם תאים המייצרים פיגמנטציה. תאים אלה נשירים ללא הרף כאשר ניזוקים ומוחלפים כדי לשמור על המחסום חזק.

השכבה האמצעית היא הגשר. כאן, כלי דם וסיבי עצב מחברים את העור לשאר הגוף. השכבה הזו עמוסה בתאים שמייצרים שיער גוף, זיעה ושמני סיכה - חבל על כל מי שנוטה לאקנה. כשכבה הרחבה ביותר, היא מוחזקת בחוזקה על ידי קולגן, מה שנותן לעור את הגמישות והחוזק שלו.

לבסוף, שכבת העור העמוקה ביותר היא "המעיל הנפוח". שכבה זו עשויה בעיקר מתאי קולגן ותאי שומן, היא בולם זעזועים המגן על העור מפני פציעות ומסייע בשמירה על חום הגוף.

ליצור מחדש את כל המבנים והפונקציות הללו הוא קשה להפליא. הפתרון של אטלה? תלת ממד הדפסת ביו.

עור במשחק

אטאלה אינה זרה להדפסה ביולוגית.

בשנת 2016, הצוות שלו פיתח א מדפסת רקמות-איברים שיכול להדפיס רקמות גדולות מכל צורה. בעזרת נתונים קליניים, הצוות הכין מודלים ממוחשבים כדי להנחות את המדפסת בעת הדפסת מבני עצם ושרירים שונים. כמה שנים לאחר מכן, הם הנדסו מדפסת ביולוגית לעור שהשתמשו בשני סוגי תאים - מהשכבה העליונה או האמצעית - כדי להדביק ישירות עור פצוע. למרות שהעור יכול לסגור פצעים גדולים, הוא תפס רק חלק מהמורכבות של העור הטבעי.

המחקר החדש השתמש בשישה סוגים של תאים אנושיים בתור ביו-דיו, שיצר מחדש את ארכיטקטורת העור שלנו מלמעלה למטה. כדי לייצר את העור המלאכותי, הצוות השתמש תוכנת מחשב לכוון את מיקום התאים בכל שכבה. נקראת הדפסת 3D-extrusion, הטכנולוגיה משתמשת בלחץ אוויר כדי להדפיס רקמות מתוחכמות מאוד מתוך זרבובית. זה נשמע מסובך, אבל זה קצת כמו לסחוט ציפוי בצבעים שונים כדי לקשט עוגה.

כצעד ראשון, הצוות השעה תאים בהידרוג'ל העשוי בעיקרו חלבון המופרש בכבד. בניגוד לחומרים סינתטיים, הבסיס המיוצר על ידי הגוף מגביר את התאימות הביולוגית. לאחר מכן, הצוות הדפיס השתלת עור תלת מימדית, שכבה אחר שכבה, במידות של אינץ' מכל צד - קצת יותר גדול מקוביית סוכר.

העור המודפס ביולוגי שמר על שלוש שכבותיו לפחות 52 ימים במעבדה ופיתח אזורים עם פיגמנטציה ונשירה רגילה.

לאחר מכן, מעודדים, הצוות בדק את העור המלאכותי בעכברים. כל הפצעים שטופלו בהשתלות העור המלאכותיות נרפאו לחלוטין תוך שבועיים, בניגוד לאלו שטופלו בהידרוג'ל בלבד או נותנים לפצע להחלים באופן טבעי.

העור המלאכותי היה טוב במיוחד בבניית שכבת ההגנה העליונה של העור, ויצר מבנים שדומים לריפוי טבעי. הוא גם ייצר קולגן, וחשוב מכך - ארג אותו למבנה דמוי סל נצרים הדומה לעור אנושי.

העור שהודפס ביולוגי גייס עוד יותר את תאי כלי הדם של העכברים עצמם, ויצר רשת של כלי דם קטנים בתוך השתל. באמצעות כתם כדי לעקוב אחר חלבונים אנושיים בשתל, הצוות מצא את התאים המושתלים משולבים עם המארח שלהם בשכבה האמצעית של העור.

חורק על ידי?

לעכברים יש עור דק יותר מבני אדם. עורות חזירים, לעומת זאת, קרובים יותר לשלנו. בבדיקה שנייה, הצוות הגדיל את הטכנולוגיה להשתלה בחזירים. כאן, הם קטפו ארבעה סוגי תאים מחזירים דרך ביופסיות - כולל כמה שמרכיבים את השכבה החיצונית של העור, קולגן, כלי דם ורקמת שומן - וגידלו אותם בתוך ביו-ריאקטור במשך 28 ימים.

כמה אצוות נכשלו. עם זאת, בממוצע, החליטה יצרה מספיק תאים כדי להכפיל את גודל השתל הראשוני לכיסוי גדול יותר. כתם העור המלאכותי שהתקבל היה בערך בגודל הפנים של קוביית רוביק והתאים לעובי עור החזיר.

כמו התוצאות בעכברים, השתלים סגרו במהירות פצעים גדולים ללא אפקט ה"כימום" הרגיל - שבו העור מתכווץ כמו ענב לצימוק - מה שמוביל לצלקות.

הצוות הגיע למסקנה שסביר להניח כי השתל הגביר את הגנים האחראים לריפוי פצעים, כאשר חלקם מווסתים גם תגובות חיסוניות שעוזרות להצמיח כלי דם חדשים ולהפחית צלקות.

העור המלאכותי מבטיח אך עדיין בחיתוליו. כשהושתל על חזירים, הוא לא יצר פיגמנטציה בצורה מהימנה, מה שעלול להטריד את אלה עם גווני עור כהים יותר. השתלים גם לא ייצרו שיער גוף, למרות שהם הכילו מבנים לצמיחתו בדיו הביולוגי. למרות שזה אולי לא הכי גרוע (לא להתגלח יותר!), התוצאות מראות שיש עדיין הרבה מה ללמוד.

לאטלה, המאמץ שווה את זה. "ריפוי עור מקיף הוא אתגר קליני משמעותי, המשפיע על מיליוני אנשים ברחבי העולם, עם אפשרויות מוגבלות", אמר. המחקר מציע שהדפסת עור בקנה מידה מלא אפשרי לטיפול בפצעים הרסניים בבני אדם.

קרדיט תמונה: תא עור רגיל מתחת למיקרוסקופ. טורסטן ויטמן, אוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו (דרך NIH/Flickr)