Biogeprinte huid geneest wonden bij varkens met minimale littekens – de mens is de volgende

Onze huid is een natuurlijk wonder van bio-engineering.

Het is het grootste orgaan in het lichaam en is een waterdicht afweersysteem dat beschermt tegen infecties. Het zit boordevol zweetklieren die ons koel houden bij hoge temperaturen. Het kan tegen een stootje – zonnebrand, krassen en schrammen, spatten van bakolie en andere ongelukken in het dagelijks leven – maar herstelt zich snel. Natuurlijk kunnen er blijvende littekens zijn, maar tekenen van kleinere schade vervagen uiteindelijk.

Gezien deze voordelen is het geen wonder dat wetenschappers hebben geprobeerd de huid in het laboratorium na te bootsen. Kunsthuid kan bijvoorbeeld robots bedekken of protheses om ze de mogelijkheid te geven om temperatuur te ‘voelen’, aan te raken of zelfs te genezen als ze beschadigd zijn.

Het kan ook een redder in nood zijn. Het zelfgenezend vermogen van de huid kent grenzen. Mensen die last hebben van ernstige brandwonden hebben vaak een huidtransplantatie van een ander lichaamsdeel nodig. Hoewel effectief, is de procedure pijnlijk en vergroot de kans op infectie. In sommige gevallen is er mogelijk niet voldoende onbeschadigde huid over. Een soortgelijk dilemma achtervolgt soldaten die gewond zijn geraakt in de strijd of mensen met erfelijke huidaandoeningen.

Het opnieuw creëren van alle superkrachten van de huid is op zijn zachtst gezegd moeilijk. Maar vorige week, een team van Wake Forest University heeft een grote stap gezet in de richting van een kunstmatige huid die grote wonden geneest bij transplantatie in muizen en varkens.

Het team gebruikte zes verschillende soorten menselijke huidcellen als ‘inkt’ om een ​​drielaagse kunstmatige huid af te drukken. In tegenstelling tot eerdere versies bootst deze kunstmatige huid de structuur van de menselijke huid nauw na.

In proof-of-concept-studies transplanteerde het team de huid bij muizen en varkens met huidletsels. De huidtransplantaten maakten snel verbinding met de bloedvaten van de omliggende huid en integreerden zich in de gastheer. Ze hielpen ook collageen – een eiwit dat essentieel is voor het genezen van wonden en het verminderen van littekens – te vormen tot een structuur die lijkt op de natuurlijke huid.

“Deze resultaten laten zien dat het creëren van een menselijke bio-engineered huid over de volledige dikte mogelijk is, en een snellere genezing en natuurlijker ogende resultaten bevordert,” zei studieauteur Dr. Anthony Atala.

Wacht...Wat is een volledige huiddikte?

Vaak stellen wij ons de huid voor als een hoeslaken dat zich om het lichaam wikkelt. Maar onder de microscoop is het een ingewikkeld meesterwerk van bio-architectuur.

Of ik beschouw het graag als een drielaagse cake.

Elke laag heeft verschillende celtypen die zijn afgestemd op hun onderscheidende functies. De bovenste laag is de bewaker. Het is een directe link met de buitenwereld en heeft celtypen die UV-licht, droog weer en schadelijke bacteriën kunnen verdragen. Het herbergt ook cellen die pigmentatie produceren. Deze cellen werpen voortdurend af als ze beschadigd zijn en worden vervangen om de barrière sterk te houden.

De middelste laag is de brug. Hier verbinden bloedvaten en zenuwvezels de huid met de rest van het lichaam. Deze laag zit boordevol cellen die lichaamshaar, zweet en smeerolie produceren – de vloek van iedereen die vatbaar is voor acne. Als breedste laag wordt het stevig bij elkaar gehouden door collageen, wat de huid haar flexibiliteit en kracht geeft.

Ten slotte is de diepste huidlaag de ‘gezwollen vacht’. Deze laag bestaat voornamelijk uit collageen- en vetcellen en is een schokdemper die de huid beschermt tegen verwondingen en helpt de lichaamswarmte vast te houden.

Het opnieuw creëren van al deze structuren en functies is ongelooflijk moeilijk. Atala's oplossing? Driedimensionaal bioprinting.

Huid in het spel

Atala is geen onbekende op het gebied van bioprinten.

In 2016 ontwikkelde zijn team een weefsel-orgaanprinter die grote weefsels van elke vorm kan printen. Met behulp van klinische gegevens maakte het team computermodellen om de printer te begeleiden bij het afdrukken van verschillende botstructuren en spieren. Een paar jaar later gingen ze aan de slag een huidbioprinter die twee celtypen gebruikten – van de bovenste of middelste laag – om de gewonde huid direct te herstellen. Hoewel de huid grote wonden kon sluiten, kon deze slechts een deel van de natuurlijke complexiteit van de huid vastleggen.

De nieuwe studie gebruikte zes soorten menselijke cellen als bio-inkt, waardoor de architectuur van onze huid van top tot teen werd nagebootst. Om de kunstmatige huid te vervaardigen, gebruikte het team computersoftware om de plaatsing van cellen in elke laag te sturen. 3D-extrusieprinten genoemdgebruikt de technologie luchtdruk om zeer geavanceerde weefsels uit een mondstuk te printen. Het klinkt ingewikkeld, maar het lijkt een beetje op het uitknijpen van glazuur in verschillende kleuren om een ​​taart te versieren.

Als eerste stap heeft het team cellen opgehangen in een hydrogel die voornamelijk uit een door de lever uitgescheiden eiwit. In tegenstelling tot synthetische materialen verhoogt deze door het lichaam geproduceerde basis de biocompatibiliteit. Vervolgens printte het team een ​​3D-huidtransplantaat, laag voor laag, met een afmeting van XNUMX cm aan elke kant, iets groter dan een suikerklontje.

De biogeprinte huid behield zijn drie lagen gedurende minstens 52 dagen in het laboratorium en ontwikkelde gebieden met pigmentatie en normale vervelling.

Aangemoedigd testte het team vervolgens de kunstmatige huid bij muizen. Alle wonden behandeld met de kunstmatige huidtransplantaties genezen volledig in twee weken, in tegenstelling tot de wonden die alleen met de hydrogel zijn behandeld of de wond op natuurlijke wijze hebben laten genezen.

De kunsthuid was vooral goed in het opbouwen van de bovenste beschermlaag van de huid en vormde structuren die leken op natuurlijke genezing. Het produceerde ook collageen en – nog belangrijker – weefde het tot een rieten mandachtige structuur die lijkt op de menselijke huid.

De biogeprinte huid rekruteerde verder de eigen bloedvatcellen van de muis, waardoor een netwerk van kleine bloedvaten in het transplantaat ontstond. Met behulp van een vlek om menselijke eiwitten in het transplantaat te volgen, ontdekte het team dat de getransplanteerde cellen geïntegreerd waren met hun gastheer in de middelste laag van de huid.

Door piepen?

Muizen hebben een dunnere huid dan mensen. Varkenshuiden daarentegen liggen dichter bij de onze. In een tweede test schaalde het team de technologie voor transplantatie bij varkens op. Hier verzamelden ze via biopsieën vier soorten cellen van varkens – waaronder enkele die de buitenste laag van de huid, collageen, bloedvaten en vetweefsel vormen – en lieten ze deze gedurende 28 dagen in een bioreactor groeien.

Sommige batches zijn mislukt. Gemiddeld genereerde het brouwsel echter voldoende cellen om de grootte van het oorspronkelijke transplantaat te verdubbelen, voor een grotere dekking. De resulterende kunstmatige huidpleister was ongeveer zo groot als de voorkant van een Rubiks kubus en kwam overeen met de dikte van de varkenshuid.

Net als bij muizen sloten de transplantaten snel grote wonden zonder het gebruikelijke ‘rimpelende’ effect – waarbij de huid samentrekt als een druif tot een rozijn – wat tot littekens leidt.

Het team concludeerde dat dit waarschijnlijk komt doordat de getransplanteerde genen die verantwoordelijk zijn voor wondgenezing worden versterkt, waarbij sommige ook de immuunreacties reguleren die helpen nieuwe bloedvaten te laten groeien en littekens te verminderen.

De kunsthuid is veelbelovend, maar staat nog in de kinderschoenen. Toen het op varkens werd geënt, produceerde het niet op betrouwbare wijze pigmentatie, wat verontrustend zou kunnen zijn voor mensen met een donkere huidskleur. De transplantaten produceerden ook geen lichaamshaar, hoewel ze structuren bevatten voor de groei ervan in de bio-inkt. Hoewel dit misschien niet het ergste is (niet meer scheren!), suggereren de resultaten dat er nog veel te leren valt.

Voor Atala is de inspanning de moeite waard. “Alomvattende huidgenezing is een aanzienlijke klinische uitdaging, die miljoenen mensen wereldwijd treft, met beperkte opties”, zei hij. De studie suggereert dat het printen van volledige huid mogelijk is voor de behandeling van verwoestende wonden bij mensen.

Image Credit: Een normale huidcel onder de microscoop. Torsten Wittmann, Universiteit van Californië, San Francisco (via NIH/Flickr)

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/10/09/bioprinted-skin-heals-wounds-in-pigs-with-minimal-scarring-humans-are-next/