Bioprintad hud läker sår hos grisar med minimala ärrbildningar — Människor är nästa

Bioprintad hud läker sår hos grisar med minimala ärrbildningar — Människor är nästa

Tidsstämpel: 9 oktober 2023 2:21
Bioprintad hud läker sår hos grisar med minimala ärrbildningar – människor är nästa PlatoBlockchain-dataintelligens. Vertikal sökning. Ai.

Vår hud är ett naturligt under av bioteknik.

Det största organet i kroppen, det är ett vattentätt försvarssystem som skyddar mot infektioner. Den är fullproppad med svettkörtlar som håller oss svala i skyhöga temperaturer. Det kan ta hårt på sig – solbränna, repor och repor, stänk av matolja och andra olyckor i det dagliga livet – men det återskapas snabbt. Visst, det kan finnas bestående ärr, men tecken på mindre skada försvinner så småningom.

Med tanke på dessa förmåner är det inte konstigt att forskare har försökt att återskapa hud i labbet. Konstgjord hud kan t.ex. täckrobotar eller proteser för att ge dem förmågan att "känna" temperatur, röra eller till och med läka när de skadas.

Det kan också vara en livräddare. Hudens självläkande krafter har gränser. Människor som lider av svåra brännskador behöver ofta en hudtransplantation som tas från en annan kroppsdel. Även om det är effektivt, är proceduren smärtsam och ökar risken för infektion. I vissa fall kanske det inte finns tillräckligt med oskadad hud kvar. Ett liknande dilemma förföljer soldater som skadats i strid eller de med ärftliga hudsjukdomar.

Att återskapa hudens alla superkrafter är minst sagt tufft. Men förra veckan, ett team från Wake Forest University tog ett stort steg mot konstgjord hud som läker stora sår när de transplanteras till möss och grisar.

Teamet använde sex olika mänskliga hudcelltyper som "bläck" för att skriva ut trelagers artificiell hud. Till skillnad från tidigare iterationer, efterliknar denna konstgjorda hud strukturen hos mänsklig hud.

I proof-of-concept-studier transplanterade teamet huden till möss och grisar med hudskador. Hudtransplantaten knackade snabbt in i blodkärlen från omgivande hud och integrerades i värden. De hjälpte också till att forma kollagen - ett protein som är viktigt för att läka sår och minska ärrbildning - till en struktur som liknar naturlig hud.

"Dessa resultat visar att det är möjligt att skapa full tjock human biokonstruerad hud och främjar snabbare läkning och mer naturligt framträdande resultat." sade studieförfattaren Dr Anthony Atala.

Vänta...Vad är hud med full tjocklek?

Vi föreställer oss ofta huden som ett täcken som sveper runt kroppen. Men under mikroskopet är det ett intrikat mästerverk av bioarkitektur.

Eller jag tycker om att tänka på det som en tårta i tre lager.

Varje lager har olika celltyper skräddarsydda för deras distinkta funktioner. Det översta lagret är väktaren. En direkt koppling till omvärlden, den har celltyper som tål UV-ljus, torrt väder och skadliga bakterier. Det rymmer också celler som producerar pigmentering. Dessa celler fälls kontinuerligt när de skadas och byts ut för att hålla barriären stark.

Mellanskiktet är bron. Här förbinder blodkärl och nervfibrer huden med resten av kroppen. Detta lager är packat med celler som producerar kroppsbehåring, svett och smörjande oljor - en förödelse för alla som är benägna att få akne. Som det bredaste lagret hålls det tätt ihop av kollagen, vilket ger huden dess flexibilitet och styrka.

Slutligen är det djupaste hudlagret den "pösiga pälsen". Detta lager är huvudsakligen tillverkat av kollagen och fettceller och är en stötdämpare som skyddar huden från skador och hjälper till att upprätthålla kroppsvärmen.

Att återskapa alla dessa strukturer och funktioner är otroligt svårt. Atalas lösning? Tredimensionell bioprinting.

Hud i spelet

Atala är inte främmande för bioprinting.

Under 2016 utvecklade hans team en vävnadsorgan skrivare som kan skriva ut stora vävnader av vilken form som helst. Med hjälp av kliniska data gjorde teamet datormodeller för att vägleda skrivaren vid utskrift av olika benstrukturer och muskler. Några år senare konstruerade de en hudbioprinter som använde två celltyper - från antingen det översta eller mellanskiktet - för att direkt lappa skadad hud. Även om huden kunde stänga stora sår, fångade den bara en del av den naturliga hudens komplexitet.

Den nya studien använde sex typer av mänskliga celler som biobläck, vilket återskapade vår huds arkitektur från topp till botten. För att tillverka den konstgjorda huden använde teamet datorprogramvara för att styra placeringen av celler i varje lager. Kallas 3D-extrudering utskrift, använder tekniken lufttryck för att skriva ut mycket sofistikerade vävnader ur ett munstycke. Det låter komplicerat, men det är lite som att krama ur glasyr i olika färger för att dekorera en tårta.

Som ett första steg suspenderade teamet celler i en hydrogel gjord främst av ett leverutsöndrat protein. Till skillnad från syntetiska material ökar denna kroppsproducerade bas biokompatibiliteten. Teamet skrev sedan ut ett 3D-hudtransplantat, lager för lager, som mätte en tum på varje sida - lite större än en sockerbit.

Den bioprintade huden behöll sina tre lager i minst 52 dagar i labbet och utvecklade områden med pigmentering och normal avfall.

Uppmuntrat testade teamet sedan den konstgjorda huden på möss. Alla sår som behandlats med de konstgjorda hudtransplantaten läkte helt på två veckor, till skillnad från de som endast behandlades med hydrogelen eller lät såret läka naturligt.

Den konstgjorda huden var särskilt bra på att bygga upp hudens övre skyddande lager och bilda strukturer som liknade naturlig läkning. Det producerade också kollagen, och - ännu viktigare - vävde det till en flätad korgliknande struktur som liknar mänsklig hud.

Den bioprintade huden rekryterade vidare mössens egna blodkärlsceller, vilket genererade ett nätverk av små kärl inuti transplantatet. Med hjälp av en färg för att spåra mänskliga proteiner i transplantatet fann teamet de transplanterade cellerna integrerade med sin värd i det mellersta lagret av huden.

Piper förbi?

Möss har tunnare hud än människor. Grisskinn däremot är närmare vårt. I ett andra test skalade teamet upp tekniken för transplantation i grisar. Här skördade de fyra typer av celler från grisar genom biopsier – inklusive några som utgör hudens yttre lager, kollagen, blodkärl och fettvävnad – och odlade dem i en bioreaktor i 28 dagar.

Vissa batcher misslyckades. I genomsnitt genererade dock brygget tillräckligt med celler för att fördubbla storleken på det initiala transplantatet för större täckning. Det resulterande konstgjorda hudplåstret var ungefär lika stort som ansiktet på en Rubiks kub och matchade tjockleken på grisens hud.

Liksom resultaten hos möss, stängde transplantaten snabbt stora sår utan den vanliga "rynkande" effekten - där huden drar ihop sig som en druva till ett russin - vilket leder till ärrbildning.

Teamet drog slutsatsen att detta sannolikt beror på att transplantatet förstärkte generna som är ansvariga för sårläkning, med några som också reglerar immunsvar som hjälper till att växa nya blodkärl och minska ärrbildning.

Den konstgjorda huden är lovande men fortfarande i sin linda. När den ympades på grisar producerade den inte tillförlitligt pigmentering, vilket kan vara bekymmersamt för dem med mörkare hudtoner. Transplantaten producerade inte heller kroppshår, även om de innehöll strukturer för dess tillväxt i biobläcket. Även om det kanske inte är det värsta (ingen mer rakning!), tyder resultaten på att det fortfarande finns mycket att lära.

För Atala är ansträngningen värt det. "Omfattande hudläkning är en betydande klinisk utmaning som påverkar miljontals individer över hela världen, med begränsade alternativ," sa han. Studien tyder på att det är möjligt att skriva ut fullskalig hud för att behandla förödande sår hos människor.

Bildkredit: En normal hudcell under mikroskopet. Torsten Wittmann, University of California, San Francisco (via NIH/Flickr)

Tidsstämpel:

Mer från Singularity Hub