Da in sinh học chữa lành vết thương ở lợn với ít sẹo nhất – Tiếp theo là con người

Da in sinh học chữa lành vết thương ở lợn với ít sẹo nhất – Tiếp theo là con người

Dấu thời gian: 9:2023 chiều ngày 2 tháng 21 năm XNUMX
Da in sinh học chữa lành vết thương ở lợn với ít sẹo nhất—Con người là trí tuệ dữ liệu chuỗi khối tiếp theo của Plato. Tìm kiếm dọc. Ái.

Da của chúng ta là một kỳ quan tự nhiên của công nghệ sinh học.

Cơ quan lớn nhất trong cơ thể, đó là một hệ thống phòng thủ không thấm nước để bảo vệ khỏi nhiễm trùng. Nó chứa đầy các tuyến mồ hôi giúp chúng ta mát mẻ khi nhiệt độ tăng cao. Nó có thể bị tổn thương nghiêm trọng—cháy nắng, trầy xước, vết dầu ăn và các tai nạn khác trong cuộc sống hàng ngày—nhưng sẽ nhanh chóng phục hồi. Chắc chắn, có thể có những vết sẹo lâu dài, nhưng những dấu hiệu tổn thương ít hơn cuối cùng sẽ biến mất.

Với những đặc quyền này, không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học đã thử tái tạo làn da trong phòng thí nghiệm. Da nhân tạo có thể, ví dụ, robot che chắn hoặc chân tay giả để giúp họ có khả năng “cảm nhận” nhiệt độ, chạm vào hoặc thậm chí chữa lành khi bị tổn thương.

Nó cũng có thể là một cứu cánh. Khả năng tự phục hồi của da có giới hạn. Những người bị bỏng nặng thường cần được ghép da lấy từ một bộ phận cơ thể khác. Mặc dù hiệu quả nhưng thủ thuật này gây đau đớn và làm tăng nguy cơ nhiễm trùng. Trong một số trường hợp, có thể không còn đủ da nguyên vẹn. Tình trạng tiến thoái lưỡng nan tương tự ám ảnh những người lính bị thương trong trận chiến hoặc những người mắc chứng rối loạn da di truyền.

Ít nhất, việc tái tạo tất cả các siêu năng lực của làn da là điều khó khăn. Nhưng tuần trước, một nhóm từ Đại học Wake Forest đã có một bước tiến lớn hướng tới da nhân tạo có khả năng chữa lành vết thương lớn khi cấy vào chuột và lợn.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng sáu loại tế bào da người khác nhau làm “mực” để in ra da nhân tạo ba lớp. Không giống như những lần lặp lại trước, làn da nhân tạo này mô phỏng gần giống cấu trúc của da người.

Trong các nghiên cứu chứng minh khái niệm, nhóm nghiên cứu đã cấy ghép da vào chuột và lợn bị tổn thương ở da. Các mảnh da ghép nhanh chóng tiếp cận các mạch máu từ vùng da xung quanh, tích hợp vào vật chủ. Chúng cũng giúp định hình collagen – một loại protein cần thiết để chữa lành vết thương và giảm sẹo – thành một cấu trúc tương tự như da tự nhiên.

“Những kết quả này cho thấy rằng việc tạo ra làn da công nghệ sinh học có độ dày đầy đủ của con người là có thể thực hiện được, đồng thời thúc đẩy quá trình lành vết thương nhanh hơn và kết quả xuất hiện tự nhiên hơn,” nói tác giả nghiên cứu Tiến sĩ Anthony Atala.

Đợi đã…Da dày toàn bộ là gì?

Chúng ta thường hình dung làn da như một tấm vải vừa khít bao bọc quanh cơ thể. Nhưng dưới kính hiển vi, nó là một kiệt tác phức tạp của kiến ​​trúc sinh học.

Hoặc tôi thích nghĩ nó như một chiếc bánh ba lớp.

Mỗi lớp có các loại tế bào khác nhau phù hợp với chức năng đặc biệt của chúng. Lớp trên cùng là người giám hộ. Là mối liên kết trực tiếp với thế giới bên ngoài, nó có các loại tế bào có thể chịu được tia UV, thời tiết khô cằn và vi khuẩn có hại. Nó cũng chứa các tế bào tạo ra sắc tố. Những tế bào này liên tục bong ra khi bị hư hỏng và được thay thế để giữ cho hàng rào vững chắc.

Lớp giữa là cây cầu. Tại đây, các mạch máu và sợi thần kinh kết nối da với phần còn lại của cơ thể. Lớp này chứa nhiều tế bào sản sinh ra lông trên cơ thể, mồ hôi và dầu bôi trơn - nỗi ám ảnh của những ai dễ bị mụn trứng cá. Là lớp rộng nhất, nó được giữ chặt với nhau bằng collagen, mang lại cho làn da sự linh hoạt và chắc khỏe.

Cuối cùng, lớp da sâu nhất là “lớp áo phồng”. Được làm chủ yếu từ collagen và tế bào mỡ, lớp này là chất hấp thụ sốc giúp bảo vệ da khỏi bị thương và giúp duy trì nhiệt độ cơ thể.

Việc tái tạo tất cả các cấu trúc và chức năng này là vô cùng khó khăn. Giải pháp của Atala? ba chiều in sinh học.

Skin trong trò chơi

Atala không còn xa lạ với công nghệ in sinh học.

Vào năm 2016, nhóm của ông đã phát triển một máy in mô-cơ quan có thể in các mô lớn với bất kỳ hình dạng nào. Sử dụng dữ liệu lâm sàng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các mô hình máy tính để hướng dẫn máy in khi in các cấu trúc xương và cơ khác nhau. Vài năm sau, họ đã thiết kế máy in sinh học da sử dụng hai loại tế bào—từ lớp trên cùng hoặc lớp giữa—để vá trực tiếp vùng da bị thương. Mặc dù da có thể đóng các vết thương lớn nhưng nó chỉ thể hiện được một phần tính phức tạp của da tự nhiên.

Nghiên cứu mới đã sử dụng sáu loại tế bào của con người làm mực sinh học, tái tạo cấu trúc da của chúng ta từ trên xuống dưới. Để sản xuất da nhân tạo, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm máy tính để chỉ đạo việc sắp xếp các ô trong mỗi lớp. Được gọi là in đùn 3D, công nghệ này sử dụng áp suất không khí để in các mô có độ phức tạp cao từ vòi phun. Nghe có vẻ phức tạp nhưng nó hơi giống việc ép kem có nhiều màu sắc khác nhau để trang trí một chiếc bánh.

Bước đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã lơ lửng các tế bào trong hydrogel được làm chủ yếu từ protein do gan tiết ra. Không giống như vật liệu tổng hợp, chất nền do cơ thể sản xuất này làm tăng khả năng tương thích sinh học. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã in một mảnh da ghép 3D, từng lớp, mỗi cạnh có kích thước XNUMX inch – lớn hơn một viên đường một chút.

Da được in sinh học duy trì ba lớp trong ít nhất 52 ngày trong phòng thí nghiệm và phát triển các vùng có sắc tố và bong tróc bình thường.

Được khích lệ, nhóm tiếp theo đã thử nghiệm da nhân tạo ở chuột. Tất cả các vết thương được điều trị bằng ghép da nhân tạo sẽ lành hoàn toàn trong hai tuần, trái ngược với những vết thương chỉ được điều trị bằng hydrogel hoặc để vết thương lành tự nhiên.

Da nhân tạo đặc biệt tốt trong việc xây dựng lớp bảo vệ phía trên của da, hình thành các cấu trúc giống như quá trình chữa lành tự nhiên. Nó cũng sản xuất collagen và – quan trọng hơn – dệt nó thành một cấu trúc giống như chiếc giỏ đan bằng liễu gai tương tự như da người.

Da in sinh học tiếp tục tuyển dụng các tế bào mạch máu của chuột, tạo ra một mạng lưới các mạch nhỏ bên trong mảnh ghép. Sử dụng chất nhuộm để theo dõi protein của con người trong mảnh ghép, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các tế bào được cấy ghép tích hợp với vật chủ của chúng ở lớp giữa của da.

Kêu bằng?

Chuột có làn da mỏng hơn con người. Ngược lại, da lợn gần với da của chúng ta hơn. Trong thử nghiệm thứ hai, nhóm nghiên cứu đã mở rộng quy mô công nghệ cấy ghép ở lợn. Tại đây, họ thu hoạch bốn loại tế bào từ lợn thông qua sinh thiết – bao gồm một số tế bào tạo nên lớp ngoài của da, collagen, mạch máu và mô mỡ – rồi nuôi chúng bên trong lò phản ứng sinh học trong 28 ngày.

Một số đợt không thành công. Tuy nhiên, trung bình, quá trình pha tạo ra đủ tế bào để tăng gấp đôi kích thước của mảnh ghép ban đầu để có độ bao phủ lớn hơn. Miếng da nhân tạo thu được có kích thước gần bằng mặt khối Rubik và có độ dày tương đương với da lợn.

Giống như kết quả ở chuột, các mảnh ghép nhanh chóng đóng kín các vết thương lớn mà không có hiệu ứng “nhăn nheo” thông thường—khi da co lại như quả nho với nho khô—dẫn đến sẹo.

Nhóm nghiên cứu kết luận điều này có thể là do các gen ghép đã khuếch đại chịu trách nhiệm chữa lành vết thương, đồng thời một số gen điều chỉnh các phản ứng miễn dịch giúp phát triển các mạch máu mới và giảm sẹo.

Da nhân tạo có nhiều hứa hẹn nhưng vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Khi được ghép vào lợn, nó không tạo ra sắc tố một cách đáng tin cậy, điều này có thể gây rắc rối cho những người có tông màu da sẫm hơn. Các mảnh ghép cũng không tạo ra lông trên cơ thể, mặc dù chúng chứa các cấu trúc giúp lông phát triển trong mực sinh học. Mặc dù đây có thể không phải là điều tồi tệ nhất (không cần cạo râu nữa!), nhưng kết quả cho thấy vẫn còn nhiều điều phải học hỏi.

Đối với Atala, nỗ lực đó là xứng đáng. Ông nói: “Việc chữa lành da toàn diện là một thách thức lâm sàng quan trọng, ảnh hưởng đến hàng triệu người trên toàn thế giới với những lựa chọn hạn chế. Nghiên cứu cho thấy việc in da toàn diện có thể giúp điều trị những vết thương nghiêm trọng ở người.

Tín dụng hình ảnh: Một tế bào da bình thường dưới kính hiển vi. Torsten Wittmann, Đại học California, San Francisco (thông qua NIH/Flickr)

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt