راندولف شرمن، مدیر جراحی پلاستیک در مرکز پزشکی Cedars-Sinai، قبلا بیماران سوختگی شدید را برای سازمان غیرانتفاعی Operation Smile معالجه می کرد. حتی اگر این بیماران از پیوندهای معمولی پوست بهبود پیدا کنند، ممکن است عملکرد خود را از دست بدهند. برخی نمی توانستند گردن خود را زیاد حرکت دهند یا چشم یا دهان خود را به درستی باز و بسته کنند.
شرمن که در مطالعه جدید شرکت نداشت، خوشبین است که رویکرد جدید به عموم مردم برسد و این حوزه از علم پزشکی را متحول کند. او می گوید این ساختار پوستی می تواند برای درمان هر چیزی از زخم دیابت گرفته تا زخم بستر تا گاز گرفتن سگ و سوختگی های شدید مفید باشد. او می‌گوید: «کارایی بهتر، پذیرش بهتر، عملکرد بهتر و ظاهر بهتر، چهار جنبه بالقوه تحول‌بخش یک محصول جدید هستند.
مهندسی زیستی پوست یک اندام دشوار است زیرا از انواع مختلفی از سلول ها تشکیل شده است که اشکال پیچیده ای را تشکیل می دهند و خواص مکانیکی آن در قسمت های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال، پوست پشت شما از نظر شکل و عملکرد با پوست صورت یا پوست دست شما متفاوت است.
پوست مانند یک ورقه پلاستیکی نیست که روی بدن کشیده شده باشد. پوست یک اندام کاربردی است که کارهای زیادی انجام می دهد. پوست دمای بدن را تنظیم می کند و به حفظ آب بدن کمک می کند. همچنین پایانه های عصبی در پوست رابط ما با دنیای بیرون هستند و گرما، سرما، تندی و کندی را احساس می کنند.
در دهه گذشته، مهندسان زیستی برای ایجاد پیچیدگی‌های توصیف شده در بافت‌های آزمایشگاهی گام‌های بزرگی برداشته‌اند. به عنوان مثال، آنها سلول ها را با پیش سازهای لازم برای فولیکول های مو و عروق خونی کشت دادند. اما آباجی نمی توانست چیزی را نادیده بگیرد که احساس می کرد به طور قابل توجهی نادیده گرفته شده است: هندسه پوست.
پوست تمام گوشه و کنار بدن ما را می پوشاند و آباجی متوجه شد که این مهندسی به ایجاد یکپارچگی ساختاری آن کمک می کند. یک صفحه تخت نمی تواند این کار را انجام دهد. او می گوید: «به عنوان یک مهندس، این موضوع مرا آزار می داد.
تیم او آزمایش خود را با رشد پوست به شکل استوانه ای ساده آغاز کرد. آنها از اسکن سه بعدی یا مدل سازی دیجیتال برای چاپ یک داربست پلاستیکی قابل نفوذ برای سلول های دو لایه پوست، درم (داخلی) و اپیدرم (خارجی) استفاده کردند.
پاپالاردو فیبروبلاست ها (سلول های پوستی) را با کلاژن در اطراف داربست قالب گیری کرد. پس از بلوغ لایه به مدت دو هفته، کراتینوسیت ها، سلول های موجود در اپیدرم را اضافه کرد. سپس این ترکیب به مدت یک هفته در معرض هوا و از طرف دیگر در معرض هوا قرار گرفت. آباجی می گوید: «فکر می کردیم اگر بتوانیم یک استوانه بسازیم، می توانیم هر شکلی بسازیم.
این دستاورد باعث ایجاد بحثی در بین محققان شد: اکنون چه بسازیم؟ یک گروه می خواستند صورت خود را رشد دهند، اما در نهایت گروه دیگری که می خواستند دست را رشد دهند، برنده شدند. آنها ساختاری پنج انگشتی را تصور کردند که از مچ دست بریده می شود، مانند یک دستکش کشیده می شود و سپس بخیه می شود. آباجی می گوید: فقط باید دور مچ دست را بانداژ کنید و این تمام عمل است.
بنابراین، آزمایشگاه یک داربست پنج انگشتی به اندازه یک بسته شکر را چاپ کرد (بسته های کوچکی که معمولاً در رستوران ها و چایخانه هایی که حاوی 2 تا 4 گرم شکر هستند به مشتریان ارائه می شود)، سلول ها را مانند قبل آماده کرد و سپس این ساختار بدون لبه را آماده کرد. در مقایسه با لینک های رایج
در آزمون کرنش مکانیکی، ساختارهای بدون لبه تا 400 درصد از قطعات صاف بهتر عمل کردند. تصاویر میکروسکوپی ماتریکس خارج سلولی نرمال تر و سالم تری را نشان دادند (شبکه پروتئین ها و مولکول هایی که ساختار بافت را می سازند). این ماتریکس دارای مولکول های بیشتری مانند اسید هیالورونیک و آرایش واقعی تری از سلول ها بود. آباجی در عین حال خوشحال و متعجب شد: «دیدن این که سلول‌ها چگونه به تغییر هندسه واکنش نشان می‌دهند بسیار جالب بود. او فکر می‌کند این روش در ایجاد جایگزینی طبیعی‌تر برای پوست بهتر عمل می‌کند، زیرا به سلول‌ها اجازه می‌دهد به روش طبیعی‌تری رشد کنند.
اما آیا می توان پیوند پوستی مانند آنچه توضیح داد انجام داد؟ آزمایش های پاپالاردو روی موش ها که 11 بار تکرار کرد، نشان می دهد که این امر امکان پذیر است. امکان انجام همان جراحی با پیوندهای صاف وجود نداشت. او تصمیم گرفت این را روی اندام عقبی موش آزمایش کند، زیرا هندسه این منطقه بسیار پیچیده است. چهار هفته بعد، جایگزین پوست به طور کامل با پوست واقعی موش ادغام شد.
آدام فاینبرگ، مهندس زیست پزشکی در دانشگاه کارنگی ملون می گوید: «روشی که آنها این کار را انجام دادند بسیار هیجان انگیز بود. ما در مسیری هستیم که این فناوری ها به طور گسترده در دسترس قرار می گیرند. در نهایت، در ده سال آینده، روش بهبودی بدن انسان پس از آسیب یا بیماری واقعاً تغییر خواهد کرد.