ผิวหนังของมนุษย์

ดูเหมือนว่าวิศวกรชีวภาพที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้แก้ปัญหานี้ด้วยการคิดค้นวิธีการปลูกผิวหนังเชิงวิศวกรรมในรูปทรงสามมิติที่ซับซ้อน ทำให้สามารถสร้าง "ถุงมือ" ของเซลล์ผิวที่ไร้รอยต่อซึ่งสามารถสวมเข้าไปได้อย่างง่ายดาย มือไหม้อย่างรุนแรง นักวิจัยรายงานการ ค้นพบของพวกเขาในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 27 มกราคมในScience Advances Hasan Erbil Abaci, PhD, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านโรคผิวหนังจากวิทยาลัยแพทย์และศัลยแพทย์แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบียกล่าวว่า "โครงสร้างผิวหนังสามมิติที่สามารถปลูกถ่ายเป็น 'เสื้อผ้าชีวภาพ' จะมีข้อดีหลายประการ "พวกเขาจะลดความจำเป็นในการเย็บแผลให้เหลือน้อยที่สุด ลดระยะเวลาของการผ่าตัด และปรับปรุงผลลัพธ์ด้านความสวยงาม" การศึกษาในปัจจุบันยังเผยให้เห็นว่ากราฟต์ 3 มิติแบบต่อเนื่องมีคุณสมบัติเชิงกลและการทำงานที่ดีกว่ากราฟต์แบบปกติที่ปะติดปะต่อเข้าด้วยกัน นั่งร้าน 3 มิติ กระบวนการสร้างการปลูกถ่ายผิวหนังใหม่เริ่มต้นด้วยการสแกนเลเซอร์ 3 มิติของโครงสร้างเป้าหมาย เช่น มือมนุษย์ ต่อไป แบบจำลองมือกลวงที่ซึมผ่านได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยและการพิมพ์ 3 มิติ จากนั้น ภายนอกของแบบจำลองจะถูกเพาะด้วยไฟโบรบลาสต์ที่ผิวหนัง ซึ่งสร้างเนื้อเยื่อเกี่ยวพันของผิวหนัง และคอลลาเจน (โปรตีนโครงสร้าง) ในที่สุด ด้านนอกของแม่พิมพ์เคลือบด้วยส่วนผสมของเคอราติโนไซต์ (เซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของชั้นผิวหนังชั้นนอกหรือหนังกำพร้า) และด้านในเคลือบด้วยสื่อการเจริญเติบโตซึ่งสนับสนุนและหล่อเลี้ยงการปลูกถ่ายอวัยวะที่กำลังพัฒนา ยกเว้นโครงนั่งร้าน 3 มิติ นักวิจัยใช้ขั้นตอนเดียวกับที่ใช้ในการสร้างผิวเรียบและกระบวนการทั้งหมดใช้เวลาเท่ากันประมาณสามสัปดาห์ ในการทดสอบครั้งแรกของผิวหนังที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม 3 มิติ โครงสร้างที่ประกอบด้วยเซลล์ผิวหนังของมนุษย์ได้รับการปลูกถ่ายลงบนขาหลังของหนูได้สำเร็จ "มันเหมือนกับการใส่กางเกงขาสั้นให้หนู" Abaci กล่าว "การผ่าตัดทั้งหมดใช้เวลาประมาณ 10 นาที" สี่สัปดาห์ต่อมา การปลูกถ่ายได้รวมเข้ากับ ผิวหนัง ของหนูที่อยู่รอบๆ อย่างสมบูรณ์ และหนูก็กลับมาทำหน้าที่ของแขนขาได้อย่างสมบูรณ์ ผิวหนังของหนูจะรักษาได้แตกต่างจากผิวหนังของมนุษย์ ดังนั้น นักวิจัยจึงวางแผนต่อไปที่จะทดสอบการปลูกถ่ายอวัยวะในสัตว์ขนาดใหญ่ที่มีชีววิทยาของผิวหนังที่ใกล้เคียงกับของมนุษย์มากขึ้น การทดลองทางคลินิกในมนุษย์อาจใช้เวลาอีกหลายปี ออกแบบผิวทางวิศวกรรมใหม่ การปลูกถ่าย 3 มิติเป็นการออกแบบใหม่ที่สำคัญครั้งแรกของการปลูกถ่ายผิวหนังเชิงวิศวกรรม นับตั้งแต่มีการเปิดตัวครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1980 Abaci กล่าวว่า "ผิวหนังที่ได้รับการออกแบบมานั้นเริ่มต้นด้วยเซลล์เพียง 2 ชนิด แต่ผิวหนังของมนุษย์มีเซลล์ประมาณ 50 ชนิด งานวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การเลียนแบบส่วนประกอบของเซลล์ของผิวหนังมนุษย์" Abaci กล่าว "ในฐานะวิศวกรชีวภาพ ฉันมักจะกังวลเสมอว่ารูปทรงเรขาคณิตของผิวหนังถูกมองข้ามไป และการปลูกถ่ายถูกสร้างขึ้นด้วยขอบเขตหรือขอบแบบเปิด เรารู้จากวิศวกรรมชีวภาพของอวัยวะอื่นๆ ว่ารูปทรงเรขาคณิตเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการทำงาน" Abaci และทีมของเขาตระหนักว่าพวกเขาสามารถสร้างกราฟต์ที่เหมือนจริงได้มากขึ้นเมื่อมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติพร้อมใช้งาน และสามารถสร้างโครงร่างสามมิติที่จำเป็นสำหรับการสร้างผิววิศวกรรม "เราตั้งสมมติฐานว่ารูปร่าง 3 มิติที่ปิดสนิทจะเลียนแบบผิวหนังธรรมชาติของเราได้ใกล้เคียงกว่าและมีกลไกที่แข็งแกร่งกว่า และนั่นคือสิ่งที่เราค้นพบ" Abaci กล่าว "การคงไว้ซึ่งความซื่อตรงต่อรูปทรงเรขาคณิตอย่างต่อเนื่องของผิวหนังมนุษย์จะช่วยเพิ่มองค์ประกอบ โครงสร้าง และความแข็งแรงของการปลูกถ่ายได้อย่างมีนัยสำคัญ" ในอนาคต Abaci มองเห็นการปลูกถ่ายอวัยวะจากเซลล์ของผู้ป่วยเอง ด้วยตัวอย่างผิวหนังเพียง 4X4 มม. เซลล์ที่เพียงพอสามารถเพาะเลี้ยงและเพิ่มจำนวนเพื่อสร้างผิวหนังที่เพียงพอสำหรับปกปิดมือมนุษย์ Abaci กล่าวว่า "การใช้งานที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือการปลูกถ่ายใบหน้า ซึ่งผิวหนังที่สวมใส่ได้ของเราจะรวมเข้ากับเนื้อเยื่อข้างใต้ เช่น กระดูกอ่อน กล้ามเนื้อ และกระดูก ทำให้ผู้ป่วยมีทางเลือกเฉพาะบุคคลนอกเหนือจากการปลูกถ่ายซากศพ" Abaci กล่าว