چاپ مستقیم پوست روی زخم عمیق

 برای اولین بار در جهان، پژوهشگران پوست زنده و چند لایه را مستقیماً روی صدمات قابل توجه بدن یک موش برای ترمیم پوست بدون ایجاد زخم اضافی چاپ سه بعدی کردند.

به نقل از ان‌ای، این یکی از آن داستان‌های علمی و تخیلی نیست، بلکه پژوهشگران واقعاً توانسته‌اند پوست و احتمالاً مو را با چاپ سه بعدی به صورت مستقیم در نواحی آسیب دیده بدن این موش چاپ کنند.

به گزارش ایسنا، وجود پوست روی سر و صورت برای محافظت از ساختارهای زیرین آن حیاتی است. همچنین برای هویت ما ضروری است. آسیب پوستی شدید ناشی از آسیب تروماتیک یا جراحی گسترده روی صورت یا سر، مثلاً برای برداشتن تومور سرطانی می‌تواند بر اعتماد به نفس و عزت نفس فرد تأثیر منفی بگذارد.

با وجود پیشرفت در جراحی پلاستیک و ترمیمی، ترمیم تمام ضخامت پوست سر و صورت با استفاده از پیوندهای پوستی چالش برانگیز است، چرا که می‌تواند منجر به ایجاد زخم، ریزش موی دائمی و شکست پیوند شود.

اکنون پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا اولین افرادی هستند که با چاپ سه بعدی تمام ضخامتی، پوست زنده با پتانسیل رشد مو را در حین جراحی به صورت مستقیم روی موش‌هایی که از نقص پوستی قابل توجهی رنج می‌بردند، چاپ می‌کنند.

ابراهیم اوزبولات نویسنده مسئول این مطالعه گفت: جراحی ترمیمی برای اصلاح زخم و آسیب صورت یا سر، ناشی از آسیب یا بیماری معمولاً ناقص انجام می‌پذیرد و منجر به برجا ماندن جای زخم یا ریزش موی دائمی می‌شود. اکنون ما با این کار، پوستی با ضخامت کامل را با چاپ زیستی و پتانسیل رشد مو در موش‌ها نشان دادیم. این مطالعه ما را به دستیابی به بازسازی سر و صورت با ظاهر طبیعی و زیبایی شناختی در انسان یک گام نزدیک‌تر کرد.

از نظر تشریحی، پوست دارای سه لایه است که خارجی‌ترین لایه(قابل مشاهده) اپیدرم نام دارد، لایه میانی «درم میانی» نامیده می‌شود و عمیق‌ترین لایه نیز هیپودرم است. هیپودرم که از بافت همبند و چربی تشکیل شده است، ساختار و حمایت محافظتی از جمجمه را فراهم می‌کند. ریشه‌های فولیکول‌های مو تا داخل هیپودرم امتداد می‌یابند که همان جایی است که مو شروع به رشد می‌کند.

اوزبولات می‌گوید: هیپودرم به طور مستقیم در فرآیندی که در آن سلول‌های بنیادی به چربی تبدیل می‌شوند، درگیر است. این فرآیند برای چندین فرآیند حیاتی از جمله بهبود زخم، حیاتی است. همچنین در چرخه فولیکول مو، به ویژه در تسهیل رشد مو نقش دارد.

اوزبولات و همکارانش قبلا از دو جوهر زیستی مختلف برای چاپ سه بعدی بافت سخت و نرم به طور همزمان برای ترمیم سوراخ‌های جمجمه و پوست جوندگان استفاده کرده بودند و اکنون در این مطالعه حاضر، یک گام فراتر رفتند.

آنها با بافت چربی(آدیپوز) بیماران تحت عمل جراحی شروع کردند و شبکه‌ای از مولکول‌ها و پروتئین‌ها(ماتریکس خارج سلولی) را استخراج کردند که ساختار و ثبات بافت را فراهم می‌کنند. این یکی از اجزای جوهر زیستی را تشکیل می‌داد. دومین جزء نیز سلول‌های بنیادی گرفته شده از بافت چربی بود. سومین محلول انعقادی حاوی فیبرینوژن بود تا به سایر اجزاء کمک کند تا به محل آسیب متصل شوند و هر جزء در محفظه‌های جداگانه در چاپگر زیستی بارگذاری شد.

اوزبولات گفت: این سه محفظه به ما امکان می‌دهند مخلوط ماتریکس-فیبرینوژن را به همراه سلول‌های بنیادی با کنترل دقیق چاپ کنیم. ما آن را مستقیماً در محل آسیب با هدف تشکیل هیپودرم چاپ کردیم که به بهبود زخم، تولید فولیکول مو، تنظیم دما و موارد دیگر کمک می‌کند.

پژوهشگران برای شناسایی مخلوط کامل، با سه جوهر زیستی حاوی مقادیر مختلف ماتریکس خارج سلولی آزمایش کردند.

اوزبولات می‌گوید: ما سه مجموعه مطالعه را بر روی موش‌ها انجام دادیم تا نقش ماتریکس چربی را بهتر درک کنیم و دریافتیم که تحویل همزمان ماتریکس و سلول‌های بنیادی برای تشکیل هیپودرم بسیار مهم است. این روش فقط با سلول‌ها یا ماتریکس به طور موثر کار نمی‌کند، بلکه باید همزمان باشد.

پس از چاپ زیستی، لایه‌های هیپودرم و درم، اپیدرم بیرونی به خودی خود تشکیل شد تا در عرض دو هفته بهبودی تقریباً کامل زخم را فراهم کند.

پژوهشگران همچنین دریافتند که هیپودرم حاوی رشدهای پایینی است که نمایانگر آغاز رشد فولیکول‌های مو است. مطالعات نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی مشتق شده از چربی به شکلی پیچیده با فولیکول‌های مو مرتبط هستند و می‌توانند با آزاد کردن فاکتورهای رشد، رشد آنها را تحریک کنند.

اوزبولات می‌گوید: در آزمایش‌های ما، سلول‌های چربی ممکن است ماتریکس خارج سلولی را تغییر داده باشند تا از تشکیل رشد پایینی حمایت کنند. ما در حال کار برای پیشبرد این هستیم تا فولیکول‌های مو با تراکم، جهت و رشد کنترل‌شده بالغ شوند.

پژوهشگران امیدوارند که فناوری آنها به ویژه در مورد توانایی رشد مو، جراحی‌های ترمیمی را بهبود بخشد تا طبیعی‌تر به نظر برسند و تأثیر مثبتی بر سلامت روانی بیماران داشته باشند. آنها به دنبال ترکیب کارهای قبلی خود، چاپ سه بعدی استخوان و بررسی چگونگی تطبیق رنگدانه در طیف وسیعی از رنگ‌های پوست هستند.

اوزبولات می‌گوید: ما معتقدیم که این فناوری می‌تواند در روش‌های ترمیم پوست، کاشت مو و جراحی‌های پلاستیک و ترمیمی به کار گرفته شود. این می‌تواند به نتیجه زیبایی‌شناختی بسیار بیشتری منجر شود.

وی در پایان گفت: با توانایی چاپ زیستی کاملاً خودکار و مواد سازگار در درجه بالینی، این فناوری می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر ترمیم پوست داشته باشد.

این مطالعه در مجله Bioactive Materials منتشر شده است.