Η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση είναι μια τεχνολογία που αναμειγνύει βιομελάνια με ζωντανά κύτταρα για την εκτύπωση φυσικών δομών -που μοιάζουν με ιστούς- σε τρεις διαστάσεις (3D).
Αυτή η νέα τεχνολογία παρέχει το πιο ανθρώπινο μοντέλο δέρματος για την μελέτη και αντιμετώπιση φλεγμονωδών καταστάσεων, όπως η ατοπική δερματίτιδα (ευρύτερα γνωστή ως έκζεμα) μια χρόνια φλεγμονώδης δερματική πάθηση που προκαλεί ξηρό δέρμα, κνησμό και φλεγμονή. Η διαδικασία 3D βιοεκτύπωσης δέρματος, οι νέες προοπτικές εφαρμογών, αλλά και οι σχετικοί περιορισμοί περιγράφονται σε ένα άρθρο ανασκόπησης στο Regenerative Biomaterials.
«Η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση είναι ένας αναπτυσσόμενος τομέας στην μηχανική ιστών και την αναγεννητική ιατρική. Έχει τη δυνατότητα να μεταμορφώσει την κλινική και εργαστηριακή πρακτική. Σε αυτό το άρθρο, συζητάμε τη διαδικασία της τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης δέρματος, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής κυττάρων, της επιλογής ικριώματος και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ορισμένων βιομελανών δέρματος», λέει η δρ. Saranya Wyles. “Αυτό το τρισδιάστατο μοντέλο αναδημιουργεί με μεγαλύτερη ακρίβεια ασθένειες, δημιουργεί χειρουργικά μοσχεύματα και παρέχει τη δυνατότητα δοκιμής νέων θεραπειών”.
Μια νόσος που προκαλεί ξηρότητα και φαγούρα, αλλά έχει λίγες επιλογές αντιμετώπισης
Το έκζεμα επηρεάζει εκατομμύρια ανθρώπων, κυρίως παιδιά και εφήβους. Αυτή η επώδυνη κατάσταση προκαλεί ξηρό δέρμα με φαγούρα. Προκαλεί μια ανοσολογική απόκριση που με την σειρά της οδηγεί σε φλεγμονή του δέρματος. Το έκζεμα μπορεί να αποδυναμώσει την ικανότητα του δέρματος να συγκρατεί την υγρασία και να προστατεύει τον οργανισμό από βακτηριακές, ιογενείς ή μυκητιασικές λοιμώξεις. Τα άτομα με ατοπική δερματίτιδα διατρέχουν συχνά κίνδυνο για άσθμα και τροφικές αλλεργίες. Οι λιγοστές επιλογές αντιμετώπισης μπορούν να ανακουφίσουν τα συμπτώματα, αλλά δεν αποτελούν θεραπεία.
Η έρευνα για την αύξηση της κατανόησης του εκζέματος και την προώθηση νέων θεραπειών γι’ αυτήν την πάθηση έχει περιοριστεί από την έλλειψη προκλινικών μοντέλων, που να μπορούν να προσομοιώσουν με ακρίβεια το έκζεμα.
«Εκεί η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση φέρνει νέες επιλογές. Μπορεί να δημιουργήσει ανθρώπινα ισοδύναμα που είναι πιο αληθινά και πιο αντιπροσωπευτικά της νόσου, σε αντίθεση με τα ζωικά μοντέλα με τα οποία έχουμε δουλέψει στο παρελθόν», λέει η δρ. Wyles. “Οι φλεγμονώδεις δερματικές παθήσεις και οι σπάνιες ασθένειες μπορούν να μοντελοποιηθούν (μέσω βιοεκτύπωσης) για καλύτερη κατανόηση της υποκείμενης παθολογίας και των δοκιμών φαρμάκων, καθώς και του τρόπου με τον οποίο αυτό μπορεί να επηρεάσει τον ασθενή”.
Η ομάδα της δρ. Wyles, συμπεριλαμβανομένου του συνεργάτη της, δρ. Alexander Revzin, ελπίζει να αναπαράγει φλεγμονώδεις δερματικές παθήσεις χρησιμοποιώντας κύτταρα ατόμων με έκζεμα σε τρισδιάστατη βιοεκτύπωση δέρματος. Η ερευνητική ομάδα θα δοκιμάσει τοπικές και ενέσιμες αναγεννητικές θεραπείες με την ελπίδα να εντοπίσει νέους τρόπους αντιμετώπισης. Τα εξωσώματα είναι ουσίες χωρίς κύτταρα που απλά μεταφέρουν φορτίο από το ένα κύτταρο στο άλλο, βάσει οδηγιών για τη στόχευση συγκεκριμένων ιστών που χρειάζονται επισκευή.
Βιοεκτύπωση ενός πολύπλοκου οργάνου
Το δέρμα είναι το μεγαλύτερο όργανο του σώματος και αναγεννάται κάθε μήνα. Το τρισδιάστατο μοντέλο βιοεκτύπωσης επιδιώκει να αναπαράγει την πολυπλοκότητα των στρωμάτων του δέρματος, αλλά δεν έχει ακόμη ενσωματώσει τους ιδρωτοποιούς αδένες, τα αιμοφόρα αγγεία, τα θυλάκια του δέρματος και τα νεύρα που βρίσκονται στον εγγενή ανθρώπινο ιστό.
«Ο 3D βιοεκτυπωτής χρησιμοποιεί ανθρώπινα κύτταρα ως μελάνια που ονομάζονται βιομελάνια. Αυτά δρουν με τρόπο όμοιο με το μελάνι από κασέτα μελάνης εκτυπωτή. Μπορούμε να εκτυπώσουμε το δέρμα από κύτταρα ασθενών με ατοπική δερματίτιδα ή έκζεμα», λέει η δρ. Wyles. “Το σύστημα αυτό μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε έως και έξι διαφορετικούς τύπους κυττάρων για να μοντελοποιήσουμε και να αναδημιουργήσουμε ανθρώπινο ιστό δέρματος”.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποιεί πολλούς τύπους κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των μελανοκυττάρων (συνθέτουν την χρωστική ουσία του δέρματος), κερατινοκττάρων (επιτρέπουν την ανανέωση του δέρματος) και ινοβλαστών (σχηματίζουν συνδετικό ιστό). Αυτά τα κύτταρα εκτυπώνονται και ωριμάζουν σε ολόκληρα στρώματα δέρματος.
«Η διαδικασία εκτύπωσης μοιάζει με τη δημιουργία στρωμάτων ενός κέικ σε επίπεδα με διαφορετικούς τύπους κυττάρων», λέειη δρ. Wyles. «Ξεκινάμε από το κάτω μέρος (το χόριο), μετά προσθέτουμε το επόμενο στρώμα (την επιδερμίδα) και το υλικό του ικριώματος λειτουργεί σαν επικάλυψη για τη σύνδεση των στρωμάτων».
Η έρευνα που χρησιμοποιεί 3D βιοεκτυπωμένο δέρμα υπερβαίνει τις φλεγμονώδεις ασθένειες.
Η δρ. Wyles χρησιμοποιεί επίσης τα πρωτότυπα τρισδιάστατα μοντέλα για να κατανοήσει καλύτερα, σε μοριακό επίπεδο, τον ρόλο των γηρασμένων κυττάρων σε δερματικές παθήσεις που σχετίζονται με την ηλικία. Γνωστά και σαν κύτταρα ζόμπι, τα γηρασμένα κύτταρα δεν διαιρούνται πια, αλλά πολλαπλασιάζονται και επομένως δεν είναι σε θέση να θεραπεύσουν και να επιδιορθώσουν τον ιστό. Στόχος της είναι να αναπτύξει καλύτερα νέες θεραπείες για την αντιμετώπιση της γήρανσης του δέρματος.
Απαιτείται περισσότερη έρευνα για τη βιοεκτύπωση ενός ακριβούς αντιγράφου του ανθρώπινου δέρματος με ατοπική δερματίτιδα. Μελλοντικές μελέτες θα διερευνήσουν την τρισδιάστατη βιοεκτύπωση πλήρους πάχους δέρματος με έμφαση στην επίτευξη των πλήρων χαρακτηριστικών του δέρματος για κάθε έναν ασθενή ξεχωρι
