ההבטחה של ריפוי טבע-השראה

במשך עשרות שנים, כוויות קשות היו בין הפציעות המאתגרות ביותר לטיפול במהנדסים גדולים של העור נהרסים, הגוף מאבד את קו ההגנה הראשון שלו מפני זיהום, אובדן חום וחוסר איזון נוזלי, טיפולים מסורתיים & #8212; כגון autografts (באמצעות הרקדן & #8217; גם טיפול טבעי לשחזר את ההשפעות של העור באופן פעיל) או אלגורי (על העור) ו- #82; הם מוגבלים על ידי סיכון טבעי, כגון תגובה רגשית, כגון:

התחום של עור מלאכותי ביומטי מתקדם במהירות, מודלק על ידי פריצות דרך במדעי החומרים, ביולוגיה תאי גזע וננוטכנולוגיה.זה מייצג התכנסות של דיסציפלינות שבו ביולוגים, כימאים ומהנדסים לשתף פעולה כדי לפענח את שפת הביולוגיה ולתרגם אותו לפתרונות קליניים מעשיים.כפי שאנו עומדים על סף עידן חדש ברפואה רגנרטיבית, הבנת העקרונות של ביוסמימית ויישומים שלהם כדי להתעניינותם בעתיד היא חיונית לכל אחד.

Biomimicry כמסגרת עיצוב בהנדסה רפואית

ביומילרי אינו עוסק רק בהעתקת הטבע; הוא עוסק בלמידה מהטבע ו-#8217; דפוסים ואסטרטגיות של עדות הזמן. בהקשר של עור מלאכותי, זה אומר ניתוח כיצד עור טבעי משיג את התכונות יוצאות הדופן שלו ו-#8212; גמישות, תפקוד מחסום, דבקות עצמית, התרמגולציה חושית, משוב חושי ו-#8212; ולאחר מכן חומרים הנדסיים שיכולים לשכפל תכונות אלה של דוגמה חדשה, לדוגמה, או של פני השטח; 82, אנו כבר עומדים בפני פני השטח; 82, כיצד אנו חווים אתגרים חדשים של התפתחות, או אבולוציה, או , 8 שנים.

עקרונות ביומטיים מרכזיים המשמשים לעור מלאכותי כוללים:

  • (FLT:0) הורות ההיררכיה: ⁇ 1 עור טבעי יש ארכיטקטורה רב שכבתית ו-#8212;epidermis, dermis, and hypodermis — כל אחד עם תפקידים מכניים וביולוגיה נפרדים.
  • (FLT:0) Anisotropy וציות: FIRLT:1 העור האמיתי אינו איזוטרופי; הוא משתרע יותר בכיוונים מסוימים.חומרים סינתטיים משלבים כעת סיבים מיושרים כדי להתאים את התכונות כיוון אלה, צמצום הלחץ בשולי הפצע.
  • (FLT:0) אותביואקטיבי: FLT:1Nature משתמש ב ⁇ כימי כדי להנחות התנהגות תא.ביומימית הם לעתים קרובות טעון עם גורמי צמיחה, ציטוקינים, או peptides כי לחקות את ה cascade פצע טבעי.
  • (FLT:0)Self-assembly ודינמיקה הסתגלות: אנדרט 1 חומרים מתקדמים יכולים לארגן מחדש בתגובה לטמפרטורה, pH או כוחות מכניים, בדומה לאופן שבו רקמות החיים מתמזגות מחדש במהלך הריפוי.

חוקרים וחוקרים ממוסדות כגון המכון להנדסת השראה ביולוגית בהרווארד FLT:1 ו-FLT:2Biomimicry Institute EvolutionFLT 3 (המכונים הנדסת השראה ביולוגית) , הם טוענים כי ביומיסימירי מציע מסלול שיטתי ליצירת חומרים לא רק לבצע כמו עור טבעי, אלא גם למנוע את אספקת החיסון והמגבלות הביולוגיות של גניבת חומרים.

פיתוח של עור מלאכותי ביומטי: מקונספט ועד לקליניקה

המסע מתפיסת המעבדה לעור מלאכותי בעל קיימא קלינית משתרע על פני כמה עשורים.ניסיונות מוקדמים, כגון תבנית ההתחדשות אינפראמית של Integra dermal (המובטחה בשנות ה-90), השתמש במריצה של קולגן-גליגליצריאן כדי לחקות את dermis. בעוד פורץ דרך, חומרים אלה לא היו רבים של תכונות מתוחכמות של עור חי.

אדריכלות וקומפוזיציה

עור טבעי מורכב שלוש שכבות עיקריות: האפידרמיס (מחסום מחוץ לחוק), דרמיס (מבנה תומך עם כלי דם ועצבים), ו hypodermis (דלקת שומן) (ב בידוד) עור מלאכותי ביומטי בדרך כלל משכפל לפחות אפידרים ודמיס, לעתים קרובות באמצעות עיצוב דו-שכבתי:

  • (FLT:0) שכבת קפילרמאל: FLT:1, לעתים קרובות עשוי מסיליקון או סרטים פוליאורטן עם פורוזיות מבוקרת.סרטים אלה מונדסים כדי לאפשר מים וחילופי גז תוך חסימת חיידקים.
  • (FLT:0)Dermal Layer: FLT:1 A ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ תומך חדירה תא וvascularization.חומרים כוללים קולגן, fibrin, חומצה היאלוירוטונית, וכייטוסאן & #8212; כל פולימרים טבעיים אשר מחקים את המכפליים ננומטרים משמשים ליצירת סיבים מתואמים כי רשתות נטייה תאים הגירה.
  • (FLT:0) שכבת Hypodermal (אופציונלי): מספר עיצובים ניסיוניים כוללים שכבת שומן עם אדמפוציטים כדי לשפר את הנפיחות וה בידוד, אם כי זה נשאר בעיקר לפני הטיפול.

תאים ותאים

אחת האסטרטגיות הביו-מרמטיות החזקות ביותר היא לשלב תאים חיים לעור המלאכותי.תאים Stem — במיוחד תאי גזע mesenchymal (MSCs) ו תאי גזע בשפע (iPSCs) ו-#8212; יכול להבדיל לתוך fibroblasts, keratinocytes, ו תאים אנדואליים כדי לשחזר את השכבה המלאה של תאי גזע ספוגים (אפקטיביים) באמצעות תאים מכניים).

חוקרים ב-FLT:0. [מרכז מישיגן ל-Regenerative MedicineFalved:] פיתחו A “ חכמים ו-#8221; הידרוג'ל שמשחררים גורם צמיחה דו-צדדית של vascular (VEGF) בתגובה לאאנזימים המיוצרים במהלך דלקת.זה מחקה את הגוף & #8217; פצעים טבעיים, שבו גורמי צמיחה משוחררים על הביקוש מאשר בכל זאת, ברגע שיפומטרים חדשים, מאיצים, על ידי גירוי דם, מאיץ, מאיץ, מאיץ את קצבי דם קריטי, בשלב זה, מאיץ את קצבת.

NANOטכנולוגיה ו- Surface Engineering

תכונות ננומטריות חיוניות לחיקוי של מאטריקס ה-ECM (ECM) הטבעי ECM מורכב ננופיברים של קולגן ואסטוסטין המספקים תמיכה מכנית וסימן ביוכימי. אלקטרוספניה היא טכניקה נפוצה מאוד כדי ליצור nanofibers לא-רוס עם צינורות הנע בין עשרות למאות ננומטרים.

בנוסף, פונקציונליות פני השטח עם peptides כמו RGD (חומצה גלינין-גליצרנית- אספרטית) מקדם את החתך התא.זה מתכתי מתכת לתוך חשיבה הם מייחסים ל- ECM טבעי, שיפור קצב האינטגרציה וצמצום הסיכון של encapsulation (שם הקירות הגוף מחוץ לחליש עם רקמת fibrous).

יתרונות קליניים של עור מלאכותי

כאשר המהנדס על פי עקרונות ביו-מימטיים, עור מלאכותי מציע יתרונות משמעותיים על שתי התלבושות הסינטטיות קונבנציונליות וגניבה מסורתית לעור. היתרונות האלה משפיעים ישירות על תוצאות המטופל.

שילוב משופר וצמצום הזרקה

מכיוון שחומרי ביומטי דומים מאוד למטריקס החוץ-סלולארי, הם מוכרים על ידי הגוף כמו & #8220; עצמם. & #8221; זה מפחית את התגובה הכרונית לעתים קרובות מובילה לדחייה.הפסלים ה ⁇ מאפשרים תאים מארחים (פרונסטים, תאים נוסטליים, תאים חיסוניים) להגר בהדרגה, להחליף את החומר הסינתטי עם רקמות חיה, במהות מלאכותיות משמשות גוף זמני; 82blasts:

ריפוי מופחת וצמצום סקרינג

פיגומים ביומטיים המשחררים את גורמי הצמיחה באופן זמני (המיסת ה-Central הריפוי הטבעי) הוכחו להאיץ את הסגר הפצעים ב-40% במודלים פרה-קליניים.נוכחות של מאטריקס סיבים מאורגן, מתואם גם עוזר להנחות את הפירוק של העור היסטמי, להפחית את היווצרות של רקמת צלקות לא מאורגנת.

שיעורי זיהום נמוכים

(ב) כל פצע פגיע לזיהום, ופצעי כוויות גדולים הם בסיכון גבוה במיוחד.ניתן להנדס עור מלאכותי ביומטי עם תכונות אנטימיקרוביאליות בכמה דרכים: על ידי שילוב חלקיקים כסף, על ידי ציפוי עם חומרים אנטימיקרוביאליים, או על ידי יצירת משטחים כי דחיפת חיידקים פיזיים (בצורה של עלות או כריש).

טוב יותר קוסמטי ותפקודי Outcomes

מכיוון שעור ביומטי יכול להיות מתוכנן להתאים את התכונות המכאניות של העור הילידים & #8212; רגישות, גמישות, והתנגדות לדמיע ו-#8212; הוא נע ומתמשך עם הגוף באופן טבעי.זה מקטין חוסר התאמה מכני ואת היווצרות של צלקות היפרטרופיות.בנוסף, כמה אבטיפוס הדור הבא כולל מיקרו ערוצים מוטבעים עבור בלוטות הזיעה או אפילו מוטיבים חושיים (כגון חיישנים) לשחזר משוב פעיל של אזור זה.

אתגרים נוכחיים בהנדסת עור ביומטית

למרות ההתקדמות המרגשת, כמה מכשולים נותרו לפני עור מלאכותי ביומטי הופך לסטנדרט הטיפול לכל קורבנות השרוף.ההכרה באתגרים אלה חיונית להתמקדות במאמצים עתידיים למחקר.

וידוי ארוך-טווח

אחד ההוורדים הגדולים ביותר הוא להבטיח כלי דם מהירים המסתובבים לתוך רשת ההגרלה.ללא רשת capillary, תאים עמוק יותר מ 200 מיקרומטר מאספקת דם ימותו מחמצן ומחסור תזונתי, בעוד אסטרטגיות גורם גדילה להאיץ את ה-giogenesis גדול יותר, הם לעתים קרובות לייצר כלי שיט לא בוגר, דליפות.

התחדשות פנימית ושיקום חושי

לעיתים קרובות קורבנות מאבדים תחושה באזורים מחוסנים, מה שמוביל לכאב כרוני, חוסר רפלקסים מגן, וחוסר נוחות חברתית. Re Storage עצבי הוא אולי המטרה החמקמקה ביותר.גישות ביומטיות כוללות פיגומים אונים עם ערוצים מתואמים כדי להנחות את ההתחדשות העצבית ושילוב של גורמים עצביים (למשל, NGF, GDNF). כמה מהם הם ניסויים עם אותות פונקציונליים עם אותות עצביים שיכולים להעביר ביעילות את הממשקים של עצבים.

ייצור סקאביות ועלויות

מוצרי עור ביו-מרטיים הנוכחיים הם לעתים קרובות מותאמת אישית או דורשים תהליכי ייצור מורכבים (אלקטרוניקה, 3D bioprinting, תרבות התא) זה הופך אותם יקרים ומגביל את זמינותם למרכזי כוויות מיוחדים.עבור אימוץ נרחב, שיטות ייצור בר-קיימא נדרשים.מערכות אלקטרוסמונים אוטומטיות ופלטפורמות תרבות ביו-לוגיות מפותחות, אך הם דורשים השקעה משמעותית.

התאמה אימונולוגית עבור התאמות סלולריות

כאשר תאי גזע או תאים Allogeneic משמשים בגרפט, יש סיכון של דחייה חיסונית אם הם לא מתאימים למטופל & #8217; סוג HLA.שימוש בחולה & #8217; תאים משלו (autologous) נמנעים זה אבל דורש זמן להתרחבות תאים & #8212; לעתים קרובות שבועות, אשר עשוי להיות ארוך מדי עבור כוויות חדשות חריפה.

ראשי > חדשות > Smart and Living Biomimetic Skin

הדור הבא של עור מלאכותי לא יהיה סטטי; הוא יתאם ויגיב לסביבה שלו, בדיוק כמו עור טבעי עושה.חוקרים נמצאים בחזית של פיתוח ו- #8220; אינטליגנטי ו-#8221; חומרים שיכולים לחוש, לעבד ולפעול.

חומרים גמישים-Responsive Materials

הידרוג'לים אחראיים כי החוזה או הנפח בתגובה לטמפרטורת הגוף יכול לעזור פצעים קרובים ולספק תרופות. pH-responsive פולימרים אשר משחררים אנטיביוטיקה רק כאשר הפצע הופך להיות נגוע (בשל חילוף החומרים חיידקי הפחתת pH) הם גם נבדקים.לדוגמה, תחפושת דו-שכבתית עשויה מפולי (N-isopylacrylamide) ו-NIP) an Antibicic פצע עצמי יכול לחקות משוב גוף באופן אוטומטי.

שילוב עם אלקטרוניקה

אלקטרוניקה גמישה שניתן להטמיע בעור ביומטי הם מציפים את הדרך עבור & #8220; להקות חכמות. & #8221; מכשירים אלה יכולים לפקח על טמפרטורה, לחות, לחץ, ואפילו ביומרקרים של זיהום בזמן אמת. קבוצה ב-FLT:0Stanfordפורד 101 פיתחה מערך חיישן מתוחה שמתאים לפצע ביו-גנטי, קבוצה של טיפול אלחוטי מוקדם יכול לשפר את הנתונים הסמארטפונים של ®#17 המטרידים.

3D Bioprinting of Full-Thickness Skin

ביו הדפסה תלת מימדית מאפשרת מיקום מדויק של תאים, גורמי צמיחה, ושכבת חומרים מבניים על ידי שכבה, יצירת graft ספציפי לחולה עם ארכיטקטורות מורכבות. מחקרים אחרונים יש עור עם זקיקי שיער פונקציונליים, בלוטות הזיעה ואפילו תבניות פיגמנטציה.היכולת להדפיס ערוצים פולשניים המשלבים עם מחזור המארח הוא פריצת דרך גדולה.למרות שעור מוטבע עדיין לא מאושר לשימוש קליני, הם כמה מחקרים קליניים, והם צפויים לפני 5 מחקרים מתקדמים של טייסים ראשוניים, 5 שנים קודם לכן, הם לפני אימון אנושי.

נוף אתי והיסטורי

כמו עור מלאכותי ביומטי הופך מתקדם יותר & #8212; שילוב תאים חיים, רכיבים מעובדים גנטית, ואלקטרוניקה & #8212; שיקולים אתיים סביב הסכמה, פרטיות נתונים (ללבושות חכמות), וגישה שוויונית חייבת להיות מטופלים.

מסקנה: עתיד שצורל על ידי הטבע & #8217; טביעת אצבע כחולה

ביומיממתי אינו מגמה חולפת בהנדסה רפואית ו-#8212; זהו שינוי יסודי כיצד אנו ניגשים לתכנון של רקמות סינתטיות. על ידי לימוד הפתרונות האבולוציוניים שהטבע מעוגן מעל מיליוני שנים, מהנדסים יוצרים עור מלאכותי שאינו רק פונקציונלי אלא גם משתתף פעיל בתהליך הריפוי.ממאפינים מהונדסים מובנים אשר מנחים צמיחה לחומרים חכמים להגיב לתחום, הוא קרוב יותר לתפקוד קבוע:

עבור קורבנות כוויות, ההתקדמות הזו מייצגת יותר מאשר טיפול רפואי; הם מציעים דרך ההתאוששות הגופנית והנפשית.היכולת לשחזר לא רק את תפקוד המחסום של העור, אלא גם את התחושה שלו, גמישות, ואת המראה האסתטי יכול לשפר באופן דרמטי את איכות החיים.כפי מחקר ממשיך לשבור את המחסומים של vascularization, פנימי, ייצור מדרגי, עור מלאכותי יותר ויותר נגיש בעתיד של טיפול כתובה, כי אין יותר זמן ארוך של השראה מבטיח, כאשר הוא כבר נראה כי הוא זמן חיים ארוך, כי הוא מבטיח, כי הוא כבר לא מוגדר, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא שורף, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא מבטיח, כי הוא רוחושבת, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא מבטיח, כי הוא רוחש השראה, כי הוא כבר לא יהיה מסוגל להיות בהיר, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא כבר זמן חיים, כי הוא רוחוויות, כי הוא כבר זמן חיים קשה של כוח חיים, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא כבר לא מוגדר של מתחושבת, כי הוא מבטיח, כי הוא לשרוף, כי הוא כבר לא מוגדר של אנרגיה, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא כבר זמן רב יותר, כי הוא כבר זמן רב יותר,