פיתוח וחילוני עור תחליף לטיפול בשרוף

האתגר הקליני של סוה ברנס

פציעות כוויות נותרו אחד התרחישים הטראומה ההרסניים והמורכבים ביותר ברפואה המודרנית.כאשר העור נהרס על פני אזורים גדולים בגוף, חולים מאבדים את המחסום הקריטי שמגן על הזיהומים, אובדן נוזלים, ודיסורגוציה טמפרטורה במשך עשרות שנים, תקן הזהב לסגרת הפצעים הקוסמטיים יכול להיות מחוספס עורי מספיק טוב יותר - קציר את העור הבריא של המטופל ולהעביר אותו לפצע, עם מוגבלות רבה יותר, עלול להיות יותר, חוסר יכולת גבוהה יותר, עם מחסור בנפיחות בעור.

אחת הדרכים המבטיחות ביותר היא פיתוח של תחליף עור vascularized - רקמות ממונדס שנועד לכלול רשת מיקרו-וסקולרית פונקציונלית. על ידי שילוב כלי דם ישירות לתוך הגרה, מבנים אלה יכולים להשיג אנסמוזה מהירה עם מחזור המארח, מתן חמצן וחומרים מזינים תאים מטבוליים תוך הסרת פסולת.

מה הם משקפי שמש וחילונית?

תחליף עורי וחילוני הם רקמות ביו-מנועי כי מחקה את הארכיטקטורה השכבה של העור הילידים תוך שילוב רשת של ערוצים קוהליליים או מיטות capillary.בניגוד לתבניות דרמטיות קונבנציונליות או ממטמים, תחליףים אלה נועדו להיות pre-vasated - כלומר כלי דם חדשים נוצרים בתוך המבנה לפני או מיד לאחר השתלת רשת זה מאפשר חיבור מהיר יותר של פצעים קריטיים.

הרעיון של pre-vascularization הופיע מן התצפית כי grafts חסר כלי שיט להסתמך לחלוטין על דיפוזיה מהמיטה הפצע, הגבלת עובי כ 200 מיקרומטר. על ידי כלי שיט הנדסה בתוך ההחלפה, החוקרים יכולים ליצור רקמות עבות יותר, חזק יותר כי לשרוד השתלה ומודל מחדש לאורך זמן. אלה מבנים מורכבים לעתים קרובות שכבת עור עבה עם fibroblasts ו תאים endotial, על ידי שכבת קנדרומים טבעי.

תחליף וחילוני אינם רק סוג מוצר אחד; הם מייצגים ספקטרום של טכנולוגיות החל מאפינים בעלי תאים עם חוטי קצה עד 3D מודפס רקמות עם רשתות ערוץ מטבוליות לחלוטין.המטרה המאחדת היא להשיג שילוב מהיר ויציב ולשחזר את תפקוד העור הארוך, כולל תחושה, שלמות מחסום, ואסתטיקה.

התפקיד הקריטי של ואצלבנות בעור

למה חומרי אספקת דם

ההצלחה של כל גרפט עור תלויה ביכולתו להקים אספקת דם.ללא היתוך, תאים בתוך הגרעת מתים בתוך ימים. בגלידות הפיצול המסורתי, כלי שיט קטנים ממיטת הפצע גדלים לתוך הגרעת בתהליך הנקרא אינוסקציה.עם זאת, זה לוקח זמן - בדרך כלל 3 עד 7 ימים - שבמהלכו הנגרה פגיעת לדלקת כבד, עלול להיות מסובך יותר, או לפציעות, לפני הפצעים, עלולים, עלולים להיות מסובכים יותר, או לפציעות חמורות.

עבור תחליף עור מונדס, האתגר גדול אף יותר משום שאין להם רשת פולשנית פנימית פנימית פנימית פנימית פנימית פנימית אינטריאנית.FLT:0-vascularization כתובות זה על ידי יצירת תבנית מובנה לחיבור מהיר.FLT:1 מחקרים הראו כי גניבת דם טרום פולשנית להשיג זרימת דם כבר 24 שעות לאחר השתלת, צמצום הוא נזק נפשי ושיפור תאים.

כיצד רשתות וחילוניות הופכות

בעור Native, העורמיס מכיל plexus עשיר של capillaries ו venules אשר מזינים את האפידרמיס ומסדיר טמפרטורה.כדי לשכפל את זה, מהנדסים להשתמש תאים נוסטליים - התאים כי קו כלי דם - כדי ליצור מבנים דמויי צינור בתוך הסביבה הפיסולית. צינורות אלה יכולים להרכיב עצמם לתוך רשתות capillary באמצעות angiogenesis-מניעה, או שהם יכולים להיות משוריינים מספיק כדי לעמוד על ידי דפוס אווירי של שיטות קירור מקומיים.

אסטרטגיות מפתח לקידום vascularization כוללות תאים של endotial co-culturing עם תמיכה pericytes או mesenchymal גזע תאים, הטמעת גורמים צמיחה פרו-אנגיוגניים כגון גורם צמיחה אנדוטי של אנדלוסית (VEGF) וגורם צמיחה fibroblast (FGF), ועיצוב פיגרעות עם porosity מבוקרת כדי להקל על כלי שיט.

מרכיבים מרכזיים של עור וחילוני

בניית תחליף עור vascularized פונקציונלי דורש בחירה זהירה ושילוב של שלושה מרכיבים בסיסיים: מרכיבים סלולריים, חומרים פיגומים, אותות ביולוגיים.

המונחים:

כדי לשחזר את הארכיטקטורה של העור במלוא היקנות, מקור תאים חזק הוא חיוני.הקוקטייל התא הטיפוסי כולל:

• (ב) [ה]:0]KeratinocytesFLT:1 – תאים אפידרמאליים שמרכיבים את שכבת המגן החיצונית ביותר.הם חייבים להיות מסוגלים לחדור ולהרכיב מחסום פונקציונלי.
• (FLT:0)FibroblastsFLT:1 - תאים דרמטיים המייצרים חלבונים ממטריקס תאיים נוספים כגון קולגן ואסטוסטין, מתן יושרה מכנית ותמיכה אות.
• תאים אנדואליים (FLT:0) EndothelialmiavealmiaREFLT:1 - הנהגים העיקריים של vascularization. תאים נוטלאליים ואנדוטיים (HUVECs) משמשים בדרך כלל, אך תאים מימיים זעירים מן העור הם רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית.
• (FLT:0) תאים מצופים 1:1 - תאי שריר חלק, או תאי גזע mesenchymal לייצב את כלי הרכב החדשים שנוצרו ולקדם הזדווגות.

כל סוג תא חייב להיות ממוקם בדיוק לחקות ארגון רקמות Native. Advances in cell sourcing, כולל תאי גזע בשפע המושרה (iPSCs) ותאים אוטולוגיים מן המטופל, להפחית את הסיכון של דחייה חיסונית.

מיפוי: מסגרת ה- Structural

Scaffolds לספק את הסביבה הפיזית עבור תאים לצרף, לגדול ולארגן לרקמות פונקציונליות.עבור תחליף עור פולשני, פיגומים חייבים לעמוד במספר קריטריונים: ביו-דידיות, ביו-גמישות, תכונות מכניות מתאימות, ואת היכולת לתמוך היווצרות רשת כלי דם.

• (FLT:0) ,Natural פולימרים פולימרים FLT:1 - קולגן, ג'לטין, fibrin, חומצה היאלורונית, ואלג'ינאטה.אלה מציעים ביו-גמישות מצוינים וסימנים פנימיים עבור דבקות תא ו angiogenesis.
• (FLT:0Synthetic פולימרים פולימרים FLT:1 ; חומצה פולית-co-glycolic) (PLGA), פוליפטרולקטון (PCL), ופוליאוריטאן.
• (FLT:0) מטריצה חוץ סלולרית (DECMrea)FLT:1 - נגזר עור התורם או רקמות אחרות, dECM שומרת רמזים ביוכימיים ילידים המעודדים התחדשות רקמות וvascularization.

פיגומים היברידיים המשלבים מרכיבים טבעיים וסינטטיים הם פופולריים יותר ויותר, איזון ביואקטיביות עם יושרה מבנית.בנוסף, אדריכלות פיגומית (גודל פרו, קישוריות, גאומטריה ערוץ) חייב להיות מותאם כדי לאפשר היערכות תאים אנדלוסית ופוריסה כלי שיט.

גורמי צמיחה וזיהוי מולקולות

רמזים ביולוגיים הם קריטיים לביאת התנהגות תאים.גורמי הצמיחה החשובים ביותר עבור vascularization כוללים:

• (ב) [26], VEGFIRLT:1 - הרגולטור של אנגוגנזה.שליטה שחרור VEGF מפסלים מעורר תפוצה תא אנדלוסיבית ותצורות צינור.
• (FLT:0)FGFigm-2FLT:1 - מקדם הן אנגיוגנזה והן פעילות fibroblast, שיפור פיזור מטריצה.
• (ב) ,0)GF-BBF-BBFLT:1 - גייסו חומרים pericytes ותאים שרירים חלקיים לייצב כלי שיט.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גורמי צמיחה יכולים להיות משולבים לתוך השפע באמצעות encapsulation במיקרו-חלקיקים, איזון קוהנטי, או ⁇ משלוח. Achieving spatiotemporal שליטה חיוני כדי למנוע צמיחה בלתי מבוקרת או תת-תזונה.

טכניקות ייצור עבור ווסקולריות

יצירת רשת כלי דם פונקציונלית בתוך תחליף עור דורש דיוק והתאמה מחדש.טכניקות ייצור מתקדמות רבות פותחו כדי לענות על צורך זה.

3D Bioprinting

Bioprinting היא אחת הטכנולוגיות הטרנספורמציות ביותר עבור הנדסת רקמות.שימוש ביו-נייקים תאים, החוקרים יכולים להדפיס מבני עור רב-שכבות עם ערוצי vascular משובצים.FLT:0Coaxial extrusion ו- sacrificial bioprintingFLT:1 לאפשר יצירת ערוצים חלולים עם תאים אנדלוליים.

מחקרים אחרונים הוכיחו את היכולת להדפיס עור vascularated מלא באמצעות bioinks נפרדים עבור dermal (fibroblasts, תאים קצה) ו אפידרמאל (keratinocytes) תאים, עם microערוצים משולבים שניתן לחבר מערכת afusion עבור in vitroation. בעוד עדיין בשלב מוקדם, bioprinted vasated עור צבוע הוכחודות מבטיח מודלים סגורים בעלי חיים.

Decellization and Recellization

Decellized ממטריקס מטבוליים פיגומים לשמר את הארכיטקטורה המיקרו-וסקולרית של רקמות התורם.כאשר מקורם עור או איברים אחרים, dECM שומרת רשת מורכבת של ערוצים שניתן לשחזר עם תאים endothelial. גישה זו שימשה ליצירת מטבולית עורית אשר הם אז מחלימים exvoationized exotalized לפני השתלת הוא מוגבל חלבונים, אבל שיפור של חלבונים רפליקת דם.

הנדסת תאים Sheet Engineering

טכנולוגיית Cellboard להימנע משימוש בספירות שלמות.שכבות בולטות של תאים גדלים על פולימרים עמידים בטמפרטורה, ולאחר מכן מנותקים כמו סדינים שלמים.על ידי ערימה של פיברבסטונד וסופית של צידי תאים, החוקרים יכולים ליצור רקמות מקודמות עם רשתות אנדואליות להרכיב בין השכבות.טכניקה זו היא אטרקטיבית במיוחד לייצור מבנים ביולוגיים טהורים ללא חומרים סינתטיים, אבל רשת אטומה נשארת אתגר היתוך.

מכשירים מיקרו-השפעהיים ו- Scaffold Perfusion

מערכות מיקרו-השפעה מספקות פלטפורמה ללמוד ולייעל את הvascularization ב vitro. על ידי ייצור מיקרו ערוצים בתוך הידרוג'ל ורואים אותם עם תאים נוסטלליים, החוקרים יכולים ליצור רשתות כלי שיט מבוקרות, בלתי ניתנות להשגה.מערכות אלה משמשים כדי לבחון את ההשפעות של זרימה, לחץ Shear, וגורם צמיחה על היווצרות כלי שיט.

הופעות ב-Vircularized Skin Substitutes

Stem Cell Technologies

תאים צמחיים בשפע (iPSCs) ותאים גזע mesenchymal (MSCs) פתחו אפשרויות חדשות ליצירת תאים אוטולוגיים בכמויות בלתי מוגבלות. iPSCs הנגזרים מהתאים של המטופל עצמו ניתן להבחין לתוך keratinocytes, fibroblasts, תאים אנדוטיים, חיסול דחייה חיסונית.

ג'ין אדית לשיפור וחילון

CRISPR-Cas9 גידור נחקר כדי להעלות את הגניגנים הפרו-אנגיוגניים או לדפוק מעכבי של vascularization. לדוגמה, תאים אנדוטיאליים הנדסה כדי לבטא באופן חוקתי VEGF באופן מבוקר יכול להאיץ היווצרות כלי שיט בתוך ה-graft. בדומה, עריכת fibroblasts כדי לייצר יותר ממטריקס מתכתלואז (MMPs) יכול להקל על כך על דלקת.

המונחים: bioreactors

כדי לבנות מבנים vascularized בוגר לפני השתלת, ביולוגי היתוך כי לחקות זרימה פיזיולוגית משמשים.מכשירים אלה לשמור את הבניין חי ולקדם את הפיתוח של אנדוריום פונקציונלי. גירוי מכני מזרימה משפר את תפקוד מחסום הליטואלי, הישור, ואת הייצור של גורמים vasoactive. bioreactor maturation הוא חשוב במיוחד עבור מבנים עבים כי לא יכול להסתמך רק על difreation במהלך תקופת שלאחר הליטציה הראשונית.

אלמוות

דחיית החיסון נותרה מחסום, במיוחד כאשר משתמשים בתאים הכלוגניים.העבודה האחרונה התמקדה ביצירת "פרטי-פרטי-פרטיים" grafts על ידי אספקת מולקולות מדכאות או תאים הנדסיים כדי לבטא גורמים immunomodatory (למשל, CTLA4-Ig, IL-10). לחלופין, באמצעות תאים עם תאים של המטופל באמצעות טכנולוגיות C למנוע את הצורך בהפרעות חיסוניות (Fregic) באופן מוחלט, גם טיפול תרופתי (TRicial) ללא טיפול תרופתי).

אתגרים ומגבלות

למרות התקדמות מרשימה, יש להתגבר על כמה מהמכשולים לפני שתחליפי עור פולשים הופכים למציאות קלינית.

• (FLT:0) יציבות לטווח ארוך: 1FLT כלי רכב ממונדסים לעתים קרובות עוברים רגרסציה או הופכים בחודשים דליפים לאחר ההשתלה.
• ייצור קליני של grafts vascularized הוא יקר וטכני דורש המעבר מייצור בקנה מידה מעבדה לייצור תעשייתי דורש אוטומציה, בקרת איכות ופרוטוקולים סטנדרטיים.
• (FLT:0) גידול עם עצבים מארחים:FreaLT:1; פציעות בשרוף גם להזיק לסיום עצבי. Reאחסון תחושה היא קריטית עבור תפקוד העור, אך לעתים רחוקות הוא מטופל כתחליף הנוכחי.
• (FLT:0)Fibrosis ו-Shakering:FLT:1) כמה grafts פולשני גורם פיברוזיס מופרז, וכתוצאה מכך תוצאות קוסמטיות גרועות.המשחק בין אנגיוגנזה ופיברוזיס הוא מורכב ודורש מחקר נוסף.
• (FLT:0) רגולציה ואתית של הhurdles:BuildFLT:1) שילוב של תאים, פיגומים, גורמי צמיחה, שינויים גנטיים מציבים מוצרים אלה בקטגוריית רגולציה בסיכון גבוה, המחייבים ניסויים קליניים נרחבים.

כיוונים עתידיים ותרגום קליני

המטרה הסופית היא לפתח מחוץ ל-the-shelf, תחליף עור פונקציונלי מלא שניתן לפרוס במהירות בטיפול בשריפה חירום.

גרף אישי

שילוב טכנולוגיית iPSC עם bioprinting 3D יכול לאפשר graft עור ספציפי לחולה המיוצר בתוך שבועות. מערכות אוטומטיות עשוי ליצור גרפט שמתאים גיאומטריה המדויקת והעובי של הפצע, עם כלי רכב אוטוביוגרפיים המותאמים האנטומיה של המטופל.

אורגניזמים עור

איברים – ארגנו עצמי של רקמות זעירות שמקורן בתאי גזע – מפותחים לכלול זקיקי שיער, בלוטות הזיעה ועצבים. integrating רשת vascular לתוך תחליף עור מבוסס איברנואיד יביא אותם קרוב יותר למורכבות ביולוגית מלאה.

המונחים: socal Composite Tissues

עבור צרבת חריפה או צרבת יד, תחליף עור מלוטש לבדו לא יכול להיות מספיק.חוקרים עובדים על רקמות מורכבות המשלבות שריר, עצם או טרחוס לצד שכבת עור, הכל עם vascularization מקושר.

ניסויים קליניים ומסחריים

כמה מוצרים נכנסו בניסויים קליניים, כגון תבנית ההתחדשות של Integra יחד עם צפי תאים אנדואליים תאים, ותרבותי אפידרמאל autografts overlaid על vascularated dermal matrices. עם זאת, לא תחליף עור vascularized לחלוטין עדיין קיבל אישור FDA.

מקורות חיצוניים לקריאה נוספת כוללים את המרכז הלאומי של Biotechnology Information Review על תחליף עור vascularrated FLT:1, TheFLT:2ScienceDirect על עור מוטבע עם microvesselssuaFLT 3, ואת FLT:4ClinicalTrials.gov הרישום של שלב האחרון אני של vasated dermalal fterated LT5: 5LT5 LT5.

מסקנה

פיתוח תחליף עור vascularized מייצג שינוי פרדיגמה בטיפול נשרף. על ידי שילוב רשת כלי דם טרום-פורממות ישירות לעור מונדס, החוקרים מתגברים על המגבלה הבסיסית של grafts מסורתיים - איטי ולא אמין.התקדמות בהופעת דם מוקדמת 3D הדפסה, תאי גזע ועריכה גנים הם מאיצים התקדמות השקעה, מה שמביא אותנו קרוב יותר לזמן שבו מחוץ לחליק, בעוד שעדיין נשמרים שינויים נורמטיביים, עם שינויים מתקדמים, עם חום עמוק.