راندولف شرمن، مدیر جراحی پلاستیک در مرکز پزشکی Cedars-Sinai، قبلا بیماران سوختگی شدید را برای سازمان غیرانتفاعی Operation Smile درمان می کرد. حتی اگر این بیماران از پیوندهای معمولی پوست بهبود پیدا کنند، ممکن است عملکرد خود را از دست بدهند. برخی نمی توانستند گردن خود را زیاد حرکت دهند یا چشم یا دهان خود را به درستی باز و بسته کنند.
شرمن که در مطالعه جدید شرکت نداشت، خوشبین است که رویکرد جدید به عموم مردم برسد و این حوزه از علم پزشکی را متحول کند. او می گوید این ساختار پوستی می تواند برای درمان هر چیزی از زخم دیابت گرفته تا زخم تا گاز گرفتن سگ و سوختگی شدید مفید باشد. او می‌گوید: «کارایی بهتر، پذیرش بهتر، عملکرد بهتر و ظاهر بهتر، چهار جنبه بالقوه تحول‌بخش یک محصول جدید هستند.
مهندسی زیستی پوست یک اندام دشوار است زیرا از انواع مختلفی از سلول ها تشکیل شده است که اشکال پیچیده ای را تشکیل می دهند و خواص مکانیکی آن در قسمت های مختلف متفاوت است. به عنوان مثال، پوست پشت شما از نظر شکل و عملکرد با پوست صورت یا پوست دست شما متفاوت است.
پوست مانند یک ورقه پلاستیکی نیست که روی بدن کشیده شده باشد. پوست یک اندام کاربردی است که کارهای زیادی انجام می دهد. پوست دمای بدن را تنظیم می کند و به حفظ رطوبت کمک می کند. همچنین پایانه های عصبی در پوست رابط ما با دنیای خارج هستند و گرما، سرما، تندی و کندی را احساس می کنیم.
در دهه گذشته، مهندسان زیستی برای ایجاد پیچیدگی‌های توصیف شده در بافت‌های آزمایشگاهی گام‌های بزرگی برداشته‌اند. به عنوان مثال، آنها سلول ها را با پیش سازهای لازم برای فولیکول های مو و عروق خونی کشت دادند. اما آباجی نمی توانست چیزی را نادیده بگیرد که احساس می کرد به طور قابل توجهی نادیده گرفته شده است: هندسه پوست.
پوست هر گوشه و کنار بدن ما را می پوشاند و آباجی متوجه شد که این مهندسی به ایجاد یکپارچگی ساختاری آن کمک می کند. یک صفحه تخت نمی تواند این کار را انجام دهد. او می‌گوید: «به‌عنوان یک مهندس، من را آزار می‌داد.
تیم او آزمایش خود را با توسعه پوست به شکل استوانه ای ساده آغاز کرد. آنها از اسکن سه بعدی یا مدل سازی دیجیتال برای چاپ یک داربست پلاستیکی قابل نفوذ برای سلول های دو لایه پوست، درم (داخلی) و اپیدرم (خارجی) استفاده کردند.
پاپالاردو فیبروبلاست (سلول های پوستی) را با کلاژن در اطراف داربست ریخته می کند. پس از بلوغ لایه به مدت دو هفته، کراتینوسیت ها، سلول های موجود در اپیدرم را اضافه کرد. سپس این ترکیب به مدت یک هفته در معرض هوا از یک طرف و مایع از طرف دیگر قرار گرفت. آباجی می گوید: «فکر می کردیم اگر بتوانیم یک استوانه بسازیم، می توانیم هر شکلی بسازیم.
این دستاورد بحثی را در میان محققان برانگیخت: اکنون چه بسازیم؟ یک تیم می خواست صورتش را بزرگ کند، اما در نهایت تیم دیگری که می خواست دستش را بزرگ کند، برنده شد. آنها ساختاری پنج انگشتی را تصور کردند که از مچ بریده می شود، مانند یک دستکش کشیده می شود و سپس به هم دوخته می شود. آباجی می گوید: «فقط باید مچ دست را ببندید و تمام عملیات همین است.
بنابراین آزمایشگاه یک داربست پنج انگشتی به اندازه یک بسته شکر چاپ کرد (بسته های کوچکی که معمولاً در رستوران ها و چایخانه ها به مشتریان ارائه می شود که حاوی 2 تا 4 گرم شکر هستند)، سلول ها را مانند قبل آماده کرد و سپس این ساختار بدون قاب . در مقایسه با لینک های رایج
در تست تنش مکانیکی، سازه‌های بدون لبه تا 400 درصد بهتر از قطعات صاف عمل کردند. تصاویر میکروسکوپی ماتریکس خارج سلولی نرمال و سالم تری را نشان داد (شبکه پروتئین ها و مولکول هایی که ساختار بافت را می سازند). این ماتریکس دارای مولکول های بیشتری مانند اسید هیالورونیک و آرایش سلولی واقعی تر بود. آباجی به وجد آمد و در عین حال متعجب شد: «دیدن این که سلول‌ها چگونه به تغییر هندسه واکنش نشان می‌دهند، جالب بود. او معتقد است که این روش در ایجاد جایگزینی طبیعی تر پوست بهترین کار را دارد زیرا به سلول ها اجازه می دهد به روش طبیعی تری رشد کنند.
اما آیا می توان پیوند پوستی مانند آنچه توضیح داد انجام داد؟ آزمایش های پاپالاردو روی موش ها که 11 بار تکرار کرد، نشان می دهد که این امر امکان پذیر است. انجام همان عمل با پیوندهای صاف امکان پذیر نبود. او تصمیم گرفت آن را در قسمت پشتی ماوس امتحان کند زیرا هندسه آن ناحیه بسیار پیچیده است. چهار هفته بعد، جایگزین پوست به طور کامل با پوست واقعی موش ادغام شد.
آدام فاینبرگ، مهندس زیست پزشکی در دانشگاه کارنگی ملون می گوید: «روشی که آنها این کار را انجام دادند بسیار هیجان انگیز بود. ما در مسیری هستیم که این فناوری ها به طور گسترده در دسترس هستند. در نهایت، در ده سال آینده، روش بهبودی بدن انسان پس از آسیب یا بیماری واقعاً تغییر خواهد کرد.