Inżynieria tkankowa skóry przeszła długą drogę w ostatnich latach, jednak nadal zmaga się z wyzwaniami związanymi z regeneracją funkcjonującego, złożonego narządu 3D. Obejmuje to również mieszki włosowe, gruczoły i połączenia z innymi systemami narządów.
Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców w Japonii, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie, stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie bioinżynierii i medycyny regeneracyjnej.
Skóra jako złożony organ pełni wiele kluczowych funkcji. Działa jako bariera, amortyzator, chroni głębsze tkanki, wydala odpady oraz reguluje temperaturę. Współpraca wielu systemów w ramach złożonej architektury tkanki 3D jest niezbędna do prawidłowego działania.
Dr Takashi Tsuji, kierownik badania i szef laboratorium regeneracji organów w Ośrodku Biologii Rozwoju RIKEN (CDB) w Kobe, podkreśla:
«Do tej pory sztuczne tworzenie skóry było utrudnione z powodu braku kluczowych struktur, takich jak mieszki włosowe i gruczoły zewnątrzwydzielnicze, które są istotne dla regulacji.»
W artykule naukowcy opisują, jak wytworzyli komórki macierzyste z komórek żywych myszy i wykorzystali je do wyhodowania złożonej tkanki skóry, która zawiera mieszki włosowe oraz gruczoły łojowe.
Gruczoły łojowe wydzielają oleiste substancje, które przyczyniają się do utrzymania skóry w doskonałym stanie – miękkiej, gładkiej i wodoodpornej. W połączeniu z mieszkami włosowymi tworzą ważny element «układu narządów wewnętrznych», który odgrywa kluczową rolę między skórą zewnętrzną a wewnętrzną.
Funkcjonująca skóra łączy się z innymi systemami narządów, w tym nerwami i włóknami mięśniowymi.
Naukowcy wszczepili swoje trójwymiarowe struktury skóry do myszy i dowiedli, że udało im się stworzyć te połączenia.
Badacze są przekonani, że ich odkrycia mogą zrewolucjonizować przeszczepy skóry, oferując nowe możliwości dla pacjentów po oparzeniach oraz innych schorzeniach wymagających regeneracji skóry.
Implanty rozwijały się jak normalna skóra
W ramach badania zespół zastosował chemikalia, aby zmiękczyć komórki żywicy myszy do stanu przypominającego komórki macierzyste. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) mają zdolność różnicowania się w niemal każdy typ komórki w organizmie, podobnie jak komórki embrionalne.
Podczas hodowli w kulturze, naukowcy zauważyli, że komórki iPS rozwijały się prawidłowo w tzw. ciała embrionalne (EB) – trójwymiarowe skupiska komórek, które przypominają rozwijający się zarodek.
Naukowcy wszczepili EB do myszy z celowo osłabionym układem odpornościowym. EB stopniowo różnicowały się w złożoną tkankę skórną, naśladując procesy zachodzące w rozwijającym się zarodku.
Po zróżnicowaniu tkanek, zespół wyjął je z pierwszej grupy myszy i przeszczepił do tkanki skóry innej grupy. Implanty rozwijały się normalnie, integrując się z tkanką łączną.
Naukowcy odkryli, że gdy przeszczepiona tkanka przekształciła się w tkankę skórną, nawiązała normalne połączenia z otaczającymi nerwami i tkankami mięśniowymi, co pozwoliło jej na normalne funkcjonowanie.
Autorzy zwracają uwagę, że kluczowym elementem ich sukcesu była sygnalizacja Wnt10b, znana z roli w kontrolowaniu różnicowania komórek macierzystych w tkankę tłuszczową, kości, skórę i inne narządy. Zauważają, że aktywacja szlaku Wnt10b zwiększyła liczbę mieszków włosowych, co sprawiło, że zmodyfikowana tkanka bardziej przypominała normalną skórę.
Dr Tsuji podsumowuje:
«Coraz bliżej jesteśmy do spełnienia marzenia o odtworzeniu rzeczywistych organów w laboratorium do przeszczepów. Wierzymy również, że tkanki hodowane tą metodą mogą stanowić alternatywę dla testów na zwierzętach w kontekście substancji chemicznych.»
W międzyczasie, ostatnie doniesienia o znaczących postępach w medycynie regeneracyjnej pochodzą z Chin, gdzie badacze przeprowadzili operację, w której dzieci otrzymały nowe soczewki oka po usunięciu uszkodzonych podczas operacji zaćmy, pozostawiając nienaruszone kapsułki soczewki oraz komórki macierzyste.
Najważniejsze badania i osiągnięcia w 2024 roku
W 2024 roku obserwujemy dalszy rozwój w inżynierii tkankowej, z nowymi badaniami, które pokazują obiecujące wyniki w regeneracji skór. Wśród najnowszych osiągnięć, badania wykazały, że wykorzystanie komórek macierzystych z tkanki tłuszczowej może znacznie poprawić proces gojenia ran, a także przyczynić się do powstawania nowych naczyń krwionośnych w regenerowanej skórze.
Ponadto, inżynierowie tkankowi zaczynają integrować techniki druku 3D do tworzenia bardziej złożonych struktur skóry, co może otworzyć nowe ścieżki dla przeszczepów oraz leczenia ran. Wykorzystanie biomateriałów, które naśladują naturalne właściwości skóry, również przynosi obiecujące rezultaty, pokazując zdolność do wspierania wzrostu komórek i integracji z tkanką gospodarza.
Dzięki tym innowacjom, inżynieria tkankowa skóry ma szansę na wprowadzenie przełomowych rozwiązań, które mogą znacznie poprawić jakość życia pacjentów potrzebujących przeszczepów lub regeneracji skóry. Wydaje się, że przyszłość medycyny regeneracyjnej jest obiecująca, a nowe badania tylko potwierdzają to, co wcześniej wydawało się niemożliwe.
