Войти
Искусственная кожа - это коллаген каркас, который вызывает регенерацию кожи в млекопитающие, такие как люди. Этот термин использовался в конце 1970-х - начале 1980-х годов для описания нового метода лечения массивных ожогов. Позже было обнаружено, что лечение глубоких кожных ран у взрослых животных и людей с помощью этого каркаса вызывает регенерацию дермы. Он был коммерчески разработан под названием Integra TM и используется у пациентов с массивными ожогами, во время пластической хирургии кожи и при лечении хронических кожных ран.
В качестве альтернативы, термин «искусственный кожа »иногда используется для обозначения подобной коже ткани, выращенной в лаборатории, хотя эта технология все еще далека от того, чтобы быть жизнеспособной для использования в области медицины. «Искусственная кожа» может также относиться к гибким полупроводниковым материалам, которые могут воспринимать прикосновение для людей с протезами конечностей (также экспериментальными).
Кожа - самый большой орган в теле человека. Кожа состоит из трех слоев: эпидермиса, дермы и жирового слоя, также называемого гиподермой. Эпидермис - это внешний слой кожи, который удерживает жизненно важные жидкости и вредные бактерии из организма. Дерма - это внутренний слой кожи, который содержит кровеносные сосуды, нервы, волосяные фолликулы, масло и потовые железы. Серьезное повреждение больших участков кожи подвергает человеческий организм обезвоживанию и инфекциям, которые могут привести к смерти.
Традиционными способами борьбы с большими потерями кожи было использование кожных трансплантатов пациента (аутотрансплантаты), неродственного донора или трупа. Первый подход имеет недостаток, заключающийся в том, что может быть недостаточно кожи, в то время как последний страдает возможностью отторжения или инфекции. До конца двадцатого века кожные трансплантаты создавались из собственной кожи пациента. Это стало проблемой, когда кожа была сильно повреждена, что сделало невозможным лечение серьезно травмированных пациентов только аутотрансплантатами.
Был разработан процесс стимулирования регенерации кожи. изобретен доктором Иоаннисом В. Яннасом (в то время доцентом отделения волокон и полимеров факультета машиностроения Массачусетского технологического института ) и доктором Джоном Ф. Берком (в то время руководителем персонала в Shriners Burns Institute в Бостоне, Массачусетс). Их первоначальная цель состояла в том, чтобы найти раневое покрытие, которое защитило бы тяжелые кожные раны от инфекции за счет ускорения закрытия раны. Было приготовлено несколько видов трансплантатов из синтетических и натуральных полимеров и протестировано на модели морских свинок. К концу 1970-х стало очевидно, что первоначальная цель не была достигнута. Вместо этого эти экспериментальные трансплантаты обычно не влияли на скорость закрытия раны. В одном случае, однако, конкретный тип коллагенового трансплантата привел к значительной задержке закрытия раны. Тщательное изучение гистологических образцов показало, что трансплантаты, которые задерживают закрытие раны, индуцируют синтез новой дермы de novo в месте повреждения вместо образования рубца, что является нормальным результатом спонтанной реакции заживления ран. Это была первая демонстрация регенерации ткани (дермы), которая не регенерируется сама по себе, у взрослого млекопитающего. После первоначального открытия дальнейшие исследования привели к составу и изготовлению трансплантатов, которые оценивались в клинических испытаниях. Эти трансплантаты были синтезированы как привитой сополимер микрофибриллярного коллагена типа I и гликозаминогликана, хондроитин-6-сульфата, изготовлены в виде пористых листов с помощью сублимационной сушки, а затем сшиты дегидротермальной обработкой. В конечном итоге выяснилось, что контроль структурных особенностей коллагенового каркаса (средний размер пор, скорость разложения и химический состав поверхности) является критически важным условием его необычной биологической активности. В 1981 году Берк и Яннас доказали, что их искусственная кожа действует на пациентов с 50-90 процентами ожогов, значительно повышая шансы на выздоровление и улучшая качество жизни. Джон Ф. Берк также утверждал в 1981 году: «[Искусственная кожа] мягкая и податливая, а не жесткая и твердая, в отличие от других веществ, используемых для покрытия обгоревшей кожи»
. Массачусетскому технологическому институту было выдано несколько патентов на создание трансплантатов на основе коллагена, которые могут вызывать регенерацию дермы. Патент США 4 418 691 (6 декабря 1983 г.) был процитирован Национальным залом славы изобретателей в качестве ключевого патента, описывающего изобретение процесса регенерации кожи (Inductees Natl Inventors Hall of Fame, 2015). Позднее эти патенты были переведены в коммерческий продукт (Integra TM) компанией Integra LifeSciences Corp., основанной в 1993 году. Трансплантаты Integra TM получили одобрение FDA в 1996 году и с тех пор применяются во всем мире для лечения пациентов, которым требуется новая кожа для лечения. массивные ожоги, те, кто подвергается пластической хирургии кожи, пациенты с хроническими кожными ранами, а также другие люди, страдающие определенными формами рака кожи. В клинической практике тонкий лист трансплантата, изготовленный из активного коллагенового каркаса, помещается на место повреждения, которое затем покрывается тонким листом силиконового эластомера, который защищает место раны от бактериальной инфекции и обезвоживания. В трансплантат можно засеять аутологичные клетки (кератиноциты), чтобы ускорить закрытие раны, однако присутствие этих клеток не требуется для регенерации дермы. Пересадка кожных ран с помощью Integra TM приводит к синтезу нормальной васкуляризированной и иннервируемой дермы de novo с последующей реэпителизацией и образованием эпидермиса. Хотя ранние версии каркаса не были способны регенерировать волосяные фолликулы и потовые железы, более поздние разработки С. Т. Бойса и его сотрудников привели к решению этой проблемы.
Механизм регенерации с использованием активного коллагенового каркаса в значительной степени выяснен.. Каркас сохраняет регенеративную активность при условии, что он был приготовлен с соответствующими уровнями удельной поверхности (размер пор в диапазоне 20-125 мкм), скоростью разложения (период полураспада 14 ± 7 дней) и химическими характеристиками поверхности (плотности лигандов для интегринов. α1β1 и α2β1 должны превышать примерно 200 мкл лигандов α1β1 и α2β1). Была выдвинута гипотеза, что специфическое связывание достаточного количества сократительных клеток (миофибробластов) на поверхности каркаса, происходящее в пределах узкого временного окна, необходимо для индукции регенерации кожи в присутствии этого каркаса. Исследования кожных ран были распространены на перерезанные периферические нервы, и объединенные данные подтверждают общий механизм регенерации кожи и периферических нервов с использованием этого каркаса.
Исследования продолжаются постоянно. искусственная кожа. Новые технологии, такие как аутологичный спрей для кожи, производимый Avita Medical, проходят испытания в попытках ускорить заживление и минимизировать рубцевание.
Институт Фраунгофера межфазной инженерии и биотехнологии работает над полностью автоматизированным процессом производства искусственной кожи. Их цель - простая двухслойная кожа без кровеносных сосудов, которую можно использовать для изучения взаимодействия кожи с потребительскими товарами, такими как кремы и лекарства. Они надеются в конечном итоге создать более сложную кожу, которую можно будет использовать при трансплантации.
Ханна Вендт и группа ее коллег из отделения пластической, хирургии кисти и реконструктивной хирургии Медицинской школы Ганновера, Германия, нашли метод для создания искусственной кожи из паучьего шелка. Однако до этого искусственная кожа выращивалась с использованием таких материалов, как коллаген. Эти материалы не казались достаточно прочными. Вместо этого Вендт и ее команда обратились к паучьему шелку, который, как известно, в 5 раз прочнее кевлара. Шелк добывается путем «доения» шелковых желез пауков с золотым шаром. По мере сбора шелк наматывали на катушку, а затем из него вплетали прямоугольную стальную раму. Стальной каркас имел толщину 0,7 мм, и полученное плетение было легко обрабатывать или стерилизовать. Клетки кожи человека были добавлены к сетчатому шелку, и было обнаружено, что они процветают в среде, обеспечивающей питательные вещества, тепло и воздух. Однако в настоящее время использование паучьего шелка для выращивания искусственной кожи в массовых количествах нецелесообразно из-за утомительного процесса сбора паучьего шелка.
Австралийские исследователи в настоящее время ищут новый, инновационный способ создания искусственной кожи. Это позволит производить искусственную кожу быстрее и эффективнее. Полученная кожа будет толщиной всего 1 миллиметр и будет использоваться только для восстановления эпидермиса. Они также могут сделать кожу толщиной 1,5 сантиметра, что позволит дерме при необходимости восстановиться. Для этого потребуется костный мозг из пожертвований или из тела пациента. Костный мозг будет использоваться в качестве «семени» и будет помещен в трансплантаты для имитации дермы. Это было протестировано на животных и доказано, что работает с кожей животных. Профессор Майц сказал: «В Австралии кто-то с полный ожог до 80% площади их тела имеет все шансы выжить после травмы... Однако качество их жизни остается под вопросом, поскольку в настоящее время мы не можем заменить обожженную кожу нормальной кожей … Мы стремимся к тому, чтобы боль, связанная с выживанием, того стоила, путем разработки эквивалента живой кожи ».
Еще одна форма« искусственной кожи »была создана из гибкой полупроводниковые материалы, которые могут ощущать прикосновение для людей с протезами конечностей. Ожидается, что искусственная кожа дополнит робототехнику при выполнении элементарных работ, которые будут считаться деликатными и требуют деликатных Ученые обнаружили, что, нанося слой резины двумя параллельными электродами, • внутри искусственной кожи хранятся электрические заряды, можно было обнаружить крошечное давление. При приложении давления электрический заряд в резине изменяется, и это изменение регистрируется электродами. Однако пленка настолько мала, что при надавливании на кожу молекулам некуда двигаться и они запутываются. Молекулы также не могут вернуться к своей первоначальной форме при снятии давления. Недавнее развитие техники синтетической кожи было достигнуто путем придания свойств изменения цвета тонкому слою кремния с помощью искусственных гребней, которые отражают очень определенную длину волны света. Регулируя промежутки между этими выступами, можно управлять цветом, который будет отражаться кожей. Эта технология может использоваться в масках с изменяющимся цветом и в датчиках, которые могут обнаруживать незаметные дефекты в зданиях, мостах и самолетах.
Мадридский университет Карлоса III, Общая больница Universitario Gregorio Marañón и создали 3D-биопринтер, способный создавать человеческую кожу, которая функционирует точно так же, как настоящая кожа. 5>
