Menumbuhkan sel di laboratorium adalah seni yang telah dikuasai manusia beberapa dekade yang lalu. Menciptakan seluruh jaringan tiga dimensi jauh lebih menantang. Para peneliti sedang mengembangkan bahan berbasis hidrogel baru yang memungkinkan untuk merekayasa jaringan kulit buatan, yang dapat berfungsi sebagai model tiga dimensi kulit manusia yang hidup untuk pemahaman yang lebih baik dan mengobati penyakit kulit.
Kulit adalah organ terbesar dalam tubuh manusia. Itu membentuk sekitar 15 persen dari berat badan kita dan melindungi kita dari patogen, dehidrasi dan suhu ekstrem. Oleh karena itu, penyakit kulit lebih dari sekadar tidak menyenangkan – mereka dapat dengan cepat menjadi berbahaya bagi pasien yang terkena. Meskipun kondisi seperti kanker kulit, luka kronis dan penyakit kulit autoimun tersebar luas, kita sering masih belum sepenuhnya memahami mengapa mereka berkembang dan bagaimana kita dapat mengobatinya secara efektif.
Untuk menemukan jawaban atas pertanyaan -pertanyaan ini, para peneliti bekerja sama dengan mitra klinis pada model kulit manusia. Model ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mensimulasikan penyakit kulit dan dengan demikian lebih memahaminya. Ini bukan model komputer atau plastik. Sebaliknya, para peneliti dari Laboratorium EMPA untuk membran dan tekstil biomimetik dan laboratoriumnya untuk biointerfaces bertujuan untuk menghasilkan “kulit buatan” yang mengandung sel dan meniru struktur kulit manusia yang berlapis dan kusut. Ch.
Untuk menciptakan sesuatu yang serumit seperti kulit, bahan bangunan yang cocok diperlukan. Di sinilah para peneliti baru -baru ini membuat kemajuan: mereka telah mengembangkan hidrogel yang memenuhi persyaratan kompleks sambil mudah diproduksi. Dasarnya: gelatin dari kulit ikan air dingin.
Seperti kebanyakan jaringan, kulit terdiri dari sel-sel yang tertanam dalam apa yang disebut matriks ekstraseluler: jaringan protein dan biomolekul lain yang menyediakan jaringan dengan bentuk dan struktur dan menopang sel. Matriks ekstraseluler berbeda dari jaringan ke jaringan – dalam kasus kulit bahkan dari lapisan ke lapisan. Sangat penting untuk menggunakan substitusi yang cocok untuk matriks ini untuk merekayasa model kulit yang representatif.
Salah satu cara untuk mensimulasikan matriks ekstraseluler adalah dengan menggunakan hidrogel: polimer khusus yang rantainya saling terkait dengan cara yang memungkinkan mereka untuk menyerap air dalam jumlah besar dan cairan lainnya. Mereka sangat cocok untuk mensimulasikan matriks ekstraseluler kulit yang mengandung sejumlah besar air dan cairan lainnya. Keuntungan lain: Banyak hidrogel dapat diproses menggunakan printer 3D. “Pencetakan 3D sangat kuat untuk pengembangan model kulit. Sel-sel kulit dapat tertanam dalam matriks hidrogel dalam pola tertentu dan tidak secara acak,” kata Kongchang Wei, pemimpin kelompok kelompok soft regeneratif jaringan penelitian kelompok penelitian bersama. “Pencetakan 3D memungkinkan kita untuk menggabungkan banyak bahan dan jenis sel menjadi satu struktur – seperti kulit asli.”
Namun, karena kemampuan mereka untuk menyerap air, sebagian besar hidrogel membengkak ketika mereka pertama kali bersentuhan dengan cairan setelah pencetakan 3D. Pembengkakan mengubah bentuknya dan membuat mereka berbeda dari model kulit berlapis yang dirancang. Meskipun ada hidrogel non-penyelaman, mereka biasanya sangat menantang untuk diproduksi, atau cetak 3D. “Kami telah menemukan bahwa alam sudah memiliki solusi yang jauh lebih sederhana, lebih elegan,” kata Wei. Gelatin dari ikan air dingin seperti COD, Pollock dan Haddock dapat dihubungkan silang hanya dalam beberapa langkah untuk mengubahnya menjadi hidrogel non-pembalap, yang dapat dicetak dengan sel-sel kulit.
“Untuk model kulit kami, tujuannya adalah untuk mencakup tidak hanya lapisan dermis dan epidermis tetapi juga persimpangan epidermal-dermal (juga dikenal sebagai membran dasar) antara dua lapisan kulit ini.” kata Wei. “Dengan hidrogel gelatin ikan air dingin dan teknik pemrosesan polimer lainnya, electrospinning, kita semakin dekat dengan tujuan ini.”
Terlebih lagi: tanpa penambahan sel hidup, hidrogel juga dapat digunakan sebagai bahan ganti. Sama seperti hidrogel yang terbuat dari gelatin hewani, bahan yang dihasilkan secara biologis kompatibel dengan sel -sel kulit manusia dan dapat dicetak 3D. Namun, ia memiliki fitur pembeda yang penting: karena ikan secara evolusioner lebih jauh diangkat dari manusia, gelatin ikan menyebabkan lebih sedikit reaksi kekebalan tubuh dan membawa risiko penularan penyakit yang lebih rendah daripada bahan yang sebanding berdasarkan gelatin mamalia. “Kulit ikan saat ini sedang diteliti sebagai alat yang menjanjikan untuk penyembuhan luka,” kata Wei. “Hidrogel kami lebih homogen, lebih aman dan dapat disesuaikan dengan kebutuhan pasien, misalnya dengan berbagai bentuk, ketebalan dan keteguhan. Bahkan integrasi obat akan dibayangkan,” jelas peneliti.
Untuk alasan ini, para peneliti telah mengajukan paten untuk hidrogel berbasis gelatin ikan mereka. Pada langkah berikutnya, mereka berencana untuk menyelesaikan pengembangan model kulit hidup dan membuatnya tersedia untuk para ilmuwan lain. “Kami berharap ini akan mempromosikan pemahaman yang lebih baik tentang perkembangan dan perawatan penyakit kulit,” kata Wei. Para peneliti juga bertujuan untuk melihat lebih dekat pada sifat pembengkakan yang tidak biasa dari hidrogel mereka.
Skintegrity.ch adalah jaringan penelitian kolaboratif dan interdisipliner yang bertujuan untuk lebih memahami apa yang terjadi di kulit pada tingkat molekuler jika terjadi cedera dan penyembuhan atau penyakit. Ini juga bertujuan untuk meningkatkan diagnosis dan perawatan untuk pasien dan menawarkan pelatihan interdisipliner kepada peneliti dan dokter kulit muda. Diluncurkan pada tahun 2016 dan diperluas ke seluruh Swiss pada tahun 2020. Inisiatif ini didukung oleh kedokteran universitas Zurich (UMZH) dan berbagai universitas, termasuk EMPA. Biointerfaces Laboratorium EMPA dan membran biomimetik dan tekstil adalah bagian dari konsorsium skintegrity.ch.
www.skintegrity.ch
