ساخت پوست مصنوعی که باعث تسریع روند بهبود زخم‌های شدید و مزمن می‌شود

اگر روند بهبود یک زخم را در سطح میکروسکوپی مشاهده کنید، رقص پیچیده‌ای از سلول‌ها، پروتئین‌ها و سایر سیگنال‌های مولکولی را می‌بینید که همگی برای بهبود زخم تلاش می‌کنند. اخیراً، گروهی از دانشمندان نوعی پوست مصنوعی ساخته‌‌اندند‌اندانن که می‌تواند با تقلید از فرآیندهای طبیعی، انقلابی در زمینه ترمیم زخم ایجاد کند.

این پوست که دارای یک ماده مخفی جدید است به جلوگیری از التهاب کمک می‌کند.  در عین حال روند بهبود زخم را تسریع می‌کند.

در مقاله منتشر شده در Advanced Materials محققین اعلا کردند که اجزای دخیل در این پوست مصنوعی از انسان مشتق شده است که روند بالینی را بهبود می‌بخشد.

مکانیزم طبیعی بدن برای بهبود زخم

شاید برایتان سوال باشد که پوست مصنوعی چه کاربردی دارد؟

پیش از پاسخ به این سوال بهتر است مروری بر روند طبیعی بهبود زخم در بدن داشته باشیم.

ترمیم زخم یک فرآیند فیزیولوژیکی پویا است. این فرایند زمانی شروع می‌شود که رگ‌های خونی برای کنترل خونریزی منقبض می‌شوند.به دنبال آن سلول‌های ریز و ویژه‌ای در خون به نام پلاکت‌ها فعال می‌شوند که در محل آسیب به هم می‌چسبند و پوششی محافظ مانند چسب زخم تشکیل می‌دهند. پس از آن، التهاب شروع می‌شود. التهاب باعث می‌شود تا سلول‌های ایمنی شروع به پاکسازی کرده و از عفونت جلوگیری ‌کنند.

سپس به مرور بافت جدیدی تولید می‌شود. در این بافت، ماتریکس‌های خارج سلولی به سلول‌های لازم اجازه می‌دهند تا بافت جدید را رشد دهند. این ماتریکس‌ها در واقع داربست یا چارچوب بیولوژیکی ساخته شده از پروتئین‌ها هستند.

جزء اصلی ماتریکس‌، کلاژن است و شبکه مولکولی را بازسازی می‌کند. دو نوع سلول اصلی درگیر در این فرآیند کراتینوسیت و سلول‌های ماهیچه‌ای به نام فیبروبلاست هستند.

این فرایند برای خراش‌های جزئی است. اما برخی از زخم‌ها به خودی خود بهبود نمی‌یابند. مانند سوختگی‌های شدید یا زخم‌های مزمن مانند زخم‌های دیابتی.

در چنین شرایطی محققین از پوست مصنوعی استفاده می‌کنند.

استفاده از پوست‌ مصنوعی در مراقبت از زخم

مهندسی بافت پوست، یک رشته پیشگامانه است که هدف آن ایجاد جایگزین‌های پوستی برای بهبود زخم است. البته پوست مصنوعی در صنایع آرایشی و بهداشتی نیز کاربرد زیادی دارد. با ترکیب بیومواد، سلول‌‌ها و فاکتورهای سیگنالینگ، دانشمندان می‌توانند ساختارهایی ایجاد کنند که خواص پوست طبیعی را تقلید کند.

همانطور که در بخش قبلی گفته شد، استفاده از پوست مصنوعی برای سوختگی‌های شدید و یا زخم‌های مزمن مفید است.

اما، علی‌رغم این پیشرفت‌های قابل توجه، تقریباً تمام بافت‌های مصنوعی با خطر ذاتی عفونت همراه بوده‌اند.

در واقع، پس از قرار گرفتن آن‌ها در بدن، تخریب طبیعی آن‌ها آغاز می‌شود. این امر معمولاً سلول‌های ایمنی را فعال می‌کند و منجر به تشدید پاسخ‌های التهابی می‌شود که ممکن است روند بهبود زخم را مختل کند. به همین دلیل محققین همواره در تلاش هستند تا این مشکل را در پوست مصنوعی حل کنند.

پوست مصنوعی که باعث بهبود زخم بدون ایجاد التهاب می‌شود

با در نظر گرفتن این موضوع، یک تیم تحقیقاتی در چین، یک داربست پوستی بهبود یافته با یک ماده مخفی جدید ساخته‌اند که به جلوگیری از التهاب مضر و در عین حال تسریع روند بهبود زخم کمک می‌کند.

این تیم شروع به ساخت پوست مصنوعی کردند که دارای داربست ساخته شده از کلاژن است. به گفته‌ی این تیم، کلاژن نوع یک (COL-I) دارای یک شبکه سه بعدی طبیعی با ساختار فوق متخلخل است و خواص مکانیکی مشابهی با بافت نرم پوست دارد.

علاوه بر این، زیست سازگاری و خاصیت کشسانی آن می‌تواند برهمکنش‌های مطلوب بیومتریال سلولی را ایجاد کند. به این ترتیب باعث چسبندگی سلولی شده و روند بهبود زخم را تسریع می‌کند.

این تیم، برای تقلید از سیر بیولوژیکی بهبود زخم که در بدن اتفاق می‌افتد، اولین سلول‌های پاسخ دهنده را به داربست زیستی خود اضافه کردند. یعنی پلاکت ها

استخراج و استفاده از پلاسمای غنی از پلاکت، می‌تواند برای شبیه‌سازی این روند استفاده شود. سپس سلول‌هایی به نام فیبروبلاست و کراتینوسیت را اضافه کردند که معمولاً در بهبودی نقش دارند.

اما تا به اینجای کار، این پوست مصنوعی مشابه سایر پوست های مصنوعی ساخته شده بود. چیزی که این بیواسکین (bio skin) را از سایرین متمایز می‌کند، افزودن اگزوزوم‌های مشتق شده از سلول‌های بنیادی است.

اگزوزوم چیست و چه کاربردی در پوست مصنوعی دارد؟

اگزوزوم‌ها (Exosomes) ذرات کوچکی هستند که توسط سلول‌ها در سراسر بدن آزاد می شوند و به عنوان پیام رسان سلولی عمل می‌کنند. در واقع دستورالعمل‌های حیاتی را از طریق پروتئین‌ها، mRNA یا سایر مولکول‌های بیولوژیکی به سایر سلول‌‌ها منتقل می‌کنند.

در گذشته برای ساخت پوست مصنوعی از سلول‌های بنیادی به عنوان اجزای داربست نیز استفاده شده بود. این کار اگرچه باعث ترمیم و بازسازی بافت می‌شود، اما خطر ایجاد سرطان را به همراه دارند.

در عوض، استفاده از اگزوزوم‌های مشتق از سلول‌های بنیادی می‌تواند همان ویژگی‌های مثبت را ارائه دهد. در عین اینکه خطر بروز سرطان را افزایش نمی‌دهد.

افزودن سیگنال‌های بازسازی بافت و سیگنال‌های ضد التهابی که توسط اگزوزوم‌ها ارائه می‌شود، می‌تواند پیشرفت‌های جالبی را در این فناوری به ارمغان بیاورد.

برای آزمایش اینکه آیا واقعاً این اتفاق افتاده است یا خیر، محققان خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی داربست تقویت‌شده با اگزوزوم را به دقت بررسی کردند. دریافتند که رشد و تقسیم کراتینوسیت‌ها در حضور اگزوزوم‌ها، بیشتر بوده است.

این اثر به این دلیل رخ می‌دهد که اگزوزوم‌ها و فیبروبلاست‌ها در کنارهم، نقش هم افزایی ایفا می‌کنند که تکثیر کراتینوسیت‌ها را تسریع می‌کند.

در واقع داربست‌های دارای اگزوزوم، پروتئین‌های بیشتری را تولید می‌کنند که به فرآیندهای ضد التهابی مربوط می‌شود. در عین حال پروتئین‌هایی را تولید می‌کنند که به تحریک بازسازی رگ‌های خونی کمک می‌کنند.

سخن پایانی

ساخت پوست مصنوعی را می‌توان یک تحول عظیم در بهبود زخم تلقی کرد. اگرچه این فرایند کمک زیادی به بهبود زخم های مزمن و شدید می‌کند. اما خیلی اوقات با التهاب همراه بوده و ممکن است بدن آن را پس بزند. به همین دلیل محققین همواره در تلاش هستند نوعی پوست مصنوعی بسازند که فاقد چنین مشکلاتی باشد.

به تازگی یک تیم تحقیقاتی در چین موفق به ساخت نوعی bio skin شده‌اند که با استفاده از اگزوزوم‌ها از التهاب جلوگیری می‌کند. البته این پوست هنو در مرحله آزمایش است و قبل از آزمایش انسانی نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. با این وجود کاربردهای بالقوه این پوست‌های تقویت‌شده با اگزوزوم در بهبود زخم، غیرقابل انکار است.