طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد تُقدِّم أملاً للتعافي من الحروق

Researchers at Linköping University unveiled 3D-printed skin grafts that contain living cells. Their work could one day enable burn victims and those suffering from severe skin injuries to regenerate their lost cells, achieving full recovery.  Here’s how this “skin in a syringe” has the potential to revolutionize burn treatments moving forward.

لماذا تجديد الجلد مهم

الجلد هو أحد أكثر الأعضاء إثارةً في جسمك، لكنه أيضًا أحد أقل ما يُفهم. يشكل جلدك تقريبًا 15٪ من إجمالي وزن جسمك وهو مسؤول عن مجموعة متنوعة من الوظائف البيولوجية الحيوية. تشمل هذه المهام تنظيم درجة حرارة جسمك، وحماية أعضائك الأخرى، وتوفير سطح آمن لتجربة إحساس اللمس.

مساعدة ضحايا الحروق

نظرًا لأهمية الجلد في وظائف جسمك، ليس من المفاجئ أن الباحثين قضوا الكثير من الوقت في محاولة اكتشاف طرق لمساعدة أولئك الذين يفقدون أو يتضررون من هذا العضو. للأسف، تُعد الحروق الشديدة واحدة من أكثر الطرق شيوعًا التي يتعرض فيها الناس لإصابات جلدية لا يمكن إصلاحها. يمكن للحروق أن تدمر عدة طبقات من الجلد، مما يترك المريض دون وسيلة للتعافي الكامل.

طُعمات الجلد

من الجدير بالذكر أن طُعمات الجلد هي الطريقة الأكثر شيوعًا التي يحاول بها المتخصصون في الطب علاج المرضى الذين يعانون من فقدان البشرة الشديد. تم ذكر ممارسة الزرع في النصوص منذ مصر القديمة. ومع ذلك، يمكن تتبع الممارسة كما هي معروفة اليوم إلى عام 1869 عندما اكتشف جاك-لويس ريفردين الطريقة التي سيستخدمها جورج ديفيد بولك لاحقًا لإجراء أول عملية ناجحة في عام 1872.
طُعمات الجلد هي عملية وضع طبقة رقيقة من الخلايا مرة أخرى فوق المنطقة المحروقة. تختلف الطبقة المزروعة عن الأصلية في أنها تحتوي على نوع خلية واحد مسؤول عن نمو البشرة، الطبقة الخارجية للجلد.

قيود طُعمات الجلد التقليدية

المشكلة في طُعمات الجلد كما تُجرى اليوم هي أنها تركز فقط على البشرة. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تكوين نسيج ندبي وأوقات تعافي أبطأ. السبب في النسيج الندبي هو أن الطريقة الحالية تتجاهل نسيج الأدمة المتضرر.

الأدمة هي طبقة أكثر تعقيدًا من الجلد تقع مباشرةً تحت البشرة. تتكون هذه الطبقة من الأعصاب، والأوعية الدموية، وبصيلات الشعر، ومكونات حيوية أخرى لجلدك. هذه الطبقة هي التي تمنح جلدك مرونته وإحساسه الطبيعي مقارنةً بالنسيج الندبي.

سعى العلماء طويلاً لإعادة إنشاء الأدمة لكنهم فشلوا في إنجاز المهمة في المختبر. للأسف، تجعل تعقيدات الأدمة من المستحيل تقريبًا تكرارها في بيئات المختبر. إدراكًا لهذه القيود، ابتكر المهندسون نهجًا آخرًا وأكثر فاعلية.

دراسة طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

الدراسة Biphasic Granular Bioinks for Biofabrication of High Cell Density Constructs for Dermal Regeneration¹، التي نُشرت في مجلة Advanced Healthcare Materials، تصف طريقة جديدة للتعامل مع طُعمات الجلد.
يجمع هذا النهج بين خلايا مُزرعة خصيصًا على حبيبات الجيلاتين مع جل حمض الهيالورونيك لتمكين المريض من إعادة نمو أدمته طبيعيًا، مما يلغي النسيج الندبي ويحسن نتائج التعافي.

دور الخلايا الليفية في تجديد الجلد

بدأ المهندسون عملهم بفحص أي الخلايا تساعد الأدمة على النمو. لاحظوا أن الخلية الأكثر شيوعًا، الخلايا الليفية، يمكن أن تعمل كعامل محفز للنمو. الخلايا الليفية هي نسيج ضام يوفر للباحثين قابلية التنبؤ وسهولة الوصول.
هذه الخلايا ضرورية لتجديد الأدمة لعدة أسباب. على وجه التحديد، تنتج مكونات المصفوفة خارج الخلية الحيوية، مثل الإيلاستين والكولاجين. تمنح هذه المكونات جلدك المتانة وتُحافظ على هيكله. توفر خلايا الليف أيضًا للمهندسين ميزة رئيسية أخرى. يمكن تطويرها إلى أنواع أخرى من الخلايا المتخصصة، مما يفتح الباب لاستخدامها في مجموعة متنوعة من الإجراءات في المستقبل.

إطار حبيبات الجيلاتين

بعد ذلك، احتاج العلماء إلى معرفة ما الذي سيُزرع عليه الخلايا. قرروا أن استخدام حبيبات الجيلاتين المسامية سيمكن الخلايا من النضج بشكل صحيح. الحجم الصغير ومرونة هذه الحبيبات الجيلية تمكنها من التكيف مع أي شكل أو بنية مطلوبة للعلاج. ومع ذلك، كانت تفتقر إلى الهيكل اللازم للبقاء في مكانها بمجرد توزيعها.

المصدر – Linköping University

الجل السائل القابل للانسياب تحت الضغط

لتحقيق هذا الهيكل الإضافي، خلط المهندسون الحبيبات مع جل حمض الهيالورونيك. يُحدث الجل تفاعلًا كيميائيًا، يُكوّن بسرعة رابطة كيميائية قوية. يُعرف هذا التركيب الكيميائي المتخصص باسم كيمياء النقر.
وجد العلماء أنه مثالي لأنه يوفر تفاعلات بسيطة وفعّالة مع الحد الأدنى من النواتج الثانوية أو النفايات. لاحظوا أن جلهم الجديد يتصلب عندما يتعرض لضغط خفيف، مثل الضغط الناتج عن الضغط عبر حقنة.

هياكل جلدية قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد

يفتح هذا النهج الباب لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من أطباء يشفون الجروح باستخدام حقنات من الجلد الحي، وصولًا إلى طابعة ثلاثية الأبعاد تستخدم فوهة خاصة لمساعدة أولئك الذين يعانون من أضرار كارثية في أدمتهن.

اختبار طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

استخدم المهندسون قياس اللزوجة التذبذبي والمسح الإلكتروني المجهري ثلاثي الأبعاد لاختبار نظريتهم. كجزء من مرحلة الاختبار، وُضعت أقراص صغيرة مطبوعة ثلاثية الأبعاد جراحيًا تحت جلد الفئران المختبرية. مكن هذا النهج المهندسين من مراقبة نمو الأدمة باستخدام طرق متعددة.

نتائج اختبار طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

تطابقت نتيجة الاختبار مع آمال المهندسين. تشير الدراسة إلى أن حبرًا حبيبيًا ثنائي الطور عالي الكثافة الخلوية لتجديد الأدمة اندمج بشكل أفضل من طُعمات الجلد التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، وجدوا أن الزرعة طورت أوعية دموية جديدة، وهو خطوة حيوية في التجدد.
تمت مراقبة الزرعات لعدة أسابيع بعد الإجراء. وجد المهندسون أن الخلايا الليفية ظلت نشطة في الجل لأسابيع بعد الطباعة. تشير هذه البيانات إلى أن الأدمة المستنسخة ستكفي للنمو النسيجي طويل الأمد لدى ضحايا الحروق.

فوائد دراسة طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

هناك العديد من الفوائد التي تجلبها هذه الدراسة للصناعة. أولاً، تفتح الباب لفهم أعمق للأدمة وقدرات تجديدها. تمثّل الطباعة الحيوية الثلاثية الأبعاد الناجحة لهياكل قوية ذاتية الدعم ومُركّبات محملة بالخلايا للزرع علامة فارقة كبرى لقطاع الرعاية الصحية.

تصنيع مخصص

فائدة أخرى لهذه الدراسة هي أنها ستمكّن المتخصصين من أخذ عينات خلوية من المرضى وإعادة نمو أجزاء حيوية من الأدمة أو خلايا جلدية أخرى بدقة أكبر. يمكن بعد ذلك توصيل هذه الخلايا إلى المرضى باستخدام طرق دقيقة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يقلل من التكلفة الإجمالية للعلاجات المستقبلية.

التطبيقات والجدول الزمني لطُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

هناك العديد من التطبيقات لهذه التقنية عبر قطاع الرعاية الصحية. الاستخدام الأساسي سيكون لمساعدة أولئك الذين يعانون من إصابات جلدية صادمة مثل الحروق الناتجة عن النار أو المواد الكيميائية. تفتح هذه الدراسة الباب للتعافي الكامل، بدلاً من الأساليب الحالية التي تترك ندوبًا دائمة وتلفًا عصبيًا.

الجراحة التجميلية

تطبيق آخر لهذه التقنية سيكون في قطاع الجراحة التجميلية. يمكن تعديل هذه التقنية لتوفير كولاجين ومرونة إضافية للجلد مع تقدم العمر. بما أنها توفر طريقة طبيعية لإعادة بناء الأدمة، فإنها ستقدم نتائج أفضل من الأساليب الحالية التي تعتمد على إبطاء آثار الشيخوخة.

الجدول الزمني للاستخدام السريري

يمكنكم توقع أن تصبح طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد ممارسة شائعة خلال الـ10-15 سنة القادمة. لا يزال هناك الكثير من الأبحاث المطلوبة حول الآثار طويلة الأمد لهذا الإجراء، بما في ذلك الاختبار على المرضى البشريين. ستستغرق جميع هذه المهام سنوات لإكمالها. ومع ذلك، بعد الاختبارات السريرية، قد يحصل ضحايا الحروق على إمكانية الوصول إلى هذا الإجراء الثوري.

باحثو طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

استضافت جامعة لينشوبينغ ومركز طب الطوارئ والصدمة في السويد دراسة طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تُدرج الورقة جوهان جونكر، دانييل آيلي، روزالين شاماشا، سنيه كولينتشيري رماناثان، كريستين أوسكارسدوتير، فاطمة رستي بورووجيني، ألكسندرا زيلينسكا، سجاد نايميبور، فيليب ليفرغرين، نينا ريستلي، لورين روبرتس، أنيكا ستاركنبرغ، غونار كراتز، بيتر أبيلغرين، كارين سيلجو، جوناثان راكار، ولارس كولبي كمتعاونين في العمل.

جاء الدعم المالي للدراسة من مؤسسة إرلينغ-بيرسون، ومجلس البحث الأوروبي، ومجلس البحوث السويدي، ومؤسسة كنوت وأليس والينبرغ.

المصدر – Linköping University

مستقبل طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد

لا يزال لدى المهندسين الكثير من العمل إذا كانوا ينوون إدخال جلدهم في حقنة إلى الأسواق. وفقًا لورقتهم، ستشمل الخطوات التالية اختبار التقنية في نموذج جرح خنزيري، والذي يجب أن يوفر رؤى قيمة حول العملية على الجلد البشري.
من المثير للاهتمام أن هذا العمل يرتبط بدراسة أخرى للفريق، التي كشفت عن طريقة جديدة لتشكيل خيوط هيدروجيل مرنة بمحتوى ماء بنسبة 98 بالمائة. يمكن أن تعمل هذه الأنابيب الصغيرة كأوعية دموية اصطناعية، والتي يأمل المهندسون أن تعمل بالتوازي مع جلدهم المطبع ثلاثيًا لتوفير تعافي كامل.

الاستثمار في التكنولوجيا الصحية

هناك عدة شركات تستمر في العمل نحو إنشاء طُعمات جلدية أفضل. لقد استثمرت هذه الشركات الكثير من التمويل والجهد في البحث والتطوير بهدف إنشاء طُعمات جلدية أكثر متانة وواقعية ممكنة. إليكم شركة واحدة تهدف إلى ريادة تطبيق وتطوير الطُعمات في المستقبل.

Avita Medical Inc

شركة Avita Medical Inc الأسترالية (RCEL ) دخلت السوق في عام 1993 تحت اسم Clinical Cell Culture (C3). كان الباحث المتقدم في طُعمات الجلد فكرة المتخصصة في الحروق الدكتورة فيونا وود والمهندسة ماري ستونر. هدفهم كان إنشاء تقنية “الجلد الرشّ” التي تُسرّع من علاج ضحايا الحروق.

في عام 2005، حصلت Avita Medical على موافقة لتقديم نظام RECELL في أسواق الاتحاد الأوروبي. ساعدت هذه الموافقة الشركة على توسيع موقعها في السوق. في عام 2018، حصلت الشركة على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية، مما يمثل علامة بارزة.
منذ ذلك الحين، عززت Avita Medical موقعها في أسواق كل من الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة. في عام 2024، أطلقت عدة منتجات جديدة، بما في ذلك PermeaDerm وCohealyx، موسعةً نطاقها إلى المواد الحيوية الاصطناعية ومنصات نمو الكولاجين.

أحدث أخبار وتطورات سهم Avita Medical (RCEL)

طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد | الخلاصة

تمثل دراسة طُعمات الجلد المطبوعة ثلاثية الأبعاد اختراقًا في علاج ضحايا الحروق. يفتح هذا البحث الرائد الباب أمام أولئك الذين يعانون من حروق مشوهة لتحقيق تعافي كامل. قد يؤدي ذلك أيضًا إلى إعطاء فرص ثانية للمرضى الذين أصيبوا إصابات شديدة للعيش حياة طبيعية. لهذه الأسباب والعديد غيرها، يستحق هذا الفريق تصفيقًا حارًا.
تعرف على تقنيات صحية أخرى رائعة هنا.

المراجع:

^{1. R. Shamasha, S. K. Ramanathan, K. Oskarsdotter, F. R. Boroojeni, A. Zielińska, S. Naeimipour, P. Lifwergren, N. Reustle, L. Roberts, A. Starkenberg, G. Kratz, P. Apelgren, K. Säljö, J. Rakar, L. Kölby, D. Aili, J. Junker, حبر حبيبي ثنائي الطور لتصنيع حيوي لتكوينات عالية الكثافة الخلوية لتجديد الأدمة. المواد الصحية المتقدمة 2025, 2501430. https://doi.org/10.1002/adhm.202501430}