장갑처럼 꼭 맞는 생체 공학 피부 이식편 날짜: 2023년 1월 31일 원천: 컬럼비아 대학교 어빙 메디컬 센터 요약: 생명 공학자들은 심하게 화상을 입은 손에 미끄러질 수 있는 매끄러운 피부 '장갑'을 포함하여 3차원 형태로 조작된 피부를 성장시키는 방법을 개발했습니다.
테디베어와 같은 이상한 모양의 선물을 선물 포장해 본 적이 있다면 의사가 부상당한 신체 부위에 인공 피부를 이식할 때 직면하는 어려움을 이해할 수 있습니다. 포장지와 마찬가지로 가공된 피부는 편평한 조각으로 되어 있어 불규칙한 모양의 신체 부위를 함께 꿰매는 것이 어렵고 시간이 많이 소요될 수 있습니다.
컬럼비아 대학의 생명 공학자들은 복잡하고 3차원적인 모양으로 조작된 피부를 성장시키는 방법을 고안함으로써 이 문제를 해결한 것으로 보입니다. 심하게 화상을 입은 손.
연구원들은 Science Advances 에 1월 27일 발표된 논문에서 그들의 발견을 보고했습니다 .
Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons의 피부과 조교수이자 수석 개발자인 Hasan Erbil Abaci 박사는 "'생물학적 옷'으로 이식할 수 있는 3차원 피부 구조는 많은 이점을 가질 것"이라고 말했습니다. "그들은 봉합의 필요성을 극적으로 최소화하고 수술 시간을 줄이며 심미적 결과를 개선할 것입니다."
현재 연구는 또한 연속 3D 이식편이 기존의 함께 조각된 이식편보다 더 나은 기계적 및 기능적 특성을 가지고 있음을 밝혔습니다.
3D 비계
새로운 피부 이식편을 만드는 과정은 사람의 손과 같은 대상 구조의 3D 레이저 스캔으로 시작됩니다. 다음으로 컴퓨터 지원 설계와 3D 프린팅을 사용하여 속이 빈 투과성 손 모델을 제작합니다. 그런 다음 모델의 외부에 피부 결합 조직을 생성하는 피부 섬유아세포와 콜라겐(구조 단백질)을 뿌립니다. 마지막으로, 몰드의 외부는 케라티노사이트(대부분의 외부 피부층 또는 표피를 구성하는 세포)의 혼합물로 코팅되고 내부는 개발 중인 이식편을 지원하고 영양을 공급하는 성장 매체로 관류됩니다.
3D 스캐폴드를 제외하고 연구원들은 편평한 공학 피부를 만드는 데 사용된 것과 동일한 절차를 사용했으며 전체 프로세스는 약 3주로 같은 시간이 걸렸습니다.
3D 공학 피부의 첫 번째 테스트에서 인간 피부 세포로 구성된 구조가 생쥐의 뒷다리에 성공적으로 이식되었습니다. Abaci는 "쥐에게 반바지를 입히는 것과 같았습니다. 전체 수술은 약 10분 정도 걸렸습니다."라고 말했습니다. 4주 후, 이식편은 주변 마우스 피부와 완전히 통합되었고 마우스는 사지의 완전한 기능을 다시 얻었습니다.
쥐의 피부는 인간의 피부와 다르게 치유되므로 연구원들은 다음으로 인간의 피부 생물학과 더 일치하는 피부 생물학으로 더 큰 동물의 이식편을 테스트할 계획입니다. 인간에 대한 임상 시험은 몇 년이 걸릴 것입니다.
조작된 피부의 재설계
3D 이식편은 1980년대 초에 처음 도입된 이후 조작된 피부 이식편의 첫 번째 주요 재설계입니다. "엔지니어링된 피부는 단 두 가지 세포 유형으로 시작했지만 인간 피부에는 약 50가지 유형의 세포가 있습니다. 대부분의 연구는 인간 피부의 세포 구성 요소를 모방하는 데 중점을 두었습니다."라고 Abaci는 말합니다. "생물 공학자로서 피부의 기하학이 간과되고 이식편이 열린 경계 또는 가장자리로 만들어지는 것이 항상 마음에 걸렸습니다. 우리는 기하학이 기능에 영향을 미치는 중요한 요소라는 것을 다른 기관의 생명 공학을 통해 알고 있습니다."
Abaci와 그의 팀은 3D 프린터를 사용할 수 있게 되었을 때 보다 실제와 같은 이식편을 만들 수 있고 가공된 피부를 만드는 데 필요한 3차원 스캐폴드를 만들 수 있다는 것을 깨달았습니다.
Abaci는 "우리는 3D로 완전히 둘러싸인 모양이 우리의 자연스러운 피부를 더 가깝게 모방하고 기계적으로 더 강할 것이라는 가설을 세웠고 그것이 우리가 찾은 것"이라고 말했습니다. "인간 피부의 연속적인 기하학에 충실하기만 하면 이식편의 구성, 구조 및 강도가 크게 향상됩니다."
미래에 Abaci는 이식편이 환자 자신의 세포에서 맞춤 제작될 수 있을 것으로 예상합니다. 4X4 mm 피부 샘플만으로도 충분한 세포를 배양하고 증식하여 사람의 손을 덮을 수 있는 충분한 피부를 만들 수 있습니다.
Abaci는 "또 다른 매력적인 용도는 안면 이식입니다. 착용할 수 있는 피부가 연골, 근육 및 뼈와 같은 기본 조직과 통합되어 환자에게 시체 이식에 대한 개인화된 대안을 제공합니다."라고 Abaci는 말합니다.
이 연구는 국립 관절염 및 근골격계 및 피부 질환 연구소(5K01AR072131)와 Columbia University Irving Medical Center의 epiCURE 센터(5P30AR069632)의 보조금으로 지원되었습니다.