روتشستر، مينيسوتا – أعدت مايو كلينك أول نموذج أولي ثلاثي الأبعاد لجلد الإنسان المطبوع حيويًا لنمذجة مرض الجلد الالتهابي. الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد هي تقنية تمزج الأحبار الحيوية مع الخلايا الحية لطباعة هياكل تُشبه الأنسجة الطبيعية في ثلاثة أبعاد. توفر هذه التقنية الجديدة نموذج الجلد الأكثر شبهًا بالبشر لدراسة الحالات الالتهابية مثل التهاب الجلد التَأَتُّبي – المعروف أكثر باسم الإكزيما – وهي حالة جلدية التهابية مزمنة تجعل الجلد جافًا ومثيرًا للحكة وملتهبًا. تم وصف إجراء الطباعة الحيوية بأبعاد ثلاثية للجلد والتطبيقات والقيود في مقالة مراجعة في المواد الحيوية المتجددة.
“تُعَّد الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد مجالاً مزدهرًا في هندسة الأنسجة والطب التجديدي الذي لديه القدرة على إحداث تحول في الممارسة السريرية والمخبرية. في هذه المقالة، نناقش عملية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد للجلد، بما في ذلك اختيار الخلايا، واختيار الدعامات، ومزايا بعض الأحبار الحيوية الجلدية وعيوبها،” تقول سارانيا وايلز، دكتور في الطب الحاصلة على الدكتوراه، وطبيبة أمراض جلدية والمؤلفة الأولى للمقالة. “يقوم هذا النموذج ثلاثي الأبعاد بإعادة إنشاء المرض بشكل أكثر دقة، وإنشاء ترقيع جراحي، ويوفر القدرة على اختبار علاجات جديدة.”
مرض يجعل الجلد جافًا ومثيرًا للحكة بخيارات علاجية قليلة
الإكزيما هي حالة مؤلمة تسبب جفاف الجلد ومثيرة للحكة يمكن أن تؤدي إلى استجابة مناعية ويمكن أن تؤدي بدورها إلى التهاب الجلد. يمكن أن تُضعف الإكزيما قدرة الجلد على الاحتفاظ بالرطوبة والحماية من الالتهابات البكتيرية أو الفيروسية أو الفطرية. غالبًا ما يكون الأشخاص المصابون بهذا المرض معرضين لخطر الإصابة بحالات مثل الربو والحساسية من الطعام. يمكن للعلاجات القليلة الموجودة أن تُخفف الأعراض ولكنها ليست علاجًا.
كانت الأبحاث التي تهدف إلى زيادة فهم الإكزيما وتطوير علاجات جديدة لهذه الحالة محدودة بسبب عدم وجود نماذج ما قبل السريرية التي تُحاكي المرض البشري بدقة.
“هنا حيث توفر فيه الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد خيارات جديدة. تقول الدكتورة وايلز: “يمكنها تكوين مُكافِئات بشرية أكثر صدقًا وأكثر تمثيلاً للمرض، على عكس النماذج الحيوانية التي عملنا باستخدامها في الماضي. يمكن نمذجة الأمراض الجلدية الالتهابية والأمراض النادرة (من خلال الطباعة الحيوية) لفهم أفضل لعلم الأمراض الأساسي واختبار الأدوية وكيف يمكن أن يؤثر ذلك على المريض.”
يأمل فريق الدكتورة وايلز المتعاون ألكسندر ريفزين، حاصل على الدكتوراه بنسخ حالات الجلد الالتهابية باستخدام خلايا الأشخاص المصابين بالإكزيما إلى الجلد المطبوع حيويًا بأبعاد ثلاثية. يقوم فريق البحث باختبار العلاجات التجديدية الموضعية والقابلة للحقن مثل تقنية الإكسوزوم على الجلد المطبوع حيويًا على أمل تحديد علاجات جديدة. الإكسوزومات هي مواد بدون خلايا تشبه خدمة التوصيل التي تنقل المحتويات من خلية إلى أخرى، مع تعليمات لاستهداف الأنسجة التي تحتاج إلى ترميم بدقة.
بحث الدكتورة وايلز مدعوم من مركز مايو كلينك للعلاجات الحيوية المتجددة وتموِّله مؤسسة Skoll Foundation. يعمل عملها على تعزيز هدف المركز المتمثل في تقديم علاجات خلوية جديدة للحالات المعقدة ذات الخيارات العلاجية القليلة.
الطباعة الحيوية لعضو معقد
الجلد هو أكبر عضو في الجسم، وهو يتجدد على نحو شهري. ويسعى نموذج الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد إلى نسخ تعقيد طبقات الجلد، لكنه لم يدمج بعد الغدد العرقية والأوعية الدموية وبصيلات الجلد والأعصاب الموجودة في الأنسجة البشرية الأصلية.
“تستخدم الطابعة الحيوية ثلاثية الأبعاد الخلايا البشرية كأحبار تُسمى الأحبار الحيوية، والتي تعمل بشكل مشابه للحبر الموجود في خرطوشة حبر الطابعة. تقول الدكتورة وايلز: “يمكننا طباعة الجلد من خلايا المرضى الذين يعانون من التهاب الجلد التَأَتُّبي أو الإكزيما. يُتيح لنا نظامنا استخدام ما يصل إلى ستة أنواع مختلفة من الخلايا لنمذجة أنسجة الجلد البشرية وإعادة تكوينها.”
يستخدم فريق البحث أنواعًا عديدة من الخلايا بما في ذلك الخلايا الميلانينية (الخلايا الصبغية) التي تُشكِّل صبغة الجلد؛ الخلايا الكيراتينية، التي تسمح بتجديد الجلد؛ والخلايا الليفية، التي تُشكِّل النسيج الضام. تتم طباعة هذه الخلايا في طبقات تنقسم إلى طبقات وتنضج لتُشكِّل طبقات كاملة من الجلد.
تقول الدكتورة وايلز: “إن عملية الطباعة تشبه إلى حد ما إنشاء طبقات من كعكة ذات طبقات بأنواع مختلفة من الخلايا. تبدأ من الأسفل (الأدمة)، ثم تضيف الطبقة التالية (البشرة)، وتعمل مادة الدعامات بمثابة عجينة السكر لربط الطبقات. يوضع الجلد المطبوع في حاضنة حيث يمكن للخلايا التواصل مع بعضها البعض، وتمدُّد الجلد المطبوع حيويًا وتشكيله.”
إن الأبحاث التي تستخدم الجلد المطبوع حيويًا بأبعاد ثلاثية تتجاوز الأمراض الالتهابية. تستخدم الدكتورة وايلز أيضًا النماذج الأولية ثلاثية الأبعاد لفهم دور الخلايا المُسنة في الأمراض الجلدية المرتبطة بالعمر بشكل أفضل، على المستوى الجزيئي. وتُسمى أيضًا خلايا الزومبي، ولم تَعُد الخلايا المُسنة تنقسم وتتكاثر، وبالتالي فهي غير قادرة على شفاء الأنسجة وترميمها. وهدفها هو تطوير علاجات جديدة بشكل أفضل لمعالجة شيخوخة الجلد.
هناك حاجة إلى المزيد من الأبحاث لطباعة نسخة طبق الأصل من جلد الإنسان المصاب بالتهاب الجلد التَأَتُّبي. ستستكشف الدراسات المستقبلية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد لسُمك الجلد بالكامل مع التركيز على تحقيق الميزات الكاملة للجلد الخاص بالمريض.
نُشرت هذه المقالة للمرة الأولى على مدونة مركز مايو كلينك للعلاجات الحيوية التجديدية.
###
نبذة عن مايو كلينك مايو كلينك هي مؤسسة غير ربحية تلتزم بالابتكار في الممارسات السريرية والتعليم والبحث وتوفير التعاطف والخبرة لكل مَن يحتاج إلى الاستشفاء والرد على استفساراته. لمعرفة المزيد من أخبار مايو كلينك، تفضَّل بزيارة شبكة مايو كلينك الإخبارية.
