Piel artificial

Antecedentes

La piel, el órgano más grande del cuerpo humano, protege al cuerpo de enfermedades y daños físicos y ayuda a regular la temperatura corporal. Está compuesto por dos capas principales, la epidermis y la dermis. La epidermis, o capa externa, está compuesta principalmente por células:queratinocitos, melanocitos y langerhans. La dermis, compuesta principalmente de fibras de tejido conectivo como el colágeno, nutre la epidermis.

Cuando la piel ha sido seriamente dañada por enfermedades o quemaduras, el cuerpo no puede actuar con la suficiente rapidez para fabricar las células de reemplazo necesarias. Las heridas, como las úlceras cutáneas que sufren los diabéticos, pueden no cicatrizar y las extremidades deben ser amputadas. Las víctimas de quemaduras pueden morir a causa de una infección y la pérdida de plasma. Los injertos de piel se desarrollaron como una forma de prevenir tales consecuencias así como de corregir deformidades. Ya en el siglo VI a. C. , Cirujanos hindúes participaron en la reconstrucción de la nariz, injertando colgajos de piel de la nariz del paciente. Gaspare Tagliacozzo, un médico italiano, llevó la técnica a la medicina occidental en el siglo XVI.

Hasta finales del siglo XX, los injertos de piel se construían a partir de la propia piel del paciente (autoinjertos) o piel de cadáver (aloinjertos). La infección o, en el caso de la piel de cadáver, el rechazo fueron las preocupaciones principales. Si bien la piel injertada de una parte del cuerpo de un paciente a otra es inmune al rechazo, los injertos de piel de un donante a un receptor se rechazan de manera más agresiva que cualquier otro injerto o trasplante de tejido. Aunque la piel de cadáver puede brindar protección contra la infección y la pérdida de líquidos durante el período de curación inicial de la víctima de una quemadura, a menudo se requiere un injerto posterior de la propia piel del paciente. El médico se limita a la piel de la que dispone el paciente, una clara desventaja en el caso de víctimas de quemaduras graves.

A mediados de la década de 1980, investigadores médicos e ingenieros químicos, que trabajaban en los campos de la biología celular y la fabricación de plásticos, unieron sus fuerzas para desarrollar la ingeniería de tejidos a fin de reducir las incidencias de infección y rechazo. Uno de los catalizadores de la ingeniería de tejidos fue la creciente escasez de órganos disponibles para trasplantes. En 1984, un cirujano de la Escuela de Medicina de Harvard, Joseph Vacanti, compartió su frustración por la falta de hígados disponibles con su colega Robert Langer, un ingeniero químico del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Juntos, reflexionaron sobre si se podrían cultivar nuevos órganos en el laboratorio. El primer paso fue duplicar la producción de tejido del cuerpo. A Langer se le ocurrió la idea de construir un andamio biodegradable en el que se pudieran cultivar células de la piel utilizando fibroblastos, células extraídas de prepucios neonatales donados que se extraen durante la circuncisión.

En una variación de esta técnica desarrollada por otros investigadores, los fibroblastos extraídos se agregan al colágeno, una proteína fibrosa que se encuentra en el tejido conectivo. Cuando el compuesto se calienta, el colágeno se gelifica y atrapa los fibroblastos, que a su vez se organizan alrededor del colágeno, volviéndose compactos, densos y fibrosos. Después de varias semanas, los queratinocitos, también extraídos de los prepucios donados, se siembran en el nuevo tejido dérmico, donde crean una capa epidérmica.

Un injerto de piel artificial ofrece varias ventajas sobre los derivados del paciente y los cadáveres. Elimina la necesidad de tejido. escribiendo. La piel artificial se puede fabricar en grandes cantidades y congelar para su almacenamiento y envío, de modo que esté disponible según sea necesario. Cada cultivo se analiza en busca de patógenos, lo que reduce drásticamente la posibilidad de infección. Debido a que la piel artificial no contiene células inmunogénicas como las células dendríticas y las células endoteliales capilares, el cuerpo no la rechaza. Finalmente, el tiempo de rehabilitación se reduce significativamente.

Materias primas

Las materias primas necesarias para la producción de piel artificial se dividen en dos categorías, los componentes biológicos y el equipo de laboratorio necesario. La mayor parte del tejido cutáneo donado proviene de prepucios neonatales extraídos durante la circuncisión. Un prepucio puede producir suficientes células para producir cuatro acres de material de injerto. Los fibroblastos se separan de la capa dérmica del tejido donado. Los fibroblastos se ponen en cuarentena mientras se analizan en busca de virus y otros patógenos infecciosos como IIV, hepatitis B y C y micoplasma. Se registra el historial médico de la madre. Los fibroblastos se almacenan en viales de vidrio y se congelan en nitrógeno líquido a -94 ° F (-70 ° C). Los viales se mantienen congelados hasta que se necesitan los fibroblastos para cultivar cultivos. En el método del colágeno, los queratinocitos también se extraen del prepucio, se prueban y se congelan.

Si los fibroblastos se van a cultivar en un andamiaje de malla, se crea un polímero combinando moléculas de ácido láctico y ácido glicólico, los mismos elementos que se utilizan para hacer suturas que se disuelven. El compuesto sufre una reacción química que da como resultado una molécula más grande que consta de unidades estructurales repetidas.

En el método del colágeno, se extrae una pequeña cantidad de colágeno bovino del tendón extensor de los terneros jóvenes. El colágeno se mezcla con un nutriente ácido y se almacena en un refrigerador a 39,2 ° F (4 ° C).

El equipo de laboratorio incluye viales de vidrio, tubos, botellas rotativas, cartuchos de injerto, moldes y congeladores.

El
proceso de fabricación

El proceso de fabricación es engañosamente simple. Su función principal es engañar a los fibroblastos extraídos haciéndoles creer que están en el cuerpo humano para que se comuniquen entre sí de forma natural para crear una nueva piel.

Método de andamio de malla

• 1 Los fibroblastos se descongelan y se expanden. Los fibroblastos se transfieren de los viales a botellas rotativas, que se asemejan a botellas de refresco de un litro. Las botellas se giran de lado durante tres o cuatro semanas. La acción rodante permite la circulación de oxígeno, esencial para el proceso de crecimiento.
• 2 Las células se transfieren a un sistema de cultivo. Las células se extraen de las botellas giratorias, se combinan con un medio rico en nutrientes, se hacen fluir a través de tubos hacia biorreactores delgados en forma de casete que albergan el andamio de malla biodegradable y se esterilizan con radiación de haz electrónico. A medida que las células fluyen hacia los cassettes, se adhieren a la malla y comienzan a crecer. Las células se hacen fluir de un lado a otro durante tres a cuatro semanas. Cada día, se retira la suspensión celular sobrante y se agrega un nutriente fresco. El sistema de cultivo controla el oxígeno, el pH, el flujo de nutrientes y la temperatura. A medida que las nuevas células crean una capa de piel dérmica, el polímero se desintegra.
• 3 Se completó el ciclo de crecimiento. Cuando se completa el crecimiento celular en la malla, el tejido se enjuaga con más medios ricos en nutrientes. Se agrega un crioprotector. Los casetes se almacenan individualmente, se etiquetan y se congelan.

Método del colágeno

• 4 Las células se transfieren a un sistema de cultivo. Se añade a los fibroblastos una pequeña cantidad de colágeno frío y medio nutritivo, aproximadamente el 12% de la solución combinada. La mezcla se vierte en moldes y se deja que alcance la temperatura ambiente. A medida que el colágeno se calienta, se gelifica, atrapando los fibroblastos y generando el crecimiento de nuevas células cutáneas.
• 5 queratinocitos agregados. Dos semanas después de que se agrega el colágeno a los fibroblastos, los queratinocitos extraídos se descongelan y se siembran sobre la nueva piel dérmica. Se les permite crecer durante varios días y luego se exponen al aire, lo que induce a los queratinocitos a formar capas epidérmicas.
• 6 Se completó el ciclo de crecimiento. La piel nueva se almacena en recipientes estériles hasta que se necesite.

El futuro

La profesión médica está utilizando tecnología de piel artificial para ser pionera en la reconstrucción de órganos. Se espera que este llamado tejido estructural diseñado, por ejemplo, algún día reemplace las prótesis de plástico y metal que se utilizan actualmente para reemplazar las articulaciones y huesos dañados. Las orejas y la nariz se reconstruirán sembrando células de cartílago en una malla de polímero. La regeneración de los tejidos de la mama y la uretra se encuentra actualmente en estudio en el laboratorio. A través de esta tecnología, es posible que algún día se cultiven hígados, riñones e incluso corazones a partir de tejidos humanos.