Skonstruowana tkanka ludzka odgrywa niewielką, ale rosnącą rolę w medycynie. Skonstruowaną skórę można stosować u pacjentów chirurgicznych lub ofiar poparzeń, inżynieryjne tętnice zostały użyte do naprawy zablokowanego przepływu krwi, a całe zmodyfikowane tchawice zostały wszczepione nawet pacjentom z uszkodzonymi drogami oddechowymi. W miarę postępu nauki badacze mają nadzieję na inżynierię całych narządów, takich jak serca lub wątroby.
Ale inżynieria tkankowa nie jest łatwa. Polega ona na stworzeniu „rusztowania”, na którym będzie rosła tkanka. Rusztowanie zwykle wykonuje się w procesie zwanym „elektrospinowaniem”, który polega na zastosowaniu pola elektrostatycznego do łączenia materiałów. W niektórych przypadkach rusztowanie może zostać wszczepione wraz z tkanką i z czasem rozpuści się w ciele. Jednak elektroprzędzenie może być powolnym i kosztownym procesem, utrudniającym tworzenie tkanek na dużą skalę potrzebnych do badań medycznych i zastosowań.
A co, jeśli zastanawiali się naukowcy, tworzenie rusztowań było tak proste, jak powiedzmy robienie skarpet?
„Zaczęliśmy myśleć:„ czy moglibyśmy spojrzeć na inne standardowe praktyki branżowe, które wytwarzają inne materiały, takie jak tekstylia? ”- mówi Elizabeth Loboa, dziekan University of Missouri's College of Engineering.
Rozumując, że tkaniny i tkanki ludzkie nie różnią się tak bardzo, Loboa i jej zespół współpracowali z badaczami z University of North Carolina i North Carolina State University College of Textiles, aby zbadać potencjał budowy rusztowań w tradycyjnych procesach produkcji tekstyliów.
Naukowcy zbadali trzy popularne metody wytwarzania tekstyliów - rozdmuchiwanie w stopie, spunbonding i zgrzeblenie. Rozdmuchiwanie w stanie stopionym polega na użyciu powietrza pod wysokim ciśnieniem do wdmuchiwania gorącej żywicy polimerowej do wstęgi drobnych włókien. Spunbonding jest podobny, ale zużywa mniej ciepła. Zgrzeblenie rozdziela włókna przez rolki, tworząc siatkę z materiału tekstylnego.
Ten poplamiony obraz pokazuje różne techniki tekstylne stosowane do wykonania rusztowań. (University of Missouri) „Są to procesy bardzo powszechnie stosowane w przemyśle tekstylnym, więc są już standardowymi w branży, komercyjnie istotnymi procesami produkcyjnymi”, mówi Loboa.
Zespół wykorzystał kwas polimlekowy, rodzaj biodegradowalnego plastiku, do stworzenia rusztowań i zaszczepił je ludzkimi komórkami macierzystymi przy użyciu różnych technik tekstylnych. Następnie czekali, czy komórki zaczną się różnicować w różne rodzaje tkanek.
Wyniki były obiecujące. Techniki tekstylne były skuteczne i tańsze niż elektroprzędzenie. Zespół oszacował, że metr kwadratowy rusztowań z elektrowirowaniem kosztuje od 2 do 5 USD, podczas gdy próbka tej samej wielkości wykonana przy użyciu technik tekstylnych kosztuje tylko 0, 30 do 3 USD. Techniki tekstylne działają również znacznie szybciej niż elektroprzędzenie.
Kolejnym wyzwaniem zespołu będzie sprawdzenie, jak rusztowania działają w akcji, co będzie obejmować badania na zwierzętach. Naukowcy muszą również zmniejszyć rozmiar włókien rusztowania wytwarzanego przez tekstylia, aby lepiej przypominać macierz zewnątrzkomórkową ludzkiego ciała lub sieć cząsteczek, które wspierają wzrost komórek. Rusztowanie Electrospun wytwarza bardzo małe włókna, co jest jednym z powodów, dla których jest tak popularną metodą; metody tekstylne wydają się wytwarzać większe włókna.
W przyszłości Loboa ma nadzieję produkować większe ilości rusztowań, aby hodować ludzką skórę, kości, tłuszcze i inne. Tych tkanek może pomóc naprawić kończyny rannych żołnierzy, mówi Loboa, lub pomóc dzieciom urodzonym bez pewnych części ciała.
„Musimy naprawdę wymyślić sposoby, aby osiągnąć sukces u naszych pacjentów” - mówi.
