Pele Artificial

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Antecedentes

A pele, o maior órgão do corpo humano, protege o corpo contra doenças e danos físicos e ajuda a regular a temperatura corporal. É composto por duas camadas principais, a epiderme e a derme. A epiderme, ou camada externa, é composta principalmente de células:queratinócitos, melanócitos e langerhans. A derme, composta principalmente por fibras do tecido conjuntivo, como o colágeno, fornece nutrição para a epiderme.

Quando a pele é gravemente danificada por doenças ou queimaduras, o corpo não consegue agir rápido o suficiente para fabricar as células de reposição necessárias. Feridas, como úlceras de pele sofridas por diabéticos, podem não cicatrizar e os membros devem ser amputados. Vítimas de queimaduras podem morrer de infecção e perda de plasma. Os enxertos de pele foram desenvolvidos como forma de prevenir tais consequências e também de corrigir deformidades. Já no século VI a.C. , Cirurgiões hindus estiveram envolvidos na reconstrução do nariz, enxertando retalhos de pele do nariz do paciente. Gaspare Tagliacozzo, médico italiano, trouxe a técnica para a medicina ocidental no século XVI.

Até o final do século XX, os enxertos de pele eram construídos a partir da própria pele do paciente (autoenxertos) ou de cadáveres (aloenxertos). A infecção ou, no caso da pele do cadáver, a rejeição foram as principais preocupações. Embora a pele enxertada de uma parte do corpo de um paciente para outra seja imune à rejeição, os enxertos de pele de um doador para um receptor são rejeitados de forma mais agressiva do que qualquer outro enxerto ou transplante de tecido. Embora a pele do cadáver possa fornecer proteção contra infecções e perda de fluidos durante o período inicial de cicatrização de uma vítima de queimadura, um enxerto subsequente da própria pele do paciente costuma ser necessário. O médico fica restrito à pele que o paciente tem disponível, uma desvantagem decidida no caso de vítimas de queimaduras graves.

Em meados da década de 1980, pesquisadores médicos e engenheiros químicos, trabalhando nas áreas de biologia celular e fabricação de plásticos, uniram forças para desenvolver a engenharia de tecidos para reduzir a incidência de infecção e rejeição. Um dos catalisadores da engenharia de tecidos foi a crescente escassez de órgãos disponíveis para transplante. Em 1984, um cirurgião da Harvard Medical School, Joseph Vacanti, compartilhou sua frustração com a falta de fígados disponíveis com seu colega Robert Langer, um engenheiro químico do Massachusetts Institute of Technology. Juntos, eles ponderaram se novos órgãos poderiam ser cultivados em laboratório. O primeiro passo foi duplicar a produção de tecido do corpo. Langer teve a ideia de construir um andaime biodegradável no qual as células da pele pudessem ser cultivadas usando fibroblastos, células extraídas de prepúcios neonatais doados e removidos durante a circuncisão.

Em uma variação dessa técnica desenvolvida por outros pesquisadores, os fibroblastos extraídos são adicionados ao colágeno, uma proteína fibrosa encontrada no tecido conjuntivo. Quando o composto é aquecido, o colágeno forma gel e aprisiona os fibroblastos, que por sua vez se organizam ao redor do colágeno, tornando-se compactos, densos e fibrosos. Após várias semanas, os queratinócitos, também extraídos dos prepúcios doados, são semeados no novo tecido dérmico, onde criam uma camada epidérmica.

Um enxerto de pele artificial oferece várias vantagens em relação aos derivados do paciente e de cadáveres. Elimina a necessidade de tecido digitação. A pele artificial pode ser feita em grandes quantidades e congelada para armazenamento e transporte, sendo disponibilizada conforme a necessidade. Cada cultura é examinada em busca de patógenos, reduzindo drasticamente a chance de infecção. Como a pele artificial não contém células imunogênicas, como células dendríticas e células endoteliais capilares, ela não é rejeitada pelo corpo. Finalmente, o tempo de reabilitação é reduzido significativamente.

Matérias-primas

As matérias-primas necessárias para a produção de pele artificial se enquadram em duas categorias, os componentes biológicos e o equipamento de laboratório necessário. A maior parte do tecido da pele doado vem de prepúcios neonatais removidos durante a circuncisão. Um prepúcio pode produzir células suficientes para fazer quatro acres de material de enxerto. Os fibroblastos são separados da camada dérmica do tecido doado. Os fibroblastos são colocados em quarentena enquanto são testados para vírus e outros patógenos infecciosos, como IIV, hepatite B e C e micoplasma. O histórico médico da mãe é registrado. Os fibroblastos são armazenados em frascos de vidro e congelados em nitrogênio líquido a -94 ° F (-70 ° C). Os frascos são mantidos congelados até que os fibroblastos sejam necessários para o cultivo das culturas. No método do colágeno, os queratinócitos também são extraídos do prepúcio, testados e congelados.

Se os fibroblastos forem cultivados em uma estrutura de malha, um polímero é criado pela combinação de moléculas de ácido lático e ácido glicólico, os mesmos elementos usados ​​para fazer suturas de dissolução. O composto sofre uma reação química resultando em uma molécula maior que consiste em unidades estruturais repetidas.

No método do colágeno, uma pequena quantidade de colágeno bovino é extraída do tendão extensor de bezerros jovens. O colágeno é misturado com um nutriente ácido e armazenado em um refrigerador a 39,2 ° F (4 ° C).

O equipamento de laboratório inclui frascos de vidro, tubos, garrafas rotativas, cartuchos de enxerto, moldes e freezers.

O processo de fabricação

O processo de fabricação é aparentemente simples. Sua principal função é enganar os fibroblastos extraídos, fazendo-os acreditar que estão no corpo humano, para que se comuniquem uns com os outros de maneira natural para criar uma nova pele.

Método de andaime de malha

• 1 Os fibroblastos são descongelados e expandidos. Os fibroblastos são transferidos dos frascos para garrafas giratórias, que se assemelham a garrafas de refrigerante de um litro. As garrafas são giradas nas laterais por três a quatro semanas. A ação de rolamento permite a circulação do oxigênio, essencial ao processo de crescimento.
• 2 As células são transferidas para um sistema de cultura. As células são removidas das garrafas rotativas, combinadas com uma mídia rica em nutrientes, fluidas através de tubos em biorreatores finos, semelhantes a cassetes, que abrigam o andaime de malha biodegradável e esterilizadas com radiação de feixe eletrônico. À medida que as células fluem para os cassetes, elas aderem à malha e começam a crescer. As células fluem para frente e para trás por três a quatro semanas. A cada dia, as sobras de suspensão de células são removidas e novos nutrientes são adicionados. Oxigênio, pH, fluxo de nutrientes e temperatura são controlados pelo sistema de cultura. Conforme as novas células criam uma camada de pele dérmica, o polímero se desintegra.
• 3 Ciclo de crescimento concluído. Quando o crescimento das células na malha é concluído, o tecido é enxaguado com mais meio rico em nutrientes. Um crioprotetor é adicionado. As cassetes são armazenadas individualmente, etiquetadas e congeladas.

Método do colágeno

• 4 As células são transferidas para um sistema de cultura. Uma pequena quantidade de colágeno frio e meio nutriente, aproximadamente 12% da solução combinada, é adicionada aos fibroblastos. A mistura é dispensada em moldes e deixada atingir a temperatura ambiente. À medida que o colágeno se aquece, ele gelifica, prendendo os fibroblastos e gerando o crescimento de novas células da pele.
• 5 Queratinócitos adicionados. Duas semanas após o colágeno ser adicionado aos fibroblastos, os queratinócitos extraídos são descongelados e semeados na nova pele dérmica. Eles crescem por vários dias e depois são expostos ao ar, induzindo os queratinócitos a formarem camadas epidérmicas.
• 6 Ciclo de crescimento concluído. A nova pele é armazenada em recipientes esterilizados até que seja necessária.

O Futuro

A profissão médica está usando a tecnologia da pele artificial como pioneira na reconstrução de órgãos. Espera-se que esse chamado tecido estrutural projetado substitua, por exemplo, algum dia as próteses de plástico e metal usadas atualmente para substituir articulações e ossos danificados. Orelhas e narizes serão reconstruídos semeando células de cartilagem em malha de polímero. A regeneração dos tecidos mamários e uretrais está atualmente em estudo em laboratório. Por meio dessa tecnologia, é possível que um dia fígados, rins e até mesmo corações cresçam a partir de tecidos humanos.