Plastik, krowa i rekin

Pierwszą sztuczną skórę wynaleźli John F. Burke ze szpitala w Massachusetts i Ioannis V. Yannas z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge. Kierowany przez nich zespół wykorzystał plastik, tkanki krowie oraz tkanki chrzęstne rekina do wytworzenia syntetycznej skóry ludzkiej. Zespół w 1981 roku poinformował o pierwszych udanych eksperymentach. Syntetyczna skóra została użyta u 10 poważnie poparzonych pacjentów. U jednego z nich poparzenia obejmowały ponad 50% ciała. Jak później tłumaczył dr John F. Burke, komórki krowy i rekina zostały wchłonięte przez organizm, a zdrowe komórki skóry zdołały wyrosnąć na specjalnie przygotowanym rusztowaniu w ciągu miesiąca. Po zdjęciu warstwy silikonu obszar skóry, który wcześniej był poważnie poparzony, oceniono jako „po oparzeniu słonecznym”. Wynalazek miał też swoje słabe strony. Nowa skóra rosła bez gruczołów potowych, co zmuszało pacjentów do rezygnacji z energicznych ćwiczeń i ekspozycji na słońce. Z drugiej strony – i co najważniejsze – zwiększyła wskaźnik przeżywalności pacjentów.

Dziś pacjenci mogą korzystać z dwóch (niepozbawionych wad) możliwości. Jedną jest przeszczep autologiczny. Druga to wykorzystanie produktów ze sztucznej skóry (od kolagenu bydlęcego, do pianki polimerowej).

Polskie odkrycie

Badaniami nad sztuczną skórą zajmują się też polscy naukowcy. W latach 2012-2015, zespół prof. dr. hab. Andrzeja Dworaka, w ramach projektu POLYCELL, opracował podłoże do namnażania komórek skóry. Za swoje osiągnięcia Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN, będące liderem konsorcjum, otrzymało nagrodę Prix Galien 2015, za innowacyjne odkrycie naukowe. Podłoże, o którym mowa, oparte było na czułych polimerach. Dotychczas stosowane metody oddzielania komórek od podłoża hodowlanego nie pozwalałby na otrzymanie ciągłego arkusza komórek. Dzięki termoczułej warstwie, na której hodowano komórki i lekkiemu obniżeniu temperatury – możliwe stało się oddzielenie ich nieuszkodzonych arkuszy od podłoża. Co stało się z odkryciem polskich naukowców?

Prof. Andrzej Dworak, kierownik projektu POLYCELL, wyjaśnia – W ramach projektu opracowano technologię wytwarzania specjalnych podłoży polimerowych, wrażliwych na zmiany temperatury, do hodowli arkuszy komórek skóry. Komercjalizacja rezultatów projektu nie była przedmiotem umowy o wykonanie i finansowanie projektu, znalazł się w niej jedynie zapis o zobowiązaniu wykonawców do zastosowania wyników w praktyce. W związku z tym, po uzyskaniu odpowiedniego zezwolenia Komisji Bioetycznej przy Śląskiej Izbie Lekarskiej w Katowicach, doprowadzono do przeprowadzenia eksperymentów medycznych, wykonanych w warunkach szpitalnych w Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich. Eksperymenty wykazały pełną praktyczną stosowalność rozwiązań projektowych i opracowanej technologii. Niezależnie od zapisów zawartych w umowie o dofinansowanie, podjęliśmy działania mające na celu komercjalizację produktu. Wprowadzenie nowego produktu na rynek okazało się jednak w obecnych warunkach nieopłacalne. Po przeprowadzonej w ramach projektu analizie rynku oraz rozmowach z potencjalnymi użytkownikami stwierdzono, że podłoża wrażliwe na zmiany temperatury, mimo wszelkich swoich zalet, to produkt o stosunkowo małym zakresie stosowania. Wykazano, że wprowadzanie produktu jako wyrobu medycznego ma znaczenie jedynie dla jednostek, których hodowle wykorzystywane są do celów klinicznych. Rynek ten stanowi jedynie 12% ogółu odbiorców, niezbyt w Polsce wielkiego kręgu, więc produkcja nie jest opłacalna. Niewielka liczba odbiorców produktu POLYCELL jako wyrobu medycznego w Polsce oraz stosunkowo mała liczba potencjalnych zabiegów nie dają podstaw, aby budować na nich główny rynek zbytu.

Skóra z elektrodami

W ostatnim czasie naukowcy z Ecole Polytechnque Federae de Lausanne’s (EPFL) i Laboratory for Soft Bioelectronic Interfaces połączyli siły, by stworzyć miękką i elastyczną sztuczną skórę zbudowaną z silikonu i elektrod. System miękkich czujników i siłowników umożliwia sztucznej skórze dostosowanie się np. do kształtu nadgarstka i zapewnia dotykowe sprzężenie zwrotne w postaci nacisku i wibracji (krótki film EPFL tutaj). Harshal Sonar z EPFL podkreśla, że opracowanie miękkiej sztucznej skóry, w której zintegrowano zarówno czujniki, jak i siłowniki, udało się po raz pierwszy. Kolejnym krokiem w badaniach jest opracowanie prototypu, który można byłoby zastosować np. w rehabilitacji.

Nieco inne rozwiązanie proponują Amerykanie. Badacze z Uniwersytetu Yale’a i Rensselaer Polytechnic Institute w swoich badaniach wykorzystują żywe komórki skóry i przekształcają je w płynny bio-tusz. Jest on następnie wykorzystywany do drukowania sztucznej skóry, która później tworzy własny system naczyń krwionośnych. Zanim jednak tusz zostanie wykorzystany u ludzi, zespół, który nad nim pracuje, będzie musiał znaleźć sposób na zminimalizowanie ryzyka odrzucenia skóry przez organizm ludzki. Jednym ze sposobów jest edycja komórek dawcy za pomocą CRISPR. Twórcy nowoczesnej metody muszą zmierzyć się też z dodatkowymi problemami, takimi jak drukowanie trójwymiarowych gruczołów potowych i kontrola pigmentacji skóry. Biodruk może więc zrewolucjonizować sposób leczenia pacjentów pooparzeniowych, ale na jego praktyczne zastosowanie trzeba będzie jeszcze poczekać.