Kulit Buatan

Latar Belakang

Kulit, organ terbesar tubuh manusia, melindungi tubuh dari penyakit dan kerusakan fisik, serta membantu mengatur suhu tubuh. Ini terdiri dari dua lapisan utama, epidermis dan dermis. Epidermis, atau lapisan luar, terutama terdiri dari sel-sel:keratinosit, melanosit, dan langerhans. Dermis, terutama terdiri dari serat jaringan ikat seperti kolagen, memasok makanan ke epidermis.

Ketika kulit telah rusak parah karena penyakit atau luka bakar, tubuh tidak dapat bertindak cukup cepat untuk memproduksi sel-sel pengganti yang diperlukan. Luka, seperti borok kulit yang diderita penderita diabetes, mungkin tidak akan sembuh dan anggota tubuh harus diamputasi. Korban luka bakar dapat meninggal karena infeksi dan kehilangan plasma. Cangkok kulit dikembangkan sebagai cara untuk mencegah konsekuensi tersebut serta untuk memperbaiki kelainan bentuk. Sejak abad keenam SM. , Ahli bedah Hindu terlibat dalam rekonstruksi hidung, mencangkok lipatan kulit dari hidung pasien. Gaspare Tagliacozzo, seorang dokter Italia, membawa teknik ini ke pengobatan Barat pada abad keenam belas.

Sampai akhir abad kedua puluh, cangkok kulit dibuat dari kulit pasien sendiri (autografts) atau kulit mayat (allografts). Infeksi atau, dalam kasus kulit mayat, penolakan adalah perhatian utama. Sementara cangkok kulit dari satu bagian tubuh pasien ke bagian lain kebal terhadap penolakan, cangkok kulit dari donor ke penerima ditolak lebih agresif daripada cangkok atau transplantasi jaringan lainnya. Meskipun kulit mayat dapat memberikan perlindungan dari infeksi dan kehilangan cairan selama periode penyembuhan awal korban luka bakar, pencangkokan kulit pasien sendiri seringkali diperlukan. Dokter dibatasi pada kulit apa yang tersedia bagi pasien, suatu kerugian yang pasti dalam kasus korban luka bakar yang parah.

Pada pertengahan 1980-an, peneliti medis dan insinyur kimia, yang bekerja di bidang biologi sel dan manufaktur plastik, bergabung untuk mengembangkan rekayasa jaringan guna mengurangi insiden infeksi dan penolakan. Salah satu katalis untuk rekayasa jaringan adalah semakin berkurangnya organ yang tersedia untuk transplantasi. Pada tahun 1984, seorang ahli bedah Harvard Medical School, Joseph Vacanti, berbagi rasa frustrasinya atas kurangnya hati yang tersedia dengan rekannya Robert Langer, seorang insinyur kimia di Massachusetts Institute of Technology. Bersama-sama, mereka merenungkan apakah organ baru dapat ditumbuhkan di laboratorium. Langkah pertama adalah menduplikasi produksi jaringan tubuh. Langer datang dengan ide untuk membangun perancah biodegradable di mana sel-sel kulit dapat tumbuh menggunakan fibroblas, sel-sel yang diekstraksi dari kulup neonatus yang disumbangkan dikeluarkan selama sunat.

Dalam variasi teknik ini yang dikembangkan oleh peneliti lain, fibroblas yang diekstraksi ditambahkan ke kolagen, protein berserat yang ditemukan di jaringan ikat. Ketika senyawa dipanaskan, kolagen menjadi gel dan menjebak fibroblas, yang pada gilirannya mengatur diri mereka sendiri di sekitar kolagen, menjadi padat, padat, dan berserat. Setelah beberapa minggu, keratinosit, juga diekstraksi dari kulup yang disumbangkan, disemai ke jaringan dermal baru, di mana mereka membuat lapisan epidermis.

Cangkok kulit buatan menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan yang berasal dari pasien dan mayat. Ini menghilangkan kebutuhan akan tisu mengetik. Kulit tiruan dapat dibuat dalam jumlah banyak dan dibekukan untuk penyimpanan dan pengiriman, sehingga tersedia sesuai kebutuhan. Setiap kultur disaring untuk patogen, sangat membatasi kemungkinan infeksi. Karena kulit buatan tidak mengandung sel imunogenik seperti sel dendritik dan sel endotel kapiler, maka tidak ditolak oleh tubuh. Akhirnya, waktu rehabilitasi berkurang secara signifikan.

Bahan Baku

Bahan baku yang dibutuhkan untuk produksi kulit buatan terbagi dalam dua kategori, komponen biologis dan peralatan laboratorium yang diperlukan. Sebagian besar jaringan kulit yang disumbangkan berasal dari kulup neonatus yang diambil selama sunat. Satu kulup dapat menghasilkan sel yang cukup untuk membuat empat hektar bahan cangkok. Fibroblas dipisahkan dari lapisan dermal jaringan yang disumbangkan. Fibroblas dikarantina saat mereka diuji untuk virus dan patogen menular lainnya seperti IIV, hepatitis B dan C, dan mikoplasma. Riwayat kesehatan ibu dicatat. Fibroblas disimpan dalam botol kaca dan dibekukan dalam nitrogen cair pada -94°F (-70°C). Botol disimpan beku sampai fibroblas dibutuhkan untuk menumbuhkan kultur. Dalam metode kolagen, keratinosit juga diekstraksi dari kulup, diuji, dan dibekukan.

Jika fibroblas akan ditumbuhkan pada scaffolding mesh, polimer dibuat dengan menggabungkan molekul asam laktat dan asam glikolat, elemen yang sama yang digunakan untuk membuat jahitan larut. Senyawa mengalami reaksi kimia yang menghasilkan molekul yang lebih besar yang terdiri dari unit struktural berulang.

Dalam metode kolagen, sejumlah kecil kolagen sapi diekstraksi dari tendon ekstensor anak sapi muda. Kolagen dicampur dengan nutrisi asam, dan disimpan di lemari es pada suhu 39,2°F (4°C).

Peralatan laboratorium meliputi botol kaca, tabung, botol rol, kartrid okulasi, cetakan, dan freezer.

Manufaktur
Proses

Proses pembuatannya tampak sederhana. Fungsi utamanya adalah untuk mengelabui fibroblas yang diekstraksi agar percaya bahwa mereka ada di dalam tubuh manusia sehingga mereka berkomunikasi satu sama lain dengan cara alami untuk membuat kulit baru.

Metode perancah jala

• 1 Fibroblas dicairkan dan diperluas. Fibroblas dipindahkan dari vial ke dalam botol rol, yang menyerupai botol soda liter. Botol-botol itu diputar di sisinya selama tiga hingga empat minggu. Tindakan bergulir memungkinkan sirkulasi oksigen, penting untuk proses pertumbuhan.
• 2 Sel dipindahkan ke sistem kultur. Sel-sel dikeluarkan dari botol rol, dikombinasikan dengan media yang kaya nutrisi, dialirkan melalui tabung ke dalam bioreaktor tipis seperti kaset yang menampung perancah mesh biodegradable, dan disterilkan dengan radiasi e-beam. Saat sel-sel mengalir ke dalam kaset, mereka menempel pada jaring dan mulai tumbuh. Sel-sel dialirkan bolak-balik selama tiga sampai empat minggu. Setiap hari, sisa suspensi sel dihilangkan dan nutrisi segar ditambahkan. Oksigen, pH, aliran nutrisi, dan suhu dikendalikan oleh sistem kultur. Saat sel-sel baru membuat lapisan kulit dermal, polimer hancur.
• 3 Siklus pertumbuhan selesai. Ketika pertumbuhan sel pada mesh selesai, jaringan dibilas dengan media yang lebih kaya nutrisi. Sebuah krioprotektan ditambahkan. Kaset disimpan satu per satu, diberi label, dan dibekukan.

Metode kolagen

• 4 Sel dipindahkan ke sistem kultur. Sejumlah kecil kolagen dingin dan media nutrisi, sekitar 12% dari larutan gabungan, ditambahkan ke fibroblas. Campuran dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan mencapai suhu kamar. Saat kolagen menghangat, kolagen menjadi gel, menjebak fibroblas dan menghasilkan pertumbuhan sel kulit baru.
• 5 Keratinosit ditambahkan. Dua minggu setelah kolagen ditambahkan ke fibroblas, keratinosit yang diekstraksi dicairkan dan disemai ke kulit dermal baru. Mereka dibiarkan tumbuh selama beberapa hari dan kemudian terkena udara, mendorong keratinosit untuk membentuk lapisan epidermis.
• 6 Siklus pertumbuhan selesai. Kulit baru disimpan dalam wadah steril sampai dibutuhkan.

Masa Depan

Profesi medis menggunakan teknologi kulit buatan untuk memelopori rekonstruksi organ. Diharapkan bahwa apa yang disebut jaringan struktural yang direkayasa ini, misalnya, suatu hari nanti akan menggantikan prostesis plastik dan logam yang saat ini digunakan untuk menggantikan sendi dan tulang yang rusak. Telinga dan hidung akan direkonstruksi dengan menyemai sel tulang rawan pada jaring polimer. Regenerasi jaringan payudara dan uretra saat ini sedang dipelajari di laboratorium. Melalui teknologi ini, tidak menutup kemungkinan suatu hari nanti, hati, ginjal, bahkan hati, akan ditumbuhkan dari jaringan tubuh manusia.