جهان را تصور کنید که در آن آسیب پوستی ناشی از سوختگی، ضربه یا بیماری، یک علامت دائمی نیست، بلکه فرصتی برای ترمیم دقیق - حتی بازسازی کامل - است. این یک داستان علمی تخیلی نیست؛ این آینده ای است که مهندسی پوست مصنوعی به طور پیوسته در حال تحقق بخشیدن به آن است. پوست به عنوان بزرگترین اندام بدن، به عنوان اولین خط دفاعی ما در برابر تهدیدات محیطی عمل می کند. هنگامی که این سد به خطر می افتد، نه تنها بر ظاهر، بلکه بر عملکردهای حیاتی بیولوژیکی نیز تأثیر می گذارد. تکنیک های سنتی پیوند پوست با چالش های متعددی از جمله محدودیت در دسترس بودن پوست اهدا کننده، نتایج زیبایی شناختی نامطلوب و بهبودی عملکردی ناقص مواجه هستند. مهندسی پوست مصنوعی راه حل های نوآورانه ای را برای این مشکلات مداوم ارائه می دهد.

پوست مصنوعی به مواد یا محصولاتی اطلاق می شود که برای تقلید یا جایگزینی عملکردهای پوست طبیعی طراحی شده اند. به طور گسترده در کاربردهای پزشکی - به ویژه برای درمان سوختگی های شدید، زخم ها و سایر آسیب ها یا نقص های پوستی - استفاده می شود، اهداف اصلی آن تسهیل بهبود زخم، ارائه جایگزینی موقت یا دائمی پوست و بازگرداندن عملکرد سد پوست است. این فراتر از یک ماده پزشکی است و نشان دهنده یک پیشرفت بزرگ در مهندسی بافت است و مسیرهای جدیدی را برای پزشکی ترمیمی هموار می کند.

محصولات فعلی پوست مصنوعی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: مصنوعی و بیولوژیکی.

این محصولات که از مواد مصنوعی مانند پلیمرها ساخته شده اند، برای شبیه سازی ساختار و خواص پوست طبیعی مهندسی شده اند. مواد رایج شامل سیلیکون، پلی اورتان و داربست های کلاژن است. در حالی که گزینه های مصنوعی سازگاری زیستی عالی و قابلیت سفارشی سازی را برای نیازهای مختلف ارائه می دهند، در درجه اول به عنوان موانع فیزیکی برای ارتقای بهبود زخم عمل می کنند و عملکرد نسبتاً محدودی دارند.

پوست مصنوعی بیولوژیکی که از مواد طبیعی مشتق شده است، از نظر ساختار و عملکرد، شباهت بیشتری به پوست طبیعی دارد. این ماده بر اساس ترکیب سلولی به دو زیر نوع تقسیم می شود:

• پوست مصنوعی بدون سلول: این نوع که عمدتاً از اجزای ماتریکس خارج سلولی (ECM) مانند کلاژن، الاستین و گلیکوزآمینوگلیکان ها تشکیل شده است، از مواد فرآوری شده انسانی یا حیوانی با حذف عناصر سلولی در حالی که ساختار ECM و خواص بیوشیمیایی را حفظ می کند، استفاده می کند. این داربستی را برای مهاجرت و تکثیر سلولی فراهم می کند و بهبود زخم را تسریع می بخشد.
• پوست مصنوعی سلولی: این سازه های بافتی پیچیده تر، سلول های زنده را با مواد داربستی ترکیب می کنند. سلول ها ممکن است خودزا (مشتق شده از بیمار)، آلوژنیک (مشتق شده از اهدا کننده) یا سلول های بنیادی باشند. پوست مصنوعی سلولی که بر روی داربست های بیولوژیکی کشت می شود که ساختار را پشتیبانی می کنند و تکثیر، اتصال و تمایز را ارتقا می دهند، عملکردهای طبیعی مانند ترشح فاکتور رشد و تولید ECM را بهتر تقلید می کند و امکان بازسازی بافت موثرتر را فراهم می کند.

ایجاد پوست مصنوعی شامل فرآیندهای پیچیده ای است که شامل منابع سلولی، مواد زیستی و فناوری های ساخت می شود.

انواع سلول ها به عنوان جزء اصلی، مستقیماً عملکرد پوست مصنوعی را تعیین می کنند. انواع سلول های کلیدی عبارتند از:

• کراتینوسیت ها: سلول های اپیدرمی اولیه مسئول تشکیل سد محافظتی هستند، این سلول ها را می توان از پوست خود بیمار برداشت، در شرایط آزمایشگاهی کشت و گسترش داد، سپس روی داربست ها قرار داد تا لایه های اپیدرمی را تشکیل دهند.
• فیبروبلاست ها: نوع سلول اصلی پوستی که کلاژن و سایر اجزای ECM را سنتز می کند، این سلول ها نیز از نمونه های پوستی بیمار برای ساخت لایه پوستی به دست می آیند.
• سلول های بنیادی: سلول های بنیادی (از جمله انواع جنینی، القایی چند توان و مزانشیمی) با قابلیت های خود نوسازی و تمایز، می توانند انواع مختلف سلول های پوستی را تولید کنند و پتانسیل عظیمی برای ساخت بافت پوستی پیچیده و عملکردی ارائه می دهند.

مواد زیستی ایده آل که به عنوان داربست برای حمایت از رشد سلولی عمل می کنند، باید نشان دهند:

• سازگاری زیستی: غیر سمی و غیر ایمنی زا، اجتناب از پاسخ های التهابی
• زیست تخریب پذیری: به تدریج تجزیه می شود زیرا بافت جدید تشکیل می شود
• تخلخل: امکان مهاجرت سلولی، انتقال مواد مغذی و عروقی شدن
• مقاومت مکانیکی: مقاومت در برابر انقباض بافتی و نیروهای خارجی

مواد زیستی رایج شامل کلاژن، اسید هیالورونیک، فیبرین، کیتوزان و پلیمرهای مصنوعی مختلف است.

روش های کلیدی برای مونتاژ سلول ها و مواد زیستی عبارتند از:

• کشت سلولی: توزیع یکنواخت سلول ها در سراسر داربست ها از طریق روش های استاتیک، دینامیک یا با کمک خلاء
• چاپ سه بعدی: کنترل دقیق قرارگیری سلول و مواد برای ساخت ساختارهای پیچیده، امکان ساخت پوست شخصی سازی شده
• الکتروریسی: استفاده از نیروهای الکترواستاتیک برای ایجاد داربست های نانوفیبری با تخلخل بالا که برای اتصال سلولی ایده آل هستند
• میکروفلوئیدیک: دستکاری مایعات در کانال های میکروسکوپی برای چیدمان سلول ها و مواد در معماری های عملکردی خاص

پوست مصنوعی پتانسیل دگرگون کننده ای در زمینه های پزشکی دارد:

• درمان سوختگی: ارائه پوشش موقت برای جلوگیری از عفونت و از دست دادن مایعات، یا جایگزینی دائمی برای سوختگی های گسترده
• مدیریت زخم مزمن: افزایش بهبود در زخم های دیابتی و زخم های فشاری از طریق بهبود عروقی شدن
• ترمیم ضربه: بازگرداندن نقص های پوستی جراحی یا تصادفی در حالی که جای زخم را به حداقل می رساند
• تحقیقات: به عنوان مدل هایی برای مطالعه زیست شناسی پوست، مکانیسم های بهبود زخم و آزمایش درمان های جدید

پیشرفت های آینده بر توسعه مواد زیستی برتر، بهینه سازی منابع سلولی و تکنیک های کشت، اصلاح دقت ساخت (از جمله سازه های عروقی شده و عصب دار شده) و افزایش عملکرد - مانند ادراک حسی، فعالیت غده ای و قابلیت های ایمنی - برای ایجاد جایگزین های پوستی که به طور فزاینده ای از بافت طبیعی قابل تشخیص نیستند، متمرکز خواهد بود.

همانطور که این حوزه پیشرفت می کند، مهندسی پوست مصنوعی نوید انقلابی در درمان قربانیان سوختگی، بیماران ضربه ای و افراد مبتلا به زخم های مزمن را می دهد - نه تنها بهبودی، بلکه بازگرداندن فرم و عملکرد را نیز ارائه می دهد.