מהנדסי ביוטכנולוגיה פיתחו שיטה לגדל רקמת עור תלת-ממדית, והראו שאפשר ליצור ממנה מעין כפפה מותאמת אישית למידותיהם של מטופלים שנפגעו מכוויות קשות
שוו בנפשכם את האתגר שניצב בפני רופאים שצריכים להשתיל עור לאדם שנפגע מכוויות באזורים נרחבים של גופו. המשימה שלהם קשה במיוחד כשעליהם להשתיל פיסות עור שטוחות באזורים שופעי קימורים ובליטות, כמו כפות הידיים, האוזניים או הפנים.
שתלי העור המלאכותיים שבהם משתמשים כיום עשויים ממשטחים שטוחים הדומים לגיליונות נייר. השתלים האלה יעילים למדי כל עוד משתמשים בהם לשיקום משטחי עור חלקים, למשל בגב ובבטן. לעומת זאת, קשה מאוד להשתיל אותם על חלקי גוף שמתאפיינים בגיאומטריה תלת-ממדית מורכבת. מהנדסי ביוטכנולוגיה מצאו כעת, כנראה, פתרון לבעיה. הם פיתחו שיטה שמאפשרת לגדל עור באופן מלאכותי במעבדה, כך שיקבל צורה תלת-ממדית שמותאמת אישית לאיבר הפגוע של המטופל. כך אפשר למשל ליצור מעין כפפה ביולוגית שעשויה מתאי עור ולהלביש אותה על כף יד שניזוקה מכווייה חמורה.
השתלות עור
העור הוא האיבר הגדול ביותר בגופנו, שמגן עלינו מפני חדירה של מחוללי מחלות או חומרים לא רצויים. כשהעור נשרט, נפצע או נכווה, גופנו נותר חשוף לסכנות חמורות. כל עוד הנזק מצומצם, העור האנושי מסוגל להשתקם בהצלחה רבה. אך ליכולת הריפוי העצמי שלו יש גבול, וכאשר שטח העור שניזוק מהכווייה גדול מדי, הוא לא יצליח להתאחות בכוחות עצמו. במצבים כאלה משתילים פיסות עור בריא במקום העור שנפגע.
שתלי עור בנויים כטלאים דו-ממדיים שלא מכסים היטב אזורים עם מבנה תלת-ממדי מורכב. צילום מיקרוסקופ אלקטרונים של שתל עור על כוויה | מקור: David Gregory & Debbie Marshall, CC BY 4.0
רופאים נוהגים לקחת רקמת עור בריאה מאזור בגוף המטופל שלא ניזוק – בדרך כלל מהשוק או מהירך, ולהשתיל אותה באזור שנפגע. אבל כשהפגיעה נרחבת ולא נותר מספיק עור בריא, לוקחים דוגמת רקמה מהמטופל, מרבים את התאים במעבדה ויוצרים באופן מלאכותי יריעות של עור להשתלה. כך אפשר להשתיל יריעות עור גדולות ולחסוך מהמטופל את ההליך הניתוחי של קילוף העור הבריא. למרות ההתקדמות הרבה שחלה בתהליכי הייצור של עור ביולוגי להשתלה, עדיין משתמשים כיום בשיטה שפותחה כבר לפני ארבעים שנה.
החיסרון העיקרי של השתלים האלה הוא שהם בנויים כטלאים דו-ממדיים שטוחים, המסתיימים בקצוות פתוחים. עקב המבנה הזה, פיסות העור הללו לא מכסות היטב אזורים שמתאפיינים במבנה גיאומטרי תלת-ממדי, כמו האצבעות או הפנים. מנתחים פלסטיים מתקשים לא פעם להלביש במדויק את יריעות העור הללו על פני האיבר הפגוע, ונאלצים לחבר יחד טלאים קטנים רבים, למשל סביב כל אצבע ביד, בהליך ניתוחי ארוך ומפרך. נוסף על כך, ריבוי הטלאים מחייב לעשות הרבה מאוד תפרים, שמקשים על ההחלמה, מעלים את הסיכון לזיהומים ומניבים תוצאות אסתטיות ותפקודיות פחות טובות.
כדי לגבור על הבעיה הזאת פיתחו המהנדסים מאוניברסיטת קולומביה שיטה שמאפשרת לגדל את העור המהונדס מלכתחילה בצורת האיבר שאותו הם צריכים לכסות. במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Science Advances הם מתארים איך אפשר לגדל את העור המהונדס כמעט בכל צורה תלת-ממדית שתידרש, מורכבת ככל שתהיה. זאת יכולה להיות, למשל, כפפה של תאי עור שתעטוף בצורה מושלמת כף יד שרופה או אוזן כוויה, מרפק ואפילו מבנה גדול כמו זרוע שלמה.
בגד ביולוגי
תהליך יצירת שתלי העור החדשים מתחיל בסריקת לייזר תלת-ממדית של איבר המטרה, למשל כף יד של אדם. הסריקה מוזנת למחשב, שיוצר מודל תלת-ממדי של האיבר, ועל פיו מדפיסים דגם חלול ונקבובי שלו, שישמש פיגום שעליו תיבנה כפפת העור. על חלקו החיצוני של הדגם זורעים תאי פיברובלסטים שמקורם באדם שאמור לקבל את השתל, וכן תוספת של החלבון קולגן. פיברובלסטים הם תאים שנמצאים בשכבות הפנימיות של העור ויוצרים רקמת חיבור חזקה וגמישה התומכת בשאר תאי העור. לשם כך הם מייצרים ומפרישים בין היתר את החלבון קוֹלָגֶן, שהסיבים החזקים שלו חשובים לבניית המצע התומך בתאי הרקמה. כך שהתאים שנזרעו יוצרים על חלקו החיצוני של הדגם שכבת עור אחידה.
בתום שבועיים מצפים את הדגם בקרטינוציטים – התאים העיקריים בשכבת העור החיצונית – ומחדירים לתוך השתל המתפתח גורמי גדילה שמזינים אותו ותומכים בו. כל המבנה מחובר למכשיר שמסתובב בהתמדה כדי לאפשר לתאים להיקלט כראוי. כעבור שבוע נוסף מחברים את היד הלבישה למתקן שמספק לה חמצן וגורמי הזנה עד להשתלה.
כפפת עור קטנה שהחוקרים גידלו
ייצור כפפת עור על הדגם התלת-ממדי נמשך, אם כן, כשלושה שבועות בלבד – לא יותר מהזמן שדרוש כדי לייצר מקטעי עור שטוחים. בדיקות שערכו החוקרים לשתלים התלת-ממדיים העלו שהם חזקים וגמישים יותר משתלי עור שטוחים רגילים שמחוברים יחד, ואף מתפקדים טוב יותר מהם במעבדה.
כדי לבדוק איך השתלים נקלטים ומתפקדים בגוף החי השתילו החוקרים עור מהונדס שהורכב מתאים אנושיים על גפיים אחוריות של עכברים. לדברי החוקר הראשי, חסן ארביל אבאצ'י (Abaci), "זה היה כאילו הלבשנו את העכברים במכנסיים קצרים. הניתוח כולו נמשך כעשר דקות בלבד. כעבור ארבעה שבועות השתלים השתלבו לחלוטין בעור העכבר, והגפיים שנותחו שבו לפעילות מלאה".
החוקרים מתכוונים לבדוק בהמשך את השתלים על בעלי חיים גדולים יותר, שתכונות עורם קרובות יותר לאלה של עור אדם. אם הניסויים יעלו יפה הם מקווים להמשיך גם לניסויים קליניים בבני אדם.
השאיפה היא, אם כן, שנוכל לייצר בעתיד שתלים בהתאמה אישית לכל מטופל מהתאים של עצמו ועל פי מידותיו. שימוש ב"בגד ביולוגי" כזה צפוי לקצר את משך הניתוח, לצמצם משמעותית את כמות התפרים ולהניב תוצאה נעימה יותר לעין. ייתכן שהשיטה תוכל גם לתפוס את מקומה של השיטה הקיימת להשתלת פנים, שבה לוקחים רקמות מפניו של אדם מת ומשתילים אותן על פניו של המטופל, בהליך מסובך וקשה.
