Ανάπλαση δέρματος ανθρώπου: ανάπτυξη κερατινοκυττάρων και ινοβλαστών σε τρισδιάστατα ικριώματα που έχουν κατασκευαστεί με χρήση λέιζερ

Abstract

Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια ενός ευρύτερου διατμηματικού έργου (τμήματα Ιατρικής, Φυσικής και Βιολογικού) στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και το Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας, που είχε στόχο την κατασκευή ικριωμάτων (scaffolds) για την ανάπλαση δέρματος ανθρώπου με την ανάπτυξη ινοβλαστών και κερατινοκυττάρων πάνω στις συγκεκριμένες δομές που προσομοιάζουν με την εξωκυττάρια ουσία. Πολύ συχνά σε παθήσεις του δέρματος, τραυματισμούς ή εγκαύματα απαιτείται η χρήση υλικών που υποκαθιστούν τα κατεστραμμένα τμήματα του δέρματος. Η αποκατάσταση στην παρούσα φάση περιορίζεται μόνο στη περίδεση με τεχνητά υλικά χωρίς βιολογικό περιεχόμενο ή σε εκτεταμένες χειρουργικές επεμβάσεις οι οποίες πραγματοποιούνται σε πολλαπλές συνεδρίες και πολλές φορές δεν έχουν το επιθυμητό αποτέλεσμα. Αυτό που προτείνεται στα πλαίσια της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη ικριωμάτων βιοσυμβατών υλικών και η ανάπτυξη μέσα στις συγκεκριμένες κατασκευές τρισδιάστατου κυτταρικού δικτύου. Για να καταστεί αυτό δυνατό πρέπει να παρασκευαστούν μηχανικά ισχυρά ικριώματα τα οποία να αποτελέσουν γόνιμο έδαφος για την καλλιέργεια κυτταρικών στοιχείων. Η περιοχή του δέρματος έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά καθώς εκτίθεται σε μεγάλο αριθμό εξωτερικών παραγόντων και αυτόχρημα χαρακτηρίζεται από ελαστικότητα και δυνατότητα επαναφοράς γεγονός που αυξάνει τις απαιτήσεις όσον αφορά την καταλληλότητα των υλικών που πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Η προτεινόμενη προσέγγιση πρέπει να μελετηθεί εργαστηριακά (in vitro) προτού γίνει οποιαδήποτε προσπάθεια εφαρμογής της σε ζώντες οργανισμούς. Το σκεπτικό και η μεθοδολογία υλοποίησης ενός τέτοιου στόχου, in vitro, σε γενικές γραμμές, έχουν ως ακολούθως: Αρχικά, πραγματοποιείται έλεγχος των υλικών που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν καθώς η βιοσυμβατότητα τους με κυτταρικές δομές είναι ακόμη άγνωστη. Στη συνέχεια πρέπει να κατασκευαστεί ικρίωμα με επιθυμητές ιδιότητες και να δημιουργηθούν δομές με ποικίλο αρχιτεκτονικό σχεδιασμό έτσι ώστε να προκύψουν ιδανικές τρισδιάστατες κατασκευές οι οποίες θα προάγουν την κυτταρική προσκόλληση και ανάπτυξη. Ταυτόχρονα με τα παραπάνω απαιτείται να γίνει επιλογή, απομόνωση και ανάπτυξη της κατάλληλης κυτταρικής σειράς (ινοβλαστών και κερατινοκυττάρων) που θα χρησιμοποιηθούν στις πειραματικές καλλιέργειες. Τέλος, οι κυτταρικές σειρές καλλιεργούνται στα ικριώματα των βιοϋλικών και μελετάται η κυτταρική απόκριση. Το σκεπτικό αυτό αποτελεί την επιτομή ενός σύγχρονου διεπιστημονικού κλάδου, της μηχανικής ιστών (tissue engineering). Γενικά, στην μηχανική ιστών απαιτείται η χρήση ικριωμάτων που παίζουν το ρόλο μιας τεχνητής εξωκυττάριας ουσίας που υποστηρίζει την προσκόλληση και την ανάπτυξη των κυττάρων. Ανάμεσα στις βασικές επιθυμητές ιδιότητες ενός ικριώματος μηχανικής ιστών περιλαμβάνονται η βιοαποικοδομησιμότητα ή η βιοσυντήρηση ανάλογα με το είδος του ιστού που αντικαθίσταται, η βιοενεργότητα, η βιοσυμβατότητα και η διαμόρφωση κατάλληλης πορώδους δομής. Ο κεντρικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη νέων σύνθετων πορωδών πολυμερών υλικών με την χρήση υπερταχειών παλμών λέιζερ προκειμένου να χρησιμοποιηθούν ως ικριώματα μηχανικής ιστών. Η ανάπτυξη αυτή συντελείται σε ένα ευρύτερο πλαίσιο ανάπτυξης νέων σύνθετων πορωδών υλικών από βιοσυμβατά πολυμερή καθώς και μελέτης των βιολογικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα κατά την καλλιέργεια των κυττάρων στις δομές αυτές.