Výzkumníci Cornellovy lékařské fakulty produkují štěpy, které replikují lidské ucho
Foto: Franco Antonio Giovanella / UnsplashPomocí nejmodernějších technik tkáňového inženýrství a 3D tiskárny sestavili vědci z Cornellovy lékařské fakulty a fakulty inženýrství, repliku dospělého lidského ucha, které vypadá a působí přirozeně.
Studie publikovaná v Acta Biomaterialia nabízí příslib štěpů s dobře definovanou anatomií a správnými biomechanickými vlastnostmi pro ty, kteří se narodili s vrozenou malformací nebo kteří přijdou o ucho později v životě.
„Rekonstrukce ucha vyžaduje několik operací a neuvěřitelné množství umění a jemnosti,“ řekl hlavní autor Dr. Jason Spector ’91, šéf Divize plastické a rekonstrukční chirurgie v Newyorském Cornellově presbyteriánském centru a profesor chirurgie a plastické chirurgie). „Tato nová technologie může nakonec poskytnout možnost, která se bude zdát reálná pro tisíce lidí, kteří potřebují operaci k nápravě deformací vnějšího ucha.“
Foto: Spector Lab / Vědecký zdrojMnoho chirurgů staví náhradní ucho pomocí chrupavky odstraněné z dětských žeber, což je operace, která může být bolestivá a plná jizev. A přestože výsledný štěp může být vytvořen tak, aby se podobal druhému uchu příjemce, obecně nemá stejnou flexibilitu.
Jedním ze způsobů, jak vytvořit přirozenější náhradní ucho, je využít pomoc chondrocytů, buněk, které tvoří chrupavku. V dřívějších studiích Spector a jeho kolegové použili chondrocyty pocházející ze zvířat k osazení lešení vyrobeného z kolagenu, klíčové složky chrupavky. Ačkoli se tyto štěpy zpočátku úspěšně vyvíjely, postupem času se dobře definovaná topografie ucha, jeho známé hřebeny, křivky a přesleny, ztratila.
„Protože buňky při práci tahají za tkanou matrici proteinů, ucho se stáhlo a zmenšilo na polovinu,“ řekl doktor Spector.
K vyřešení tohoto problému v této studii doktor Spector a jeho tým použili sterilizovanou chrupavku pocházející ze zvířat ošetřenou k odstranění všeho, co by mohlo vyvolat imunitní odmítnutí. To bylo naloženo do složitých plastových lešení ve tvaru ucha, které byly vytvořeny na 3D tiskárně na základě dat z ucha člověka. Malé kousky chrupavky působí jako vnitřní výztuhy k vyvolání tvorby nové tkáně v lešení. Podobně jako výztuž zpevňuje štěp a zabraňuje kontrakci.
Během následujících tří až šesti měsíců se struktura vyvinula do tkáně obsahující chrupavku, která úzce kopírovala anatomické rysy ucha, včetně šroubovitého okraje, „antihelixového“ okraje uvnitř a centrální konchální misky.
„To je něco, čeho jsme předtím nedosáhli,“ řekl doktor Spector.
Dr. Spector na tomto projektu pracoval s dlouholetým spolupracovníkem Larrym Bonassarem, profesorem Daljit S. a Elaine Sarkariaovou v oboru biomedicínského inženýrství na Meinigově fakultě biomedicínského inženýrství v Cornellova inženýrství.
Spector a Bonassar provedli biomechanické studie, aby otestovali cit ucha. To potvrdilo, že repliky měly pružnost a elasticitu podobnou chrupavce lidského ucha. Upravený materiál však nebyl tak pevný jako přirozená chrupavka a mohl se roztrhnout.
Aby se tento problém napravil, doktor Spector plánuje přidat do směsi chondrocyty, ideálně ty odvozené z malého kousku chrupavky odstraněné z druhého ucha příjemce. Tyto buňky by položily elastické proteiny, které činí ušní chrupavku tak robustní, a vytvořily by štěp, který by byl biomechanicky mnohem podobnější přirozenému uchu, řekl.
Článek byl upraven z publikace vědecké práce Cornellovy lékařské fakulty s otevřeným přístupem.