Da nhân tạo và quá trình phát triển - từ điều trị cho nạn nhân bỏng đến người bị ung thư

Cytal Burn Matrix là một sự phát triển của da nhân tạo được sử dụng để thúc đẩy sự phát triển của da. Việc sử dụng da nhân tạo đã vượt ra ngoài việc điều trị các nạn nhân bị bỏng để bao gồm cả việc giúp chống ung thư da. (Ảnh: Integra)

Năm 1969, Ioannis Yannas, khi đó là một nhà khoa học trẻ tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Hoa Kỳ, đã đi thăm khoa nhi tại Viện bỏng Shriners ở Boston, Massachusetts, cùng với Tiến sĩ John Burke. Tại đây, anh ấy đã "sốc đến mức không thể tin được" trước những vết thương kinh hoàng mà các bệnh nhân trẻ tuổi phải chịu đựng. Những đứa trẻ bị băng bó nặng nề và trông chúng rất tệ, giống như "khúc dạo đầu của cái chết".

Vào ngày hôm đó, Yannas cảm thấy có mối liên hệ ngay lập tức với Burke và biết rằng anh phải cố gắng giúp đỡ bọn trẻ.

Burke đã đạt được những bước tiến lớn trong điều trị bỏng. Nhưng bệnh nhân vẫn có nguy cơ tử vong do mất nước và nhiễm trùng nếu họ bị bỏng toàn bộ độ dày của da – xuống lớp hạ bì, lớp mô dày bên dưới lớp biểu bì, chứa các mao mạch máu, đầu dây thần kinh, tuyến mồ hôi, nang lông và các cấu trúc khác.

Burke muốn phát triển một loại băng đặc biệt, một loại băng vết bỏng giúp giữ ẩm, loại bỏ vi khuẩn và giúp đẩy nhanh tốc độ đóng vết thương.

Yannas (bên phải) và Burke cầm làn da nhân tạo của họ.

(Ảnh: MIT Museum)

Yannas, người đang nghiên cứu về collagen và polyme, nghĩ rằng anh ấy có thể giúp được. Nhưng một loại băng do anh ấy phát triển và thử nghiệm trên động vật không những không giúp tăng tốc độ chữa lành vết thương mà còn làm chậm quá trình đó. Có vẻ như nỗ lực của anh đã thất bại cho đến khi họ xem xét kỹ hơn kết quả. Họ phát hiện ra rằng những con vật được điều trị bằng băng collagen của Yannas không tạo ra mô sẹo như mọi con vật khác đã từng có trong quá khứ, đó là điều mà họ mong đợi sẽ xảy ra trong tương lai.

Yannas, hiện là giáo sư về khoa học và kỹ thuật polyme tại Khoa Cơ khí của MIT, cho biết: "Việc băng bó đã khiến da mới được hình thành thay vì mô sẹo...".

Và đó chính là sự khởi đầu của một cuộc cách mạng trong việc điều trị các nạn nhân bỏng.

Vào ngày 24 tháng 4 năm 1981, The New York Times đã đăng một câu chuyện trên trang nhất về thành công của họ. Sản phẩm mà họ phát triển là sự kết hợp giữa silicon, gân bò và sụn vi cá mập. Đến lúc đó, nó đã được sử dụng cho 19 bệnh nhân bị bỏng nặng, trong đó có một người bị bỏng hơn nửa người.

Phát minh của Yannas và Burke không phải là nỗ lực đầu tiên trong việc thay thế da hoặc tạo ra da nhân tạo để mô phỏng vĩnh viễn hoặc tạm thời các lớp da.

Từ năm 3000 trước Công nguyên, người theo đạo Hindu được cho là đã cấy ghép da từ một bộ phận của cơ thể, thường là ở mông, để sửa tai và mũi bị cắt xén, thường bị cắt ra như một hình phạt.

Ở Ý vào thế kỷ 15, Gustavo de Branca đã sử dụng da từ cánh tay của một người đàn ông khác để ghép mũi của nô lệ của người đàn ông đó vào chính mình. Những nỗ lực của Branca mãi đến 150 năm sau mới được công bố; gia đình bảo vệ bí mật của cuộc phẫu thuật chặt chẽ.

Sau đó, 200 năm sau, các ca ghép thành công đã được thực hiện trên cừu.

Ở Đức trong thế kỷ 19, ca ghép da có độ dày đầy đủ đầu tiên đã đạt được bằng cách sử dụng da từ đùi của bệnh nhân ghép vào mũi của họ, theo một quy trình lấy cảm hứng từ những ghi chép đầu tiên của Ấn Độ.

Bốn mươi năm sau, bác sĩ người Anh George David Pollock đã thuyết phục thế giới về hiệu quả của việc ghép da cho các nạn nhân bị bỏng.

Ngày nay, công dụng chính của da nhân tạo vẫn là để thay thế hoặc sửa chữa da bị tổn thương ở những nạn nhân bị bỏng, những người mà da nhân tạo không cần thiết phải có một vị trí hiến tặng và ít để lại sẹo hơn so với ghép da thật.

Tuy nhiên, 50 năm sau phát minh của Burke và Yannas, da nhân tạo hiện cũng đang được sử dụng để điều trị các rối loạn khác. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Copenhagen, Đan Mạch, đã thành công trong việc ngăn chặn sự phát triển xâm lấn trong mô hình ung thư da bằng cách sử dụng da người nhân tạo.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Hans Wandall giải thích rằng ngày nay, da nhân tạo bao gồm một loại gel collagen kết hợp các nguyên bào sợi của con người, loại tế bào góp phần hình thành mô liên kết duy trì hình dạng của cơ thể và các cơ quan của nó cũng như cung cấp hỗ trợ bên trong.

Các tế bào sừng của con người, các tế bào được tìm thấy trên bề mặt da, sau đó được phát triển trên lớp này để tạo ra một lớp phủ nhiều lớp, được xác định rõ ràng giống với da người bình thường khi quan sát dưới kính hiển vi.

Phát minh của Burke và Yannas là sản phẩm sáng lập của Integra - một công ty sản xuất các sản phẩm giúp tái tạo da - và là sản phẩm đầu tiên được quảng cáo là tái tạo mô da được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt.

Wandall nói, ngày nay, các phiên bản khác của da nhân tạo, bao gồm cả Episkin và Genoskin, đều có sẵn cho cả mục đích nghiên cứu và điều trị nạn nhân bỏng. Những sản phẩm này được sử dụng trong các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới để nghiên cứu, thử nghiệm thuốc và thử nghiệm mỹ phẩm của các công ty như L'Oreal.

Làn da khỏe mạnh bong ra và tạo ra các tế bào và lớp mới khi cần thiết. Nhưng các tế bào ung thư phá vỡ quá trình luân chuyển lành mạnh này; các tế bào không còn tuân theo ranh giới giữa các lớp da khác nhau và bắt đầu hoạt động điên cuồng và xâm lấn lẫn nhau. Điều này được gọi là tăng trưởng xâm lấn. Các khối u hình thành khi các tế bào bỏ qua các tín hiệu thông thường cho chúng biết đã đến lúc ngừng phát triển hoặc chết.

Nghiên cứu do Wandall đứng đầu đã sử dụng mô hình da 3D và kỹ thuật di truyền để thay đổi các gen cụ thể trong tế bào da người nhằm mô phỏng hành vi của tế bào ung thư. Những gen này rất quan trọng đối với việc điều tra tín hiệu - quá trình hướng dẫn các tế bào phát triển.

"Nghiên cứu của chúng tôi tiết lộ rằng hành vi xâm lấn có thể bị đảo ngược bởi các chất ức chế tín hiệu tế bào hiện có, cho thấy tiềm năng của những chất ức chế này trong cuộc chiến chống ung thư da" - Wandall nói.

"Bằng cách sử dụng da người nhân tạo, chúng tôi đã vượt qua được trở ngại tiềm tàng về việc liệu kết quả từ các thử nghiệm trên mô hình chuột có thể được chuyển sang mô người hay không; da nhân tạo có nghĩa là chúng ta gần gũi hơn với thực tế của con người" - Wandall nói thêm.

Ông cho biết công việc này có thể giúp phát triển phương pháp điều trị các tình trạng da khác: "Việc sử dụng mô hình da người cung cấp khả năng thử nghiệm thuốc trên mô người có liên quan, trong trường hợp này là da. Với kỹ thuật di truyền chính xác, có thể tạo ra các mô hình bệnh phù hợp, hy vọng sẽ đẩy nhanh quá trình thử nghiệm thuốc cho nhiều bệnh".

Tham khảo thêm thông tin tại bài viết: Phát triển thành công da nhân tạo đủ nang lông và tuyến bã nhờn.