L’avvento della pelle artificiale ha rivoluzionato il campo della robotica e della medicina rigenerativa. I ricercatori utilizzano la bioingegneria per creare tessuti cutanei realistici che possono essere applicati a robot e dispositivi protesici, migliorandone sia la funzionalità sia l’aspetto estetico
L’origine e l’evoluzione della pelle artificiale
Indice dei contenuti
La pratica della pelle artificiale ha avuto inizio negli anni ’70, quando i ricercatori hanno iniziato a esplorare modi per curare gravi ustioni e ferite cutanee. Il Dr. John F. Burke, un chirurgo del Massachusetts General Hospital, e il Dr. Ioannis V. Yannas, un ingegnere chimico al Massachusetts Institute of Technology (MIT), furono tra i pionieri in questo campo.
La prima pelle artificiale
Nel 1981, Burke e Yannas riuscirono a sviluppare una pelle artificiale composta da collagene di mucca e glicosaminoglicani di squalo. La matrice venne progettata per mimare le proprietà della pelle umana, promuovendo la rigenerazione del tessuto cutaneo. Questa innovazione fu un enorme passo avanti per la medicina rigenerativa.
Il primo paziente
Il primo paziente a beneficiare della pelle artificiale fu Jamie Fritsch, un bambino di quattro anni gravemente ustionato. Nel 1981, Jamie fu trattato con la pelle artificiale sviluppata da Burke e Yannas. Questo trattamento segnò una svolta nella cura delle ustioni, dimostrando l’efficacia della pelle artificiale nel promuovere la guarigione e ridurre le cicatrici.
L’innovazione nel campo della pelle artificiale
Negli anni successivi, la ricerca sulla pelle artificiale è proseguita, portando a nuove tecnologie e materiali che migliorano costantemente la funzionalità e l’aspetto della stessa. Le applicazioni della pelle artificiale si sono estese oltre la cura delle ustioni, includendo anche la chirurgia plastica, la dermatologia e persino la robotica. E oggi?
Un nuovo paradigma nella bioingegneria dei tessuti
Durante la maturazione del tessuto, le cellule aderiscono e rimodellano la matrice di collagene, portando alla contrazione del tessuto. In un esperimento innovativo, i ricercatori hanno seminato cheratinociti umani (NHEK) sulla superficie di un equivalente del derma, utilizzando una concentrazione precisa di cellule. Questo processo ha incluso fasi di coltivazione e differenziazione. Risultato? Una pelle artificiale in grado di coprire un dispositivo facciale 3D.
Procedura di coltivazione e differenziazione
I cheratinociti sono stati seminati in due fasi sulla superficie dell’equivalente del derma, con un intervallo di un’ora tra le semine. Questo derma è stato poi coltivato per tre giorni in un mezzo di differenziazione, seguito da ulteriori quattordici giorni all’interfaccia aria-mezzo per permettere la migrazione e la differenziazione delle cellule. Durante questa fase, un agitatore biologico ha mantenuto la pelle idratata, così da prevenire la secchezza e assicurare una crescita uniforme.
Valutazione della pelle artificiale
Il team ha misurato la distribuzione dello spessore degli equivalenti cutanei utilizzando il software ImageJ. Hanno poi confrontato la pelle equivalente con un calco facciale 3D, analizzando i contorni e calcolando lo spessore locale per diverse regioni. Queste misurazioni hanno fornito dati precisi sullo spessore medio e la deviazione standard, fondamentali per garantire l’accuratezza del tessuto prodotto.
Creazione del volto robotico
Il volto robotico ricoperto di derma equivalente è composto da cinque parti, inclusa una base con ancoraggi per fissare strati di silicone e derma. Lo strato di silicone replica la struttura 3D del tessuto sottocutaneo, essenziale per creare espressioni facciali realistiche come il sorriso. I componenti sono stati accuratamente assemblati per evitare infiltrazioni durante la produzione.
Analisi meccanica dinamica
L’analisi meccanica dinamica ha rivelato le proprietà del derma equivalente e del collagene. Utilizzando un reometro, i ricercatori hanno misurato i moduli di accumulo e perdita variando la frequenza angolare. Questo esperimento ha utilizzato una concentrazione elevata di fibroblasti per osservare l’influenza sulle caratteristiche del collagene, seguito da un periodo di coltivazione di quattordici giorni.
Misurazione della viscosità di taglio
Il team ha misurato la viscosità di taglio della soluzione di collagene pre-gel per simulare il processo di versamento del gel in un dispositivo e trasferimento nell’incubatrice. Questo controllo della temperatura ha permesso di osservare la variazione della viscosità nel tempo, fornendo informazioni essenziali per l’ottimizzazione del processo di produzione del tessuto.
Conclusione
L’innovazione nella bioingegneria dei tessuti sta aprendo nuove possibilità per la creazione di pelle artificiale realistica.
Fonte
Thermal analyses of facial images reveal quantitative markers of aging and metabolic diseases” di Yu et al.
Cell Reports