Universiteit van Tel Aviv (TAU) en het Sheba Medical Center: Nieuwe ontwikkelde bio-engineering huid kan brandwonden twee keer zo snel genezen

Foto TAU

Huid voor huidtransplantatie is in normale tijden schaars, en in oorlogstijd is het extra noodzakelijk. Een baanbrekend onderzoek, gedreven door de aanhoudende oorlog en de toename van ernstige brandwonden, benadrukt de dringende behoefte aan betere behandelmethoden.

Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv (TAU) en het Sheba Medical Center in Tel Hashomer hebben nu een bio-gemodificeerde huid ontwikkeld die op brandwondenslachtoffers kan worden getransplanteerd. Hierdoor kan de genezingstijd van de huid van het slachtoffer worden gehalveerd.

Het team zei dat "ernstige brandwonden een aanzienlijke klinische uitdaging vormen vanwege het complexe genezingsproces en het hoge risico op complicaties, waaronder infectie, littekenvorming en contractuurvorming, waarbij de huid en andere lichaamsdelen korter en strakker worden, waardoor de beweging van dat lichaamsdeel wordt beperkt."

Ernstige brandwonden vormen een groot wereldwijd gezondheidsprobleem. Jaarlijks worden er miljoenen mensen door getroffen en ze veroorzaken veel ziekte, littekens en een lang herstel.

Bijna veertig jaar lang is de behandeling van grote brandwonden grotendeels gebaseerd op donor-autologe huidtransplantaties (het transplanteren van huid van het ene lichaamsdeel naar het andere vermindert het risico op afstoting door het immuunsysteem van de patiënt) en gekweekte epidermale autotransplantaties (CEA), die worden gemaakt door de eigen huidcellen van de patiënt in een laboratorium te kweken en deze vervolgens te transplanteren op brandwonden of verwondingen.

CEA's worden echter beperkt door kwetsbaarheid, krimp, het ontbreken van een dermale laag en besmettingsrisico's. CEA's vereisen een lange voorbereidingstijd en hoge productiekosten; het duurt twee tot vier weken om de vellen onder strikt steriele omstandigheden te kweken om besmetting te voorkomen en succesvolle celgroei te garanderen. Bovendien kunnen de uiteindelijke transplantaten tot meer dan de helft van hun oorspronkelijke grootte krimpen wanneer ze loskomen van de kweekschaal.

Het team stelde dat de bio-engineered huid, geproduceerd uit de eigen cellen van de patiënt, flexibeler, stabieler en robuuster is dan bestaande behandelingen, waardoor deze gemakkelijker te hanteren is. In een model met een volledige wonddikte sloot de huid de wond twee keer zo snel als standaardtherapieën.

De innovatieve studie is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Functional Materials onder de titel “Stabiele, gemakkelijk te hanteren, volledig autologe elektrogesponnen polymeer-peptide huidequivalent voor ernstige brandwonden.”

Het team stond onder leiding van prof. Lihi Adler-Abramovich, promovendus Dana Cohen-Gerassi van het Laboratory for Bio-Inspired Materials and Nanotechnology van de Goldschleger School of Dental Medicine en dr. Amit Sitt van de School of Chemistry van de TAU.

Volgens Adler-Abramovich is een chirurgische ingreep vaak dringend nodig om tweedegraads brandwonden te behandelen, maar ook ernstigere brandwonden om de huid te herstellen, infecties te voorkomen en levens te redden.

"De huidige gouden standaardbehandeling is 'autologe huidtransplantatie', waarbij gezonde huid uit een ander deel van het lichaam van de patiënt wordt geoogst en getransplanteerd naar de brandwond." Maar ze voegde eraan toe dat deze techniek aanzienlijke nadelen heeft, met name de noodzaak om gezond weefsel te beschadigen om de verwonding te behandelen; dit wordt vooral problematisch wanneer de brandwonden grote delen van het lichaam bedekken en er slechts een beperkte hoeveelheid intacte huid is.

Een van de meest geavanceerde alternatieven, momenteel alleen in Sheba in Israël aangeboden, is CEA. In plaats van een groot stuk huid te verwijderen, wordt een kleine biopsie genomen en worden de cellen uit dat monster in het laboratorium gekweekt om huidtransplantaten te produceren voor transplantatie.

Hoewel deze methode schade aan de donorplek voorkomt, brengt ze verschillende uitdagingen met zich mee: Ten eerste worden de huidcellen gekweekt op een laag van muizen afkomstige voedingscellen, die strikt gereguleerd moeten worden om ervoor te zorgen dat geen van deze cellen in het transplantaat achterblijft; ten tweede krimpt de CEA na verwijdering uit de kweekschaal met meer dan 50%, wat de opbrengst aanzienlijk vermindert. Er kunnen tot 30 transplantaten nodig zijn om één gebied, zoals een arm of been, te bedekken.

“De in het laboratorium gekweekte huid bestaat tenslotte alleen uit de bovenste opperhuidlaag, waardoor deze extreem dun, kwetsbaar en gevoelig is voor krullen aan de randen.”

Adler-Abramovich vertelde The Jerusalem Post dat het vijf tot tien jaar kan duren voordat de techniek kan worden toegepast bij brandwondenpatiënten.

"CEA's worden tegenwoordig gebruikt, maar onze ontwikkeling van een nanovezel-scaffold gemengd met een bioactieve peptide is veel beter. Onze scaffold is gemaakt van een polymeer genaamd PCL – dat al is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) – en heeft dit gecombineerd met de peptide," zei ze.

"Onze technologie bevindt zich nog in de preklinische fase en wordt in het laboratorium op muizen gebruikt. Het zal nog even duren voordat de techniek op grote schaal kan worden toegepast en er toestemming is om het op patiënten te testen, en vervolgens goedkeuring van het ministerie van Volksgezondheid en de FDA. Maar ons doel is dat het in elk ziekenhuis in het land wordt aangeboden. Er is ook veel interesse onder artsen over de hele wereld", vervolgde ze.

“Het kan ook gebruikt worden voor de behandeling van maag-darmzweren en in gevallen waarbij regeneratie van diabetische zweren nodig is bij diabetici die het risico lopen ledematen te verliezen.”

De behoefte aan geavanceerde oplossingen is vooral in oorlogstijd urgent, aangezien veel soldaten en burgers brandwonden oplopen. Voor hen zou een slijtvast biotechnologisch transplantaat de kans op herstel en een goede kwaliteit van leven aanzienlijk kunnen verbeteren.

"Sinds het begin van de IJzeren Zwaardenoorlog op 7 oktober 2023 heeft Sheba veel jonge mensen met brandwonden behandeld", aldus Di Segni.

"Op zo'n moment wordt het een urgent en tastbaar doel om de in het lab verzamelde kennis direct aan het bed van de patiënt te brengen. Ons doel is om een ​​transplantaat te ontwikkelen dat het herstelproces echt kan transformeren", legde hij uit.

Het doel van het team was om meercellige, gelaagde biotechnologisch gemanipuleerde huidtransplantaten te produceren die de eigenschappen en functie van natuurlijke huid nabootsen, maar dan zonder te krimpen, te scheuren bij contact of afhankelijk te zijn van dierlijke additieven.

Het team voegde eraan toe dat hun transplantaat uniek is omdat het duurzaam, flexibel, gemakkelijk te hanteren en niet krimpend is. Implantatie bij proefdieren heeft indrukwekkende resultaten opgeleverd en het genezingsproces versneld. Waar de standaardbehandeling de helft van de brandwond in acht dagen sluit, duurde dat met de nieuwe methode slechts vier dagen. Zelfs vitale huidstructuren, zoals haarzakjes, begonnen te groeien.

Een andere vooruitgang is dat de nanovezel-steigers worden gemaakt van gemakkelijk verkrijgbare biocompatibele materialen en worden geproduceerd via een schaalbaar spinproces. Dit maakt grootschalige productie van vezelplaten mogelijk – en het toevoegen van meer stoffen om het genezingsproces te bevorderen.