Bir yüz modeline bağlanan sentetik deri bir gülümseme oluşturabilir.Kredi bilgileri: M. Sunday ve ark. Hücre Temsilcisi Fiz. Bilim.5102066 (2024)
Robotlara insan yüzü vermek
Canlı deriyle kaplanmış bir robot daha insani ve belki de daha ilişkilendirilebilir görünecektir. Üstelik cildin biyolojik özellikleri, özellikle de kendi kendini onarma yeteneği, bu tür kaplamaları sentetik olanlardan daha dayanıklı hale getirebilir. Ancak önemli bir zorluk, cildi robotun yüzeyine sağlam bir şekilde tutturmanın bir yolunu bulmaktır. Tokyo Üniversitesi’ndeki bir ekip, doğal cilt bağlarından ilham alan potansiyel bir çözüm geliştirdi.
Mühendis Michio Kawai liderliğindeki grup, daha önce robotik parmakları simüle edilmiş bir deriyle kaplamıştı; kollajen ve insan dermal fibroblastlarından oluşan bir iç dermis ile kollajen ve keratinositlerden oluşan bir epidermisten oluşan bir biyomateryal. Ancak sıvı olarak uygulanan ve daha sonra katılaşan bu katmanlar, robotik parmaklara güvenli bir şekilde bağlanmamıştı.
Doğa Görünümü: Cilt
Bu sorunun üstesinden gelmek için Kawai’nin ekibi, dermisin kendisini vücuda bağlamak için daha derin deri altı dokulara gönderdiği sütun şeklindeki uzantılar olan deri bağlarını inceledi. Bunları taklit etmek için araştırmacılar kaplanacak malzemede V şeklinde boru şeklinde delikler açtılar. Her V’nin noktası malzemenin derinliklerindeydi ve iki ucu yüzeye açıktı. Üzerine sentetik bir deri (kollajen ve fibroblastlardan oluşan bir çözelti) döküldü ve tüplerin içine yerleştirildi. Teknik, derinin alt tarafında onu yüzeye bağlayan kanca benzeri uzantılar oluşturdu.
Yazarlar, eğer insansı robotların sosyal arkadaşlar olarak iyi işleyebilmesi için insan ifadeleri üretebilmeleri gerektiğini savunuyor. Bu amaçla, Kawai ve meslektaşları bir yüz modelini bağlara bağlı dermis ile kapladılar ve bu karmaşık 3 boyutlu şeklin üzerinde bir epidermal katman oluşturdular. Sentetik derilerini bir ağız modeline stratejik olarak asarak derinin sağlam ve esnek kalabildiğini ve ağız bir gülümseme oluştururken modelin yükselen yanaklarıyla birlikte hareket edebildiğini gösterdiler. Araştırmacılar, bu derinin altındaki kas liflerinin yetiştirilmesiyle daha gerçekçi ifadelerin elde edilebileceğini düşünüyor.
Toksik epidermal nekroliz (TEN), genellikle advers ilaç reaksiyonlarının neden olduğu ciddi bir cilt hastalığıdır. Keratinositleri öldürerek epidermisin ayrılmasına ve geniş çaplı kabarcıklara yol açmasına neden olur. TEN her yıl yaklaşık bir milyon kişiden birinde ortaya çıkıyor; ancak etkilenenlerin yaklaşık %15’i bundan ölecek. Etkili bir tedavi yoktur.
Almanya’nın Martinsried kentindeki Max Planck Biyokimya Enstitüsü’nde cilt biyoloğu olan Thierry Nordmann tarafından yürütülen bir çalışma, potansiyel bir tedavi sunuyor. Ekip, TEN’i yönlendiren moleküler bir yolu ortaya çıkardı ve bunu mevcut bir ilaçla bloke etmenin hastalığı tedavi edebileceğini gösterdi.
Araştırmacılar, ilaçlara karşı TEN veya daha hafif cilt reaksiyonları yaşayan kişilerden cilt örnekleri aldılar ve ardından keratinositlerdeki ve yerel bağışıklık hücrelerindeki binlerce proteini kataloglamak için derin görsel proteomik adı verilen bir teknolojiyi kullandılar. TEN’in neden olduğu değişiklikler, JAK/STAT yolu adı verilen hücre içi sinyalleşme ağındaki proteinlerin yukarı regülasyonunu içeriyordu. Bu yolu aktive eden interferonlar ve diğer inflamatuar haberciler de bol miktarda bulunuyordu. Hem keratinositlerde hem de bağışıklık hücrelerinde meydana gelen değişiklikler, pozitif bir geri bildirim döngüsüne işaret ediyor.
Bu bulgular yazarları JAK enzimlerini inhibe eden ilaçların TEN’i durdurabileceğini düşünmeye yöneltti. Fare modelinde yapılan testler bunların doğru olduğunu kanıtladı; JAK inhibisyonu, hayvanlardaki TEN cilt lezyonlarını büyük ölçüde azalttı.
Son olarak ekip, JAK1 enzim alt tipini seçici olarak bloke eden bir ilacı (farklı bir hastalık için zaten onaylanmış bir ilaç) kullanarak hipotezlerini klinik olarak test etti. TEN’li veya biraz daha hafif ilişkili durumu olan yedi kişi tedavi edildi; hepsi hastaneden sağlıklı bir şekilde ayrıldı ve hiçbirinde yan etki görülmedi.
Kaşıntıyı kaşımak iyi hissettirir. Ancak egzama gibi kronik cilt rahatsızlıkları olan kişilerde, bu eylem dermatiti kötüleştirir ve sıklıkla giderek daha da kaşınan cildi kaşımaktan oluşan sinir bozucu bir döngüyü başlatır.
Kaşıntının faydalarının neler olabileceğini belirlemek ve bu olumlu etkilerin altında yatan mekanizmaları araştırmak için Pennsylvania’daki Pittsburgh Üniversitesi’nden dermatolog Andrew Liu ve meslektaşları, farelerde kaşınma ve iltihaplanmayı birbirine bağlayan bağışıklık hücreleri ile duyusal nöronlar arasındaki etkileşimi inceledi. Kaşımanın kutanöz bakteriyel enfeksiyonlara karşı bağışıklık tepkilerini artırdığını buldular.
Liu’nun ekibi, alerjik tepkilerde ve kaşıntıda merkezi rol oynayan bağışıklık hücreleri olan mast hücrelerine odaklandı. Araştırmacılar, bu hücrelerin, kaşıntıyı kaşınmaya, ardından artan kaşıntıya ve daha fazla kaşınmaya bağlayan bir döngüde cildi sinirlendiren iki sınıf duyu nöronuyla etkileşime girdiğini gösterdi.
Çalışmada, kaşıntıya duyarlı nöronların aktivasyonunun hayvanların etkilenen cildi çizmesine nasıl neden olduğunu göstermek için çeşitli kaşıntıya neden olan moleküller kullanıldı. Daha sonra bu çizilmenin, ikinci bir nöron tipinin (tipik olarak ağrılı duyularla ilişkili) P maddesi adı verilen bir nöropeptidi lokal olarak serbest bırakmasına neden olduğunu gösterdi. Bu molekül, kaşıntı hissini tetikleyen antikorlar ve diğer haberciler ile etkileşime girerek mast hücrelerini daha da fazla aktive ediyor.
Son olarak araştırmacılar, farelerde kaşınmanın kutanöz bakterilere karşı bağışıklık tepkilerini güçlendirdiğini buldu. Ayrıca farelerin cilt mikrobiyomunun yerel çeşitliliğini de azalttı. Ve hayvanlara bir miktar verildiğinde Stafilokok aureus enfeksiyon, kaşıma bağışıklık tepkisini arttırdı. Kaşıntıya verilen çizilme tepkisinin bileşenlerinin haritasını çıkaran araştırma, kaşınmanın zararlı etkilerini hafifletmeye yönelik hedefler öneriyor.
Cilt, bol miktarda ve çeşitli mikroorganizmalara ev sahipliği yapar. Bağışıklık sistemi bu mikrobiyotayı rutin olarak kontrol ederek cildin işlevini bozmasını veya sistemik enfeksiyonlara neden olmasını önler. Uzun süredir bunun, dolaşımdaki antikor üreten B hücrelerinin, mikroorganizmaları doğrudan tanıyan T hücrelerinin ve ciltte devriye gezen antijen sunan hücrelerin ortak eylemiyle başarıldığı düşünülüyordu. Tüm bu hücrelerin, etkileşime girdikleri ve birbirlerinin bağışıklık fonksiyonlarını düzenledikleri lenf düğümlerine taşındıkları düşünülüyordu.
Ancak Bethesda, Maryland’deki ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri’nden immünolog Inta Gribonika liderliğindeki bir ekip, bir farenin derisinin daha önce karşılaşmadığı bakteriler tarafından kolonize edilmesi durumunda, derinin kendisinde otonom bir bağışıklık tepkisinin oluştuğunu buldu. Tanıtarak Stafilokok epidermidis Gribonika ve meslektaşları, patojen içermeyen farelerin derisindeki bakterileri araştırırken, yerel antikor aracılı bir bağışıklık keşfettiler ve bu da bazı B hücrelerinin kilit oyuncular olduğunu gösteriyor.
Ekip daha sonra bu B hücrelerinin, bağışıklık baskılayıcı bir fenotipten bağışıklık yanlısı bir fenotipe dönüşen yerel T hücreleri popülasyonu tarafından etkinleştirildiğini gösterdi. Deride bulunan Langerhans hücreleri adı verilen özel antijen sunan hücreler, bu bağışıklık tepkisinin tetiklenmesinde çok önemliydi. Çalışma, B hücrelerinin, T hücrelerinin ve Langerhans hücrelerinin, beklendiği gibi lenf düğümlerinde değil, ciltte etkileşime girdiğini buldu. Daha önce yalnızca inflamatuar koşullar altında oluştuğu düşünülen ‘üçüncül’ lenfoid organlar, yerel bağışıklık tepkilerini koordine etmek için bakterilere maruz kalan saç köklerinin etrafında toplandı.
Araştırmacılar, cildin lokal bağışıklık tepkisinin bloke edilmesinin, cilt popülasyonlarının kontrolsüz büyümesine yol açtığını gösterdi. S. epidermidisve bu cilt bazlı tepkinin sistemik enfeksiyonlara karşı koruduğu. Derileri kolonize edildikten sonra bu tepkiyi gösteren fareler S. epidermidis Bu bakteri daha sonra kan dolaşımına veya daha derin cilt katmanlarına enjekte edildiğinde enfeksiyonlara karşı dirençli hale geldi. Araştırma, derinin kendisini kolonize eden bakterilere karşı ilk savunma hattını oluşturduğunu göstererek vücudun bağışıklık sisteminin beklenmedik unsurlarını ortaya çıkarıyor.
Ameliyat veya travmatik yaralanmalardan kaynaklananlar, ayrıca diyabetik ayak ülserleri ve bası yaraları da dahil olmak üzere iyileşmemiş cilt yaraları büyük bir tıbbi sorundur. Komplikasyonların ve enfeksiyonların hızlı bir şekilde ele alınmasını sağlamak için tıp uzmanlarının genellikle bu tür yaraları düzenli olarak kontrol etmeleri gerekir.
Teknoloji, klinik ortamların dışında yara iyileşmesinin ve enfeksiyonların gerçek zamanlı izlenmesini sağlayabilir. Evanston, Illinois’deki Northwestern Üniversitesi’nden mühendisler Guillermo Ameer ve John Rogers liderliğindeki bir ekip, iyileşmeyi ve bakteri üremesini izlemek için su buharı, karbondioksit ve uçucu organik bileşikler (VOC’ler) ölçümlerini kullanan küçük, giyilebilir bir cihazı tanımlıyor.
Nature Outlooks’tan daha fazlası
Kablosuz cihaz yaklaşık bir Lego tuğlası boyutunda ve 11 gram ağırlığında. İçbükey yüzeyi cilde bastırıldığında, sensörlerin su buharı, CO konsantrasyonlarındaki değişiklikleri takip ettiği küçük bir oda oluşturulur.2 ve VOC’ler vücut yüzeyinden yayılırken. Cihazın tabanındaki sensörler cilt sıcaklığını, termal iletkenliği ve elektrik empedansını ölçer.
Yara iyileşmesini takip etmek için cihaz, lezyonların cildin bariyer fonksiyonunu bozarak daha fazla suyun kaçmasına izin vermesi gerçeğine dayanıyor. İyileşme ilerledikçe bu salınımın oranı azalır. Hem sağlıklı fareler hem de tip 2 diyabetli bir fare modeli üzerinde yapılan testlerde, cihazın su okumaları, diyabetik hayvanlarda daha yavaş olduğu tespit edilen yara iyileşmesini açıkça takip etti.
Cihaz aynı zamanda enfeksiyonu da tespit edebiliyor. Farelerde, enfekte olmuş yaralar, tipik olarak bakteriler tarafından salınan VOC’lerde tanımlanabilir artışlar üretti. Gönüllü insanlar üç gün boyunca yıkanmayarak cilt mikrobiyotasının birikmesine izin verdiğinde, VOC’ler neredeyse sekiz kat arttı.
Araştırmacılar, sistemin aynı zamanda cilde giren kimyasalları da takip edebildiğini ve bunun da çevresel toksinlere maruz kalma durumunun izlenmesine olanak sağlayabileceğini belirtiyor. Cihaz, örneğin ayak ülserlerinin veya yatak yaralarının sürekli izlenmesi için fazla hantal olabilir. Ancak bu çalışma, yara iyileşmesinin sürekli evde izlenmesi arayışında çok önemli bir adım olabilir.
News
