تطور جلد الإنسان للسماح بأقصى قدر من المتانة والمرونة

نشر الأستاذ المشارك في الهندسة الطبية الحيوية جاي جيرمان، جنبًا إلى جنب مع الطلاب السابقين كريستوفر مايورانا وراجيشواري جوتاوار، بحثًا جديدًا عن بنية جلد الإنسان ومقدار الضرر الذي يمكن أن يتحمله.

ابتكر الفريق أغشية من البولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS)، وهي مادة خاملة وغير سامة تستخدم في الأبحاث الطبية الحيوية. وقلدوا بنية جلد الثديات من خلال تغطية طبقة ناعمة ومتوافقة بطبقة خارجية أرق وأصلب.

ثم خضع «الجلد الصناعي» لسلسلة من الاختبارات لمعرفة مقدار الإجهاد اللازم لكسره. وتحت ضغط قضيب حاد أو غير حاد، تمزقت العينات وشكلت فجوات ضخمة قبل أن تنكسر. واكتشف الباحثون أمرًا مثيرًا للاهتمام كذلك.

قال جيرمان: «هناك تشكيل هيكلي معين هو الأمثل. وقد وجدنا أنه عندما يكون للجلد الصناعي نفس (الطبقة القرنية) وسمك الطبقة الداخلية (الأدمة) التي لجلد الثديّات، فإن الأغشية المطاطية تزيد من صلابة الثقب وتشوهه. نظن جلد الثديّات قد تطور أو كيف نفسه ليكون عصيًا على التهديدات الميكانيكية، وفي الوقت نفسه قابلًا للتشوه قدر الإمكان».

تمتلك معظم الكائنات الحية طبقة خارجية صلبة تحمي طبقة ألين تكون تحتها من التهديدات في بيئاتها. والأمر ليس مقصورًا على الحيوانات، ولك أن تتدبر في المكسرات والفواكه والحشرات وحتى الكائنات الحية الدقيقة.

قال جيرمان: «يوفر جلد الثديّات أقصى قدر من الحركة، وأقصى قدر من الصلابة الميكانيكية. وإن سار بها التطور في اتجاه معين ستكون أقل مرونة، وإن سار بها في الاتجاه الآخر ستكون أشد مرونة وأقل صلابة. لذا حُسِّنَت».

اكتشف جيرمان والفريق أيضًا نوعًا جديدًا من الفشل، نوع يسمونه اللُّبي. إذا ثقبت مادة، فعادة ما يبدأ الكسر أسفل الطرف المسنن، كما عندما تثقب قطعة من الورق بقلم رصاص. ولكن في المواد فائقة المرونة ذات الطبقتين، مثل جلد الإنسان وأغشية الجلد الصناعية هذه، يحدث الكسر بعيدًا عن الطرف المسنن في الأعماق الكبيرة. إذ يحدث التمزق في أقصى منطقة يشد بها الغشاء، على جانبي الانقسام، تاركًا نواة أسطوانية في الغشاء. ولا يظنون هذه الظاهرة قد لوحظت من قبل.

يشير جيرمان إلى أن الفهم الأفضل لبنية الجلد -والجلد الصناعي- سيساعد في مجموعة من التقنيات المختلفة، من الإلكترونيات والأجهزة الطبية المرنة إلى تغليف المنتجات والسترات الواقية من الرصاص وعلاجات ضحايا الحروق. كل هذه الاستخدامات المحتملة (وأكثر) تعني أن البحث في جلد الإنسان وكيف تطور إلى شكله الحالي أصبح شائعًا بنحو متزايد في السنوات الأخيرة. ويضيف أيضًا: «ينجذب العلماء والمهندسون إلى دراسة الجلد لأن من الصعب فهمه. فالجلد غير متجانس، ومعقد جدًا من الناحية الهيكلية».

وهو يظن الزيادة في قوة أجهزة الحاسوب ساعدت في فهم الميكانيكا الحيوية للبشرة بشكل أفضل، ويقول إن «المواد التقليدية مثل الفولاذ والأسمنت منتظمة وسهلة التوصيف. وفي الوقت الحاضر، يستخدم المهندسون معرفتهم الحاسوبية لدراسة المواد المعقدة جدًا مثل الجلد».