Jurzak_Magdalena_Wykorzystanie_medycyny_regeneracyjnej_2013.pdf

(127 KB) Pobierz
Magdalena Jurzak, Anna Goździalska, Jerzy Jaśkiewicz
Wydział Zdrowia i Nauk Medycznych, Krakowska Akademia im. Andrzeja Frycza Modrzewskiego
Wykorzystanie medycyny regeneracyjnej
w leczeniu wybranych chorób skóry
Streszczenie:
Konwencjonalne metody leczenia ubytków skóry nie zawsze dają dobre efekty
kliniczne i estetyczne. Nowoczesne metody leczenia ubytków pełnej grubości skóry opierają się
głównie na inżynierii tkankowej. Celem inżynierii tkankowej jest zastąpienie, przywrócenie, od-
tworzenie, udoskonalenie lub podtrzymanie funkcji tkanek i narządów uszkodzonych w wyniku
urazu, choroby przewlekłej lub schorzeń wrodzonych. Złożone konstrukty tkankowe tworzone
metodami inżynierii tkankowej łączą polimery naturalne lub syntetyczne z żywymi komórkami
w celu uzyskania funkcjonalnego ekwiwalentu tkanki (substytutu skóry). Inżynieria tkankowa
stanowi również istotny element medycyny regeneracyjnej, której podstawą jest transplantacja
nowych tkanek otrzymanych z hodowli komórek macierzystych. Komórki macierzyste embrio-
nalne, płodowe i dorosłe różnią się nie tylko pochodzeniem, ale także potencjałem proliferacyj-
nym. Zdolność tkankowych somatycznych dojrzałych komórek macierzystych do różnicowania
zarówno w komórki charakterystyczne dla tkanki, z której się wywodzą, jak i w inne rodzaje ko-
mórek, jest podstawą odtwarzania tkanek i narządów. Na różnicowanie komórek macierzystych
w komórki charakterystyczne dla tkanki wpływa obecność swoistych czynników wzrostu i czyn-
ników różnicowania komórek, cytokin, chemokin, a także rodzaj rusztowania tkankowego (tissue
scaffolds).
Postęp w projektowaniu złożonych konstruktów tkankowych zawierających komórki
macierzyste osadzone w rusztowaniu tkankowym może poprawić wydajność regeneracji tkanek
oraz integrację przeszczepianych komórek dawcy z komórkami biorcy, co pozwoliłoby na całkowi-
te wyeliminowanie konieczności stosowania terapii immunosupresyjnej po przeszczepach.
słowa kluczowe:
substytut skóry, inżynieria tkankowa, medycyna regeneracyjna, rusztowania
tkankowe, mezynchymalne komórki macierzyste
Abstract:
Conventional treatments for skin injures are not always good clinical and aesthetic ef-
fects. Modern methods of treatment of full-thickness skin injuress are mainly based on tissue en-
gineering. The aim of tissue engineering is to replace, restore, improve or maintain the function of
tissues and organs damaged by trauma, chronic illness, or congenital disorders. Complex formed
tissue constructs tissue engineering methods combine natural or synthetic polymers with living
cells in order to obtain the functional equivalent of the tissue (skin substitute). Tissue engineer-
ing is an important element of regenerative medicine, which is based on transplanting new tissue
cultures derived from stem cells. Embryonic stem cells, fetal and adult differ not only in origin,
but also proliferative potential. The ability of adult somatic tissue stem cells to differentiate into
cells, both characteristic of the tissue from which they originate, as well as in other types of cells is
the basis for playback of tissues and organs. For the differentiation of stem cells into cells charac-
teristic of tissue affected by the presence of specific growth factors and cell differentiation factors,
cytokines, chemokines, and the type of tissue scaffold. Progress in the design of complex tissue
constructs containing the stem cells embedded in a scaffold tissue can improve the efficiency of
tissue regeneration and integration donor cells with recipient cells, which would completely elimi-
nate the need for immunosuppressive therapy after transplantation.
Key words:
skin substitute, tissue engineering, regenerative medicine, tissue scaffolds, mezynchy-
mal stem cells
18
Magdalena Jurzak, Anna Goździalska, Jerzy Jaśkiewicz
Skóra celem inżynierii tkankowej
Skóra składa się z wielu warstw, buduje ją wiele typów komórek i spełnia ważne
dla organizmu funkcje. Jest także narządem najbardziej eksponowanym i nara-
żonym na różnego rodzaju urazy: mechaniczne, termiczne, chemiczne, radiacyj-
ne oraz wynikające z uszkodzenia naczyń krwionośnych [1, 2]. Urazy termiczne
stanowią zdecydowaną większość (około 95%) wszystkich oparzeń. Oparzenie jest
urazem o bardzo różnorodnej etiologii i lokalizacji. Ze względu na rodzaj czynnika
uszkadzającego, oparzenia można podzielić na termiczne, elektryczne, chemiczne
i radiacyjne [2]. Następstwem każdego urazu jest powstanie rany skóry. Ranę moż-
na zdefiniować jako naruszenie integralności tkanek, będące następstwem urazu
bądź różnych stanów patologicznych, które inicjują proces naprawy tj. stopa cu-
krzycowa, owrzodzenia podudzi w przebiegu przewlekłej niewydolności żylnej czy
też odleżyny [3, 4].
W zależności od: etiologii, charakteru czynnika uszkadzającego, czasu i fazy go-
jenia oraz rodzaju uszkodzonych tkanek, wyróżnia się różne rodzaje ran. Jednakże
najważniejszymi parametrami określającymi ranę jest jej rozległość i głębokość. Pa-
rametry te warunkują przebieg procesu gojenia [5, 6]. Gojenie tkanek po urazie jest
procesem warunkującym przeżycie organizmu. Zgodnie z definicją przyjętą przez
The Wound Healing Society, gojenie ran to proces dynamiczny, skutkujący przy-
wróceniem utraconych funkcji organizmu oraz odbudową przerwanej ciągłości
tkanek [7]. Proces gojenia występujący w odpowiedzi na bodziec przebiega w trzech
zasadniczych fazach. Pierwszą jest zapalenie, drugą tworzenie nowej tkanki (proce-
sy proliferacyjne), a trzecią przebudowa nowoutworzonej tkanki (remodelowanie).
W proces gojenia zaangażowanych jest wiele składowych: komórki (fibroblasty, ke-
ratynocyty, komórki śródbłonka, komórki „zapalne” – makrofagi, neutrofile), cyto-
kiny i czynniki wzrostu, składowe macierzy pozakomórkowej oraz enzymy prote-
olityczne (głównie metaloproteinazy macierzy pozakomórkowej MMPs) [5, 6, 8].
Wyróżnia się dwa typy gojenia tkanek. Pierwszy to regeneracja, czyli zastąpie-
nie uszkodzonych komórek komórkami tego samego typu. Regeneracja często nie
pozostawia nawet śladu uszkodzenia. Tylko niektóre komórki ludzkiego organizmu
mają zdolność do regeneracji i odnowy prawidłowej struktury i funkcji organu.
W większości przypadków w efekcie gojenia dochodzi do wytworzenia blizny łącz-
notkankowej, która powoduje upośledzenie funkcji narządu [3, 9, 10, 11].
Wiele czynników ma wpływ na przebieg gojenia, ale najistotniejszym z nich
jest zamknięcie rany w celu zapewnienia m.in. optymalnych warunków gojenia
oraz niedopuszczenie do jej zakażenia [12]. Zamknięcie rany umożliwiają zasto-
sowane opatrunki. Rolą opatrunku jest zapewnienie optymalnych warunków,
wpływających na optymalizację środowiska procesu gojenia oraz jego ewentualne
Wykorzystanie medycyny regeneracyjnej w leczeniu wybranych chorób skóry
19
wspomaganie [13]. Ze względu na udział w procesie gojenia opatrunki dzieli się na
bierne, interaktywne oraz bioaktywne. Opatrunki bierne stosowane są do opatry-
wania ran bez powikłań. Nie wpływają one w istotny sposób na przebieg procesu
gojenia. W praktyce coraz większy udział mają opatrunki interaktywne i bioaktyw-
ne, których oddziaływanie opiera się na zapewnianiu i utrzymywaniu optymalnych
warunków do naprawy uszkodzeń tkanki [14].
Pomimo wielu zalet, opatrunki stanowią jedynie istotę i cel leczenia zachowaw-
czego i nie znajdują zastosowania w leczeniu uszkodzeń pełnej grubości skóry [15].
W leczeniu tego typu uszkodzeń zastosowanie znalazło pokrycie uszkodzonego
miejsca przeszczepem zarówno autologicznego, allogenicznego, jak i ksenogenicz-
nego naskórka. Wady przeszczepów zarówno auto-, allo-, jak i ksenogeniczych oraz
gwałtowny rozwój nowych technik hodowli komórek i tkanek ludzkich
in vitro,
sprawiły, że rozpoczęto stosowanie hodowanych
in vitro
komórek w pokrywaniu
ubytków skórnych, będących efektem rozległych oparzeń [16].
W ostatnich latach doszło do powstania i rozwoju nowej dziedziny biomedycz-
nej, którą jest inżynieria tkankowa. Inżynieria tkankowa to interdyscyplinarna
dziedzina, która stosuje zasady rządzące inżynierią i hodowlą komórek w celu wy-
tworzenia biologicznych materiałów zastępczych, mogących odbudować, utrzy-
mać lub poprawić funkcję tkanek [17]. Inżynieria tkankowa umożliwia tworzenie
substytutów skóry ludzkiej, które wykorzystywane są przede wszystkim do opty-
malnego, bezpiecznego i efektywnego leczenia rozległych i głębokich ubytków
skóry [17, 18].
Inżynieria tkankowa i substytuty skóry
Substytuty skóry definiuje się jako heterogeniczną grupę materiałów, które są wy-
korzystywane do zamknięcia rany i przejmują czasowo lub na stałe funkcje skó-
ry [19]. Istnieje wiele klasyfikacji dostępnych współcześnie substytutów skóry. Ze
względu na strukturę anatomiczną wyróżnia się substytuty: epidermalne (naskór-
kowe), dermalne (skóry właściwej) i kompozytowe (dermalno-epidermalne). Typ
biomateriału wykorzystanego w konstrukcji substytutu stanowi podstawę do po-
działu substytutów na biologiczne (autologiczne, alogeniczne, ksenogeniczne) lub
syntetyczne (biodegradowalne, niebiodegradowalne). Ze względu na zdolność do
inkorporowania w tkankę wyróżnia się substytuty tymczasowe, półtrwałe i trwałe.
Wyróżnia się także substytuty zawierające komórki i bezkomórkowe, a także wystę-
pujące
in vitro
i
in vivo
[20–24].
20
Magdalena Jurzak, Anna Goździalska, Jerzy Jaśkiewicz
Substytuty epidermalne – autoprzeszczepy i alloprzeszczepy
hodowanych
in vitro
komórek naskórka
Przeszczepy naskórków hodowanych
in vitro
dawały i dają dobre rezultaty w lecze-
niu oparzeń sięgających 60% powierzchni ciała. Zaletą hodowanych do przeszczepu
autologicznych keratynocytów jest zdolność do szybkiego wzrostu, trwałe zabezpie-
czenie rany, bezpieczeństwo oraz udokumentowana, długotrwała skuteczność ich
stosowania. Jednakże poważną wadą jest długi okres (około 3–4 tygodni) oczekiwa-
nia na przygotowanie hodowli komórek do przeszczepu. Autologiczne keratynocy-
ty są bardzo delikatne, podatne na infekcje bakteryjne i uszkodzenia mechaniczne.
Odtworzenie tkanki łącznej pod nałożonym autoprzeszczepem naskórka trwa mie-
siące, a nawet lata. W związku z trudnościami wynikającymi z zastosowania ho-
dowli autologicznych keratynocytów, do wspomagania leczenia uszkodzeń skóry
wprowadzono hodowle keratynocytów allogenicznych. Hodowane do przeszczepu
komórki pochodzące od innego osobnika mają wiele zalet. Ogromną zaletą allo-
przeszczepów uzyskiwanych
in vitro
jest brak konieczności oczekiwania na prze-
szczep, jak również małe ryzyko jego odrzucenia. Hodowane allogeniczne komórki
nie stanowią trwałego przeszczepu.
Alloprzeszczepy keratynocytów są czasowym opatrunkiem, stymulującym go-
jenie się ran od brzegów i przetrwałych przydatków skórnych, szczególnie, gdy
obecna jest skóra właściwa. Keratynocyty produkują wiele cytokin, w tym czyn-
ników wzrostu, a także składniki macierzy pozakomórkowej. Wszystkie te czyn-
niki stymulują gojenie się ran, pobudzając śródbłonek naczyń i reepitelizację [16].
Przeszczepy komórek naskórka wyhodowanego
in vitro
oprócz wykorzystania do
leczenia ran oparzeniowych znalazły zastosowanie w innych przypadkach leczenia
chorób czy uszkodzeń skóry wymagających regeneracji naskórka. Wyhodowany
in vitro
naskórek stosowany jest przy odtwarzaniu naskórka po wycięciu bliznow-
ców czy dużych blizn powodujących ograniczenia ruchu, w leczeniu przewlekłych
owrzodzeń kończyn związanych z cukrzycą lub nieprawidłowym krążeniem u osób
starszych, w leczeniu bielactwa [25].
Substytuty dermalno-epidermalne i dermalne
(przestrzenne hodowle organotypowe)
Substytuty dermalno-epidermalne/dermalne obejmują wiele różnych konstruktów
tkankowych. Konstrukty te zawierając rusztowanie tkankowe charakterystyczne dla
skóry właściwej oraz allogeniczne komórki (fibroblasty i keratynocyty) [26]. Rusz-
towania tkankowe (scaff
olds)
to produkty tworzone metodami inżynierii tkanko-
wej, łączące polimery (naturalne i sztuczne) z żywymi komórkami, dla uzyskania
Wykorzystanie medycyny regeneracyjnej w leczeniu wybranych chorób skóry
21
funkcjonalnego ekwiwalentu tkanki, tzn. substytutu skóry [27–30]. Rusztowania
tkankowe mają naśladować biologiczne funkcje macierzy pozakomórkowej, utrzy-
mywać strukturę i funkcje tworzonych konstrukcji tkankowych oraz przyczyniać
się do wzrostu, adhezji i różnicowania się komórek. Większość z nich zapewnia ho-
dowli komórek
in vitro
trójwymiarową przestrzeń, w której komórki mogą wzrastać
i proliferować [31–33].
Apligraf (Organogenesis Inc., Canton, USA) jest przykładem konstruktu,
w którym wykorzystano rusztowanie tkankowe utworzone przez kolagen bydlę-
cy typu I zasiedlone allogenicznymi keratynocytami i alogenicznymi fibroblasta-
mi. Jest to pierwszy żywy substytut pełnej grubości skóry, zwany również ludzką
sztuczną skórą. Dermagraft (Advanced BioHealing Inc., New York–La Jolla, USA)
jest konstruktem, w którym rusztowanie tkankowe stanowią biodegradowalne siat-
ki utworzone z kwasu poliglikolowego (Dexon™), kwasu polimlekowego (Vicryl™)
oraz składowych macierzy pozakomórkowej skóry właściwej (białka, czynniki wzro-
stu, glikozoaminoglikany, proteoglikany) wytworzonych z allogenicznych fibrobla-
stów. Transcyte (TransCyte Advanced BioHealing Inc., New York–La Jolla, USA)
zbudowany jest z siatki nylonowej z dodatkiem świńskiego kolagenu, wzbogaconej
w allogeniczne fibroblasty. Zewnętrzną jego warstwę stanowi imitujący naskórek
półprzepuszczalny silikon. Hyalomatrix PA (Fidia Advanced Biopolymers, Abano
Terme, Italy) zawiera mikroperforowane rusztowanie z pochodnych kwasu hialuro-
nowego (estry benzylowe, HYAFF-11®) oraz silikonową błonę. Hyalograft 3D (Fidia
Advanced Biopolymers, Abano Terme, Italy) zawiera autologiczne fibroblasty osa-
dzone w rusztowaniu z kwasu hialuronowego. Integra Dermal Regeneration Tem-
plate (Integra NeuroSciences, Plainsboro, USA) stanowi połączenie kolagenu bydlę-
cego typu I z siarczanem chondroityny, które pokryte są silikonową błoną [26].
Metody inżynierii tkankowej umożliwiają odtworzenie uszkodzonych tkanek
i narządów, a przeszczepianie wyhodowanych
in vitro
tkanek lub struktur tkanko-
wopodobnych daje dobre efekty kliniczne [34]. W inżynierii tkankowej i medycynie
regeneracyjnej wykorzystuje się wiele różnych typów komórek, obecnie jednak naj-
więcej uwagi poświęca się komórkom macierzystym.
Zastosowanie komórek macierzystych
w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej
Komórki macierzyste definiuje się jako nisko zróżnicowane, zdolne do samoodno-
wy i różnicowania się w jeden lub więcej typów wyspecjalizowanych komórek [35,
36]. Klasyfikacja komórek macierzystych opiera się na ich potencjale do różnicowa-
nia w inne komórki, tkanki, narządy czy cały organizm. Totipotencjalne komórki
macierzyste mogą dać początek całemu organizmowi, pluripotencjalne mogą róż-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin