Актуальность. Восстановительное лечение ран является одним из актуальных медицинских и социальных проблем науки и практики, значение которого еще более возрастает с увеличением количества стихийных бедствий, производственных и бытовых травм, военных конфликтов. Мотивацией для развития отечественной индустрии биоматериалов -кожных трансплантатов является их высокая востребованность при лечении поврежденной кожи при ожогах, травмах, хронических длительно незаживающих ранах, в терапевтической косметологии с целью anti-age терапии (1).
В Казахстане достаточно высок уровень пострадавших после дорожно-транспортных происшествий, механических и комбинированных травм на производстве и в быту. Необходимо определить единую тактику лечения таких пострадавших с точки зрения раннего восстановления утраченных кожных покровов. Одним из ключевых направлений стратегии развития медицинской науки и инноваций в здравоохранении Республики Казахстан до 2020 года является внедрение современных медицинских технологий, основанных на международных стандартах GMP, GLP, GCP, для улучшения здоровья и качества жизни казахстанцев и повышение доступности современных лечебных технологий для всего населения страны. В настоящее время переход на качественно новый уровень регенеративной медицины связывается с привлечением клеточных технологий и тканевой инженерии (2). Немаловажное значение будет иметь своевременность оказания данной технологии лечения и её доступность.
Ожоговые раны. По данным Всемирной организации здравоохранения ожоги занимают третье место среди прочих травм (3). Обширная раневая поверхность ведет к массивной плазмопотере, раневому истощению, служит причиной нарушения гомеостаза, развития гнойных и септических осложнений, увеличению сроков госпитализации, ухудшению функциональных результатов лечения и инвалидизации. При отсутствии морфологического субстрата кожи эпителиальных клеток – кератиноцитов в ране происходит медленное неполноценное соединительно-тканное замещение дефекта грануляциями с последующим развитием рубцово-язвенного дефекта. Одной из основных проблем лечения пострадавших от ожогов на протяжении всей истории развития комбустиологии является своевременность и полнота восстановления кожных покровов, утраченных в результате ожоговой травмы. От этого во многом зависят характер течения и исход периода реконвалесценции, а, значит, и качество жизни пострадавших. Не менее важной проблемой является профилактика послеожоговых рубцов. Используемые в этой связи наиболее распространенные в Казахстане консервативные методы оказываются зачастую недостаточно эффективными.
Ожоги челюстно-лицевой области составляют 27-50 % от всех поражений других участков тела и могут вызвать очень серьезные изменения организма: нарушения функции жевания, речи, слуха, зрения, обезображивание лица, тяжелый стресс. Лечение таких больных представляет собой серьезную медико-социальную проблему, значение которой с каждым годом возрастает. Эти ожоги, особенно если они располагаются в области лица, шеи, кистей, стоп, крупных суставов, нередко приводят к тяжелым функциональным и/или эстетическим дефектам вплоть до инвалидизации пациентов (4). Хирургическая реабилитация пострадавших с обширными дефектами мягких тканей и костей лицевого скелета в результате термических и электрических ожогов является одним из самых сложных разделов восстановительной хирургии термических поражений. Начиная со стадии шока и до стадии реконвалесценции, больной нуждается в интенсивном комплексном лечении, включающем инфузионно-трансфузионную терапию, коррекцию катаболических процессов и иммунодепрессии, профилактику инфекционных осложнений и генерализации инфекции. Эти проблемы тесно связаны с вопросами местного лечения ожоговых ран, являющихся важнейшим источником инфекционных осложнений, прежде всего пневмонии и сепсиса, которые наиболее часто приводят к летальным исходам. При поверхностных ожогах II степени (эпидермальных), IIIА степени (субдермальных) и IIIБ степени (дермальных) восстановление кожных покровов и хороший функциональный результат в первую очередь зависят от своевременно начатого и патогенетически обоснованного лечения. Конечной целью хирургических вмешательств является восстановление функции, формы, достижение наилучшего эстетического результата. Операции связаны с переносом на область дефекта большого количества пластического материала схожего по своим свойствам (эластичности, окраске, текстуре) со свойствами естественной кожи лица.
Длительно незаживающие раны. Статистика встречаемости различных видов ран кожи и мягких тканей, в том числе долго незаживающих и осложненных вторичной инфекцией, высокая - от 4 % до 10 %. Сроки заживления трофических язв могут составлять 9–12 мес и более. Причиной возникновения трофических язв нижних конечностей могут быть хроническая венозная недостаточность, посттромбофлебитический синдром, механическая травма, глубокие ожоги, хроническая артериальная недостаточность, сахарный диабет, а также последствия гнойно-некротических заболеваний и перенесенных операций. В области длительно незаживающих раневых и язвенных дефектов может начаться процесс злокачественного перерождения. Длительно существующие раневые и язвенные дефекты требуют продолжительного использования регенерирующих, противовоспалительных, антибактериальных, обезболивающих препаратов и неоднократных хирургических вмешательств. И, несмотря на это, все может оказаться неэффективным или же результат заживления может быть неудовлетворительным из-за формирования грубой обезображивающей рубцовой ткани (5).
В связи с вышеизложенным разработка новых и совершенствование существующих методов лечения, направленных на профилактику образования грубых обезображивающих рубцов при глубоких ожогах кожных покровов, является весьма актуальным. В настоящее время перспективные возможности для регенеративной медицины связаны с применением технологий клеточной терапии и тканевой инженерии. Тканевая инженерия является сегодня активно развиваемой инновационной областью регенеративной медицины. В основе тканевой инженерии лежит три компонента:
1. Репаративные клетки, которые смогут сформировать функциональный матрикс;
2. Подходящий каркас для трансплантации и основы;
3. Биоактивные молекулы, такие как цитокины и факторы роста, которые будут поддерживать желаемую ткань и управлять ее формированием (Sharma и Elisseeff, 2004).
Биоинженерные заменители кожи не только должны обеспечить быстрое и надежное покрытие кожного дефекта, но и должны быть легко применимы в обычных условиях использования и уменьшить боль и дискомфорт для пациента. Кроме того, они должны вызвать процесс регенерации раны, не вызывая воспаление или отторжения. Заменители кожи должны быть доступны сразу, быть нетоксичными и не иммуногенными (6,7). Такие конструкции, приготовленные с нормальными клетками из здоровых тканей, либо заменяют поврежденные клетки пациента, либо стимулируют их функционирование.
Биоматериалы на основе гиалуроновой кислоты. Общие свойства: гидрофильность, обусловливающая высокую адсорбирующую способность, хорошая адгезия к ране, отсутствие токсичности и раздражающего действия, а также гемостатические свойства (8). Присутствие гиалуроновой кислоты благоприятно сказывается на репарационных процессах на всех стадиях лечения раны (9). Основной проблемой является недостаточная механическая прочность покрытия и устойчивости на ране.
Биосовместимые материалы на основе коллагена. К ценным свойствам коллагена относятся его способность стимулировать фибриллогенез, рассасываться и замещаться живой тканью (10). В тканях человека коллаген тесно связан с гиалуроновой кислотой и другими макромолекулами. Коллагеновые покрытия на раны и ожоги плотно прилегают к ране и впоследствии рассасываются. Скорость рассасывания можно регулировать, изменяя степень сшивки макромолекул (11). Доказано, что в коллагеновые покрытия мигрируют эндотелиальные фибробласты и другие клетки, в результате чего материал рассасывается под действием коллагеназы и замещается грануляционной тканью (12).
Биотехнологические раневые покрытия являются самыми современными и самыми перспективными (13). Их можно подразделить на следующие основные типы:
– бесклеточные (содержащие в своем составе только биологически активные макромолекулы);
– имеющие в своем составе живые клетки разного типа (фибробласты, кератиноциты и др.).
По способу получения окончательной лечебной формы их можно разделить на готовые к применению и на формирующиеся непосредственно в ране. Готовые к употреблению биотехнологические раневые покрытия окончательно формируются в лаборатории и далее доставляются в клинику, где их переносят на раневые поверхности (14). В настоящее время сформировались два основных направления в области использования культивированных клеток для лечения обширных ожоговых и хронических ран.
Первое направление заключается в использовании для закрытия ожоговых поверхностей пластов культивированных кератиноцитов (клеток покровного эпителия), полученных чаще всего из аутоклеток. Хотя аллотрансплантат не приживается, он обеспечивает закрытие раневой поверхности и модулирует пролиферацию и дифференцировку клеток эпителия реципиента, тем самым стимулируя регенерацию (15). Недостатки, препятствующие их широкому клиническому применению: использование аутокератиноцитов не дает возможности создать банк клеток; сроки, необходимые для изготовления достаточного по площади трансплантата, велики и составляют 3-4 недели; длительные сроки увеличивают риск развития инфекционных осложнений ожоговой болезни и удлиняют время пребывания пациентов в стационаре; аутокератиноциты практически не приживаются при трансплантации на гранулирующие ожоговые раны; высока стоимость специальных ростовых сред и биологически активных стимуляторов роста кератиноцитов (16).
Второе направление предусматривает использование для закрытия раневых поверхностей так называемых эквивалентов кожи, которые включают не только культивированные кератиноциты, но и дермальный эквивалент, состоящий из коллагена, гликозамин-гликанов и др. Современные «живые эквиваленты кожи» представляют собой тканеинженерные конструкции на основе кератиноцитов, фибробластов и коллагенновой матрицы Преимуществом «живых эквивалентов кожи» является то, что клетки в нем находятся в активном функциональном состоянии, близком к таковому в коже (17). Трансплантация тканевых эквивалентов с использованием клеточных культур на матриксе-носителе приводит к нормализации течения раневого процесса(18). Восстановление тканей при этом протекает через стимуляцию регенерации за счет продукции цитокинов и факторов роста, модификации раневой поверхности, обеспечивающей условия миграции и пролиферации собственных эпителиальных клеток, стимуляции контракции и синтеза коллагена.
Полученные на сегодняшний день данные достоверно демонстрируют высокую клиническую эффективность и безопасность применения фибробластов для лечения длительно незаживающих ран и ожогов и для коррекции косметических дефектов (19, 20). Способность фибробластов формировать межклеточный матрикс, синтезировать цитокины, вызывать миграцию и пролиферацию разных типов клеток при повреждениях кожи делает их перспективными для широкого клинического применения. Многочисленными исследованиями было доказано, что фибробласты имеют низкую экспрессию антигенов гистосовместимости и отсутствие онкогенных потенций, что пересаженные аллогенные фибробласты оказывают непосредственное влияние на заживление ран и на эпителизацию. Патогенетический механизм действия предложенного метода заключается в синтезе аллогенными фибробластами экстрацеллюлярного матрикса, факторов роста, стимуляции пролиферации собственного эпителия, направленных на восстановление как эпидермального, так и дермального компонента кожи. При ожогах 3А степени и длительно незаживающих ранах трансплантацию 3-х дневной культуры аллофибробластов осуществляют непосредственно на подготовленные в результате комплексного лечения раны. При глубоких ожогах 3B, 4 степени трансплантацию аллофибробластов сочетают с аутодермопластикой с коэффициентом расширения 1:6 и более. В последнем случае аллофибробласты стимулируют эпителизацию ячеек аутотрансплантата. Поиск доступных источников фибробластов на сегодняшний день остается крайне актуальной задачей, от успешного решения которой во многом зависит дальнейшее развитие клеточной терапии.
В настоящее время имеется значительное число работ, свидетельствующих о большой роли факторов роста в эпителизации кожи. Факторы роста – это регуляторные пептиды (тканевые гормоны), вырабатываемые клетками различных типов, которые в значительной степени ускоряют регенераторный процесс. Многие факторы роста продуцируются фибробластами:
1. Основной фактор роста фибробластов (bFGF) положительно влияет на рост всех типов клеток кожи, стимулирует продукцию компонентов внеклеточного матрикса фибробластами (фибронектина и коллагена), стимулирует хемотаксис фибробластов и выработку ими новых волокон коллагена, эластина и фибронектина;
2. Трансформирующий ростовой фактор (TGF-бета) стимулирует хемотаксис фибробластов и продукцию ими коллагена и фибронектина.
3. Трансформирующий ростовой фактор (TGF-альфа) влияет на ангиогенез. Продуцируемые фибробластами факторы роста могут ускорять восстановление пораженной дермы, что во многом объясняет стимулирующее воздействие аллогенных клеток на заживление ран.
4. Эпидермальный фактор роста (EGF)-усиливает пролиферацию и миграцию кератиноцитов;
5. Фактор роста кератиноцитов (KGF)-усиливает заживление и эпителизацию ран;
6. Трансформирующий фактор роста (a-NGF) активно влияет на ангиогенез.
Кроме того, фибробласты продуцируют компоненты внеклеточного матрикса: нидоген, ламинин, тинасцин, хондроитин-4-сульфат, протеогликан.
Таким образом, ввиду отсутствия клеточных и тканевых препаратов для регенеративной медицины на казахстанском рынке, а также основываясь на литературных данных и ранее проведенных нами экспериментальных исследованиях, разработка конкурентоспособного биотехнологического раневого покрытия будет весьма актуально и востребовано отечественной медициной. Создание тканевого эквивалента кожи на основе клеточной культуры аллогенных и аутологичных фибробластов и кератиноцитов, иммобилизованных на коллагеново-гиалуроновой матрице, научное обоснование применения данных технологий, является одним из перспективных направлений при лечении ран различного генеза. Перед нами стоят задачи проведения всех необходимых по законодательству испытаний – технических, токсикологических и клинических, составление соответствующих нормативных документов на изделия медицинского назначения и лечебные технологии, получение регистрации в МЗСР РК и разрешения на производство и клиническое применение.