Особенности заживления термической раны в условиях стимуляции неоколлагеногенеза: доклиническое экспериментальное рандомизированное исследование

Введение. Известно, что заживление кожных ран различной этиологии — многоступенчатый процесс, характеризующийся определенными межклеточными взаимодействиями, влияющими на клетки дермы, их прикрепление, миграцию и дифференцировку. Этап восстановления его интерпретируется как возврат дермы к исходному состоянию. Однако на самом деле экстрацеллюлярный матрикс дермы имеет нарушенную организацию, что подавляет регулирующую и репозиторную функцию дермы, приводит к формированию рубца, который лишает участок повреждения ряда биологических функций и вызывает эстетические проблемы, связанные с мобильностью.

Цель исследования — оценить структурные особенности дермы при заживлении кожных ран в условиях использования биодеградируемого кальцийсодержащего импланта.

Методы. Исследование выполнено на крысах (60 особей). Животным был нанесен ожог IIIа степени, затем животных разделили на 2 группы: опытная и контрольная. На 14-й день после нанесения ожога крысам опытной группы вводили биодеградируемый кальцийсодержащий имплант. В контрольной группе использовали стерильный физиологический раствор. Материал забирали в сроки, соответствующие 2 месяцам (74-й день)  и 4 месяцам (134-й день). Для оценки морфологического состояния зоны ожога срезы окрашивали гематоксилином и эозином, по Маллори и Ван-Гизону. Для избирательного выявления коллагенов использованы иммуногистохимические тесты  с  антителами к коллагену І и ІІІ типов (Abcam, Англия). Для характеристики клеток дермы использовали антитела к виментину (LabVision, США), а также рецепторам СD-68 (cluster of differentiation 68), α-SMA (alpha-smooth muscle actin), CD-105 (cluster of differentiation 105), VEGF (vascular endothelial growth factor) (Abcam, Англия). Обработку результатов осуществляли с использованием программы Statistica 6 (StatSoft, США).

Результаты. Установлено, что введение биодеградируемого кальцийсодержащего филлера в срок, соответствующий процессу заживления ожога, обеспечивает локальную активацию фибробластов с образованием коллагена I и III типов. При пролонгировании времени пребывания импланта до 4-х месяцев происходит увеличение числа макрофагов, экспрессирующих CD-68 рецепторы, причем клетки не меняют своей локализации, в то время как клетки, экспрессирующие α-SMA, локализуются на участке как поверхностного, так и глубокого компартментов дермы. Число клеток, экспрессирующих CD-105 и VEGF, также увеличивается.

Заключение. Полученные данные позволяют считать, что использование биодеградируемого филлера представляется перспективным в аспекте регенерации дермы после ожога и может обеспечить получение экстрацеллюлярного матрикса дермы, имеющего состав и сборку коллагеновой сети, приближенной к исходной. Макрофаги выступают в роли главных регулировщиков синтеза экстрацеллюлярного матрикса дермы, стимулируют фибробласты, что обеспечивает реэпителизацию и ангиогенез зоны повреждения.

1. Zhang X., Kang X., Jin L., Bai J., Liu W., Wang Z. Stimulation of wound healing using bioinspired hydrogels with basic fibroblast growth factor (bFGF). Int. J. Nanomedicine. 2018; 13: 3897–3906. DOI: 10.2147/IJN.S168998

2. Velnar T., Bunc G., Klobucar R., Gradisnik L. Biomaterials and host versus graft response: a short review. Bosn. J. Basic. Med. Sci. 2016; 16(2): 82–90. DOI: 10.17305/bjbms.2016.525

3. Urciuolo F., Casale C., Imparato G., Netti P.A. Bioengineered Skin Substitutes: the Role of Extracellular Matrix and Vascularization in the Healing of Deep Wounds. J. Clin. Med. 2019; 8(12): 2083. DOI: 10.3390/jcm8122083

4. Hesketh M., Sahin K.B., West Z.E., Murray R.Z. Macrophage Phenotypes Regulate Scar Formation and Chronic Wound Healing. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(7): 1545. DOI: 10.3390/ijms18071545

5. Завгородняя М.И., Макеева Л.В., Славчева О.С., Сулаева О.Н. Клеточные и молекулярные основы заживления ран. Morphologia. 2016; 10(3): 19–23. DOI: 10.26641/1997-9665.2016.3.19-23

6. Горохова В.С., Черновол П.А., Черновол В.П., Сулаева О.Н. Вариабельность ответа тромбоцитов на АДФ: от теории тромбогенеза к практическому применению богатой тромбоцитами плазмы. Клиническая лабораторная диагностика. 2016; 61(6): 363–367. DOI: 10.18821/0869-2084-2016-6-363-367

7. Gilroy D., De Maeyer R. New insights into the resolution of inflammation. Semin. Immunol. 2015; 27(3): 161–168. DOI: 10.1016/j.smim.2015.05.003

8. Donati G., Watt F.M. Stem cell heterogeneity and plasticity in epithelia. Cell Stem.Cell. 2015; 16(5): 465–476. DOI: 10.1016/j.stem.2015.04.014

9. Rittié L. Cellular mechanisms of skin repair in humans and other mammals. J. Cell Commun. Signal. 2016; 10(2): 103–120. DOI: 10.1007/s12079-016-0330-1

10. Motwani M.P., Flint J.D., De Maeyer R.P., Fullerton J.N., Smith A.M., Marks D.J., Gilroy D.W. Novel translational model of resolving inflammation triggered by UV-killed E. coli. J. Pathol. Clin. Res. 2016; 2(3): 154– 165. DOI: 10.1002/cjp2.43

11. Schlader Z.J., Vargas N.T. Regulation of Body Temperature by Autonomic and Behavioral Thermo effectors. Exerc. Sport. Sci. Rev. 2019; 47(2): 116–126. DOI: 10.1249/JES.0000000000000180

12. Lombardi B., Casale C., Imparato G., Urciuolo F., Netti P.A. Spatiotemporal Evolution of the Wound Repairing Process in a 3D Human Dermis Equivalent. Adv. Healthc. Mater. 2017; 6(13). DOI: 10.1002/adhm.201601422

13. Martorina F., Casale C., Urciuolo F., Netti P.A., Imparato G. In vitro activation of the neuro-transduction mechanism in sensitive organotypic human skin model. Biomaterials. 2017; 113: 217–229. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2016.10.051

14. Boyce S.T., Lalley A.L. Tissue engineering of skin and regenerative medicine for wound care. Burns.Trauma. 2018; 6: 4. DOI: 10.1186/s41038-017-0103-y

15. Fetah K., Tebon P., Goudie M.J., Eichenbaum J., Ren L., Barros N., Nasiri R., Ahadian S., Ashammakhi N., Dokmeci M.R., Khademhossein A. The emergence of 3D bioprinting in organ-on-chip systems. Progress in Biomedical Engineering. 2019; 1(1): 012001. DOI: 10.1088/2516-1091/ab23df

16. Tarassoli S.P., Jessop Z.M., Al-Sabah A., Gao N., Whitaker S., Doak S., Whitaker I.S. Skin tissue engineering using 3D bioprinting: An evolving research field. J. Plast. Reconstr.Aesthet. Surg. 2018; 71(5): 615–623. DOI: 10.1016/j.bjps.2017.12.006

17. Boulet L.P. Airway remodeling in asthma: update on mechanisms and therapeutic approaches. Curr. Opin. Pulm. Med. 2018; 24(1): 56–62. DOI: 10.1097/MCP.0000000000000441

18. Roy B., Yuan L., Lee Y., Bharti A., Mitra A., Shivashankar G.V. Fibroblast rejuvenation by mechanical reprogramming and redifferentiation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2020; 117(19): 10131–10141. DOI: 10.1073/pnas.1911497117

19. Путляев В.И., Евдокимов П.В., Мамонов С.А., Зорин В.Н., Климашина Е.С., Родин И.А., Сафронова Т.В., Гаршев А.В. Стереолитографическая 3D-печать биокерамических матриксов заданной формы и архитектуры для регенерации костной ткани. Преспективные материалы. 2019; 5: 28– 40. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-5-28-40

20. Shinde A.V., Frangogiannis N.G. Mechanisms of Fibroblast Activation in the Remodeling Myocardium. Curr. Pathobiol. Rep. 2017; 5(2): 145–152. DOI: 10.1007/s40139-017-0132-z

21. Wahlsten A., Rütsche D., Nanni M., Giampietro C., Biedermann T., Reichmann E., Mazza E. Mechanical stimulation induces rapid fibroblast proliferation and accelerates the early maturation of human skin substitutes. Biomaterials. 2021; 273: 120779. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2021.120779

22. Meleshina A.V., Bystrova A.S., Rogovaya O.S., Vorotelyak E.A., Vasiliev A.V., Zagaynova E.V. Skin tissue-engineering constructs and stem cells application for the skin equivalents creation (review). Modern Technologies in Medicine. 2017; 9(1): 198–220. DOI: 10.17691/stm2017.9.1.24

23. Lorenc Z.P., Bass L.M., Fitzgerald R., Goldberg D.J., Graivier M.H. Physiochemical Characteristics of Calcium Hydroxylapatite (CaHA). Aesthet. Surg. J. 2018; 38(suppl_1): S8–S12. DOI: 10.1093/asj/sjy011

24. Michalek I.M., Lelen-Kaminska K., Caetano Dos Santos F.L. Peptides stimulating synthesis of extracellular matrix used in anti-ageing cosmetics: Are they clinically tested? A systematic review of the literature. Australas J. Dermatol. 2019; 60(4): e267–e271. DOI: 10.1111/ajd.13036

25. Shpichka A., Butnaru D., Bezrukov E.A., Sukhanov R.B., Atala A., Burdukovskii V., Zhang Y., Timashev P. Skin tissue regeneration for burn injury. Stem Cell Res. Ther. 2019; 10(1): 94. DOI: 10.1186/s13287-019-1203-3

26. Urciuolo F., Casale C., Imparato G., Netti P.A. Bioengineered Skin Substitutes: the Role of Extracellular Matrix and Vascularization in the Healing of Deep Wounds. J. Clin. Med. 2019; 8(12): 2083. DOI: 10.3390/jcm8122083

27. Zhang Y., Liang H., Luo Q., Chen J., Zhao N., Gao W., Pu Y., He B., Xie J. In vivo inducing collagen regeneration of biodegradable polymer microspheres. Regen. Biomater. 2021; 8(5): rbab042. DOI: 10.1093/rb/rbab042

28. Akinbiyi T., Othman S., Familusi O., Calvert C., Card E.B., Percec I. Better Results in Facial Rejuvenation with Fillers. Plast.Reconstr. Surg. Glob. Open. 2020; 8(10): e2763. DOI: 10.1097/GOX.0000000000002763

29. Могильная Г.М., Фомичева Е.В. Характер ответной реакции дермы на сочетанное введение двух филлеров. Кубанский научный медицинский вестник. 2020; 27(4): 72–81. DOI: 10.25207/1608-6228-2020-27-4-72-81