Kmenové buňky v hojení ran s kolagenovou matricí jako nosičem

Rány jsou rozšířeným problémem po celém světě. Z praktického hlediska se rány dělí na akutní a chronické. Léčba akutní rány závisí na množství a typu destrukce tkáně. Proto mohou být akutní rány dále rozděleny na jednoduché rány, kde chybí pouze kůže, a na komplexní rány, pokud jsou postiženy některé spodní struktury. Komplexní rány mohou vyžadovat volný lalok, pokud jsou spodiny rány špatně vaskularizované, devaskularizované nebo pod nimi ležící tkáň nepřijímá kožní štěp nebo biologicky odvozenou extracelulární matrici (BDEM). Na druhou stranu jednoduché rány by se v minulosti léčily kožním štěpem nebo lokálním lalokem, pokud to bylo možné. Tyto strategie řízení obvykle vedou k nepřijatelným estetickým a/nebo funkčním (např. kontraktura, nestabilní rána) a často vyžadují sekundární rekonstrukci.

Druhou třídou ran jsou rány chronické. Chronické rány vznikají vždy, když normálně dobře organizovaný reparační proces neprobíhá sekvenčním a včasným způsobem od hemostázy a zánětu přes proliferaci až po remodelaci. Tento proces je nutně komplikovaný a může být zdržen mnoha vnitřními a vnějšími faktory na cestě (1). Akutní a chronické rány představují významnou zátěž pro pacienty, zdravotnické pracovníky a zdravotnický systém, postihují více než 15,5 milionů pacientů a stojí odhadem 500 miliard USD ročně (2-3). Na základě jejich patogeneze se rozlišují čtyři základní typy chronických ran: bércové vředy, diabetické vředy, arteriální ischemické vředy a dekubity.

1. Venózní vředy se obvykle vyskytují na nohou, tvoří většinu ran a často postihují starší osoby s předchozí anamnézou hluboké žilní trombózy (DVT). Vředy se nakonec tvoří, když buňky nemohou držet rychlost degradace.
2. Diabetické vředy jsou pozorovány u diabetických pacientů, u kterých se vředy objevují z několika důvodů. Neuropatie a mikroangiopatie jsou poměrně časté a tyto změny spolu se sníženou imunitou nastavují dokonalou bouři pro rozpad tkání na dolních končetinách. Kvůli všem těmto faktorům, zhoršeným hojením, se i ty nejmenší řezné rány nebo modřiny mohou nebezpečně infikovat.
3. PAD je termín, který zahrnuje řadu zdravotních problémů způsobených obstrukcí velkých tepen v pažích nebo nohou. U pokročilé formy PAD může dojít ke kritické ischemii končetiny (CLI), která je hlavní příčinou amputací dolních končetin. Angiogenesis Foundation odhaduje, že 1,4 milionu lidí ve Spojených státech má CLI, s odhadem 350 876 nových případů diagnostikovaných každý rok (2).
4. Dekubity tvoří čtvrtý hlavní typ ran. Ty se obvykle vyskytují u lidí, kteří jsou upoutáni na lůžko nebo jejichž pohyblivost je vážně omezena. Jsou způsobeny ztrátou krevního oběhu, ke které dochází, když je tlak na tkáň větší než perfuzní tlak v kapilárách, čímž dochází k přerušení oběhu a k ischemii tkáně. Kombinace anestezie a paralýzy je silným induktorem rozpadu tkáně. Údaje z míšních jednotek ve Veterans Affairs Medical Centers ukazují znepokojivě vysokou prevalenci a výskyt dekubitů u mladých vojáků paralyzovaných poraněním míchy.

Během posledních desetiletí bylo dosaženo jen malého zlepšení ve snižování morbidity a invalidity z chronických ran (3). Nejlepší dostupná léčba chronických ran dosahuje pouze 50% rychlosti hojení, která je často dočasná, s nepřijatelně vysokou mírou recidivy. Mezi mnoha faktory, které přispívají k „zastavení“ procesů hojení ran, jsou zásadní problémy zhoršení produkce cytokinů lokálními zánětlivými buňkami a fibroblasty a snížená angiogeneze (4).

Zavedení BDEM v průběhu let výrazně zlepšilo péči o rány. Nejčastěji používaným BDEM je kolagenová matrice odvozená od skotu. Tato matrice bovinního kolagenu je zařízení pro péči o rány schválené FDA, které se skládá z porézní matrice zesítěného kolagenu hovězích šlach a glykosaminoglykanu a semipermeabilního polysiloxanu (silikonová vrstva). Biologicky odbouratelná matrice kolagen-glykosaminoglykan poskytuje lešení pro buněčnou invazi a růst kapilár (5). Použití matrice bovinního kolagenu může zlepšit estetické a funkční výsledky u komplexních ran s defekty kůže v plné tloušťce a vystavením spodní struktury, jako jsou svaly, šlachy, cévy nebo nervy. Navzdory jeho klinickému přínosu existuje významný problém vzhledem k dlouhé době potřebné pro vaskularizaci a regeneraci, která podle výrobce vyžaduje 3 týdny. V důsledku to nejen zvyšuje náklady na léčbu ran, ale také snižuje potenciál příjmu a kvalitu života.

S pokrokem výzkumu v oblasti péče o rány se terapie kmenovými buňkami ukazuje jako slibný přístup k léčbě akutních i chronických ran. Nyní je známo, že kmenové buňky odvozené z kostní dřeně (BMSC) jsou multipotenciální kmenové buňky schopné diferenciace do mnoha typů buněk včetně fibroblastů, svalů, mozku a chrupavek (6). Mezi buňkami nalezenými v BMSC je skupina nazývaná mezenchymální kmenové buňky (MSC). MSC jsou stromální buňky, které byly drženy v rezervě se schopností sebeobnovy a také vykazují víceliniovou diferenciaci. MSC se také nacházejí ve fetálních a dospělých tkáních a byly izolovány z pupeční šňůry, endometriálních polypů, tukové tkáně a menstruační krve. Protože jsou MSC snadno dostupné pro sklizeň z různých tkání, jsou atraktivní volbou v experimentálních a možných klinických aplikacích.

Nedávná klinická pozorování a studie s malým počtem vzorků uvádějí zrychlené hojení obtížných ran lokálními a regionálními aplikacemi preparátů mononukleárních buněk z autologní kostní dřeně. U potkaního modelu vedla aplikace systémových a lokálních BMSC ke zlepšenému hojení ran díky zvýšené pevnosti v tahu v ráně, zvýšenému množství kolagenu a rychlejšímu zrání rány (7). Odběr kostní dřeně je však bolestivý, někdy vyžaduje celkovou anestezii a občas není proveditelný kvůli oslabenému stavu pacientů. Je proto mimořádně žádoucí používat běžně dostupné, komerčně dostupné, alogenní mezenchymální kmenové buňky.

NuCel (NutechMedical, Birmingham, AL USA) je aloštěp schválený FDA obsahující MSC odvozené z lidské amnia a plodové vody a v současnosti se používá v různých klinických podmínkách včetně ortopedické chirurgie a v neurochirurgii jako štěpy. Bylo popsáno, že MSC odvozené z amnia mají vysoké transdiferenciační a angiovaskulogenní vlastnosti (8). Kmenové buňky NuCel jsou imunitně privilegované, protože neexprimují hlavní histokompatibilní komplex třídy II a mají nižší expresi MHC třídy I ve srovnání s dospělými kmenovými buňkami získanými z kostní dřeně. NuCel obsahuje pět typů kolagenu a fibronektinu, které se podílejí na procesu hojení ran. Navíc jsou méně eticky kontroverzní kvůli množství odpadní placenty.

Mnoho studií ukázalo, že pluripotentní kmenové buňky mohou zvýšit a urychlit vaskularizaci BDEM a významně zkrátit dobu do zrání BDEM (6-8). Výsledkem je, že tato aplikace může snížit náklady na léčbu ran a zvýšit kvalitu života.

V souhrnu navrhujeme definitivně otestovat bezpečnost a účinnost právě takových alogenních MSC, NuCel, při podpoře hojení akutních a chronických ran. NuCel se skládá ze speciální třídy lidských kmenových buněk, které mají schopnost exprimovat řadu terapeuticky relevantních proteinů a dalších faktorů a také vytvářet různé typy buněk. Navrhujeme, aby byla provedena pilotní studie na Georgia Regents University. Jedná se o prospektivní, randomizovanou, kontrolovanou studii s cílem vytvořit důkaz úrovně I a II o účinnosti amniotických kmenových buněk využívajících kolagenovou matrici jako nosiče při zlepšování hojení ran.

Cílem a návrhem současného návrhu je vytvořit praktický protokol, který má potenciál nejen urychlit převádění pokroků ve znalostech do nových standardů péče o léčbu ran, ale je také bezpečný, schválený FDA a nenákladně dostupný k řešení. některé z nejnaléhavějších potřeb v dnešní oblasti hojení ran. Hlavním cílem současného návrhu je použití amniotického MSC k urychlení zrání a integrace kolagenové matrice do spodiny rány a zkrácení celkového času potřebného k hojení rány. To může potenciálně vést k úsporám stovek milionů dolarů systému zdravotní péče. Výsledek tohoto návrhu urychlí přenos větších lékařských schopností k pacientům pomocí nové, bezpečné a kreativní intervence.