Стволовые клетки при заживлении ран с использованием коллагеновой матрицы в качестве носителя

Раны являются широко распространенной проблемой во всем мире. По практическому назначению раны делят на острые и хронические. Лечение острых ран зависит от количества и типа разрушения ткани. Таким образом, острые раны можно подразделить на простые раны, при которых отсутствует только кожа, и сложные раны, когда затрагиваются некоторые нижележащие структуры. Сложные раны могут потребовать свободного лоскута, если дно раны плохо васкуляризировано, деваскуляризировано или подлежащая ткань не принимает кожный трансплантат или внеклеточный матрикс биологического происхождения (BDEM). Простые раны, с другой стороны, в прошлом лечили пересадкой кожи или местным лоскутом, когда это было возможно. Эти стратегии управления обычно приводят к неприемлемым с эстетической и/или функциональной точки зрения (например, контрактура, нестабильная рана) исходы и часто требуют вторичной реконструкции.

Второй класс ран – это хронические раны. Хронические раны возникают всякий раз, когда обычно хорошо организованный репаративный процесс не протекает последовательно и своевременно от гемостаза и воспаления через пролиферацию к ремоделированию. Процесс обязательно сложен и может быть задержан многими внутренними и внешними факторами на этом пути (1). Острые и хронические раны ложатся тяжелым бременем на пациентов, медицинских работников и систему здравоохранения, поражая более 15,5 миллионов пациентов и обходясь примерно в 500 миллиардов долларов в год (2-3). По патогенезу различают четыре основных типа хронических ран: венозные язвы, диабетические язвы, артериальные ишемические и пролежни.

1. Венозные язвы обычно возникают на ногах, составляют большинство ран и часто поражают пожилых людей с предшествующим анамнезом тромбоза глубоких вен (ТГВ). Язвы образуются в конце концов, когда клетки не могут поддерживать скорость деградации.
2. Диабетические язвы наблюдаются у пациентов с диабетом, у которых язвы развиваются по нескольким причинам. Нейропатия и микроангиопатия довольно распространены, и эти изменения вместе со сниженным иммунитетом создают идеальный шторм для разрушения тканей в нижних конечностях. Из-за всех этих факторов, усугубляемых нарушением заживления, даже самые маленькие порезы или ушибы могут стать опасно инфицированными.
3. ЗПА — это термин, который охватывает множество медицинских проблем, вызванных закупоркой крупных артерий рук или ног. При запущенной форме ЗПА может развиться критическая ишемия конечностей (КИК), которая является основной причиной ампутаций нижних конечностей. По оценкам Фонда ангиогенеза, 1,4 миллиона человек в США страдают КИНК, и ежегодно диагностируется около 350 876 новых случаев (2).
4. Пролежни составляют четвертый основной тип ран. Обычно это происходит у людей, которые прикованы к постели или чья подвижность сильно ограничена. Они вызваны потерей кровообращения, которая возникает, когда давление на ткани превышает перфузионное давление в капиллярах, что приводит к прекращению кровообращения и ишемии тканей. Сочетание анестезии и паралича является мощным индуктором разрушения тканей. Данные из отделений спинного мозга в Медицинских центрах по делам ветеранов показывают тревожно высокую распространенность и частоту возникновения пролежней у молодых солдат, парализованных травмами спинного мозга.

За последние десятилетия мало что изменилось в снижении заболеваемости и инвалидности из-за хронических ран (3). Наилучшее доступное лечение хронических ран позволяет достичь только 50% скорости заживления, что часто носит временный характер, с неприемлемо высокой частотой рецидивов. Среди многих факторов, способствующих «задержке» процессов заживления ран, решающими проблемами являются нарушение продукции цитокинов местными воспалительными клетками и фибробластами и снижение ангиогенеза (4).

Внедрение BDEM значительно улучшило уход за ранами за последние годы. Наиболее часто используемая BDEM представляет собой коллагеновую матрицу бычьего происхождения. Эта матрица из бычьего коллагена представляет собой одобренное Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов устройство для ухода за ранами, состоящее из пористой матрицы сшитого бычьего сухожильного коллагена и гликозаминогликана и полупроницаемого полисилоксана (силиконового слоя). Коллаген-гликозаминогликановый биоразлагаемый матрикс обеспечивает каркас для клеточной инвазии и роста капилляров (5). Использование матрицы из бычьего коллагена может улучшить эстетические и функциональные результаты при сложных ранах с дефектами кожи на всю толщину и обнажением нижележащих структур, таких как мышцы, сухожилия, сосуды или нервы. Несмотря на его клиническую пользу, существует серьезная проблема из-за длительного периода, необходимого для васкуляризации и регенерации, что, по данным производителя, составляет 3 недели. В результате это не только увеличивает стоимость лечения ран, но также снижает потенциальный доход и качество жизни.

По мере продвижения исследований в области ухода за ранами терапия стволовыми клетками становится многообещающим подходом к лечению как острых, так и хронических ран. В настоящее время известно, что стволовые клетки костного мозга (СККМ) представляют собой мультипотенциальные стволовые клетки, способные к дифференцировке в многочисленные типы клеток, включая фибробласты, мышцы, мозг и хрящи (6). Среди клеток, обнаруженных в СККМ, есть группа, называемая мезенхимальными стволовыми клетками (МСК). МСК представляют собой стромальные клетки, которые хранятся в резерве со способностью к самообновлению, а также проявляют многолинейную дифференцировку. МСК также обнаруживаются в тканях плода и взрослого человека и были выделены из пуповины, полипов эндометрия, жировой ткани и менструальной крови. Поскольку их легко получить из различных тканей, МСК являются привлекательным выбором для экспериментального и возможного клинического применения.

Недавние клинические наблюдения и исследования с небольшим объемом выборки сообщают об ускорении заживления сложных ран при местном и регионарном применении препаратов мононуклеарных клеток из аутологичного костного мозга. В модели на крысах системное и местное применение СККМ приводило к улучшению заживления ран за счет повышения прочности раны на растяжение, увеличения коллагена и более быстрого созревания раны (7). Однако забор костного мозга болезненный, иногда требует общей анестезии, а иногда и невозможен из-за ослабленного состояния пациентов. Таким образом, крайне желательно использовать готовые коммерчески доступные аллогенные мезенхимальные стволовые клетки.

NuCel (NutechMedical, Бирмингем, Алабама, США) представляет собой одобренный FDA аллотрансплантат, содержащий МСК, полученные из амниона и амниотической жидкости человека, и в настоящее время используется в различных клинических условиях, включая ортопедическую хирургию и нейрохирургию, в качестве трансплантатов. Сообщалось, что МСК, происходящие из амниона, обладают высокими трансдифференцировочными и ангио-васкулогенными свойствами (8). Стволовые клетки NuCel являются иммунно-привилегированными, поскольку они не экспрессируют главный комплекс гистосовместимости класса II и имеют более низкую экспрессию MHC класса I по сравнению со стволовыми клетками, полученными из костного мозга взрослых. NuCel содержит пять типов коллагена и фибронектин, которые являются факторами, участвующими в процессе заживления ран. Более того, они менее спорны с этической точки зрения из-за обилия отходов плаценты.

Многочисленные исследования показали, что плюрипотентные стволовые клетки могут увеличивать и ускорять васкуляризацию BDEM и значительно сокращать время до созревания BDEM (6-8). В результате у этого приложения есть потенциал для снижения стоимости лечения ран и повышения качества жизни.

Таким образом, мы предлагаем окончательно проверить безопасность и эффективность именно таких аллогенных МСК, NuCel, в содействии заживлению острых и хронических ран. NuCel состоит из особого класса стволовых клеток человека, которые обладают способностью экспрессировать ряд терапевтически значимых белков и других факторов, а также образовывать несколько типов клеток. Мы предлагаем провести пилотное исследование в Университете Риджентс в Джорджии. Это проспективное рандомизированное контролируемое исследование, целью которого является получение доказательств уровня I и II об эффективности амниотических стволовых клеток с использованием коллагеновой матрицы в качестве носителя для ускорения заживления ран.

Целью и дизайном текущего предложения является создание практического протокола, который потенциально может не только ускорить перевод достижений в области знаний в новые стандарты ухода за ранами, но также является безопасным, одобренным FDA и доступным по цене. некоторые из самых насущных потребностей в сегодняшней области заживления ран. Основной целью настоящего предложения является использование амниотических МСК для ускорения созревания и интеграции коллагеновой матрицы в раневое ложе и сокращения общего времени, необходимого для заживления раны. Это потенциально может привести к экономии сотен миллионов долларов для системы здравоохранения. Результат этого предложения ускорит передачу больших медицинских возможностей пациентам с использованием нового, безопасного и творческого вмешательства.