Toepassing van cellulaire technologieën om het uiterlijk van littekens te verbeteren

De moderne wetenschap wordt gekenmerkt door de snelle ontwikkeling van een aantal verwante disciplines, verenigd onder de algemene naam "biotechnologie". Dit onderdeel van de wetenschap, gebaseerd op de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van biologie, cytologie, moleculaire genetica, genetische manipulatie en transplantologie, beoogt het enorme potentieel te benutten dat inherent is aan planten- en dierencellen – de fundamentele structurele eenheden van alle levende wezens. "Een levende cel is een kant-en-klare biotechnologische reactor waarin niet alleen de processen die leiden tot de vorming van het eindproduct plaatsvinden, maar ook een aantal andere processen die helpen de katalytische activiteit van het systeem op een hoog niveau te houden", - John Woodward, 1992. Het begin van de celwetenschap werd gelegd in 1665, toen de Engelse natuurkundige R. Hooke de eerste microscoop creëerde en cellen ontdekte - cellulae ("cellen") in een kurk. In 1829 onderbouwden M. Schleiden en T. Schwann de "celtheorie", die aantoonde dat alle levende wezens uit cellen bestaan. In 1858 bewees R. Virchow dat alle ziekten gebaseerd zijn op een verstoring van de structurele organisatie en het metabolisme van cellen. Hij werd de grondlegger van de "cellulaire pathologie". Een fundamentele bijdrage aan de celwetenschap werd geleverd in de periode 1907-1911 door R. Harrison en A.A. Maximov, die de mogelijkheid aantoonden om cellen buiten het lichaam te kweken. Hun werk toonde aan dat voor celkweek dierlijke weefsels en plantendelen mechanisch in kleine stukjes moeten worden gescheiden. Om cellen te isoleren, worden weefsels met een scherp mes of microtoom in dunne plakjes gesneden, ongeveer 0,5-1,0 mm. Fysieke scheiding van cellen wordt immobilisatie genoemd. Geïsoleerde cellen worden verkregen door enzymatische dispersie van stukjes plant of weefsel. Na vermaling met een scherpe schaar worden de stukjes behandeld met trypsine of collageenase om een suspensie te verkrijgen - een suspensie van individuele cellen of hun microaggregaten in een speciaal medium. Alginaatgels (calciumalginaat) worden veel gebruikt om plantencellen te immobiliseren. Het is bewezen dat geïmmobiliseerde planten- en dierencellen hun vermogen tot biosynthese behouden. Cellulaire biosyntheseproducten accumuleren in cellen en hun expressie vindt spontaan plaats of met behulp van speciale stoffen die een verhoogde permeabiliteit van celmembranen bevorderen.

Het kweken van dierlijke cellen is een veel complexer proces dan het kweken van plantencellen. Het vereist speciale, moderne apparatuur, geavanceerde technologie, de aanwezigheid van diverse media en groeifactoren die ontworpen zijn om de levensvatbaarheid van cellen te behouden en ze in een staat van hoge functionele activiteit te houden. Er werd vastgesteld dat de meeste cellen van vaste weefsels, zoals nier-, lever- en huidweefsel, oppervlakteafhankelijk zijn, waardoor ze in vitro alleen kunnen worden gekweekt in de vorm van dunne lagen of monolagen die direct verbonden zijn met het oppervlak van het substraat. De levensduur, proliferatie en functionele stabiliteit van cellen die worden verkregen door enzymatische dispersie van weefsels, hangen grotendeels af van het substraat waarop ze groeien. Het is bekend dat alle cellen die uit gewervelde weefsels worden verkregen een negatieve oppervlaktelading hebben, waardoor positief geladen substraten geschikt zijn voor hun immobilisatie. Geïsoleerde cellen die rechtstreeks uit hele weefsels worden verkregen, kunnen in een primaire kweek in een geïmmobiliseerde toestand worden gehouden met behoud van een hoge specificiteit en gevoeligheid gedurende 10-14 dagen. Geïmmobiliseerde, oppervlakteafhankelijke cellen spelen tegenwoordig een belangrijke rol in de biologie, met name in klinisch onderzoek. Ze worden gebruikt om celontwikkelingscycli, de regulering van hun groei en differentiatie, en functionele en morfologische verschillen tussen normale en tumorcellen te bestuderen. Geïmmobiliseerde celmonolagen worden gebruikt in biotests, voor de kwantitatieve bepaling van biologisch actieve stoffen, en voor het bestuderen van de effecten van verschillende geneesmiddelen en toxines op cellen. Artsen uit alle specialismen tonen al decennia grote interesse in de cel als therapeutisch middel. Celtechnologieën ontwikkelen zich momenteel snel in deze richting.

Het ontstaan van weefsel- en celtherapie is verbonden aan de naam van de beroemde Russische wetenschapper V.P. Filatov, die in 1913 de basis legde voor de leer van weefseltherapie door de resultaten te bestuderen van hoornvliestransplantaties van gezonde donoren naar patiënten met cataract. Tijdens zijn werk met hoornvliestransplantaties ontdekte hij dat hoornvlies dat 1-3 dagen in de kou bewaard werd bij een temperatuur van -2-4 graden Celsius, beter wortelt dan vers hoornvlies. Zo werd de eigenschap van cellen ontdekt om onder ongunstige omstandigheden stoffen af te scheiden die vitale processen in getransplanteerde weefsels en regeneratieve processen in de weefsels van de ontvanger stimuleren. Weefsel en cellen die van het lichaam gescheiden zijn, bevinden zich in een stressvolle toestand, dat wil zeggen een trage vitale activiteit. De bloedcirculatie stopt, en daarmee ook de voeding. De weefselademhaling is extreem moeilijk, de innervatie en trofie raken verstoord. In een nieuwe kwalitatieve toestand, zich aanpassend aan nieuwe bestaansomstandigheden, produceren cellen speciale stoffen met medicinale eigenschappen. Deze stoffen van niet-eiwitachtige aard werden door VP Filatov biogene stimulantia genoemd. Hij stelde samen met VV Skorodinskaya vast dat materiaal van dieren en planten na bewaring onder ongunstige omstandigheden een uur lang ongehinderd bij 120 °C geautoclaveerd kan worden. Ze verloren niet alleen hun activiteit, maar verhoogden deze juist. Dit werd verklaard door de afgifte van biologische stimulantia uit geconserveerde weefsels. Bovendien verloren ze hun antigene eigenschappen, wat de kans op afstoting aanzienlijk verminderde. Geconserveerd steriel materiaal werd in het lichaam ingebracht door implantatie (plantatie) onder de huid of in de vorm van injecties met extracten, met bevredigende resultaten. Er werd ook ontdekt dat foetaal weefsel een significant groter aantal biologisch actieve stoffen bevat dan het weefsel van volwassen individuen, en sommige factoren worden alleen in embryo's aangetroffen. Geïnoculeerd foetaal weefsel wordt door het organisme van de ontvanger niet als lichaamsvreemd ervaren vanwege de afwezigheid van eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de specificiteit van soort, weefsel en individu (eiwitten van het major histocompatibility complex) in de cytoplasmatische membranen. Hierdoor activeert de inoculatie van dierlijk foetaal weefsel in het menselijk organisme geen immuunbeschermingsmechanismen en geen reacties van incompatibiliteit en afstoting. VP Filatov gebruikte in zijn medische praktijk veelvuldig menselijke placenta en huid. De behandelkuren bestonden uit 30-45 injecties met weefselextracten en 1-2 implantaties van gesteriliseerd weefsel.

Hij begon zijn onderzoek met menselijke en dierlijke weefsels en cellen en bracht zijn generalisaties over naar de plantenwereld. Hij voerde experimenten uit met levende plantendelen (aloë, weegbree, agave, bietenloof, sint-janskruid, enz.) en creëerde ongunstige omstandigheden voor deze planten. Hij plaatste afgesneden bladeren op een donkere plek, omdat de plant licht nodig heeft voor zijn vitale functies. Hij isoleerde ook biogene stimulanten uit estuariummodder en -veen, omdat modder en veen worden gevormd met de deelname van microflora en microfauna.

Weefseltherapie beleefde een nieuwe ronde in haar ontwikkeling aan het einde van de jaren 70, toen de kennis en ervaring die in de loop van decennia waren opgebouwd, het mogelijk maakten om dierlijke en plantaardige weefsels en cellen op een kwalitatief nieuw niveau te gebruiken om mensen te behandelen en hun actieve levensduur te verlengen. Zo begonnen vrouwen in sommige binnenlandse en een aantal buitenlandse klinieken in de fysiologische menopauze met een climacterisch syndroom of tegen de achtergrond van ovariëctomie weefseltherapie te ondergaan met foetaal weefsel van de placenta, hypothalamus, lever, eierstokken, thymus en schildklier om het verouderingsproces, de ontwikkeling van atherosclerose, osteoporose en disfuncties van het immuunsysteem, het endocriene systeem en het zenuwstelsel te vertragen. In een van de meest prestigieuze gerontocosmetologieklinieken in West-Europa worden al tientallen jaren injecties met extracten verkregen uit foetaal weefsel van de gonaden van rammen voor dezelfde doeleinden gebruikt.

Ook in ons land heeft biostimulerende behandeling brede toepassing gevonden. Tot voor kort kregen patiënten met diverse ziekten actief injecties voorgeschreven met placenta-extracten, aloë, kalanchoë, sedum major (gebiosed), FiBS, peloidestillaat, peloidine, turf en humisol, bereid volgens de methode van VP Filatov. Momenteel is het bijna onmogelijk om deze zeer effectieve en goedkope, huishoudelijke weefselpreparaten van dierlijke, plantaardige en minerale oorsprong in de apotheek te kopen.

De basis voor het verkrijgen van verschillende biogene preparaten uit menselijke weefsels en organen van geïmporteerde productie, zoals rumalon (uit kraakbeenweefsel en beenmerg), actovegin (uit kalfsbloed), solcoseryl (rundbloedextract), evenals binnenlandse preparaten - glasachtig lichaam (uit het glasachtig lichaam van het oog van runderen), kerakol (uit het hoornvlies van runderen), splenin (uit de milt van runderen), epithalamine (uit de epithalamische-epifysaire regio) zijn ook het onderzoek van VP Filatov. De verbindende eigenschap voor alle weefselpreparaten is het algemene effect op het hele lichaam als geheel. Zo vormde "Weefseltherapie" van academicus VP Filatov de basis voor de meeste moderne ontwikkelingen en richtingen in chirurgie, immunologie, verloskunde en gynaecologie, gerontologie, combustiologie, dermatologie en cosmetologie met betrekking tot de cel en de producten van zijn biosynthese.

Het probleem van weefseltransplantatie houdt de mensheid al sinds de oudheid bezig. Zo wordt in de Ebers-papyrus, die dateert uit 8000 v.Chr., al melding gemaakt van het gebruik van weefseltransplantatie om defecten in individuele lichaamsdelen te compenseren. In het "Boek des Levens" van de Indiase wetenschapper Sushruta, die 1000 jaar v.Chr. leefde, staat een gedetailleerde beschrijving van de restauratie van de neus met behulp van de huid van de wangen en het voorhoofd.

De behoefte aan donorhuid groeide evenredig met de toename van het aantal plastische en reconstructieve operaties. In dit verband begon men gebruik te maken van lijk- en foetale huid. Er was behoefte aan het behoud van donorbronnen en het vinden van manieren om menselijke huid te vervangen door dierlijk weefsel, en verschillende huidmodelleringsmogelijkheden. En het was in deze richting dat wetenschappers werkten toen P. Medovar in 1941 voor het eerst de fundamentele mogelijkheid van keratinocytengroei in vitro aantoonde. De volgende belangrijke stap in de ontwikkeling van cellulaire technologieën was het werk van Karasek M. en Charlton M., die in 1971 de eerste succesvolle transplantatie van autologe keratinocyten vanuit een primaire kweek naar konijnenwonden uitvoerden, met behulp van collageengel als substraat voor het kweken van CC, wat de celproliferatie in kweek verbeterde. J. Rheinvvald. H. Green. ontwikkelde een technologie voor seriële kweek van grote hoeveelheden menselijke keratinocyten. In 1979 ontdekten Green en zijn co-auteurs de vooruitzichten voor het therapeutische gebruik van keratinocytcelcultuur bij het herstel van de huid bij uitgebreide brandwonden. Daarna begon deze techniek, die voortdurend werd verbeterd, te worden gebruikt door chirurgen in brandwondencentra in het buitenland en in ons land.

Bij het bestuderen van levende cellen werd ontdekt dat cellen niet alleen biogene stimulatoren van niet-eiwitoorsprong produceren, maar ook een aantal cytokines, mediatoren, groeifactoren en polypeptiden, die een belangrijke rol spelen bij het reguleren van de homeostase van het hele organisme. Verschillende cellen en weefsels bleken peptidebioregulatoren te bevatten, die een breed scala aan biologische werkingen hebben en de ontwikkelings- en werkingsprocessen van multicellulaire systemen coördineren. Het tijdperk van het gebruik van celkweek als therapeutisch middel brak aan. In ons land is de transplantatie van fibroblastsuspensie en meerlagige keratinocytcellagen de afgelopen decennia in de verbrandingskunde toegepast. Een dergelijke actieve interesse in het transplanteren van huidcellen naar brandwondenpatiënten wordt verklaard door de noodzaak van snelle sluiting van grote brandwonden en een tekort aan donorhuid. De mogelijkheid om cellen te isoleren uit een klein stukje huid dat in staat is om een wondoppervlak te bedekken dat 1000 of zelfs 10.000 keer groter is dan het donorhuidoppervlak, is zeer aantrekkelijk en belangrijk gebleken voor de verbrandingskunde en brandwondenpatiënten. Het percentage keratinocytenlaagtransplantatie varieert van 71,5 tot 93,6%, afhankelijk van het brandwondgebied, de leeftijd en de gezondheid van de patiënt. De interesse in keratinocyten- en fibroblasttransplantatie hangt niet alleen samen met de mogelijkheid om een huiddefect snel te sluiten, maar ook met het feit dat deze transplantaties een krachtig biologisch actief potentieel hebben om het uiterlijk van het verkregen weefsel te verbeteren. De vorming van nieuwe bloedvaten, verlichting van hypoxie, verbeterde trofie, versnelde rijping van onrijp weefsel - dit is de morfofunctionele basis voor deze positieve veranderingen die optreden door de afgifte van groeifactoren en cytokinen door de getransplanteerde cellen. Dankzij de introductie van vooruitstrevende cellulaire technologieën voor de transplantatie van multicellulaire lagen van autologe en allogene keratinocyten en fibroblasten op grote wondoppervlakken in de medische praktijk, konden verbrandingsdeskundigen niet alleen het sterftecijfer van brandwondenslachtoffers met een hoog percentage huidletsels verlagen, maar ook kwalitatief het littekenweefsel verbeteren dat onvermijdelijk ontstaat op de plaats van IIb-, IIIa- en b-graadsbrandwonden. De ervaring van verbrandingsdeskundigen met de behandeling van wondoppervlakken bij brandwondenpatiënten suggereerde het idee om de reeds aangepaste Green-methode te gebruiken in de dermatochirurgische praktijk voor diverse huid- en cosmetische pathologieën (trofische ulcera, vitiligo, naevi, bulleuze epidermolysis, tatoeageverwijdering, leeftijdsgebonden huidveranderingen en het verbeteren van het uiterlijk van littekens).

Het gebruik van allogene keratinocyten in de chirurgie, verbrandingskunde en dermatocosmetologie heeft een aantal voordelen ten opzichte van het gebruik van autologe keratinocyten, aangezien het celmateriaal vooraf in onbeperkte hoeveelheden kan worden bereid, bewaard en indien nodig gebruikt. Het is ook bekend dat allogene CC's een verminderde antigene activiteit hebben, omdat ze bij in vitro-kweek Langerhanscellen, die dragers zijn van de HLA-complexantigenen, verliezen. Het gebruik van allogene CC's wordt ook ondersteund door het feit dat ze na transplantatie, volgens verschillende auteurs, binnen 10 dagen tot 3 maanden worden vervangen door autologe CC's. In dit verband zijn er tegenwoordig in veel landen celbanken opgericht, waardoor het mogelijk is om celtransplantaten in de gewenste hoeveelheid en op het juiste moment te verkrijgen. Dergelijke banken bestaan in Duitsland, de VS en Japan.

De interesse in het gebruik van cellulaire technologieën in de dermatocosmetologie is te danken aan het feit dat "cellulaire samenstellingen" een krachtig bio-energetisch en informatief potentieel hebben, waardoor kwalitatief nieuwe behandelresultaten kunnen worden verkregen. Autokines die door getransplanteerde cellen worden afgescheiden (groeifactoren, cytokines, stikstofmonoxide, enz.) werken voornamelijk in op de lichaamseigen fibroblasten en versterken hun synthetische en proliferatieve activiteit. Dit feit is vooral aantrekkelijk voor onderzoekers, aangezien de fibroblast een sleutelcel van de lederhuid is, waarvan de functionele activiteit de conditie van alle huidlagen bepaalt. Het is ook bekend dat na huidletsel met cauterisatie, laser, naald en andere instrumenten de huid wordt aangevuld met verse stamprecursoren van fibroblasten uit beenmerg, vetweefsel en capillaire pericyten, wat bijdraagt aan de "verjonging" van de pool van lichaamscellen. Ze beginnen actief collageen, elastine, enzymen, glycosaminoglycanen, groeifactoren en andere biologisch actieve moleculen te synthetiseren, wat leidt tot een verhoogde hydratatie en vascularisatie van de dermis, waardoor de sterkte ervan wordt verbeterd,