Boosting Angiogenesis in Skin Mechanical Trauma Area by means of Neoskin Skin-Substitute Preparation
- Authors: Konstantinova M.V1, Vasiliev A.G1, Verlov N.A2, Artyomenko M.R1
-
Affiliations:
- St Petersburg State Pediatric Medical University of Ministry of Health of the Russian Federation
- St Petersburg National Research Academic University
- Issue: Vol 7, No 2 (2016)
- Pages: 85-91
- Section: Articles
- URL: https://journal-vniispk.ru/pediatr/article/view/3626
- DOI: https://doi.org/10.17816/PED7285-91
- ID: 3626
Cite item
Full Text
Abstract
Full Text
В основе современных методов лечения кожных ран лежат следующие принципы: профилактика и борьба с раневой инфекцией и интоксикацией, учет местной и общей реакции организма на травму и инфекцию раны, периодизация раневого процесса, индивидуализация больного, его возрастные и типологические особенности и, наконец, разработка и внедрение кожезаменителей. Исходя из разных классификаций, заживление раны включает три фазы: I - фаза воспаления; II - фаза регенерации; III - фаза реорганизации рубца [7, 13]. Для регенерации раны характерен сложнейший клеточный состав, который может служить прогностическим критерием оценки процесса заживления; особое место в этом процессе занимают тучные клетки. Эти клетки являются регуляторами не только сосудистых реакций в зоне травмы, но и иммунологических, защитных и репаративных процессов в ране [1, 3, 20]. Тучные клетки играют важную роль в механизмах развития восстановительных процессов в коже при раневом дефекте, что связывают с выделением противовоспалительных медиаторов [19]. Раневой процесс характеризуется сложными взаимодействиями тучных клеток с другими клеточными составляющими. Так, воспалительная фаза характеризуется трансформацией моноцитов в макрофаги, с которыми тучные клетки стимулируют процессы ангиогенеза, определяющие формирование грануляционной ткани. При регенераторном процессе наблюдается мобилизация всех клеточных компонентов, в том числе и тучных клеток, которые обеспечивают стимулирующее влияние на процессы заживления [8]. Способность тучных клеток продуцировать цитокинины и факторы роста (фибропластический фактор роста, трансформирующий фактор роста, васкулярный эндотелиальный фактор роста) определяет не только процессы ангиогенеза в зоне повреждения, но и привлечение в зону формирующегося рубца фибробластов [16, 22]. В настоящее время усиленно разрабатываются подходы к использованию стволовых клеток (СК) в клинической практике. Большое внимание уделяется разработкам, направленным на стимуляцию собственных взрослых СК, которые содержатся во многих органах и тканях организма [18]. Важную роль при регенерации кожи играют клетки стенок микрососудов. Микрососуды являются центрами клеточной пролиферации и дифференцировки [5]. Эндотелиоциты и перициты - основные источники новых клеточных элементов дермы, в частности фибробластов. Установлено, что стенка микрососудов служит нишей для резидентных СК ткани, обеспечивающих ее регенерацию [21]. С помощью микрососудов поставляются костномозговые стволовые клетки, участвующие в регенерации кожи [14]. Кожа взрослого человека содержит три различные субпопуляции фибробластов: фибробласты папиллярного, ретикулярного слоев дермы и ассоциированные с волосяными фолликулами. В зависимости от расположения в ткани и выполняемых функций они продуцируют проколлаген, фибронектин, гликозаминогликаны, гиалуроновую кислоту, проэластин, нидоген, ламинин, хондроитин-4-сульфат, тинасцин и др. При этом коллаген и эластин формируют волокнистый каркас ткани, гликозаминогликаны и гиалуроновая кислота составляют ее межклеточный матрикс, фибронектин отвечает за адгезию, подвижность, дифференцировку и взаимную ориентацию клеток в ткани [13]. Для лечения различных заболеваний кожи применяют как аллогенные, так и аутологичные фибробласты. При использовании аутологичных клеток исключен риск развития аллергических реакций, не возникает трудностей с поиском подходящих доноров, наблюдается длительный клинический эффект [4]. Заменители кожи - гетерогенная группа веществ, которые помогают во временном или постоянном закрытии многих типов ран. Хотя эти вещества не стали заменой для хирургической обработки или стандартных методов лечения, они предполагают альтернативы стандартным методам лечения, когда последние неэффективны. Заменители кожи предоставляют возможности для восстановления кожи методами, которые могут превосходить другие доступные методы, так как требуют меньшей васкуляризации раны, увеличивают кожный компонент излеченной раны, уменьшают или удаляют ингибирующие факторы, уменьшают воспалительный процесс и предоставляют быстрое и безопасное закрытие раны. Они также обеспечивают гибкость в тканевой репарации, что позволяет практикам использовать подход, напоминающий «восстановительный лифт», а не «лестницу». Практик может продвинуться вверх и вниз по «восстановительной лестнице» от крайностей вариантов покрытия, пропуская промежуточные этапы, если это необходимо. Не существует идеальных кожезаменителей. Каждый вид продукта имеет свои преимущества и недостатки, которые вариабельны в зависимости от клинической картины. Разнообразие столь велико, что истинное сравнение всех продуктов лицом к лицу не представляется возможным. Целью работы явилась оценка влияния кожезаменителя неоскин на интенсивность ангиогенеза и репарации раны. Материалы и методы В работе использован 51 самец белых беспородных крыс массой 240-300 г, разведения Питомника лабораторных животных «Рапполово» РАМН. Моделирование раневого повреждения кожных покровов у крыс воспроизводили по В.А. Гинюк [2] путем оперативного удаления кожного лоскута на участке площадью 4,9 см2 в условиях общего обезболивания (общий золетиловый наркоз). Для предотвращения преждевременного стягивания раны и ее эпителизации к предварительно вывернутым краям раневой поверхности пришивали пластмассовое кольцо диаметром 2,5 см с закрывающейся крышкой. Лечение производили путем наложения на область раны инновационного препарата неоскин (производитель - ООО «Транс-Технологии», Россия), представляющего собой трехмерную матрицу, состоящую из белков внеклеточного матрикса и мезенхимных клеток, на протяжении 14 суток. Были выделены 3 экспериментальные группы: 1) «Контроль» (n = 10) - интактные животные; 2) «Повреждение» (n = 22) - животные, у которых производили оперативное удаление кожного лоскута и наблюдали течение раневого процесса; 3) «Неоскин» (n = 19) - животные, у которых производили оперативное удаление кожного лоскута и проводили лечение препаратом неоскин. Оперированные животные содержались индивидуально, ограничений в питании и питьевом режиме не вводилось. На всем протяжении исследования в помещении, где содержались животные, ежедневно, периодически осуществлялся контроль параметров окружающей среды. Световой режим в помещении: 12 часов - свет, 12 часов - темнота. Учитывая суточные колебания основных клинико-физиологических и лабораторных показателей, все эксперименты с подопытными животными начинаются в первой половине дня (через час после начала «дневного периода») [15]. Температурный режим в помещении: 20-22 °C. Относительная влажность воздуха в помещении: 50-70 %. Ежедневно подопытные животные осматривались, и в контрольных точках исследования (3-и, 7-е и 10-е сутки от момента проведения операции) производили взятие биологического материала. Взятие крови производили путем транскутанной пункции полостей сердца крысы под эфирным наркозом в вакуумные пробирки, содержащие К2-ЭДТА в качестве антикоагулянта в объеме 6 мл. Первичную обработку крови для получения плазмы для анализа производили вышеописанным методом [9]. Определяли содержание в плазме крови крыс основных маркеров ангиогенеза: сосудистого эндотелиального фактора (VEGF), монооксида азота (NO), тканевого активатора плазминогена (tPA) и ингибитора активатора плазминогена 1-го типа (PAI-1) иммуноферментным методом при помощи коммерческих наборов в соответствии с инструкцией фирмы-производителя (Cusabio, Китай). Анализ плотности сосудистой сети в области раневой поверхности производили гистологическим методом. Взятие фрагментов кожи производили с учетом необходимости представления в каждом образце участков раневой поверхности, близко расположенных и удаленных областей неповрежденной кожи. Биоптаты кожи фиксировали в 10 %-м нейтральном забуференном формалине в течение 48 часов, дальнейшую обработку производили общепринятыми методами. Срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Оценку плотности микроциркуляционного русла проводили светооптическим методом на 50 полях зрения. Статистический анализ полученных результатов выполняли с помощбю пакета программ математической обработки данных SPSS. Данные представлены в виде M ± SEM. Для проверки характера распределения применяли тест Колмогорова - Смирнова. Результаты оценивали, применяя критерий Стьюдента (нормальный характер распределения) и критерий Манна - Уитни (распределение, отличное от нормального). Статистически значимым уровнем считали вероятность не менее 95 % (р < 0,05). Результаты и их обсуждение Анализ полученных данных выявил характерные для репаративных процессов ран изменения ангиогенеза, согласующиеся с данными научной литературы [6, 10, 11, 17]. Результаты исследования динамики изменений плотности сосудистой сети в коже крыс представлены на рисунке 1. Механическое повреждение кожных покровов крыс приводило к резкому уменьшению количества функционально активных сосудов микроциркуляторного русла. На 3-и сутки эксперимента это уменьшение у животных группы «Повреждение» составило в среднем 18 % (p = 0,045). В дальнейшем наблюдали быстрое восстановление плотности сосудов в коже крыс, достоверно не отличающейся от аналогичного показателя контрольной группы. На фоне терапии раны препаратом неоскин не наблюдали уменьшения функционирующих кровеносных сосудов, что свидетельствует о достаточной перфузии в области репарации поврежденной кожи. На всем протяжении исследования этот показатель достоверно не отличался от контрольных показателей, незначительно превышая их (см. рис. 1). Результаты анализа маркеров интенсивности ангиогенеза представлены в таблице 1. Ангиогенез является неотъемлемым компонентом репаративного процесса в поврежденной коже. На 7-е сутки эксперимента у крыс группы «Повреждение» отмечалось значительное увеличение продукции VEGF (в 12,7 раза, р = 0,039) и tPA (в 1,8 раза, р = 0,087), что свидетельствует о нарастании митотического и локомоторного потенциала эндотелиоцитов и их функциональной активности. Нарастание среднего содержания VEGF в крови обследованных животных закономерно связано с увеличением на 7-е сутки количества особей с повышенным уровнем этого фактора роста (табл. 2). В качестве верхней границы нормы для VEGF нами был принято значение 100 пг/мл, уровень ниже 10 пг/мл рассматривали в качестве гипоергического состояния [12]. Через две недели после моделирования кожной раны уровень VEGF у нелеченых крыс снизился до контрольных значений (табл. 1, 2). Применение препарата неоскин для лечения поражения кожи приводило к увеличению концентрации VEGF в крови животных, значительно более выраженному по сравнению с крысами группы «Повреждение» и на всем протяжении исследования превышающему аналогичный показатель у интактных крыс (см. табл. 1, 2). К окончанию периода наблюдений (14-е сутки) содержание VEGF на фоне проводимого лечения оставалось высоким (превышало контрольные значения в 8,8 раза, р = 0,002, значения в группе «Повреждение» - в 7,4 раза, р = 0,005), что свидетельствует о значительном терапевтическом потенциале исследуемого препарата на используемой модели. Анализ динамики содержания в крови подопытных животных NO и PAI-1 не выявил сколько-нибудь клинически значимых изменений, что можно объяснить высокой вариативностью этих показателей (см. табл. 1). Заключение Используемая модель механического повреждения кожных покровов, не затрагивающего подлежащие органы и ткани, сопровождается характерными для раневого процесса изменениями ангиогенеза. Наблюдается транзиторное снижение плотности микроциркуляторного русла в области раны и нарастание активности основных проангиогенных факторов - VEGF, tPA и NO, необходимых для репарации. Применение препарата неоскин для терапии повреждения кожи у крыс способствовало быстрой активации ангиогенеза и репарации раны.About the authors
Mariya V Konstantinova
St Petersburg State Pediatric Medical University of Ministry of Health of the Russian Federation
Email: Chipoll@yandex.ru
Assistant Professor, Department of Pathologic physiology courses immunopathology and Medical Informatics
Andrey G Vasiliev
St Petersburg State Pediatric Medical University of Ministry of Health of the Russian Federation
Email: avas7@mail.ru
MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head, Department of Pathologic physiology courses immunopathology and Medical Informatics
Nikolai A Verlov
St Petersburg National Research Academic University
Email: virlov@gmail.com
MD, PhD, Senior researcher
Margarita R Artyomenko
St Petersburg State Pediatric Medical University of Ministry of Health of the Russian Federation
Email: shadow_ii@list.ru
Department of Pathologic physiology courses immunopathology and Medical Informatics.
References
- Гавришева Н.А., Ткаченко С.Б. Тучные клетки сердца в норме и при патологии // Кардиология. - 2003. - Т. 43. - № 6. - С. 59-65. [Gavrisheva NA, Tkachenko SB. Tuchnye kletki serdtsa v norme i pri patologii. Kardiologiya. 2003;43(6):59-65. (In Russ).]
- Гинюк В.А. Методика моделирования острого местного гнойно-воспалительного процесса у лабораторных животных и проведения эксперимента по лечению полученных гнойных ран с помощью фоторегуляторной и фотодинамической терапии // Мед. журн. - 2009. - Т. 1. - С. 44-6. [Ginyuk VA. Metodika modelirovaniya ostrogo mestnogo gnoyno-vospalitel’nogo protsessa u laboratornykh zhivotnykh i provedeniya eksperimenta po lecheniyu poluchennykh gnoynykh ran s pomoshch’yu fotoregulyatornoy i fotodinamicheskoy terapii. Med. zhurn. 2009;1:44-6. (In Russ).]
- Жукова О.В., Потекаев Н.Н., Стенько А.Г., и др. Патогенез и гистоморфологические особенности рубцовых изменений кожи // Клиническая дерматология и венерология. - 2009. - Т. 3. - № 4. - С. 4-9. [Zhukova OV, Potekaev NN, Sten’ko AG., et al. Patogenez i gistomorfologicheskie osobennosti rubtsovykh izmeneniy kozhi. Klinicheskaya dermatologiya i venerologiya. 2009;3(4):4-9. (In Russ).]
- Зорин В.Л., Зорина А.И., Петракова О.С., и др. Дермальные фибробласты для лечения дефектов кожи // Клет. трансплантол. и тканевая инженерия. - 2009. - Т. 4. - № 4. - С. 26-40. [Zorin VL, Zorina AI, Petrakova OS, et al. Dermal’nye fibroblasty dlya lecheniya defektov kozhi. Klet. transplantol. i tkanevaya inzheneriya. 2009;4(4):26-40. (In Russ).]
- Колокольчикова Е.Г., Пальцын А.А., Щеголев А.И., и др. О пролиферативной активности адипоцитов в опухолях жировой ткани // Клет. технол. в биол. и мед. - 2005. - Т. 3. - С. 140-5. [Kolokol’chikova EG, Pal’tsyn AA, Shchegolev AI, et al. O proliferativnoy aktivnosti adipotsitov v opukholyakh zhirovoy tkani. Klet. tekhnol. v biol. i med. 2005;3:140-5. (In Russ).]
- Константинова М.В., Хайцев Н.В., Кравцова А.А., Балашов Л.Д. Основные проблемы заживления ран и использование заменителей кожи // Педиатр. - 2015. - Т. 6. - № 2. - C. 85-95. [Konstantinova MV, Khaytsev NV, Kravtsova AA, Balashov LD. Osnovnye problemy zazhivleniya ran i ispol’zovanie zameniteley kozhi. Pediatr. 2015;6(2):85-95. (In Russ).]
- Кузин М.И., Костюченок Б.М. Раны и раневая инфекция. - М.: Медицина, 1981. - C. 688. [Kuzin MI, Kostyuchenok BM. Rany i ranevaya infektsiya. Moscow: Meditsina; 1981: 688. (In Russ).]
- Мяделец О.Д., Суханов А.Ф. Взаимодействие тканевых базофилов и макрофагов в коже и лимфоузле крыс при воздействии общей глубокой гипотермии // Криобиология. - 1990. - Т. 4. - С. 19-22. [Myadelets OD, Sukhanov AF. Vzaimodeystvie tkanevykh bazofilov i makrofagov v kozhe i limfouzle krys pri vozdeystvii obshchey glubokoy gipotermii. Kriobiologiya. 1990;4:19-22. (In Russ).]
- Трашков А.П., Васильев А.Г., Дементьева Е.А., и др. Сравнительная характеристика нарушений работы плазменного компонента системы гемостаза крыс при развитии экспериментальных опухолей различного гистологического типа // Вестник Российской военно-медицинской академии. - 2011. - Т. 1. - № 33. - С. 148-53. [Trashkov AP, Vasil’yev AG, Dement’yeva EA, et al. Sravnitel’naya kharakteristika narusheniy raboty plazmennogo komponenta sistemy gemostaza krys pri razvitii eksperimental’nykh opukholey razlichnogo gistologicheskogo tipa. Vestnik Rossiyskoy voenno-meditsinskoy akademii. 2011;1(33):148-53. (In Russ).]
- Трашков А.П., Васильев А.Г., Цыган Н.В., и др. Антитромботическая терапия в онкологии: современное состояние проблемы и нерешенные вопросы // Педиатр. - 2012. - Т. 3. - № 2. - С. 3-19. [Trashkov AP, Vasil’yev AG, Tsygan NV, et al. Antitromboticheskaya terapiya v onkologii: sovremennoe sostoyanie problemy i nereshennye voprosy. Pediatr. 2012;3(2): 3-19. (In Russ).]
- Трашков А.П., Панченко А.В., Каюкова Е.С., и др. Лейкемия Р-388 у мышей линии CDF1 как тест-система опухоль-ассоциированного неоангиогенеза и гиперкоагуляции // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2014. - Т. 158. - № 10. - С. 500-2. [Trashkov AP, Panchenko AV, Kayukova ES, et al. Leykemiya R-388 u myshey linii CDF1 kak test-sistema opukhol’-assotsiirovannogo neoangtogeneza i giperkoaglyatsii. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny. 2014;158(10):500-2. (In Russ).]
- Трашков А.П., Панченко А.В., Кораблев Р.В., и др. Возрастная динамика маркеров ангиогенеза у трансгенных HER-2/NEU (FVB/N) мышей с высокой частотой развития аденокарцином молочной железы // Вопросы онкологии. - 2015. - Т. 61. - № 4. - С. 642-6. [Trashkov AP, Panchenko AV, Korablev RV, et al. Vozrastnaya dinamika markerov angiogeneza u transgennykh HER-2/NEU (FVB/N) myshey s vysokoy chastotoy razvitiya adenokartsinom molochnoy zhelezy. Voprosy onkologii. 2015;61(4): 642-6. (In Russ).]
- Хрупкин В.И., Зубрицкий В.Ф., Ивашкин А.Н., и др. Дерматопластика раневых дефектов. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - С. 242. [Khrupkin VI, Zubritskiy VF, Ivashkin AN, et al. Dermatoplastika ranevykh defektov. Moscow: GEOTAR-Media; 2009: 242. (In Russ).]
- Ярыгин К.Н. Роль резидентных и циркулирующих стволовых клеток в физиологической и репаративной регенерации // Патол. физиол. и эксперим. терапия. - 2008. - Т. 1. - С. 2-8. [Yarygin KN. Rol’ rezidentnykh i tsirkuliruyushchikh stvolovykh kletok v fiziologicheskoy i reparativnoy regeneratsii. Patol. fiziol. i eksperim. terapiya. 2008;1:2-8. (In Russ).]
- Anisimov VN, Popovich IG, Zabezhinski MA, et al. Sex differences in aging, life span and spontaneous tumorigenesis in 129/SV mice neonatally exposed to metformin. Cell Cycle. 2015;14(1):46-55. doi: 10.4161/15384101.2014.973308.
- Entman ML, Youker KA, Frangogiannis N, et al. Is inflammation good for the ischemic heart-perspectives beyond the ordinary. Z. Kardiol. 2000, IX/82-IX/87;117(2):86-92.
- Folberg R, Hendrix MJC, Maniotis AJ. Vasculogenic mimicry and tumor angiogenesis. Am J Pathol. 2000; 156:361-81. doi: 10.1016/S0002-9440(10)64739-6.
- Papathanasopoulos A, Giannoudis PV. Biological considerations of mesenchymal stem cells and endothelial progenitor cells. Injury. 2008;39(S2):21-32. doi: 10.1016/S0020-1383(08)70012-3.
- Prussin C, Metcalfe DD. IgE, mast cell, basophils and eosinophils. J Allergy Clin Immunol. 2003;111:486-94. doi: 10.1067/mai.2003.120.
- Puxeddu I, Piliponsky AM, Bachel, et al. Mast cell in allergy and beyond. Int J Biochem Cell Biol. 2003;35: 1601-7. doi: 10.1016/S1357-2725(03)00208-5.
- Shen Q, Wang Y, Kokovay E, et al. Adult SVZ stem cells lie in vascular niche: a quantitative analysis of niche cell-cell interactions. Cell Stem Cell. 2008;3:289-300. doi: 10.1016/j.stem.2008.07.026.
- Somasundaram P, Ren G, Nagan H, et al. Mast cell tryptase may modulate endothelial cell phenotype in healing myocardial infarcts. J Pathol. 2005;205:102-11. doi: 10.1002/path.1690.
Supplementary files

