Nové poznatky a metody k urychlení procesu hojení ran

Hojení rány je obnova poraněné kožní tkáně a jeden z nejdůležitějších cílů léčby. Tento proces tvoří zánět, proliferace a remodelace. Byly popsány různé faktory, které hojení zrychlují i zpomalují. Podrobným studiem nehojících se ran bylo na molekulární úrovni zachyceno několik narušených signálních drah, předmětem výzkumu je rovněž léčba ovlivňující vlastní zánět a proliferaci. Práce japonských vědců se zaměřila na souhrn aktuálních poznatků, možností urychlení procesu hojení a nové cíle léčby.

Hojení ran je koordinovaný proces, na kterém se v postupných krocích podílí aktivace či inhibice mnoha faktorů. Reparace startuje ihned po vzniku poškození. Úvodním procesem jsou zánětlivé změny s aktivací vrozené imunity, následované proliferační fází s množením fibroblastů, angiogenezí a reepitelizací. Na hojení se podílejí různé signální systémy. Dobře známým příkladem je transformující růstový faktor β (TGF-β) související s procesem fibroplazie, podrobnosti stran jeho účinku však zatím nejsou přesně známy. O urychlení hojení se snaží řada experimentálních i klinických léčebných postupů. Pokroky v buněčném inženýrství umožňují použití kmenových buněk a ekvivalentů živé kůže.

Zánětlivá fáze hojení

Zánět je běžný při alergických reakcích, autoimunitních a infekčních onemocněních i dalších stavech. Je naprosto zásadní i pro hojení rány, pochopení jeho klíčové úlohy v tomto procesu však není jednoduché. Zánětlivá fáze začíná otokem způsobeným zvýšenou propustností cév. Kožní buňky současně podléhají cytolýze a jejich obsah včetně tzv. alarminových molekul DAMPs (danger-associated molecular patterns) se šíří mezibuněčným prostorem epidermis a dermis. DAMPs iniciují a udržují neinfekční zánětlivou odpověď. Aktivují součást vrozené imunity, proteinový oligomer nazývaný inflamasom, a vytváří kaspázu-1, která konvertuje pro-interleukin 1β a pro-IL-18 na IL-1β a IL-18. Poškozené keratinocyty uvolňují IL-1α, IL-33 a protein HMGB1, jež mohou také regulovat zánětlivou odpověď. V poraněné tkáni tedy v úvodní fázi vzniká řada prozánětlivých cytokinů a chemokinů.   

Poraněné místo vlivem zánětlivých cytokinů, chemokinů, HMGB1 a fibronektinu infiltrují neutrofily a makrofágy. Tyto prozánětlivé buňky jsou pro svoji schopnost fagocytózy a produkce volných kyslíkových radikálů nezbytné pro odstranění zbytků poškozených buněk a k zabíjení bakterií. Makrofágy také stimulují angiogenezi, fibroplazii a tvorbu extracelulární matrix. Tím vytvářejí přechod mezi zánětlivou a proliferační fází. Nadměrná zánětlivá reakce však může proces hojení zpomalit – dlouhodobý otok narušuje přechod do další fáze a prozánětlivé cytokiny a toxické volné kyslíkové radikály poškozují novou kožní tkáň. 

Experiment na myších s vyřazeným genem pro tvorbu prozánětlivých cytokinů a jejich receptorů naznačil protichůdné efekty na hojení. Vyřazení IL-6 bylo spojeno s prodlouženým hojením, vyřazení receptoru p55 pro tumor nekrotizující faktor, interferon gama a IL-12/IL-23 naopak hojení urychlilo. Vyřazení protizánětlivých cytokinů bylo také protichůdné – výpadek tvorby antagonisty receptoru IL-1 (IL-1RA) hojení zpomalil, vyřazení IL-10 vedlo k rychlému hojení. Podobné výsledky přineslo i ovlivnění exprese receptorů pro signály nebezpečí (toll-like receptory) a produkce chemokinů a jejich receptorů.

Obecně tedy nelze říct, zda je urychlení zánětu prospěšné, nebo škodlivé. Zvyšování a snižování koncentrace různých druhů cytokinů a chemokinů se může v průběhu hojení lišit a právě rovnováha mezi nimi určuje výsledek. 

Proliferační fáze hojení

Fázi charakterizuje angiogeneze, fibroplazie a reepitelizace. Fibrioplazie a angiogeneze při ní probíhají současně a koordinovaně, což umožňuje tvorbu extracelulární matrix a granulační tkáně. Faktory ovlivňující fibroplazii byly podrobně zkoumány při systémové sklerodermii, na keloidních jizvách a jejich myších modelech. Sklerodermii charakterizuje nadměrná produkce a ukládání proteinů ECM, na čemž se částečně podílí odolnost sklerodermických fibroblastů vůči apoptóze. Výzkum poruchy regulace fibroplazie vedoucí ke sklerodermii pomáhá pochopit proces hojení ran.  

Signály podílející se na hojení ran

Hojení je komplexní proces, na němž se podílí řada transkripčních faktorů a jim blízkých molekul. Faktory nepůsobí nezávisle, ale vzájemně se ovlivňují pozitivními i negativními zpětnými vazbami.

Jedním z důležitých faktorů je TGF-β. Jeho vliv na hojení je komplikovaný. Ví se, že tento růstový faktor přeměnou kožních fibroblastů na myofibroblasty stimuluje produkci kolagenu. Současně inhibuje proliferaci epidermálních keratinocytů. Nadměrné množství TGF-β zvyšuje rigiditu buněk, což vede k tvorbě keloidů. Jeho úloha při hojení je však diskutabilní. Na jedné straně antagonista signálu TGF-β urychlil v myším modelu hojení kožní rány ovlivněním infiltrace, proliferace a migrace různých buněčných složek, na straně druhé však byl pokles TGF-β spojen se zpomaleným hojením. Zdá se, že TGF-β může v hojení působit jako pleiotropní modulátor.  

Nové postupy

Využití kmenových buněk

K podpoře hojení ran jsou zkoumány různé metody využívající kmenových buněk. Mezenchymální kmenové buňky zlepšují růst epidermis, angiogenezi, ukládání kolagenu a kontrakci rány. Očekává se od nich terapeutický efekt při procesu hojení. Vyvíjejí se též nové metody jejich aplikace na místo poškození. Byla zkoumána kombinace nízkovýkonné laserové terapie (LLLT) s mezenchymálními kmenovými buňkami izolovanými z tukové tkáně psů a jejich účinek na tkáň. LLLT zvýšila množství přeživších kmenových buněk aplikovaných na spodinu rány tím, že omezila apoptózu. Výzkum se zaměřuje i na genetické modifikace lidských kmenových buněk ke zlepšení jejich dlouhodobého terapeutického použití. 

V chronických kožních defektech lze pozorovat redukci populace některých typů kmenových buněk. U pacientů s těmito defekty je snížená exprese jednoho z markerů epidermálních kmenových buněk − neutrofinového receptoru p75 (p75NTR). Právě tento receptor se může stát novým cílem léčby u pacientů s chronickými defekty. 

Kožní ekvivalenty

K podpoře migrace fibroblastů a keratinocytů může přispět i aplikace dočasné umělé matrice. Novou terapeutickou možností je v tomto směru protein amelogenin, který svojí agregací vytváří hydrofobní struktury podobné extracelulární matrix. Pokroky v bioinženýrství umožnily použití náhrad odvozených z alogenní kůže. Kožní ekvivalenty obsahující živé buňky (LDE) podporují spojení, růst a diferenciaci keratinocytů. LDE umožňují přípravu jednovrstevné či vícevrstevné epidermis. Vícevrstevná epidermis prokazatelně stimuluje novotvorbu krevních cév a urychluje uzavírání epidermálních ran. LDE jsou již používány v klinické praxi. Metaanalýza studií zaměřených na jejich použití ukazuje, že LDE jsou stejně účinné nebo lepší než standardní léčba. 

Podtlaková terapie

Principem je aplikace sání na ránu. Odsávačka s negativním tlakem (–75 až –125 mmHg) odstraňuje nadbytečnou tekutinu z rány, zvyšuje prokrvení defektu, podporuje kontrakci rány a epitelizaci. Díky tomu zkracuje dobu potřebnou k uzávěru rány. Mechanismy podtlakové léčby byly zkoumány in vitro. Kontrolní protein buněčného dělení 42 (Cdc42) v průběhu hojení ovládá směr migrace buněk a reguluje jejich polaritu. Podtlak urychluje tvorbu vrstvy keratinocytů prostřednictvím Cdc42 zprostředkovaného vytváření buněčných výběžků (filopodií). 

Závěr

Výzkum faktorů ovlivňujících hojení se rychle rozvíjí. Proces hojení je dobře koordinovaný mechanismus, na kterém se podílí množství faktorů. Pouhá aktivace nebo vyřazení jedné molekuly nemusí vést k očekávanému terapeutickému efektu. K lepšímu pochopení hojení ran bude zapotřebí zevrubná analýza konkrétních molekul a genů.

(raf)

Zdroj: Kasuya A., Tokura Y. Attempts to accelerate wound healing. J Dermatol Sci 2014; 76: 169−172, doi: 10.1016/j.jdermsci.2014.11.001.