АКТУАЛЬНІ АСПЕКТИ РЕПАРАТИВНОЇ РЕГЕНЕРАЦІЇ ШКІРИ: СУЧАСНИЙ ПОГЛЯД НА ПРОБЛЕМУ
DOI:
https://doi.org/10.11603/1811-2471.2024.v.i4.15020Ключові слова:
шкіра, репаративна регенерація, стовбурові клітини, екзосоми, загоєння ран, біоінженерний замінник шкіриАнотація
РЕЗЮМЕ. Протягом онтогенезу епідерміс зазнає постійного впливу широкого діапазону факторів середовища, які потенційно можуть спричинити негативні наслідки різного характеру: порушення гомеостазу шкіри, дистрофічні, деструктивні, атрофічні зміни, передчасне старіння, утворення ран тощо. Такими факторами середовища є травматичні ушкодження, сонячна радіація, збудники інфекційних захворювань, вплив високих і низьких температур середовища, агресивні хімічні речовини та інші. Висока частота травматизму шкіри стимулює дослідження особливостей структурно-функціональної реорганізації пошкодженої шкіри і розробку методів оптимізації репаративної регенерації шкірного покриву із використанням сучасних технологій.
Мета – аналіз сучасних даних літератури щодо структурних і фізіологічних аспектів репаративної регенерації шкіри та можливостей її стимуляції.
Матеріал і методи. Використано метод системного аналізу та аналітичний метод пошуку і дослідження інформації, отриманої з науковометричних баз даних і пошукових систем наукової інформації.
Результати. Основними напрямами теоретичних та експериментальних досліджень в сучасній біології та медицині, присвячених репаративній регенерації шкіри, є наступні: використання стовбурових клітин та їх похідних – екзосом, розвиток нанотехнологій, зокрема, використання наночастинок кремнезему, створення замінників шкіри. Доведено також позитивний вплив на підвищення загальної резистентності шкіри сполук селену і міді. Використання мезенхімальних стовбурових клітин і стовбурових клітин жирового походження сприяють ангіогенезу, адекватному перебігу процесів запалення та імунної відповіді, стимулюють розмноження клітин та реепітелізацію. Перспективним напрямом є робота над створенням біоінженерних замінників шкіри з адекватною морфофізіологічною характеристикою.
Висновки. Дослідження структурних і фізіологічних аспектів репаративної регенерації шкіри є актуальними, зважаючи на високий відсоток травматизму шкіри і недосконалість існуючих методів сприяння загоєнню значних дефектів шкірного покриву. Перспективними напрямами вирішення цієї проблеми є пошук джерел недиференційованих клітин, розробка ефективних методів їх проліферації і диференціації, створення замінників шкіри, удосконалення методів лікування ран шкіри, запобігання розвитку фіброзних рубців.
Посилання
Jobeili, L., Rousselle, P., Béal, D., Blouin, E., Roussel, A.M., Damour, O., & Rachidi, W. (2017). Selenium preserves keratinocyte stemness and delays senescence by maintaining epidermal adhesion. Aging (Albany NY), 25;9(11), 2302-2315. DOI: 10.18632/aging.101322. PMID: 29176034; PMCID: PMC5723688. DOI: https://doi.org/10.18632/aging.101322
Guillamat-Prats, R. (2021). The Role of MSC in Wound Healing, Scarring and Regeneration. Cells, 8;10(7), 1729. DOI: 10.3390/cells10071729. PMID: 34359898; PMCID: PMC8305394. DOI: https://doi.org/10.3390/cells10071729
Arriagada, F., Nonell, S., & Morales, J. (2019). Silica-based nanosystems for therapeutic applications in the skin. Nanomedicine (Lond), 14(16), 2243-2267. DOI: 10.2217/nnm-2019-0052. Epub 2019 Aug 14. PMID: 31411537. DOI: https://doi.org/10.2217/nnm-2019-0052
Rousselle, P., Laigle, C., & Rousselet, G. (2022). The basement membrane in epidermal polarity, stemness, and regeneration. Am J Physiol Cell Physiol, 1;323(6), C1807-C1822. DOI: 10.1152/ajpcell.00069.2022. Epub 2022 Nov 14. PMID: 36374168. DOI: https://doi.org/10.1152/ajpcell.00069.2022
Arriagada, F., & Morales, J. (2019). Limitations and Opportunities in Topical Drug Delivery: Interaction Between Silica Nanoparticles and Skin Barrier. Curr Pharm Des, 25(4), 455-466. DOI: 10.2174/1381612825666190404121507. PMID: 30947656. DOI: https://doi.org/10.2174/1381612825666190404121507
Hooshmand, S., Mollazadeh, S., Akrami, N., Ghanad, M., El-Fiqi, A., Baino, …& Kargozar, S. (2021). Mesoporous Silica Nanoparticles and Mesoporous Bioactive Glasses for Wound Management: From Skin Regeneration to Cancer Therapy. Materials (Basel), 17, 14(12), 3337. DOI: 10.3390/ ma14123337. PMID: 34204198; PMCID: PMC8235211. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14123337
Altobelli, G.G., Van Noorden, S., Balato, A., & Cimini, V. (2020). Copper/Zinc Superoxide Dismutase in Human Skin: Current Knowledge. Front Med (Lausanne), 12(7), 183. DOI: 10.3389/fmed.2020.00183. PMID: 32478084; PMCID: PMC7235401. DOI: https://doi.org/10.3389/fmed.2020.00183
Ogen-Shtern, N., Chumin, K., Silberstein, E., & Borkow, G. (2021). Copper Ions Ameliorated Thermal Burn-Induced Damage in ex vivo Human Skin Organ Culture. Skin Pharmacol Physiol, 34(6), 317-327. DOI: 10.1159/ 000517194. Epub 2021 Jul 8. PMID: 34237749. DOI: https://doi.org/10.1159/000517194
Wang, T.L., Zhou, Z.F., Liu, J.F., Hou, X.D., Zhou, Z., Dai, Y.L., … & Zheng, L.P. (2021). Donut-like MOFs of copper/nicotinic acid and composite hydrogels with superior bioactivity for rh-bFGF delivering and skin wound healing. J Nanobiotechnology, 9;19(1), 275. DOI: 10.1186/s12951-021-01014-z. PMID: 34503490; PMCID: PMC8427876. DOI: https://doi.org/10.1186/s12951-021-01014-z
Ogen-Shtern, N., Chumin, K., Cohen, G., & Borkow, G. (2020). Increased pro-collagen 1, elastin, and TGF-β1 expression by copper ions in an ex-vivo human skin model. J Cosmet Dermatol, 19(6), 1522-1527. DOI: 10.1111/ jocd.13186. Epub 2019 Oct 11. PMID: 31603269. DOI: https://doi.org/10.1111/jocd.13186
An, Y., Lin, S., Tan, X., Zhu, S., Nie, F., Zhen, Y., ... & Wu, J. (2021). Exosomes from adipose-derived stem cells and application to skin wound healing. Cell Prolif, 54(3), e12993. DOI: 10.1111/cpr.12993. Epub 2021 Jan 17. PMID: 33458899; PMCID: PMC7941238. DOI: https://doi.org/10.1111/cpr.12993
Alapure, B.V., Lu, Y., He, M., Chu, C.C., Peng, H., Muhale, F., ... & Hong, S. (2018). Accelerate Healing of Severe Burn Wounds by Mouse Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell-Seeded Biodegradable Hydrogel Scaffold Synthesized from Arginine-Based Polyester amide and Chitosan. Stem Cells Dev, 1;27(23), 1605-1620. DOI: 10.1089/scd.2018.0106. Epub 2018 Oct 23. PMID: 30215325; PMCID: PMC6276600. DOI: https://doi.org/10.1089/scd.2018.0106
Zhang, J., Guan, J., Niu, X., Hu, G., Guo, S., Li, Q., ... & Wang, Y. (2015). Exosomes released from human induced pluripotent stem cells-derived MSCs facilitate cutaneous wound healing by promoting collagen synthesis and angiogenesis. J Transl Med, 1(13), 49. DOI: 10.1186/s12967-015-0417-0. PMID: 25638205; PMCID: PMC4371881. DOI: https://doi.org/10.1186/s12967-015-0417-0
Millán-Rivero, J.E., Martínez, C.M., Romecín, P.A., Aznar-Cervantes, S.D., Carpes-Ruiz, M., Cenis, J.L., ... & García-Bernal, D. (2019). Silk fibroin scaffolds seeded with Wharton's jelly mesenchymal stem cells enhance re-epithelialization and reduce formation of scar tissue after cutaneous wound healing. Stem Cell Res Ther, 27;10(1), 126. DOI: 10.1186/s13287-019-1229-6. PMID: 31029166; PMCID: PMC6487033 DOI: https://doi.org/10.1186/s13287-019-1229-6
Lasocka, I., Jastrzębska, E., Szulc-Dąbrowska, L., Skibniewski, M., Pasternak, I., Kalbacova, M.H., & Skibniewska, E.M. (2019). The effects of graphene and mesenchymal stem cells in cutaneous wound healing and their putative action mechanism. Int J Nanomedicine, 1(14), 2281-2299. DOI: 10.2147/IJN.S190928. PMID: 31015759; PMCID: PMC6448540 DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S190928
Li, Z., Wang, H., Yang, B., Sun, Y., & Huo, R. (2015). Three-dimensional graphene foams loaded with bone marrow derived mesenchymal stem cells promote skin wound healing with reduced scarring. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 1(57), 181-8. DOI: 10.1016/j.msec.2015.07.062. Epub 2015 Jul 30. PMID: 26354253 DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.07.062
Laverdet, B., Micallef, L., Lebreton, C., Mollard, J., Lataillade, J.J., Coulomb, B., & Desmoulière, A. (2014). Use of mesenchymal stem cells for cutaneous repair and skin substitute elaboration. Pathol Biol (Paris), 62(2), 108-17. DOI: 10.1016/j.patbio.2014.01.002. Epub 2014 Mar 21. PMID: 24661975. DOI: https://doi.org/10.1016/j.patbio.2014.01.002
Ju, Y., Hu, Y., Yang, P., Xie, X., & Fang, B. (2022). Extracellular vesicle-loaded hydrogels for tissue repair and regeneration. Mater Today Bio, 21(18), 100522. DOI: 10.1016/j.mtbio.2022.100522. PMID: 36593913; PMCID: PMC9803958. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100522
Ojeh, N.O., & Navsaria, H.A. (2014). An in vitro skin model to study the effect of mesenchymal stem cells in wound healing and epidermal regeneration. J Biomed Mater Res A, 102(8), 2785-92. DOI: 10.1002/jbm.a.34950. Epub 2013 Sep 30. PMID: 24115470. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.a.34950
Farhadihosseinabadi, B., Farahani, M., Tayebi, T., Jafari, A., Biniazan, F., Modaresifar, K., ... & Niknejad, H. (2018). Amniotic membrane and its epithelial and mesenchymal stem cells as an appropriate source for skin tissue engineering and regenerative medicine. Artif Cells Nanomed Biotechnol, 46(sup2), 431-440. DOI: 10.1080/21691401.2018. 1458730. Epub 2018 Apr 24. PMID: 29687742. DOI: https://doi.org/10.1080/21691401.2018.1458730
Yu, S.C., Xu, Y.Y., Li, Y., Xu, B., Sun,. Q, Li, F., & Zhang, X.G. (2015). Construction of tissue engineered skin with human amniotic mesenchymal stem cells and human amniotic epithelial cells. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 19(23), 4627-35. PMID: 26698261.
El Sadik, A.O., El Ghamrawy, T.A., & Abd El-Galil, T.I. (2015). The Effect of Mesenchymal Stem Cells and Chitosan Gel on Full Thickness Skin Wound Healing in Albino Rats: Histological, Immunohistochemical and Fluorescent Study. PLoS One, 24;10(9), e0137544. DOI: 10.1371/journal.pone.0137544. PMID: 26402454; PMCID: PMC4581728. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0137544
Mazini, L., Rochette, L., Admou, B., Amal, S., & Malka, G. (2020). Hopes and Limits of Adipose-Derived Stem Cells (ADSCs) and Mesenchymal Stem Cells (MSCs) in Wound Healing. Int J Mol Sci, 14;21(4), 1306. DOI: 10.3390/ijms21041306. PMID: 32075181; PMCID: PMC7072889. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21041306
Xiao, Y., Peng, J., Liu, Q., Chen, L., Shi, K., Han, R., ... & Qian, Z. (2020). Ultrasmall CuS@BSA nanoparticles with mild photothermal conversion synergistically induce MSCs-differentiated fibroblast and improve skin regeneration. Theranostics, 1;10(4), 1500-1513. DOI: 10.7150/thno.39471. PMID: 32042318; PMCID: PMC6993219. DOI: https://doi.org/10.7150/thno.39471
Kim, W.S., Park, B.S., & Sung, J.H. (2009). The wound-healing and antioxidant effects of adipose-derived stem cells. Expert Opin Biol Ther, 9(7), 879-87. DOI: 10.1517/14712590903039684. PMID: 19522555. DOI: https://doi.org/10.1517/14712590903039684
Kim, W.S., Park, B.S., Kim, H.K., Park, J.S., Kim, K.J., Choi, J.S., ... & Sung, J.H. (2008). Evidence supporting antioxidant action of adipose-derived stem cells: protection of human dermal fibroblasts from oxidative stress. J Dermatol Sci, 49(2), 133-42. DOI: 10.1016/j.jdermsci.2007.08.004. Epub 2007 Sep 17. PMID: 17870415. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jdermsci.2007.08.004
Jiang, L.W., Chen, H., & Lu, H. (2016). Using human epithelial amnion cells in human de-epidermized dermis for skin regeneration. J Dermatol Sci, 81(1), 26-34. DOI: 10.1016/j.jdermsci.2015.10.018. Epub 2015 Oct 31. PMID: 26596214. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jdermsci.2015.10.018
Mashinchian, O., Bonakdar, S., Taghinejad, H., Satarifard, V., Heidari, M., Majidi, M., ... & Mahmoudi, M. (2014). Cell-imprinted substrates act as an artificial niche for skin regeneration. ACS Appl Mater Interfaces, 13;6(15), 13280-92. DOI: 10.1021/am503045b. Epub 2014 Jul 10. PMID: 24967724. DOI: https://doi.org/10.1021/am503045b
Chavez-Munoz, C., Nguyen, K.T., Xu, W., Hong, S.J., Mustoe, T.A., & Galiano, R.D. (2013). Transdifferentiation of adipose-derived stem cells into keratinocyte-like cells: engineering a stratified epidermis. PLoS One, 2; 8(12), e80587. DOI: 10.1371/journal.pone.0080587. PMID: 24312483; PMCID: PMC3846628. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0080587
Karppinen, S.M., Heljasvaara, R., Gullberg, D., Tasanen, K., & Pihlajaniemi, T. (2019). Toward understanding scarless skin wound healing and pathological scarring. F1000Res, 5(8), F1000 Faculty Rev-787. DOI: 10.12688/f1000research.18293.1. PMID: 31231509; PMCID: PMC6556993. DOI: https://doi.org/10.12688/f1000research.18293.1
Frech, S., Forsthuber, A., Korosec, A., Lipp, K., Kozumov, V., & Lichtenberger, B.M. (2022). Hedgehog Signaling in Papillary Fibroblasts Is Essential for Hair Follicle Regeneration during Wound Healing. J Invest Dermatol, 142(6), 1737-1748.e5. DOI: 10.1016/j.jid.2021.11.026. Epub 2021 Dec 16. PMID: 34922948. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jid.2021.11.026
Lingzhi, Z., Meirong, L., & Xiaobing, F. (2020). Biological approaches for hypertrophic scars. Int Wound J, 17(2), 405-418. DOI: 10.1111/iwj.13286. Epub 2019 Dec 20. PMID: 31860941; PMCID: PMC7948781. DOI: https://doi.org/10.1111/iwj.13286
Xue, M., Zhao, R., March, L., & Jackson, C. (2022). Dermal Fibroblast Heterogeneity and Its Contribution to the Skin Repair and Regeneration. Adv Wound Care (New Rochelle), 11(2), 87-107. DOI: 10.1089/wound.2020.1287. Epub 2021 Mar 23. PMID: 33607934 DOI: https://doi.org/10.1089/wound.2020.1287
Woodley, D.T. (2017). Distinct Fibroblasts in the Papillary and Reticular Dermis: Implications for Wound Healing. Dermatol Clin, 35(1), 95-100. DOI: 10.1016/j.det.2016.07.004. PMID: 27890241. DOI: https://doi.org/10.1016/j.det.2016.07.004
Abbasi, S., Sinha, S., Labit, E., Rosin, N.L., Yoon, G., Rahmani, W., ... & Biernaskie, J. (2020). Distinct Regulatory Programs Control the Latent Regenerative Potential of Dermal Fibroblasts during Wound Healing. Cell Stem Cell, 3;27(3), 396-412.e6. DOI: 10.1016/j.stem.2020.07.008. Epub 2020 Aug 4. Erratum in: Cell Stem Cell, 2021 Mar 4;28(3):581-583. PMID: 32755548. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.07.008
Hesketh, M., Sahin, K.B., West, Z.E., & Murray, R.Z. (2017). Macrophage Phenotypes Regulate Scar Formation and Chronic Wound Healing. Int J Mol Sci, 17;18(7), 1545. DOI: 10.3390/ijms18071545. PMID: 28714933; PMCID: PMC5536033. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms18071545
Al Sadoun, H. (2022). Macrophage Phenotypes in Normal and Diabetic Wound Healing and Therapeutic Interventions. Cells, 5;11(15), 2430. DOI: 10.3390/cells11152430. PMID: 35954275; PMCID: PMC9367932. DOI: https://doi.org/10.3390/cells11152430
Duscher, D., Maan, Z.N., Wong, V.W., Rennert, R.C., Januszyk, M., Rodrigues, M., ... & Gurtner, G.C. (2014). Mechanotransduction and fibrosis. J Biomech, 27;47(9), 1997-2005. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2014.03.031. Epub 2014 Mar 26. PMID: 24709567; PMCID: PMC4425300. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.03.031
Ogawa, R., & Akaishi, S. (2016). Endothelial dysfunction may play a key role in keloid and hypertrophic scar pathogenesis - Keloids and hypertrophic scars may be vascular disorders. Med Hypotheses, 96, 51-60. DOI: 10.1016/j.mehy.2016.09.024. Epub 2016 Sep 28. PMID: 27959277. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mehy.2016.09.024
Chiang, R.S., Borovikova, A.A., King, K., Banyard, D.A., Lalezari, S., Toranto, J.D., ... & Widgerow, A.D. (2016). Current concepts related to hypertrophic scarring in burn injuries. Wound Repair Regen, 24(3), 466-77. DOI: 10.1111/wrr.12432. Epub 2016 May 6. PMID: 27027596; PMCID: PMC5802966 DOI: https://doi.org/10.1111/wrr.12432
Amadeu, T., Braune, A., Mandarim-de-Lacerda, C., Porto, L.C., Desmoulière, A., & Costa, A. (2003). Vascularization pattern in hypertrophic scars and keloids: a stereological analysis. Pathol Res Pract, 199(7), 469-73. DOI: 10.1078/0344-0338-00447. PMID: 14521263. DOI: https://doi.org/10.1078/0344-0338-00447
Yang, S.W., Geng, Z.J., Ma, K., Sun, X.Y., & Fu, X.B. (2016). Comparison of the histological morphology between normal skin and scar tissue. J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci, 36(2), 265-269. DOI: 10.1007/s11596-016-1578-7. Epub 2016 Apr 13. PMID: 27072974. DOI: https://doi.org/10.1007/s11596-016-1578-7
Jackson, W.M., Nesti, L.J., & Tuan, R.S. (2012). Mesenchymal stem cell therapy for attenuation of scar formation during wound healing. Stem Cell Res Ther, 31;3(3), 20. DOI: 10.1186/scrt111. PMID: 22668751; PMCID: PMC3392767. DOI: https://doi.org/10.1186/scrt111
