Регенерации кожи: биология процесса и методы его стимуляции

Многие методики в области косметологии и эстетической медицины травмируют кожу, нарушая непрерывность и целостность эпидермального барьера. Конечно, адекватная оценка исходного состояния кожи пациента и правильный постпроцедурный уход позволяют минимизировать негативные последствия повреждений, однако практика показывает, что не все специалисты отдают должное этому факту. 

Этапы заживления кожи

Заживление, или регенерация, кожи является комплексным процессом, проходящим под влиянием различных клеточных компонентов, составных внеклеточного матрикса и самих клеток (кератиноцитов, фибробластов, эндотелиальных клеток, лейкоцитов и нервных клеток). Явление регенерации включает в себя несколько стадий: формирование фибринового сгустка, воспаление, клеточная пролиферация, ремоделирование ткани (реэпителизация), рубцевание.

Формирование фибринового сгустка

Большинство ран кожных покровов приводит к потере крови вследствие повреждения кровеносных сосудов дермы. В этом случае сформированный сгусток служит временной защитной структурой, предупреждая инфицирование затронутых тканей, а также является матриксным формированием, внутри которого способны мигрировать клетки для репаративного процесса.

Сгусток состоит из тромбоцитов, заключенных в нити фибрина, полученного в результате ферментативного разщепления фибриногена тромбином. Сюда также входит небольшое количество фибронектина плазмы, витронектина и тромбоспондина.

Важно отметить, что сгусток является резервуаром для цитокинов и факторов роста, которые принимают участие в затягивании раны, вызывая транспорт клеток иммунной системы к месту повреждения, инициируя процесс реэпителизации, формирования соединительнотканных структур, стимулируя ангиогенез.

Соединительная ткань сгустка называется грануляционной тканью, поскольку помимо вышеуказанных компонентов, в нее входят капилляры, врастающие сюда из окружающих тканей. Сосуды, достигая раневой поверхности, образуют петли и снова проникают вглубь ткани. Вершины этих петелек имеют вид красноватых зерен, вследствие чего молодая соединительная ткань и называется грануляционной или зернистой.

Клетки иммунной системы

Как и упоминалось выше, клетки иммунной системы – нейтрофилы и моноциты – привлекаются к месту повреждения большим числом химических сигналов. Такие сигналы включают в себя не только факторы роста, выделяемые тромбоцитами, но и расщепленные пептиды оболочки бактерий – формил-метионил-пептиды, продукты протеолиза фибрина и других матричных компонентов.

Как нейтрофилы, так и моноциты реагируют на молекулярные изменения, которые происходят на поверхности эндотелиальных клеток, выстилающих капилляры в зоне раны. Благодаря взаимодействию с белками класса селектина и интегринов, расположенных на клеточной мембране эндотелиальных клеток, нейтрофилы и моноциты способны к некоторой адгезии между собой и диапедезу (см. словарь) через стенки кровеносных сосудов в экстраваскулярное пространство.

В норме нейтрофилы проникают к месту раневой поверхности через несколько минут после повреждения. Ранее роль нейтрофилов сводилась лишь к нейтрализации контаминирующих рану бактерий, но последние исследования утверждают, что данные клетки также являются источником провоспалительных цитокинов, активирующих фибробласты и кератиноциты.

Реэпителизация

В неповрежденной коже слой базальных кератиноцитов прикреплен к базальной мембране. Кератиноциты прикрепляются к ламинину в базальной мембране с помощью интегринов α6β4, входящих в состав полудесмосом. При повреждении кожи запускается процесс так называемой реэпителизации, при которой данный тип контактов распадается, и кератиноциты экспрессируют новый вид интегринов (в частности, рецепторы к α5β1 и αvβ6-фибронектину и тенасцину и рецептор к α6β5-витронектину), что позволяет клеткам мигрировать по нижней поверхности раны. Через несколько часов такой миграции наступает фаза «пролиферативного взрыва», то есть активного деления кератиноцитов для восполнения эпидермального барьера.

Если повреждение кожи настолько глубоко, что удаленными оказываются волосяные фолликулы, то волос не восстанавливается. Но в том случае, если в коже остается хотя бы небольшая часть волосяного фолликула, то не только волос способен к восстановлению, но и стволовые клетки фолликула способствуют восстановлению эпидермиса.

Но, возвращаясь к мигрирующим и активно делящимся кератиноцитам, важно отметить, что для того чтобы очистить себе путь к поверхности раны, кератиноцитам необходимо растворить барьер фибринового сгустка. Синтез главного фибринолитического фермента плазмина, а также ряд матриксных металлопротеиназ, каждая из которых режет определенный тип матриксных белков, регулируется мигрирующими кератиноцитами.

Как только нижняя поверхность раны заполняется монослоем кератиноцитов, останавливается эпидермальная миграция и синтез протеаз и формируется полноценный многослойный эпидермис.

В период заживления раневой поверхности важная роль отводится также дермальным фибробластам, которые после первых часов повреждения способны к активному делению и последующей миграции в зону сгустка для синтеза коллагенового матрикса.

Рубцевание

При глубоких повреждениях кожи по мере выработки фибробластами коллагеновых волокон последние вытесняют все другие тканевые элементы, клеток становится все меньше, сосуды практически исчезают. В результате формируется рубцовая ткань, представляющая собой пучки грубых коллагеновых волокон с расположенными среди них немногочисленными клетками и сосудами.

Формирование соединительнотканной структуры раны очень отличается при регенерации кожи у эмбриона и взрослого человека. Так, у эмбриона практически не бывает появления рубцевой ткани при заживлении раны. Регенерация проходит превосходно. Множество молекулярно-биологических исследований было проведено для выявления причины данного феномена. Исследователи утверждают, что такой эффект вызван деятельностью трансформирующих факторов роста β1 и β2 (TGF-β1 и β2), которые у эмбриона экспрессируются временно и в незначительной степени, в то время как в поврежденной коже у взрослого синтезируются в большом количестве на протяжении всего заживления и даже дольше. Известно, что большое количество TGF-β1 и β2 приводит к патологическим фиброзным изменениям в почках, печени и легких, и вот сейчас доказано, что и в коже.

Регенеративная медицина

Кожа представляет собой идеальную модель для заместительной терапии, поскольку содержит один из хорошо охарактеризованных типов взрослых стволовых клеток – кератиноцитов. Взрослые соматические клетки способны прекрасно приживаться и давать начало новым клеткам, особенно в том случае, если пересажены индивидууму, у которого были взяты. Это снижает риск отторжения, а также более приемлемо по этическим соображениям.

Взрослые стволовые клетки живут и занимают определенную нишу, где поддаются воздействию различных сигналов, давая, таким образом, начало новым клеткам, способным к регенерации и репарации ткани.

Одной из самых привлекательных сторон использования клеток кожи в целях регенеративной медицины является способность кератиноцитов к обособленному делению в лабораторных условиях. Клетки, которые удерживаются в условиях первичной культуры, имеют огромный потенциал к пролиферации, поскольку способны переживать сотни пассажей без признаков старения. Именно поэтому возможность содержать и выращивать кератиноциты на питательных средах привела к возможности использования таких клеток в биорепаративном лечении, как, например, при подсаживании выращенных клеток на поврежденную при ожогах кожу.

К сожалению, у данной методики есть и некоторые недостатки – например, тот факт, что полученные из таких взрослых стволовых клеток участки кожи не имеют волосяных фолликулов, потовых и сальных желез, а также нервных окончаний и кровеносных сосудов.

На сегодняшний день все еще открыт вопрос о том, присутствуют ли в коже мультипотентные стволовые клетки, способные дать начало придаткам кожи? А все попытки выделить из первичной культуры кератиноцитов мультипотентные стволовые клетки пока не увенчались успехом. Несмотря на это, последние научные данные свидетельствуют, что некоторые клетки в первичной культуре кератиноцитов имеют намного большую пролиферативную активность, чем, например, другие кератиноциты этой культуры. К тому же они имеют большее количество интегрина β1 и высокую степень сродства с рецепторами к фибронектину и коллагену IV, предполагая их тесную взаимосвязь с базальной мембраной эпидермиса.

Другим источником мультипотентных стволовых клеток кожи являются волосяные фолликулы. В настоящее время исследователи сфокусировали свое внимание на находящейся на самом дне волосяной луковицы группе клеток, часто выпадавших из поля зрения специалистов и называемых волосяными зачатками. Пока об этом типе клеток известно немного, однако ученые предполагают, что волосяные зачатки возникают из клеток основания волосяной луковицы в конце фазы деструкции цикла развития волоса. Было обнаружено, что регенерация волосяного фолликула представляет собой двухступенчатый процесс. Клетки волосяного зачатка, постоянно контактирующие с дермальным сосочком, активируются первыми, а за ними пробуждаются и клетки основания волосяной луковицы. Активирующим сигналом является фактор роста FGF7, источник которого – дермальный сосочек.

Стволовые клетки волосяного фолликула служат не только для регенерации самого волоса, а также и эпидермиса. При ранении кожи эти стволовые клетки способны мигрировать к месту повреждения и участвовать в процессе реэпителизации и формирования сальных и потовых желез.

Кроме стволовых клеток кератиноцитов и волосяного фолликула, логичным в биоинженерных целях для репарации кожи было бы использовать стволовые клетки костного мозга. Известно, что костный мозг содержит предшественники клеток иммунной системы, а также мультипотентные стволовые клетки. Если правильно подобрать условия роста мультипотентных клеток костного мозга, то они смогут дать начало новым клеткам кожи. К тому же, поскольку костный мозг является ключевым органом кроветворной системы, в нем содержится ряд гормонов, в том числе гранулоцит-моноцит- колониестимулирующий фактор, который, как известно, помогает при заживлении ран. Работы по пересадке стволовых клеток костного мозга для заживления кожи сейчас ведутся очень активно и в будущем, скорее всего, найдут широкое применение.

Заключение

Физиологические способности нашей кожи к регенерации уникальны по своей природе. В раневой поверхности кожи проходит поистине чудотворный процесс – создается «коктейль» биологически активных соединений, идет формирование нового эпидермиса, деление фибробластов, синтез соединительной ткани и т. д.

Понимание процесса регенерации кожи на сегодняшний день изучено достаточно хорошо. Оно лежит в основе множества лечебных и косметологических процедур, которые сегодня пользуются неимоверной популярностью.

Но какие все-таки нерешенные вопросы остаются? На что нужно обратить внимание в будущих научных исследованиях? Во-первых, конечно же, это – репарация кожи при глубоких травмах и ожогах, а именно возможность регенерировать кожу, включая ее придатки (волосяные фолликулы, сальные и потовые железы, нервные окончания), а также возможность формирования кожных слоев (эпидермис, дерма, гиподерма). Помимо всего этого, важным заданием является поиск методик, способствующих заживлению ран по подобию механизма репарации кожных покровов у эмбрионов – без рубцевания. Такая регенерированная кожа должна выполнять все функции нормальной кожи: формирование защитного барьера, защиту от УФ-излучения, терморегуляцию, механическую и эстетическую функции.

---

По материалам Les Nouvelles Esthetiques Україна