Регенерації шкіри: біологія процесу та методи його стимуляції

Багато методик у галузі косметології й естетичної медицини травмують шкіру, порушуючи безперервність і цілісність епідермального бар’єру. Звичайно, адекватна оцінка вихідного стану шкіри пацієнта і правильний постпроцедурний догляд дозволяють мінімізувати негативні наслідки ушкоджень, однак практика показує, що не всі фахівці віддають належне цьому факту.

Етапи загоєння шкіри

Загоєння, або регенерація, шкіри є комплексним процесом, що відбувається під впливом різних клітинних компонентів, складових позаклітинного матриксу і самих клітин (кератиноцитів, фібробластів, ендотеліальних клітин, лейкоцитів і нервових клітин). Явище регенерації має декілька стадій: формування фібринового згустку, запалення, клітинна проліферація, ремоделювання тканини (реепітелізація), рубцювання.

Формування фібринового згустку

Більшість ран шкірних покривів призводить до втрати крові внаслідок ушкодження кровоносних судин дерми. У цьому випадку сформований згусток служить тимчасовою захисною структурою, попереджаючи інфікування порушених тканин, а також матриксним формуванням, всередині якого здатні мігрувати клітини для репаративного процесу.

Згусток складається з тромбоцитів, укладених у нитки фібрину, отриманого в результаті ферментативного розщеплення фібриногену тромбіном. Сюди також входить невелика кількість фібронектину плазми, вітронектину і тромбоспондину.

Важливо зазначити, що згусток є резервуаром для цитокінів та факторів росту, які беруть участь у затягуванні рани, спричиняючи транспорт клітин імунної системи до місця ушкодження, ініціюючи процес реепітелізації, формування сполучнотканинних структур, стимулюючи ангіогенез.

Сполучна тканина згустку називається грануляційною тканиною, оскільки крім вищезгаданих компонентів, до неї входять капіляри, що вростають сюди з навколишніх тканин. Судини, досягаючи ранової поверхні, утворюють петлі і знову проникають углиб тканини. Вершини цих петельок мають вигляд червоних зерен, внаслідок чого молода сполучна тканина і називається грануляційною або зернистою.

Клітини імунної системи

Як і згадувалося вище, клітини імунної системи – нейтрофіли та моноцити – залучаються до місця ушкодження великою кількістю хімічних сигналів. Такі сигнали включають не тільки фактори росту, що виділяються тромбоцитами, але і розщеплені пептиди оболонки бактерій – формил-метіоніл-пептиди, продукти протеолізу фібрину та інших матричних компонентів.

Як нейтрофіли, так і моноцити реагують на молекулярні зміни, які відбуваються на поверхні ендотеліальних клітин, що вистилають капіляри в зоні рани. Завдяки взаємодії з білками класу селектину та інтегринів, розташованих на клітинній мембрані ендотеліальних клітин, нейтрофіли й моноцити здатні до певної адгезії між собою та діапедезу через стінки кровоносних судин в екстраваскулярний простір.

У нормі нейтрофіли проникають до місця ранової поверхні через кілька хвилин після пошкодження. Раніше роль нейтрофілів зводилася лише до нейтралізації бактерій, що контамінують рану, але останні дослідження стверджують, що ці клітини також є джерелом прозапальних цитокінів, що активують фібробласти і кератиноцити.

Реепітелізація

У неушкодженої шкіри шар базальних кератиноцитів прикріплений до базальної мембрани. Кератиноцити прикріплюються до ламініну в базальній мембрані за допомогою інтегринів α6β4, що входять до складу напівдесмосом. При пошкодженні шкіри запускається процес так званої реепітелізації, під час якого тип контактів розпадається, і кератиноцити експресують новий вид інтегринів (зокрема, рецептори до α5β1 і αvβ6-фібронектину й тенасцину та рецептор до α6β5-вітронектину), що дозволяє клітинам мігрувати нижньою поверхнею рани. Через кілька годин такої міграції настає фаза проліферативного вибуху, тобто активного поділу кератиноцитів для заповнення епідермального бар’єру.

Якщо пошкодження шкіри настільки глибоке, що видаленими виявляються волосяні фолікули, волосся не відновлюється. Але в тому випадку, якщо в шкірі залишається хоча б невелика частина волосяного фолікула, то не тільки волосся здатне до відновлення, але і стовбурові клітини фолікула сприяють відновленню епідермісу.

Але, повертаючись до кератиноцитів, що мігрують і активно діляться, важливо зазначити, що для того щоб очистити собі шлях до поверхні рани, кератиноцитам необхідно розчинити бар’єр фібринового згустку. Синтез головного фібринолітичного ферменту плазміну, а також низки матриксних металопротеїназ, кожна з яких ріже певний тип матриксних білків, регулюється мігруючими кератиноцитами.

Щойно нижня поверхня рани заповнюється моношаром кератиноцитів, зупиняється епідермальна міграція та синтез протеаз і формується повноцінний багатошаровий епідерміс.

У період загоєння ранової поверхні важлива роль відводиться також дермальним фібробластам, які після перших годин ушкодження здатні до активного поділу та подальшої міграції до зони згустку для синтезу колагенового матриксу.

Рубцювання

При глибоких пошкодженнях шкіри в міру вироблення фібробластами колагенових волокон останні витісняють решту тканинних елементів, клітин стає все менше, судини практично зникають. У результаті формується рубцева тканина, що є пучками грубих колагенових волокон з розташованими серед них нечисленними клітинами і судинами.

Формування сполучнотканинної структури рани дуже відрізняється при регенерації шкіри в ембріона та дорослої людини. Так, в ембріона практично не буває появи рубцевої тканини при загоєнні рани. Регенерація відбувається чудово. Безліч молекулярно-біологічних досліджень було проведено для виявлення причини цього феномена. Дослідники стверджують, що такий ефект спричинений діяльністю трансформуючих факторів росту β1 та β2 (TGF-β1 та β2), які в ембріона експресуються тимчасово та незначною мірою, у той час як у пошкодженій шкірі у дорослого синтезуються у великій кількості протягом усього загоєння та навіть довше. Відомо, що велика кількість TGF-β1 та β2 призводить до патологічних фіброзних змін у нирках, печінці та легенях, і ось зараз доведено, що й у шкірі.

Регенеративна медицина

Шкіра є ідеальною моделлю для замісної терапії, оскільки містить один з добре охарактеризованих типів дорослих стовбурових клітин – кератиноцитів. Дорослі соматичні клітини здатні чудово приживатися і давати початок новим клітинам, особливо в тому випадку, якщо пересаджені індивідууму, у якого були взяті. Це знижує ризик відторгнення, а також є більш прийнятним з етичних міркувань.

Дорослі стовбурові клітини живуть і займають певну нішу, де зазнають впливу різних сигналів, даючи таким чином початок новим клітинам, здатним до регенерації та репарації тканини.

Однією з найпривабливіших сторін використання клітин шкіри з метою регенеративної медицини є здатність кератиноцитів до відокремленого поділу в лабораторних умовах. Клітини, які утримуються за умов первинної культури, мають величезний потенціал до проліферації, оскільки здатні переживати сотні пасажів без ознак старіння. Саме тому можливість утримувати й вирощувати кератиноцити на живильних середовищах призвела до можливості використання таких клітин у біорепаративному лікуванні, як, наприклад, у разі підсадження вирощених клітин на пошкоджену при опіках шкіру.

На жаль, у цієї методики є й деякі недоліки – наприклад, той факт, що отримані з таких дорослих стовбурових клітин ділянки шкіри не мають волосяних фолікулів, потових та сальних залоз, а також нервових закінчень і кровоносних судин.

На сьогодні досі відкрито питання про те, чи є в шкірі мультипотентні стовбурові клітини, здатні дати початок придаткам шкіри? А всі спроби виділити з первинної культури кератиноцитів мультипотентні стовбурові клітини поки що не мали успіху. Попри це останні наукові дані свідчать, що деякі клітини в первинній культурі кератиноцитів мають набагато більшу проліферативну активність, ніж, наприклад, інші кератиноцити цієї культури. До того ж вони мають більшу кількість інтегрину β1 та високий ступінь спорідненості з рецепторами до фібронектину й колагену IV, припускаючи їх тісний взаємозв’язок з базальною мембраною епідермісу.

Іншим джерелом мультипотентних стовбурових клітин шкіри є волосяні фолікули. На сьогодні дослідники сфокусували свою увагу на групі клітин, що називаються волосяними зачатками. Вони розташовані на самому дні волосяної цибулини й часто випадали з поля зору фахівців. Поки що про цей тип клітин відомо небагато, проте вчені припускають, що волосяні зачатки виникають із клітин основи волосяної цибулини наприкінці фази деструкції циклу розвитку волосся. Було виявлено, що регенерація волосяного фолікула є двоступеневим процесом. Клітини волосяного зачатку, що постійно контактують із дермальним сосочком, активуються першими, а за ними прокидаються і клітини основи волосяної цибулини. Активуючим сигналом є фактор росту FGF7, джерело якого – дермальний сосочок.

Стовбурові клітини волосяного фолікула служать для регенерації не тільки волосся, а також і епідермісу. При пораненні шкіри ці стовбурові клітини здатні мігрувати до місця ушкодження та брати участь у процесі реепітелізації й формування сальних і потових залоз.

Крім стовбурових клітин кератиноцитів та волосяного фолікула, логічним у біоінженерних цілях для репарації шкіри було б використовувати стовбурові клітини кісткового мозку. Відомо, що кістковий мозок містить попередники клітин імунної системи, а також мультипотентні стовбурові клітини. Якщо правильно підібрати умови росту мультипотентних клітин кісткового мозку, то вони зможуть дати початок новим клітинам шкіри. До того ж, оскільки кістковий мозок є ключовим органом кровотворної системи, в ньому міститься низка гормонів, у тому числі гранулоцит-моноцит-колонієстимулюючий фактор, який, як відомо, допомагає при загоєнні ран. Роботи з пересадки стовбурових клітин кісткового мозку для загоєння шкіри зараз ведуться дуже активно і в майбутньому, швидше за все, знайдуть широке застосування.

Висновок

Фізіологічні здібності нашої шкіри до регенерації є унікальними за своєю природою. У рановій поверхні шкіри перебігає дійсно  чудотворний процес – створюється «коктейль» біологічно активних сполук, відбувається формування нового епідермісу, розподіл фібробластів, синтез сполучної тканини тощо.

Розуміння процесу регенерації шкіри на теперешній час вивчено достатньо добре. Воно лежить в основі безлічі лікувальних і косметологічних процедур, які сьогодні користуються неймовірною популярністю.

Але які невирішені питання все ж таки залишаються? На що слід звернути увагу у майбутніх наукових дослідженнях? По-перше, звичайно ж, це – репарація шкіри при глибоких травмах та опіках, а саме можливість регенерувати шкіру, зокрема також її придатки (волосяні фолікули, сальні та потові залози, нервові закінчення), а також можливість формування шкірних шарів (епідерміс, дерма, гіподерму). Крім того, важливим завданням є пошук методик, що сприяють загоєнню ран на кшталт механізму репарації шкірних покривів у ембріонів – без рубцювання. Така регенерована шкіра має виконувати всі функції нормальної шкіри: формування захисного бар’єру, захист від ультрафіолетового випромінювання, терморегуляцію, механічну й естетичну функції.

---

За матеріалами Les Nouvelles Esthetiques Україна