Хронические раны — это повреждения кожных покровов, не заживающие самостоятельно в течение ожидаемого клинического периода. Их терапия включает различные методы: специализированные раневые повязки, хирургические вмешательства (например, кожная пластика аутографтами и перемещение лоскутов собственной кожи пациента) либо использование биоинженерных заменителей кожи.
Разработка биоинженерной кожи была обусловлена острой клинической необходимостью закрытия обширных ожоговых поверхностей у пациентов с дефицитом донорских зон для аутотрансплантации. В настоящее время биоинженерные эквиваленты кожи также широко применяются в терапии различных хронических ран с целью ускорения эпителизации, снижения риска инфицирования и достижения оптимального косметического результата.
Что такое биоинженерная кожа?
Биоинженерная кожа состоит из наружного эпидермального и/или дермального слоя (слой между эпидермисом и подкожно-жировой клетчаткой), интегрированного в бесклеточный матрикс (каркасную основу), формируя биологический кожный эквивалент.
Эта искусственно созданная ткань может культивироваться как из собственных клеток пациента (аутологичный материал), так и из аллогенных (донорских) источников. Большинство коммерческих биоинженерных препаратов представляют собой клеточные пласты, полученные из крайней плоти новорожденных (аллогенный материал). Неонатальная крайняя плоть используется по следующим причинам:
- Доступность источника биоматериала (получение при плановом обрезании у здоровых новорожденных);
- Высокая концентрация стволовых клеток эпидермальных кератиноцитов;
- Выраженный пролиферативный потенциал и высокая метаболическая активность клеток;
- Крайне низкая частота развития аллергических и иммунных реакций отторжения.
Механизм действия биоинженерной кожи
Биоинженерная кожа разработана для временного замещения барьерных и структурных функций эпидермиса и/или дермы до спонтанного восстановления кожного барьера пациента либо до выполнения окончательной реконструкции методом аутодермопластики или применения культивированных эквивалентов.
Считается, что биоинженерная кожа стимулирует заживление ран благодаря внесению пула жизнеспособных клеток, которые воссоздают микроокружение, необходимое для репарации, обеспечивая:
- Влажную раневую среду;
- Механическую и структурную поддержку;
- Секрецию цитокинов и факторов роста, стимулирующих иммунный ответ, ангиогенез и тканевую регенерацию.
Ключевые характеристики идеального биосинтетического заменителя кожи:
- Быстрая и стабильная адгезия к раневому ложу;
- Непроницаемость для бактериальной флоры;
- Паропроницаемость, сопоставимая со здоровой кожей;
- Архитектоника внутренней поверхности, способствующая миграции, пролиферации клеток и прорастанию грануляционной ткани;
- Эластичность и податливость для конформного прилегания к неровным контурам раны;
- Биодеградируемость;
- Доступная стоимость;
- Длительный срок хранения;
- Минимальные требования к условиям хранения;
- Ареактивность (отсутствие антигенных свойств, предотвращающее иммунное отторжение организмом хозяина);
- Отсутствие местной и системной токсичности.
Сравнение биоинженерной кожи с традиционной кожной пластикой
Биоинженерные кожные заменители являются готовыми к применению синтетическими и биологическими альтернативами аутотрансплантатам. Их преимущества включают:
- Меньшая выраженность болевого синдрома по сравнению с аутодермопластикой;
- Снижение частоты хирургических осложнений;
- Постоянная доступность в требуемом объеме;
- Возможность применения в амбулаторных условиях;
- Минимальный риск перекрестного инфицирования;
- Отсутствие необходимости формирования донорской раны и ожидания ее эпителизации.
Показания к применению
Тканеинженерные эквиваленты кожи рассматриваются как альтернатива аутотрансплантации при следующих патологиях:
- Трофические язвы голеней на фоне хронической венозной недостаточности;
- Синдром диабетической стопы (язвенные дефекты);
- Ишемические язвы при заболеваниях периферических артерий;
- Язвенно-некротические поражения при васкулитах;
- Пролежни;
- Тяжелые термические ожоги;
- Буллезный эпидермолиз;
- Гангренозная пиодермия;
- Системная склеродермия (склеродермические язвы);
- Реконструктивно-пластические операции на молочной железе;
- Острые хирургические дефекты, например после иссечения злокачественных новообразований кожи.
Коммерческие препараты биоинженерной кожи
В таблице ниже представлены биоинженерные кожные заменители, доступные на рынках США и/или стран Европы.
Препарат | Описание | Показания, одобренные FDA США | Применение не по прямому назначению (off-label) | Конкурентные преимущества | Недостатки | |
|---|---|---|---|---|---|---|
Alloderm® [LifeCell Inc., США] | Донорская трупная ткань, обработанная до состояния бесклеточного дермального матрикса с последующей лиофилизацией. Служит каркасом для ремоделирования собственных тканей. Коллагеновый остов обеспечивает прочность и лишен антигенных клеточных компонентов, вызывающих отторжение. Срок контакта: постоянный. В Австралии доступен в индивидуальном порядке. | Ожоги, полнослойные раневые дефекты | Модификации (Cymetra™, Repliform™) применяются для контурной пластики мягких тканей в пластической хирургии, гинекологии, стоматологии и урологии | Не вызывает отторжения; отсутствие случаев передачи вирусных инфекций более чем на 100 000 применений; срок годности 2 года | Отсутствие клеточных компонентов | |
Apligraf® [Organogenesis Inc., США] | Культивированный двухслойный эквивалент кожи человека. Верхний слой состоит из живых жизнеспособных кератиноцитов человека. Нижний дермальный слой образован фибробластами человека в сочетании с бычьим коллагеном I типа. По кинетике клеточной пролиферации структура аналогична нативной коже. Контакт постоянный. Доступен в Австралии только в рамках клинических исследований. | Венозные и диабетические язвы | Буллезный эпидермолиз; описаны случаи применения при рецидивирующих грыжах, реконструкции брюшной стенки, ожогах и пролежнях | Воспроизводит функции дермы; поставляется в криоконсервированном виде | Короткий срок годности (5 дней); сложная логистика транспортировки и применения | |
Celaderm™ [Celadon Science LLC, США] | Аллотрансплантат, содержащий метаболически активные кератиноциты, полученные из эпителия крайней плоти новорожденных. Клетки не способны к дальнейшей пролиферации. | Не зарегистрированы | Пограничные и глубокие ожоги, венозные язвы | Срок годности >6 месяцев; относительно невысокая стоимость; положительные результаты пилотных испытаний | Не имеет одобрения FDA | |
Dermagraft® [Smith & Nephew Inc., США] | Однослойный биосинтетический дермальный эквивалент: аллогенные неонатальные фибробласты, культивированные на рассасывающейся полиглактиновой сетке. В процессе культивирования клетки секретируют матриксные белки (коллаген человека, факторы роста), образуя трехмерную структуру. Контакт постоянный. Зарегистрирован в Великобритании и Канаде. | Диабетические язвы стопы; язвенные дефекты при буллезном эпидермолизе | Нет данных | Имитирует функции дермы; хранится в криоконсервированном состоянии | Сложная логистика; ограниченный срок стабильности после размораживания | |
Epicel® [Genzyme Biosurgery, США] | Культивированные эпидермальные аутотрансплантаты (КЭА), полученные из собственных кератиноцитов пациента после биопсии здоровой кожи. Поставляются в виде клеточных пластов, фиксированных на марле с вазелином хирургическими клипсами. Контакт постоянный. | Глубокие дермальные и субфасциальные ожоги; гигантские врожденные невусы | Нет данных | Аутологичные клетки; отсутствие риска иммунного отторжения; высокая частота приживления | Хрупкость трансплантата; индивидуальное изготовление (длительный срок культивирования); срок годности 24 часа; посредственные эстетические результаты | |
Endoform® Dermal Template [Aroa Biosurgery, Новая Зеландия] | Ксеногенный внеклеточный матрикс (ВКМ), содержащий комплекс нативных биомолекул. Служит матриксом и источником сигнальных молекул для регенерации. Стимулирует миграцию клеток реципиента, ангиогенез и ингибирует избыточную протеолитическую активность. Аппликации проводятся 1 раз в неделю в течение 6–12 недель. | Диабетические, венозные, артериальные и декубитальные язвы; раны неполной и полной толщины; хирургические, посттравматические и свищевые дефекты | Нет данных | Ингибирует матриксные металлопротеиназы (ММП); ускоряет репарацию; экономичен; не требует подшивания; срок годности 3 года | Противопоказан при некупированной инфекции, остром воспалении, профузном кровотечении или выраженной экссудации; не показан при ожогах III степени | |
EZ Derm™ [Brennen Medical Inc., США] | Ксенотрансплантат из коллагена дермы свиньи, химически модифицированный альдегидным сшиванием для увеличения механической прочности и устойчивости к биодеградации. | Ожоги II степени, трофические венозные, диабетические и декубитальные язвы | Нет данных | Длительный срок хранения при комнатной температуре | Риск иммунного ответа и потенциальной передачи ксеногенных инфекций | |
Integra® [Integra LifeSciences Corp., США] | Двухслойная мембранная система: пористый матрикс из волокон бычьего сухожильного коллагена и гликозаминогликана (хондроитин-6-сульфата), покрытый временным эпидермальным слоем из полисилоксана (силикона) для контроля влагопотери. Постоянная интеграция дермального слоя. Доступен в Австралии. | Глубокие дермальные и полнослойные ожоги | Нет данных | Двухслойная архитектоника; выраженная барьерная функция; доказанный опыт применения более чем у 10 000 пациентов; достаточный срок хранения | Необходимость второго хирургического этапа для удаления силиконовой мембраны с последующей пластикой расщепленным аутодермографтом | |
Laserskin® [Fidia Advanced Biopolymers, Италия] | Биодеградируемый матрикс на основе бензилового эфира гиалуроновой кислоты с упорядоченными микроперфорациями, выполненными лазером, для прорастания аутологичных кератиноцитов. Клетки выделяются из биоптата кожи пациента и высеваются непосредственно на мембрану. Переносится в рану без повреждения базальной мембраны. Контакт постоянный. Доступен в Европе. | Не зарегистрирован в США | Пограничные ожоги, трофические венозные и декубитальные язвы, витилиго | Аутологичный материал; отсутствие реакции отторжения; высокий процент постоянного приживления | Срок годности 48 часов после культивирования; индивидуальное изготовление; механическая хрупкость | |
Oasis® [Healthpoint, США] | Бесклеточный эквивалент дермы, полученный из подслизистой оболочки тонкой кишки свиньи. Представляет собой бесклеточный коллагеновый каркас, стимулирующий ремоделирование собственных тканей пациента. | Полнослойные и неполнослойные дефекты при пролежнях, венозных и диабетических язвах, ожогах | Нет данных | Срок годности 1,5 года | Потенциальный риск аллергических и иммунных реакций на ксеногенный белок | |
OrCel® [Ortec International Inc., США] | Двухслойный живой кожный эквивалент: аллогенные кератиноциты и фибробласты человека (из крайней плоти новорожденных), культивированные в пористой губке из бычьего коллагена. Контакт постоянный. | Реконструктивные операции на кисти у пациентов с рецессивным дистрофическим буллезным эпидермолизом; эпителизация донорских зон после взятия расщепленных аутотрансплантатов у ожоговых больных | Венозные и диабетические язвенные дефекты | Имитирует цитокиновый профиль физиологически заживающей раны; срок хранения 9 месяцев в криобанке | Требует строгого соблюдения условий криоконсервации | |
TransCyte® [Smith & Nephew Inc. / Advanced Tissue Sciences, США] | Временный двухслойный синтетический заменитель кожи: аллогенные фибробласты человека, культивированные на нейлоновой сетке, покрытой тонкой силиконовой мембраной (синтетический эпидермис). Контакт временный. Зарегистрирован в Австралии. | Полнослойные и пограничные ожоги кожи | Нет данных | Срок годности 1,5 года в замороженном состоянии | Требуется обязательное последующее удаление силиконовой пленки | |
Экономические аспекты
Хотя прямая стоимость коммерческих биоинженерных аналогов кожи существенно превышает стоимость стандартных перевязочных материалов, фармакоэкономический анализ демонстрирует общую экономическую эффективность технологии за счет сокращения сроков заживления ран, уменьшения частоты инвалидизации и снижения продолжительности стационарного лечения.
Этические аспекты
При планировании терапии кожными эквивалентами необходимо учитывать следующие этические и религиозные факторы:
- Использование донорских органов или тканей животных может быть неприемлемо для ряда этнических и конфессиональных групп, веганов, вегетарианцев и защитников прав животных;
- Теоретический риск трансмиссии вирусных агентов и прионных инфекций, а также вопросы использования клеточных линий, полученных от новорожденных доноров.
Перед началом лечения лечащий врач обязан подробно проинформировать пациента о составе препарата для получения добровольного информированного согласия.
Безопасность
Согласно результатам рандомизированных контролируемых клинических исследований, биоинженерные кожные эквиваленты обладают профилем безопасности, сопоставимым со стандартными методами комбустиологической и хирургической помощи.
Противопоказания
Препарат Apligraf® противопоказан в следующих ситуациях:
- Клинически манифестная инфекция в ране;
- Доказанная гиперчувствительность к бычьему коллагену;
- Аллергические реакции на компоненты транспортной агарозной среды препарата.
Препарат Dermagraft® противопоказан в следующих случаях:
- Наличие признаков активного инфекционного процесса в ране;
- Наличие глубоких свищевых ходов и затеков в области язвы;
- Подтвержденная гиперчувствительность к продуктам бычьего происхождения.
Нерешенные вопросы и перспективы развития
Развитие клеточных и биотехнологий открывает новые возможности в создании кожных эквивалентов. В частности, активное развитие получает трехмерная биопечать (3D-биопринтинг) — метод аддитивного нанесения биологических гидрогелей и клеточных суспензий с целью точного пространственного моделирования живых тканей.
В академической среде продолжаются дискуссии по следующим вопросам:
- Обеспечивает ли комбинация с дермальным матриксом клиническое преимущество по сравнению с изолированным применением пластов аутологичных кератиноцитов?
- Повышает ли внесение кератиноцитов эффективность изолированного дермального эквивалента на основе фибробластов?
- В какой степени циклы криоконсервации, оттаивания и отмывки повреждают клетки или приводят к элюции эндогенных факторов роста, необходимых для репарации?