CC BY
0ПРАВА ЧЕЛОВЕКА
NIM ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ IM
Группа научных специальностей:
Клиническая медицина Шифр научной специальности:
3.1.33
УДК 61
ВЛАДИМИРОВА Анастасия Андреевна,
Ассистент, Саратовский государственный медицинский университет, e-mail: [email protected]
КИВИСТИК Софья Владимировна,
Студент,
Саратовский государственный медицинский университет, e-mail: [email protected]
МАККАЕВА Алина Ислановна,
Студент,
Саратовский государственный медицинский университет, e-mail: [email protected]
ЛОМАКИНА Анна Алексеевна,
Ассистент, Саратовский государственный медицинский университет, e-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ РАНЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ХИТОЗАНА НА ПРОЛИФЕРАЦИЮ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
АННОТАЦИЯ. Хронические раны, вызванные различными заболеваниями (сахарный диабет, венозные заболевания и т. д.), ожоги, механические нарушения целостности ткани были и остаются социальной и медицинской проблемой. Регенеративная медицина - одно из относительно новых направлений в современной медицине, в котором применяются уникальные методы лечения для решения подобных проблем. Суть регенеративной медицины заключается в восстановлении повреждённой ткани с использованием донорских или собственных стволовых клеток человека. Хи-тозан - природный биополимер, материалы на основе которого помогают создать оптимальные условия для пролиферации молодых клеток и ускоренной регенерации. Цель исследования - выявление преимуществ и недостатков применения биополимера хитозана в современной медицине.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: раневые материалы, хитозан, стволовые клетки, регенеративная медицина.
VLADIMIROVA Anastasia Andreevna,
Assistant,
Saratov State Medical University
KIVISTIK Sofia Vladimirovna,
Student,
Saratov State Medical University
MAKKAEVA Alina Islanovna,
Student,
Saratov State Medical University
LOMAKINA Anna Alekseevna,
Аssistant,
Saratov State Medical University
I MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM MM Ml MM MM MM Ml MM M
EFFECT OF WOUND MATERIALS FROM CHITOSAN ON STEM CELL PROLIFERATION
ANNOTATION. Chronic wounds caused by various diseases (diabetes mellitus, venous diseases, etc.), burns, mechanical violations of tissue integrity have been and remain a social and medical problem. Regenerative medicine is one of the relatively new innovations in modern medicine, which uses unique treatment methods to solve same problems. The essence of regenerative medicine is the restoration of damaged tissue using donor or a person's own stem cells. Chitosan is a natural biopolymer, materials based on which make it possible to create optimal conditions for the proliferation of young cells and accelerated regeneration. The purpose of the study is to identify the advantages and disadvantages of using chitosan biopolymer in modern medicine.
KEY WORDS: wound materials, chitosan, stem cells, regenerative medicine.
При механическом повреждении в процессе заживления нормальное количество стволовых клеток (СК) в камбиальном участке ткани обеспечивает замещение погибших клеток без образования фиброзной ткани (рубца).
Окружающие зону повреждения клетки выделяют интерлейкины - клеточные ростовые и колониестимулирующие факторы, которые выборочно интенсифицируют пролиферацию и диф-ференцировку камбиальных клеток. Каждая клетка в определённый момент дифференци-ровки имеет свой набор поверхностный рецепторов, обеспечивающих узнавание конкретных интерлейкинов и адекватную реакцию на них. После окончания дифференцировки продукция интерлейкинов тканью прекращается [1, с. 74].
На стимуляцию пролиферации СК и регенерации тканей может влиять присутствие гиалуро-новой кислоты (адсорбирует воду и создаёт оптимальные условия для клеточных делений), повышение уровня ионов Ca2+ и Mg2+ (влияет на межклеточные взаимодействия), постоянное пополнение популяции СК и другие факторы [1, с. 79]. В регенеративной медицине с целью создания оптимальных условий для заживления повреждённой ткани используются специализированные раневые покрытия, обладающие адсорбирующими, бактерицидными, гомеостатиче-скими и другими ценными свойствами. В нашей работе рассматриваются подобные материалы на основе природного биополимера хитозана.
На заживление повреждённой ткани действуют многие факторы. Ускорить этот процесс можно путём использования специализированных раневых материалов, которые должны быть стабильными, биоразлагаемыми, обладать гемо-статическими свойствами и способностью к адсорбированию экссудата и др. [2, с. 2].
Хитозан (2-амино-2-дезокси-р^-глюкан) представляет собой полимерное соединение животного или грибного происхождения, является деацитилированным производным хитина.
По строению хитозан напоминает целлюлозу и в связи с этим способен как к плёнко-, так и к волокнообразованию - именно в этом заключается одна из причин его применения в медицине. Кроме того, хитозан обладает высокой совместимостью с тканями человека, способностью к биоразложению, гемостатическими и гемокоагулиру-ющими свойствами [3, с. 81].
Чаще всего хитин, из которого и синтезируется хитозан, получают из панцирей ракообразных, покровов насекомых, зелёных водорослей и дрожжей. Главный недостаток применения непосредственно хитина в клинической практике заключается в его плохой растворимости. При синтезе хитозана эта проблема решается путём присоединения аминогрупп [4, с. 453].
Хитозан используется для изготовления раневых покрытий, шовного материала и гемо-статических препаратов. На сегодняшний день выбраны и научно обоснованы оптимальные параметры для производства хитозановых плёнок, применяемых на донорских и других ранах. Данные покрытия обладают доказанной клинической эффективностью. Они состоят из трёх слоёв: нановолоконного слоя хитозана, подкладочного материала и защитного слоя. В частности, в качестве подложки может быть использовано нетканое волокно из смеси вискозы и полиэфира - Спанлейс, а также нетканый материал из пропилена - СпанБел IV [5, с. 17]. Повязки из хитозана обладают адсорбционными свойствами (удерживают раневые выделения) и оказывают на регенерирующие ткани следующие эффекты: иммуномодулирующий, противоопухолевый, бак-териостатический и фунгистатический. Кроме того, хитозан совместим со многими лекарственными препаратами, в числе которых анестетики и антибиотики, и полностью удаляется из организма.
Хитозановые мембраны показывают свою эффективность при лечении ожогов третьей степени: они выполняют роль матриц для пролифе-лирующих СК. Плёнки на основе хитозана спо-
1111 ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ I III II II III 11 II III 11 III II II III II II III 11 III IIII III 11IIII111 III 1111II111IIII111II11111II111IIII111IIII111II111IIII111IIII11 III 111IIII11 III I
собствуют образованию монослоя фибробла-стов, покрывающего рану, а его трёхмерная пространственная структура удерживает клетки и обеспечивает межклеточные взаимодействия [4, с. 454].
На основе хитозана изготавливают гемоста-тические губки: во-первых, они стимулируют активацию тромбоцитов, во-вторых - усиливают агглютинацию. Однако эти материалы пригодны только для достижения локального гемостатиче-ского эффекта, так как адсорбционные способности хитозана ограничены. Губки на его основе демонстрируют максимальную эффективность при скорости кровотечения от 0,25 до 1,25 г/мин, однако этот показатель можно увеличить с помощью добавления наночастиц оксидов металлов [3, с. 83]. По этой причине раневые покрытия на основе хитозана не применяются в раннем послеоперационном периоде: обильное кровотечение вызывает разложение материала и обнажение ран.
Однако при умеренных выделениях из раны хитозан демонстрирует значительные преимущества по сравнению с традиционными антисептическими повязками: заживление происходит быстрее, качество эпителия выше, эпителизация идёт активно и полноценно, снятие с раны осуществляется без повреждения молодой ткани. Пациенты, для лечения которых применяются раневые плёнки на основе хитозана, отмечают гораздо более низкий уровень боли по сравнению с пациентами, лечение которых происходит с использованием традиционных методов [6, с. 84].
Процесс заживления кожи можно разделить на четыре этапа, характеризующиеся последовательной сменой процессов кровотечения, воспаления, пролиферации СК и восстановления исходного состояния тканей. Применение хито-зана и его производных может быть эффективно на первых трёх этапах: соответствующие раневые покрытия способствуют остановке кровотечения, снижают воспаление благодаря бактерицидному эффекту и ускоряют пролиферацию и дифференцировку СК [2, с. 2].
В последнее время в научных работах предлагаются новые стратегии лечения ран на основе комбинирования термочувствительных гидрогелей из хитозана с сфероидами мезенхимальных стволовых клеток (МСК) [7, с. 21015]. Сочетая в себе упругость твёрдых тел и текучесть жидкостей, гидрогели демонстрируют свойства, близкие к свойствам внеклеточной жидкости [2, с. 2]. Данная стратегия нацелена на ускорение заживления раневых поверхностей за счёт усиленной васкуляризации и паракринной активности. Гидрогели обеспечивают среду, способствующую
прикреплению и пролиферации инкапсулированных МСК, особенно ускоряя пролиферацию и секрецию паракринного фактора сфероидов [7, с. 21015].
Все гидрогели можно разделить на натуральные (на основе природных биополимеров, например, хитозана, альгината натрия, коллагена и гиалуроната натрия) и синтетические. Стоит отметить, что из указанных выше веществ хито-зан является наиболее эффективным и часто используемым [2, с. 2].
Хитозан нашёл своё применение и в ортопедии. Благодаря остеокондуктивности и пористости он служит каркасом для СК и их дифферен-цировки в костную ткань. Более того, гели на основе хитозана могут быть использованы для лечения подвижных хрящевых дефектов. Существуют различные типы каркасов, в которых хитозан комбинируется с МСК. Эта комбинация в сочетании с другими материалами, например, коллагеном I типа, гиалуроновой кислотой, L-мо-лочной кислотой, желатином и др. может повысить эффективность раневых препаратов [8, с. 42].
Стоит отметить, что хитозан способен действовать в качестве нейропротектора, что обуславливает его эффективность в лечении нервной системы, в частности, травм спинного мозга. Доказано, что хитозан восстанавливает повреждённые участки клеточных мембран нейронов и обеспечивает возобновление прохождения импульса по повреждённому нервному волокну. Кроме того, хитозан способствует более эффективному взаимодействию лекарственных препаратов с нейронами. Данные качества связаны с его положительным ионным зарядом и мукоадге-зивными свойствами [9, с. 524].
Таким образом, можно сделать вывод, что хитозан находит широкое применение в регенеративной медицине и создаёт оптимальные условия для пролиферации СК. Повсеместное применение материалов на основе хитозана обусловлено совместимостью со всеми тканями организма и гипоаллергенными свойствами. В частности, хитозан используется в хирургии, неврологии и ортопедии. К преимуществам хито-зана можно отнести иммуномодулирующий, противоопухолевый, бактериостатический и фунги-статический эффекты, гемостатические и гемо-коагулирующие свойства, способность удерживать влагу, создавая тем самым оптимальные условия для пролиферации СК. Главным недостатком хитозана являются его ограниченные адсорбирующие способности, которые тем не менее, можно повысить химической модификацией раневых материалов.
N111 ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III ММ ММ ММ ММ III ММ ММ ММ III мм мм мм мм ми
Список литературы:
[1] Печерский А.В., Печерский В.И., Шпиленя Е.С., Газиев А.Х., Семиглазов В.Ф. Рубцевание и регенерация // Вестник Северо-Западного государственного медицинского университета им. И. И. Мечникова. 2015. Т. 7, № 3. С. 73-82.
[2] Peipei Feng, Yang Luo1, Chunhai Ke, Haofeng Qiu, Wei Wang, Yabin Zhu1, Ruixia Hou1, Long Xu and Songze Wu. Chitosan-Based Functional Materials for Skin Wound Repair: Mechanisms and Applications // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021. v. 9. no. 650598. p. 1-15.
[3] Лемперт А.Р., Логвинова Ю.С., Бычичко Д.Ю. и др. Структурно-функциональное исследование гемостатических покрытий на основе хитозана. // Бюллетень медицинской науки. 2021. №4(24). С. 81-87.
[4] Sankaralakshmi Gomathysankar, Ahmad Sukari Halim, Nik Soriani Yaacob. Proliferation of Keratinocytes Induced by AdiposeDerived Stem Cells on a Chitosan Scaffold and Its Role in Wound Healing, a Review // Archives of plastic surgery. 2022. v. 41. no. 5. p. 452-457.
[5] Прокапчук Н.Р. Меламед В.Д., Прищепенко Д.В. Инновационные раневые покрытия с наново-локнами хитозана // Труды БГТУ. 2017. Сер. 2. №1. С. 15-22.
[6] Борисов В.С., Боровкова Н.В., Сачков А.В. и др. Применение биодеградирующих раневых покрытий в лечении донорских и ожоговых ран у пациентов с термической травмой. // Актуальные проблемы медицины. 2023. Т. 46, № 1. С. 79-91.
[7] Ming Yang, Shuohai He, Ziyue Su, Zihang Yang, Xinxin Liang, Yingzhu Wu. Thermosensitive Injectable Chitosan/Collagen/-Glycerophosphate Composite Hydrogels for Enhancing Wound Healing by Encapsulating Mesenchymal Stem Cell Sphroid//ACS Omega. 2020. v. 5. p. 21015-21023.
[8] Ping Oi, Zhaohui Ning, Xiuju Zhang. Synergetic effects of 3D chitosan-based hybrid scaffolds and mesenchymal stem cells in orthopaedic tissue engineering // IET Nanobiotechnol. 2023. v. 17. p. 41-4.
[9] Mallesh Kurakula, Shashank Gorityala, Devang B. Patel, Pratap Basim, Bhaumik Patel, Saurabh Kumar Jha. Trends of Chitosan Based Delivery Systems in Neuroregeneration and Functional Recovery in Spinal Cord Injuries // Polysaccharides. 2021. v. 2. p. 519-537.
Spisok literatury:
[1] Pecherskij A.V., Pecherskij V.I., Shpilenja E.S., Gaziev A.H., Semiglazov V.F. Rubcevanie i regener-acija // Vestnik Severo-Zapadnogo gosudarstvennogo medicinskogo universiteta im. I.I. Mechnikova. 2015. T. 7, № 3. S. 73-82.
[2] Peipei Feng, Yang Luo1, Chunhai Ke, Haofeng Qiu, Wei Wang, Yabin Zhu1, Ruixia Hou1, Long Xu and Songze Wu. Chitosan-Based Functional Materials for Skin Wound Repair: Mechanisms and Applications // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021. v. 9. no. 650598. p. 1-15.
[3] Lempert A.R., Logvinova Ju.S., Bychichko D.Ju. i dr. Strukturno-funkcional'noe issledovanie gemo-staticheskih pokrytij na osnove hitozana. // Bjulleten' medicinskoj nauki. 2021. №4(24). S. 81-87.
[4] Sankaralakshmi Gomathysankar, Ahmad Sukari Halim, Nik Soriani Yaacob. Proliferation of Keratinocytes Induced by AdiposeDerived Stem Cells on a Chitosan Scaffold and Its Role in Wound Healing, a Review // Archives of plastic surgery. 2022. v. 41. no. 5. p. 452-457.
[5] Prokapchuk N.R. Melamed V.D., Prishhepenko D.V. Innovacionnye ranevye pokrytija s nanovolok-nami hitozana // Trudy BGTU. 2017. Ser. 2. №1. S. 15-22.
[6] Borisov V.S., Borovkova N.V., Sachkov A.V. i dr. Primenenie biodegradirujushhih ranevyh pokrytij v lechenii donorskih i ozhogovyh ran u pacientov s termicheskoj travmoj. //Aktual'nye problemy mediciny. 2023. T. 46, № 1. S. 79-91.
[7] Ming Yang, Shuohai He, Ziyue Su, Zihang Yang, Xinxin Liang, Yingzhu Wu. Thermosensitive Injectable Chitosan/Collagen/-Glycerophosphate Composite Hydrogels for Enhancing Wound Healing by Encapsulating Mesenchymal Stem Cell Sphroid//ACS Omega. 2020. v. 5. p. 21015-21023.
[8] Ping Oi, Zhaohui Ning, Xiuju Zhang. Synergetic effects of 3D chitosan-based hybrid scaffolds and mesenchymal stem cells in orthopaedic tissue engineering // IET Nanobiotechnol. 2023. v. 17. p. 41-4.
[9] Mallesh Kurakula, Shashank Gorityala, Devang B. Patel, Pratap Basim, Bhaumik Patel, Saurabh Kumar Jha. Trends of Chitosan Based Delivery Systems in Neuroregeneration and Functional Recovery in Spinal Cord Injuries // Polysaccharides. 2021. v. 2. p. 519-537.
I Mil Mil III Mil Mil Mil Mil III Mil Mil Mil Mil III Mil Mil Mil Mil III Mil Mil Mil III Mil Mil Mil IIIIM
