Бесклеточная дерма — это тип биоматериала, полученного путем обработки тканей человека или животных для удаления клеток и сохранения частей внеклеточного матрикса (ВКМ). Эти материалы, как правило, не содержат клеток, что отличает их от классических аллотрансплантатов и ксенотрансплантатов , могут быть интегрированы или включены в организм и были одобрены FDA для использования человеком более 10 лет назад в широком спектре клинических показаний. [1]
Все образцы ECM происходят из тканей млекопитающих, таких как дерма, перикард и подслизистая оболочка тонкого кишечника (SIS). После эксплантации из источника биоматериал ECM сохраняет некоторые характеристики исходной ткани. Ткани ECM могут быть собраны с различных стадий развития видов млекопитающих, таких как человек, свинья, лошадь и крупный рогатый скот. Хотя они схожим образом состоят из фибриллярного коллагена, микроструктура, специфический состав (включая наличие неколлагенового белка и гликозаминогликанов и соотношение различных типов коллагена), физические размеры и механические свойства могут различаться. В зависимости от стадии развития ткани, на которой производился сбор, микроструктура может различаться в пределах организма. Кроме того, принимая во внимание размер и форму конечной ткани, необходимо учитывать потенциал физических размеров исходной ткани. [1]
Несмотря на эту «память» ткани ECM, были разработаны методы, позволяющие изменять, сохранять или удалять эти врожденные характеристики. [1] Процесс модификации варьируется в зависимости от материала, используемого в клинических условиях. Некоторые биоматериалы ECM подвергаются модификации, которая удаляет все клетки, но оставляет остаток других компонентов ECM, называемой децеллюляризацией . Другой процесс, который может быть введен в биоматериал, — это искусственное сшивание. Было показано, что искусственное сшивание стабилизирует восстановленный коллаген, который может быстро дегенерировать in vivo. [1] Несмотря на то, что достигается механическая прочность, искусственные сшивки, которые добавляются, увеличивают вероятность отторжения клетки-хозяина из-за его чужеродного происхождения. [2] Из-за этого осложнения преднамеренное сшивание больше не практикуется, поскольку были достигнуты более поздние достижения, которые увеличивают продолжительность жизни коллагена без использования искусственной стабилизации. Наконец, чтобы гарантировать, что биоматериал ECM не содержит инфекционных бактерий и вирусов , большинство из них подвергаются терминальной стерилизации. В качестве стерилизующего агента может использоваться газ оксид этилена (ЭО), гамма-излучение или облучение электронным пучком (ЭП). [1]
Децеллюляризованные биоматериалы ECM могут быть далее переработаны в мелкий порошок, а затем лиофилизированы ( высушены замораживанием ). Затем этот порошок можно смешать с коллагеназой для образования гидрогеля, полученного из ECM ( самовосстанавливающиеся гидрогели ). Затем эти гидрогели используются в клеточной культуре для поддержания фенотипа клеток и увеличения пролиферации клеток. Клетки, культивируемые на гидрогелях ECM, сохраняют свой фенотип лучше, чем клетки, культивируемые на других субстратах , таких как матригель или коллаген типа 1. [3] [4] Хотя гидрогели пока не имеют прямого клинического значения, они показали себя многообещающим методом содействия регенерации органов. [3] [4] [5]
Аналогично, целые органы могут быть децеллюляризованы для создания 3-D ECM-каркасов. Эти каркасы затем могут быть рецеллюляризованы в попытке регенерировать целые органы для трансплантации. Этот метод работает в первую очередь для органов со сложной сосудистой сетью , поскольку он позволяет детергенту полностью перфузироваться через материал. [6]
Заживление ран кожи и сухожилий — сложный скоординированный процесс в организме, который происходит медленно в течение недель или даже лет. Ряд продуктов на современном рынке нацелены на то, чтобы положительно влиять на этот процесс, хотя данных об их успешности мало. Большинство продуктов все еще находятся на этапах разработки, где оцениваются (часто воспалительные) взаимодействия между хозяином и имплантированными устройствами.
Имплантированные биоматериалы ECM делятся на две общие категории в зависимости от того, как они взаимодействуют с хозяином. Интегрирующие устройства в конечном итоге обеспечивают рост клеток и прохождение кровеносных сосудов через матрицу, тогда как неинтегрирующие биоматериалы инкапсулируются стенкой слитых макрофагов. В неинтегрирующих биоматериалах, таких как Permacol, бесклеточный свиной дермальный имплантат для лечения грыжи, важно, чтобы материал не деградировал и не инфильтровался иммунной системой . [ 1] [7] Инкапсулированные биоматериалы, которые распознаются как чужеродные, могут деградировать и/или отторгаться организмом и мигрировать за пределы тела. В инкапсулированных биоматериалах ECM инфильтрация иммунной системой может произойти всего за семь дней, что приводит к быстрой деградации объема устройства. В случае Graftjacket, аллотрансплантата из человеческой дермы, матрица быстро заселяется клетками хозяина в качестве сосудистой сети . Само устройство уменьшилось в объеме более чем на 60% и было заменено фибробластами и макрофагами хозяина. [1] [8]
Биоматериалы ECM используются для содействия заживлению в ряде тканей, особенно кожи и сухожилий. Surgimend, коллагеновая матрица, полученная из эмбриональной бычьей дермы, может вызвать заживление сухожилий (которые не заживают спонтанно) в лодыжке. Это вмешательство может сократить время заживления почти вдвое и позволяет пациенту вернуться к полной активности гораздо раньше. [9] Открытые раны, как и сухожилия, не заживают спонтанно и могут сохраняться в течение длительных периодов времени. Когда биоматериалы ECM добавляются в несколько слоев к язве, рана начинает быстро закрываться и генерирует ткань хозяина. Хотя предварительные исследования кажутся многообещающими, мало информации доступно об успешности и прямых сравнениях между различными устройствами из биоматериалов ECM в испытаниях на людях. [1]
Аллодерм, бесклеточная дерма, полученная из кожи донорских трупов , [10] [11] используется в реконструктивных и стоматологических операциях. В десневых трансплантатах бесклеточная дерма является альтернативой тканям, срезанным с неба пациента. [12] Он также использовался для лечения грыжи живота , [13] и для восстановления резецированных носовых раковин при лечении синдрома пустого носа . [14] Аллодерм и другие бесклеточные дермальные матрицы обычно используются при реконструкции груди на основе имплантатов после мастэктомии для улучшения покрытия мягкими тканями и, таким образом, снижения риска видимой ряби, капсулярной контракции, неправильного положения имплантата, проседания и обнажения имплантата. [15]
FDA не одобрило какие-либо продукты на основе бесклеточного дермального матрикса для использования при реконструкции груди с использованием имплантатов после операции по удалению опухоли груди, поскольку опубликованная литература предполагает, что некоторые продукты могут иметь высокий профиль риска. [16]