Regenerative potential of the skin cells

Abstract

Кожа – сложная многофункциональная структура, функции которой связаны с поддержанием внутреннего баланса организма и защитой от факторов внешней среды. Находясь на границе между системой внутренних органов и внешней средой, кожа подвергается постоянной нагрузке и нуждается в обновлении и восстановлении. Физиологическая регенерация кожи происходит за счет наличия в её слоях стволовых клеточных ниш. Обширные повреждения кожи и хронические раны требует медицинского вмешательства. Лечение кожной раны включает быстрое ее закрытие для предотвращения инфекции и функционального восстановления. Одним из подходов современной регенеративной медицины является разработка биоинженерных конструкций с использованием клеточных технологий. Такие конструкции для восстановления кожи представляют собой тканеинженерные биологические покрытия (ТБП), или эквиваленты кожи (ЭК). На сегодняшний день создано огромное количество ЭК (дермальные, эпидермальные и смешанного типа) с использованием клеток кожи, культивируемых на различных носителях. Трансплантация клеток кожи в составе ЭК может способствовать сокращению сроков лечения обширных и хронических ран за счет более раннего восстановления кожного покрова. Однако к настоящему времени остается много вопросов, связанных как с требованиями к компонентам ЭК при их приготовлении, так и с технологией их применения. Целью данной работы было получение и характеристика в культуре in vitro клеток кожи человека, изучение их свойств в составе эквивалентов кожи на основе коллагенового геля, предназначенных для терапии кожных ран. Из биоптатов кожи век человека были выделены и введены в культуру in vitro кератиноциты (КЦ) и фибробласты (ФБ), обладающие высокой пролиферативной активностью. Иммуноцитохимическое исследование полученных клеток выявило их стволовость, а также мезенхимальное происхождение ФБ и эпителиальное происхождение КЦ. Криоконсервация и культивирование до 15 пассажа ФБ не оказывают значимого влияния на стабильность их кариотипа. Индукция эпителиальной дифференцировки выявила способность КЦ, предположительно претерпевших в процессе культивирования эпителио-мезенхимальный переход совершать обратный мезенхимо-эпителиальный переход и формировать многослойный эпителиальный пласт клеток. ЭК кожи, созданные на основе ФБ и КЦ, культивируемых внутри коллагенового геля, характеризуются высокой жизнеспособностью клеток. Клинические исследования последовательного применения этих ЭК совместно с биосовместимыми раневыми покрытиями выявили положительную динамику заживления кожных ран.

The skin is a complex multifunctional structure, the functions of which are associated with maintaining the internal balance of the body and protection from environmental factors. Being on the border between the system of internal organs and the external environment, the skin is subjected to constant stress and needs to be renewed and restored. The skin is a complex multifunctional structure, the functions of which are associated with maintaining the internal balance of the body and protecting against environmental factors. Being on the border between the system of internal organs and the external environment, the skin is subjected to constant stress and needs to be updated and restored. Physiological regeneration of the skin occurs due to the presence of stem-сell niches in its layers. Extensive skin damage and chronic wounds require medical intervention. Treatment of a skin wound involves rapid closure to prevent infection and functional recovery. One of the approaches of modern regenerative medicine is the development of bioengineered constructs using cellular technologies. Such skin repair constructs are tissue-engineered biologic dressings or skin equivalents (SEs). At the moment, a huge number of ECs (dermal, epidermal and composite type) have been created using skin cells cultured on various carriers. Transplantation of skin cells as part of the EC can help to reduce the duration of treatment of extensive and chronic wounds due to earlier restoration of the skin. However, by now there are many questions related to the requirements for EC components in their preparation and with the technology of their application. The purpose of this work was to obtain and characterize human skin cells in vitro culture, to study their properties as part of skin equivalents based on collagen gel intended for the treatment of skin wounds. Keratinocytes (KCs) and fibroblasts (FBs) with high proliferative activity were isolated from human eyelid skin biopsies and introduced into culture in vitro. Immunocytochemical examination of the obtained cells revealed their stemness and mesenchymal origin of FBs and epithelial origin of KCs. Cryopreservation and cultivation up to the 15th passage of FBs do not have a significant effect on the stability of their karyotype. The induction of epithelial differentiation revealed the ability of KCs that supposedly underwent epithelial-mesenchymal transition during cultivation to make a reverse mesenchymal-epithelial transition and form a multilayered epithelial layer of cells. The SEs created on the basis of FBs and KCs cultured inside the collagen gel are characterized by high cell viability. Clinical studies of the consistent use of these SEs in conjunction with biocompatible wound dressings have revealed a positive dynamic of skin wound healing.