Перспективным направлением современной медицины является поиск путей стимуляции выработки в поврежденной в результате травмы дерме собственного коллагена. В данном разделе представлены результаты 5-летних научных исследований, которые потребовались авторам для разработки нового инъекционного продукта на основе макромолекулярного комплекса гиалуроновой кислоты (ГК) с наночастицами золота (НЧЗ), предназначенного для стимуляции неоколлагеногенеза в поврежденной коже. Принципиальное важное отличие ГК от коллагена заключается в том, что она не является видоспецифичной, то есть все виды живых организмов, включая человека, синтезируют одинаковую по химическому строению полисахаридную макромолекулу, поэтому применение гиалуронановых гидрогелей в медицинской практике не требует внутрикожных аллергических проб. С коллагеном ситуация прямо противоположная — коллагенсодержащие препараты требуют, как правило, проведение аллергических тестов, и их используют только в качестве филлеров.
В нормальной дерме количество активных фибробластов, синтезирующих коллаген, сохраняется на определенном уровне и их миграции не происходит. Ситуация меняется в случае повреждений (ушибов, ран, ожогов), когда требуется избыток коллагена для их быстрого восстановления. Избыточное локальное накопление коллагена наблюдается и при некоторых хронических патологиях отдельных тканей или органов. В обоих случаях результатом является формирование фиброза (соединительной ткани), а роль триггера в инициации синтеза коллагена de novo играют выделяемые клетками цитокины и уровень свободных активных окислительных радикалов [от англ. ROS (reactive oxygen species) — АФК (активные форма кислорода)]. ROS (АФК) в норме присутствуют как вне, так и внутри клеток, они необходимы как сигнальные молекулы, и их уровень обычно находится под контролем. Рост их внеклеточной концентрации вызывает активацию доселе латентного фактора TGF-β1, связывание которого со своим рецептором запускает несколько каскадов внутриклеточных реакций (рис. 6.1). Их результатом является активная пролиферация фибробластов и миофибробластов к месту повреждения, синтез ими коллагена и формирование фиброза (Morry et al., 2016).
Среди официально зарегистрированных по всему миру гидрогелевых микроимплантатов лишь несколько вызывают временную фиброплазию за счет отклика дермы на воспаление при инъекциях (Carruthers et al., 2016). В одной из немногих экспериментальных работ на эту тему было продемонстрировано 12-кратное увеличение продукции коллагена вследствие индукции двухфазным филлером фактора TGF-β1 и последующего каскада реакций (Quan et al., 2013).
В более ранней работе было показано, что инъекции филлера на основе гиалуронана у неактивных после УФ-облучения фибробластов приводят к формированию правильной вытянутой формы, необходимой для продукции ими коллагена (Wang et al., 2007). Синтез коллагена начинался со 2-го месяца после однократной инъекции и продолжался не менее 3 мес. Аналогичные результаты были получены и в относительно недавнем исследовании (Turlier et al., 2013). Более подробно об этом феномене можно прочитать в монографии (Хабаров, 2017).
Помимо двухфазных филлеров на основе гиалуронана, подобный эффект демонстрировали синтетические или полусинтетические филлеры (Lee, Lorenc, 2016). Как считается, их продолжительное действие основано также на индукции неоколлагенеза за счет возникающего механического давления на окружающие фибробласты при введении филлера. Подобного результата можно добиться, используя микроимплантаты, содержащие гидроксиапатит кальция (Courderot-Masuyer et al., 2016).
&hide_Cookie=yes)
Рис. 6.1. Роль свободных радикалов в развитии фиброза (из статьи Morry et al., 2017)
Коммерчески доступный с 2015 г. филлер Radiesse (Merz Aesthetis Inc., США) содержит микросферы гидроксиапатита кальция, суспендированные в 70% геле из карбоксиметилцеллюлозы в качестве носителя. Этот гель растворяется в течение нескольких недель, а сферы сохраняются от 12 до 18 мес и формируют своего рода каркас для нового коллагена. Постепенно гидроксиапатит кальция распадается на ионы кальция и фосфора, которые выводятся из организма. Никакой иммунной реакции при этом не наблюдается.
Следует отметить, что гидроксиапатит — основной неорганический компонент, который обладает уникальными биоактивными свойствами и более 20 лет применяется в медицине (Каназава, 1998; Северин и др., 2016). Легкость стерилизации, продолжительный срок хранения, высокий уровень биосовместимости, крайне медленная резорбция в организме и способность индуцировать неоколлагенез ставят гидроксиапатит кальция в ряд важнейших компонентов биокомпозиционных материалов, применение которых обеспечит решение многих проблем по трансплантации клеток и стимуляции формирования межклеточного матрикса дермы в местах ее повреждения.
Так, в работе (Северин и др., 2016) предложен принципиально новый подход к созданию биоматериалов следующего поколения, в котором контролируемый синтез одного из компонентов (гидроксиапатита) в среде другого (ГК) приводит к формированию композита в наиболее биоактивной форме. При проведении синтеза в среде ГК происходит заметное изменение как морфологии, так и химической структуры получаемых нанокристаллов гидроксиапатита кальция, что позволяет надеяться на появление принципиально новых микроимплантатов в ближайшем будущем (Северин и др., 2016).
Фактор TGF-β1 — белок, который производится и секретируется большинством клеток организма, включая клетки иммунной системы, имеет множество функций. В контексте нашего изложения важна его роль в инициации неоколлагенеза, то есть синтеза коллагена de novo. Относительно недавно было установлено, что, активируясь при кожных патологиях, TGF-β1 индуцирует экспрессию гликолитических генов и способствует усилению гликолитических потоков (Nigdelioglu et al., 2016). Он также индуцирует активность ферментов PHGDH, PSAT1, PSPH, а также фермента SHMT2, необходимых для синтеза аминокислот серина и глицина соответственно как исходного материала для синтеза коллагена.
Неоколлагенез с участием фактора TGF-β1 может быть также вызван воздействием на фибробласты дермы различных биоактивных соединений. К ним относится, в частности, пептид PYP1-5, выделяемый из морской водоросли Pyropia yezoensis.
Он активирует сразу несколько типов реакции (Kim C. еt. al., 2015). Он приводит к снижению уровней как мРНК, так и белка металлопротеиназ MMP-1, разрушающих фибриллы коллагена. При этом он активирует реакции, приводящие к увеличению уровней мРНК и ингибиторов MMP-1 — ферментов TIMP-1 и TIMP-2. Более того, этот пептид активирует целый каскад реакций, называемый TGF-β/Smad, индуцируя синтез белков TGF-β1 и Smad2/Smad3. Наконец, он активирует ген Sp1, продукт которого необходим для синтеза коллагена.