Кожа из пробирки
Как российские ученые создают «заплатки» для человеческого тела
В России начались клинические исследования уникальных препаратов для восстановления кожи — БЭК, ДЭК и «Комби-БЭК», разработанных в Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН. Эти продукты тканевой инженерии не имеют аналогов в стране и предназначены для лечения ожогов, трофических язв и сложных ран.
Фото: Shutterstock Premier / Fotodom
Фото: Shutterstock Premier / Fotodom
В отличие от пересадки собственной кожи, они используют живые клетки, выращенные в лаборатории, что позволяет в сотни раз увеличить площадь трансплантата. Это особенно критично при обширных поражениях, когда своей здоровой кожи у пациента просто не хватает.
В чем заключается революционность разработок, для каких случаев предназначен каждый препарат и когда они появятся в клиниках, об этом «Ъ-Наука» поговорил с директором института, членом-корреспондентом РАН Андреем Васильевым.
— В чем принципиальное технологическое отличие новых препаратов БЭК, ДЭК и «Комби-БЭК» от существующих методов лечения?
— Новые препараты БЭК, ДЭК и «Комби-БЭК» представляют собой особый тип лекарственных препаратов — это так называемые высокотехнологичные лекарственные препараты, продукты тканевой инженерии. Это значит, что в состав этих препаратов входят живые клетки человека, которые были перед внесением в препарат культивированы и размножены в искусственных условиях. Это позволяет конструировать на их основе и с использованием биосовместимых носителей эквиваленты тканей, в данном случае — кожи. При этом площадь полученной кожи в сотни раз превосходит площадь фрагмента исходной ткани, из которой были получены клетки.
Группа новых дерматотропных препаратов — биологический эквивалент кожи (БЭК), дермальный эквивалент кожи (ДЭК) и комбинированный эквивалент кожи («Комби-БЭК») — не может и не должна противопоставляться пересадке собственной кожи, если рассматривать вопрос в контексте лечения глубоких ран, сопровождающихся полной потерей всех слоев кожи. Пересадка собственной кожи не потеряет актуальности. Однако во многих случаях может возникать дефицит собственной кожи ввиду разных причин. Например, обширные ожоги создают абсолютный дефицит кожного покрова. Площадь ожоговой раны может быть гораздо больше, чем площадь оставшейся кожи. Или, например, в случае, когда при относительном дефиците имеющийся кожный покров поражен каким-то заболеванием и эту кожу нельзя использовать. При дефиците собственной кожи ее пересадку проводят поэтапно, давая время донорскому участку (откуда кожу брали) зажить, чтобы можно было брать снова. А это увеличение времени лечения, травматичность и неудобство для врача и пациента. Кроме того, донорский участок может долго заживать или нагнаиваться. Пересаженный лоскут кожи также может не прижиться и погибнуть. В ситуациях дефицита кожного покрова в мире более 30 лет используется технология лечения с применением культивированных аутологичных (собственных клеток пациента) кератиноцитов. Кератиноциты — это клетки эпидермиса, которые обеспечивают непосредственно эпителизацию с формированием защитного слоя кожи. Препаратом с аутологичными кератиноцитами является «Комби-БЭК». Он может выступать альтернативой клиническому использованию собственной кожи при должной подготовке раны и соблюдении некоторых технологических требований. Он также может дополнять кожную пластику, позволяя экономить количество забранной для нее кожи и обеспечивая более быструю эпителизацию. «Комби-БЭК» — это препарат для глубоких и обширных (критических) ран. БЭК и ДЭК подходят для лечения ран частичной глубины: ограниченных неглубоких ожогов, донорских ран, венозных трофических язв, пограничных ожогов. Они не могут быть альтернативой пересадке кожи, поскольку не содержат собственных кератиноцитов пациента, а значит, не смогут вызвать закрытие (эпителизацию) глубокой раны. Ключевым отличием всех этих продуктов от собственной кожи является наличие в составе одного или двух типов клеток, расположенных на матрице-носителе. Кожный лоскут является более сложно устроенным: он представляет собой комплекс дифференцированных тканей с собственным кровеносным руслом, иммунокомпетентными клетками, которые способны защищать его от инфекции в ране. Новые препараты таких клеток не содержат, и поэтому их применение требует более тщательной подготовки раны.
Принципиальным технологическим отличием новых препаратов от остальных методов лечения ран (мази, повязки и другие) является то, что у них другой механизм действия. Если традиционные средства для лечения ран могут заживлять поврежденную ткань, создавая условия для собственных клеток пациента, то новая группа препаратов вносит эти уже правильно работающие клетки извне. В итоге в ране работают как свои клетки пациента, так и привнесенные свои или аллогенные (чужеродные). Аллогенные клетки потом замещаются.
— Что представляет собой «специальный носитель» для клеток и какова его роль в биоинженерных конструкциях?
— Повязка G-DERM («Джи-Дерм») представляет собой материал на основе гиалуроновой кислоты и коллагена. По данным разработчиков, повязки G-DERM отличаются от других перевязочных средств тем, что имитируют структуру базальной мембраны покровных тканей и обладают рядом положительных свойств, создавая оптимальные условия и стимулируя заживление ран. G-DERM служит эффективной матрицей для мигрирующих собственных клеток (внеклеточный матрикс in vivo), основой для формирования полноценного биологического струпа.
— В чем ключевое различие между препаратами БЭК (на донорских клетках) и «Комби-БЭК» (на собственных клетках пациента) и почему для разных случаев выбирают тот или иной подход?
— Препарат БЭК содержит донорские кератиноциты, «Комби-БЭК» — собственные кератиноциты пациента. У этих препаратов различный механизм действия. Препарат БЭК, содержащий донорские (аллогенные) клетки, стимулирует (запускает) процесс собственной регенерации кожи. Донорские кератиноциты прекрасно размножаются в ране, образуя слой эпителия, под которым растет слой собственного эпителия из сохранившейся дермы. Спустя какое-то время эпителий из донорских клеток замещается или погибнет. Поэтому БЭК выбирают только для ран частичной толщины: пограничные ожоги, донорские раны, венозные трофические язвы. «Комби-БЭК» содержит собственные кератиноциты, для того чтобы внести их туда, где их нет, и они не возникнут из сохранившихся остатков кожи. «Комби-БЭК» замещает утраченный кожный покров. То есть предназначен для глубоких ран, требующих кожной пластики. «Комби-БЭК» незаменим, и подход, заключающийся в использовании выращенных собственных (аутологичных) эпидермальных клеток пациента, не имеет альтернатив при необходимости закрытия обширных глубоких повреждений кожи, то есть в состояниях, угрожающих жизни пациентов.
— Почему использование аллогенных (донорских) клеток является прорывом и как решается проблема возможного отторжения чужеродного материала?
— Технология использования донорских клеток хороша тем, что позволяет предоставить пациенту уникальные лечебные продукты высокого качества и с заданными свойствами, которые, как и все препараты этого типа, выпускаются серийно на специальном лицензированном производстве. Препараты с использованием донорских клеток могут быть заготовлены заранее и доступны по требованию, время ожидания значительно меньше, чем срок выращивания препарата из собственных клеток. Каждая клетка — это микролаборатория, которая способна общаться с другими клетками и в ответ на их сигналы совершать те действия и выделять те молекулы, которые нужны для достижения заживления. Донорские клетки выстраивают нужные «рельсы» для регенерации кожи. Традиционные лекарственные средства такими свойствами не обладают. Выращенные вне организма клетки обладают сниженной иммуногенностью и в принципе могут сохраняться на ране несколько недель. Затем они элиминируются иммунной системой, но к этому времени уже успевают выполнить свою функцию.
— Для каких конкретных типов повреждений предназначен каждый из препаратов и как они дополняют друг друга, формируя «исчерпывающий арсенал» для восстановления кожи?
— Типы повреждения кожи можно условно разделить на поверхностные, пограничные и глубокие. Поверхностные быстро заживают самостоятельно, глубина раны ограничена эпидермисом и/или верхним слоем дермы. Рубца либо не будет, либо он будет едва заметный. Пограничные способны заживать самостоятельно, но гораздо дольше, ведь глубина раны находится в среднем слое дермы. Обширные пограничные повреждения заживают долго — около трех недель. Они заживают с формированием рубца, заживший кожный покров будет отличаться визуально от здоровой кожи. Глубокие раны не способны заживать самостоятельно с формированием функционального и эстетически приемлемого кожного покрова, они всегда требуют его хирургического восстановления. После кожной пластики происходит заживление с формированием рубца, кожный покров значительно отличается по качеству от неизмененной кожи. БЭК и ДЭК могут применяться самостоятельно для заживления пограничных повреждений, поверхностных ран, длительно не заживающих ран или в сочетании с кожной пластикой при лечении глубоких ран. «Комби-БЭК» может применяться только для лечения глубоких ран.
— На каком этапе находятся клинические исследования и когда можно ожидать появления этих препаратов в широкой клинической практике?
— В настоящее время проводится клиническое исследование первой-второй фазы по оценке эффективности и безопасности препарата «Комби-БЭК». Получены разрешения на проведение клинических исследований БЭК, ДЭК. Появление этих препаратов в широкой клинической практике возможно после их регистрации Минздравом для клинического применения.
— В чем заключается уникальность российской разработки, если в мире уже несколько десятилетий используются подобные клеточные продукты?
— В мире в основном используются листы культивированных собственных кератиноцитов, которые расположены в два-восемь слоев, и в лечебном средстве содержится только один тип клеток. Такая технология требует особой подготовки раны и специальной технологии ведения раны после пересадки такого пласта кератиноцитов, ведь он является слоистой структурой с уже ориентированными и организованными кератиноцитами и ему нужно прикрепиться, так как он очень подвержен риску смещения в ране. Российская разработка учитывает биологические особенности поведения кератиноцитов в ране в зависимости от различных условий. В препарате российской разработки клетки свободно перемещаются сами, при этом они достаточно активны, чтобы сформировать это прикрепление к ране. С клинической точки зрения это способно ускорить приживление аутологичного продукта и снизить риски его подвижности в ране. Еще одним достоинством российской разработки является отсутствие необходимости создания в клинике специальных условий. Следует подчеркнуть, что российские разработчики создавали эти продукты с учетом мировых трендов и опыта, но продукты оригинальны и защищены патентами Российской Федерации.
— Каковы дальнейшие перспективы применения этих технологий тканевой инженерии в других областях медицины (онкология, хирургия, косметология)?
— Изучению дальнейших перспектив применения технологий тканевой инженерии посвящено множество научных публикаций во всем мире, и большинством авторов отмечается потенциал для развития этих технологий в различных областях медицины. Вектор развития будет прежде всего направлен на создание более сложных продуктов, максимально похожих на нативную ткань. Также исследования будут касаться повышения биосовместимости, изучения биологического взаимодействия «продукт—пациент», изучения безопасности. Очень важны исследования, которые смогут предсказывать поведение новых, тканеподобных, более сложных систем с разными типами клеток в организме. Ведь чем сложнее система, тем сложнее ее поведение. Реконструкция кожи и эпителиальных выстилок требуется во многих случаях, в том числе после хирургических вмешательств с удалением части ткани, будь то опухоль или грубый рубец. Стимуляция регенерации может быть востребована после глубоких пилингов и других процедур.
Важным является возможность создания банков биологических эквивалентов кожи. Такие банки, предназначенные для обеспечения клинических потребностей, есть во всех странах мира. Банки могут содержать заготовленные продукты БЭК и ДЭК, которые могут быть оперативно использованы в случае необходимости.