Adipose-Derived Stem Cells in Wound Healing Research

Стволови клетки, получени от адипоза, в изследванията за заздравяване на рани

Стволовите клетки, получени от адипоза (ADSCs), се превърнаха в обещаващи терапевтични агенти за заздравяване на рани поради тяхната достъпност, изобилие и мощни регенеративни свойства. Получени от липоаспират или изрязана мастна тъкан, ADSCs могат да бъдат събрани в големи количества чрез минимално инвазивни процедури. Способността им да подпомагат ангиогенезата, да модулират възпалението и да се диференцират в съответните клетъчни типове определя ADSC като привлекателни кандидати за лечение на хронични рани, изгаряния и други тъканни увреждания, при които конвенционалните подходи се оказват неподходящи.

Основни изводи

• ADSCs могат да бъдат изолирани в големи количества от липоаспират чрез ензимно разграждане или механична обработка
• Тези клетки подпомагат заздравяването на рани чрез паракринни механизми, включително секреция на растежни фактори и цитокини
• Опосредстваната от ADSC ангиогенеза ускорява образуването на гранулационна тъкан и затварянето на раната
• Имуномодулиращите свойства на ADSC намаляват възпалението и насърчават тъканното ремоделиране
• Клиничните изпитвания показват безопасността и предварителната ефикасност на ADSC за лечение на хронични рани

Изолиране и обработка на ADSCs

Адипозната тъкан представлява най-богатият и достъпен източник на възрастни стволови клетки в човешкото тяло. При процедурите за липосукция се получава липоаспират, съдържащ клетки от стромална съдова фракция (SVF), от които се изолират ADSC чрез ензимно разграждане или механична обработка. Една процедура по липосукция може да доведе до получаването на милиони SVF клетки, което далеч надхвърля количествата, получени от аспирация на костен мозък.

Ензимното изолиране използва колагеназно разграждане на мастната тъкан, последвано от центрофугиране, за да се отделят SVF от зрелите адипоцити. Пелетите от SVF съдържат ADSCs заедно с ендотелни клетки, перицити и имунни клетки. Последващата култура с пластмасова адхезия селектира ADSC, като същевременно елиминира неадхезивните популации. При този процес се получават сравнително чисти препарати от ADSC, подходящи за научни изследвания и клинични приложения.

Човешките мезенхимни стволови клетки - мастна тъкан се предлагат като характеризирани, криоконсервирани препарати, готови за изследвания на заздравяването на рани. За сравнителни изследвания човешките мезенхимни стволови клетки - костен мозък (HMSC-BM ) осигуряват традиционния златен стандарт за MSC. Човешките мезенхимни стволови клетки - желе на Уортън (HMSC-WJ ) предлагат алтернатива с повишен капацитет за пролиферация.

Паракринни механизми при заздравяването на рани

Терапевтичните ефекти на ADSC произтичат предимно от паракринната секреция на биоактивни фактори, а не от директната клетъчна диференциация. Секретът на ADSC съдържа растежни фактори, цитокини, хемокини и извънклетъчни везикули, които заедно насърчават заздравяването на рани. Кондиционираната среда от култури на ADSC демонстрира активност за заздравяване на рани независимо от присъствието на клетки, което потвърждава значението на паракринния механизъм.

Секрецията на съдов ендотелен растежен фактор (VEGF) от ADSC стимулира неоваскуларизацията, която е от съществено значение за заздравяването на рани. Ангиогенни фактори, включително основен фибробластен растежен фактор (bFGF), хепатоцитен растежен фактор (HGF) и тромбоцитен растежен фактор (PDGF), допълнително насърчават образуването на кръвоносни съдове. Засилената васкуларизация подобрява доставката на кислород и хранителни вещества до местата на раните, като ускорява регенерацията на тъканите.

Трансформиращият растежен фактор-бета (TGF-β) и епидермалният растежен фактор (EGF) подпомагат пролиферацията на фибробластите и отлагането на извънклетъчен матрикс. Кератиноцитният растежен фактор (KGF) стимулира миграцията и пролиферацията на епителните клетки, като ускорява повторната епителизация на раната. Този всеобхватен профил на секреция на растежни фактори обяснява ефикасността на ADSC в множество фази на заздравяване на рани.

Имуномодулиращи свойства

ADSC модулират възпалителните реакции чрез взаимодействие с имунните клетки, проникващи в местата на раните. Секрецията на простагландин Е2 (PGE2) потиска пролиферацията на Т-клетките и насърчава развитието на регулаторни Т-клетки. Експресията на индолеамин 2,3-диоксигеназа (IDO) изчерпва триптофана, необходим за активирането на Т-клетките. Тези механизми заедно потискат прекомерното възпаление, което влошава заздравяването на раните.

Поляризацията на макрофагите представлява критичен имуномодулиращ механизъм на ADSC. ADSC насърчават прехода от провъзпалителни М1 към прорегенеративни М2 макрофажни фенотипове чрез секреция на IL-10 и TGF-β. М2 макрофагите секретират противовъзпалителни цитокини и растежни фактори, подпомагащи възстановяването на тъканите. Този поляризационен превключвател ускорява прехода от възпалителни към пролиферативни фази на заздравяване на рани.

Проучванията на ко-култури демонстрират ефекта на ADSC върху функцията на имунните клетки. Клетките THP-1, диференцирани до макрофаги, предоставят модели за изследване на взаимодействията между ADSC и макрофаги. Тези системи за съвместно култивиране разкриват двупосочна сигнализация, при която фактори, получени от макрофаги, влияят върху състава на секрета на ADSC, създавайки вериги за обратна връзка, усилващи регенеративните реакции.

Насърчаване на ангиогенезата

Неуспешното заздравяване на хронични рани често отразява неадекватната васкуларизация на раневите легла. ADSCs насърчават ангиогенезата чрез директна стимулация на ендотелните клетки и паракринни механизми. VEGF, ангиопоетин-1 и други ангиогенни фактори, секретирани от ADSC, активират пролиферацията, миграцията и образуването на тръбички на ендотелните клетки. Тази неоваскуларизация подобрява перфузията и подпомага развитието на гранулационна тъкан.

Хипоксичната среда на раната увеличава производството на ангиогенни фактори от ADSC чрез стабилизиране на HIF-1α. Този кислородно-чувствителен механизъм регулира експресията на VEGF в хипоксични условия, където ангиогенезата е най-необходима. Предварителното кондициониране на ADSC при хипоксични условия на култивиране преди прилагането на раната може да повиши техния ангиогенен потенциал.

Набирането на ендотелни прогениторни клетки от ADSC допринася за васкулогенезата на местата на раните. Секрецията на SDF-1 (CXCL12) привлича циркулиращи прогенитори, експресиращи CXCR4. Тези набрани клетки се включват във формиращите се съдове и допринасят за устойчива неоваскуларизация извън непосредствените паракринни ефекти на ADSC.

Приноси за диференциация

Въпреки че преобладават паракринните механизми, диференцирането на ADSC в клетъчни типове, свързани с раната, осигурява допълнителен регенеративен принос. Фибробластната диференциация генерира клетки, произвеждащи компоненти на екстрацелуларния матрикс, които са от съществено значение за гранулационната тъкан. Трансдиференциацията на кератиноцити, макар и спорна, може да допринесе за повторната епителизация на раната при подходящи условия.

Ендотелната диференциация на ADSCs допринася за развитието на съдовете в раневите легла. Установени са условия за култивиране, които насърчават ендотелната диференциация, и получените от ADSC ендотелни клетки демонстрират функционални характеристики, включително образуване на тръбички и експресия на подходящи маркери. Относителният принос на диференцираните ADSC спрямо набраните ендогенни прогенитори остава в процес на проучване.

Адипогенното диференциране, стандартният линеен ангажимент на ADSC, допринася за възстановяването на кожната мастна тъкан при дълбоки рани. Дермалната мастна тъкан играе важна роля в хомеостазата на кожата и заздравяването на раните чрез секрецията на адипокини и взаимодействието с други дермални клетки. Адипозната регенерация, медиирана от ADSC, възстановява този функционален тъканен слой.

Методи за доставка и скелети

Директното инжектиране на суспензии на ADSC в областта на раната осигурява лесно доставяне, но може да доведе до слабо задържане и оцеляване на клетките. Протоколите за многократно инжектиране подобряват резултатите, като поддържат присъствието на клетките през целия период на заздравяване. Локалното инжектиране е особено подходящо за малки или достъпни рани, при които е възможно многократно третиране.

Доставката на базата на скеле подобрява задържането на клетките, оцеляването им и пространственото им разпределение в леглата на раната. Колагеновите матрици, хидрогеловете с хиалуронова киселина и синтетичните полимерни скелета осигуряват триизмерна среда, подпомагаща функционирането на ADSC. При избора на скеле се вземат предвид механичните свойства, съответстващи на местоположението на раната, кинетиката на разграждане и съвместимостта с оцеляването и секрецията на ADSC.

Ацелуларните подходи, използващи кондиционирана среда за ADSC или извънклетъчни везикули, избягват предизвикателствата, свързани с доставката и съхранението на клетките. Концентрираната кондиционирана среда, съдържаща фактори от секрета на ADSC, демонстрира ефикасност при заздравяването на рани в предклинични модели. Екзозомните препарати запазват паракринните ефекти на ADSC в стабилни, съхраняеми формати, подходящи за клинично приложение.

Доказателства от клинични изпитвания

Клиничните изпитвания във фаза I/II са установили безопасността на ADSC за приложения при заздравяване на рани. Автоложните и алогенните препарати от ADSC демонстрират благоприятни профили на безопасност без значителни нежелани събития при лечение на хронични рани. Притесненията относно имуногенността на алогенните ADSC не са се проявили клинично, което е в съответствие с техните имуномодулиращи свойства.

Изпитванията на язви на диабетното стъпало показват обещаващи резултати за ефикасността на ADSC. При лекуваните пациенти са отчетени ускорено затваряне на раната, намалено време за заздравяване и намалена честота на ампутациите в сравнение със стандартните грижи. Тези резултати отговарят на критични неудовлетворени нужди при лечението на диабетни рани, където конвенционалните подходи често се провалят.

Лечението на рани от изгаряне с ADSC демонстрира подобрена повторна епителизация и намаляване на белезите. Засилената ангиогенеза при лекуваните изгаряния подпомага оцеляването на трансплантата и заздравяването на раната. Козметичните резултати се ползват от въздействието на ADSC върху съзряването и ремоделирането на белезите.

Съображения за култура и качество

При стандартизираното отглеждане на ADSC се използва основна среда DMEM или DMEM/F12 с 10% фетален говежди серум. Добавянето на растежни фактори с bFGF (5-10 ng/mL) засилва пролиферацията за разширяване в клиничен мащаб. Средата за замразяване CM-1 позволява криоконсервация на банки ADSC, докато алтернативите без серум подпомагат производството на клинично ниво.

Удостоверяването на клетъчната линия и проследяването на донора осигуряват проследимост по време на производството и клиничната употреба. Тестването за микоплазма предотвратява замърсяването, което би компрометирало резултатите от заздравяването на рани. Функционалните тестове, потвърждаващи капацитета за диференциация и състава на секрета, осигуряват показатели за качество, надхвърлящи характеризирането на повърхностните маркери.

Заключение

Стволовите клетки от мастна тъкан са многообещаващи за приложения при заздравяване на рани чрез комбинирани паракринни, имуномодулиращи и диференциращи механизми. Клиничните данни потвърждават безопасността и предварителната ефикасност за лечение на хронични рани, изгаряния и хирургични рани. Продължаващото оптимизиране на методите за доставка, режимите на дозиране и стандартите за качество ще допринесе за напредъка на терапията с ADSC към стандартната клинична практика за индикации, свързани със заздравяването на рани.