Пересадка фибробластов с подошвы повысит устойчивость культи конечности к нагрузкам

Американские исследователи провели эксперименты in vitro и клинические испытания на здоровых добровольцах, которые показали, что введение фибробластов с подошвы длительно изменяет свойства обычной кожи. Это может в будущем применяться для повышения устойчивости культи конечности к нагрузкам при ношении протеза. Отчет о работе опубликован в журнале Science, ему также посвящена редакционная статья в этом издании.

Ампутации конечностей становятся результатом травм, заболеваний и хирургических операций по поводу сосудистых нарушений (в том числе диабетической ангиопатии), онкологических заболеваний и инфекций. Несмотря на разнообразие и технологичность существующих протезов, многие люди, лишившиеся конечности, ограничивают их использование из-за неудобства, боли, повреждений кожи давлением, натирания или инфекций или опасения их возникновения.

Кожа ладоней и стоп заметно отличается от кожи других частей тела: все ее слои в несколько раз толще, диаметр коллагеновых волокон больше, на ней отсутствуют волосы, кроме того, отличается экспрессия некоторых генов. Эти особенности улучшают распределение внешнего давления (в некоторых ситуациях, например при беге, оно может достигать тысяч килопаскалей) и повышать выживаемость клеток. Модуляцию функций эпидермиса осуществляют фибробласты кожи. Они имеют биохимические и функциональные различия в разных участках тела и хранят память о своей локализации даже при множественных пассажах в клеточных культурах. При этом фибробласты ладоней и стоп могут индуцировать экспрессию гена характерного для этих частей тела кератина 9 (KRT9) в коже других участков.

Учитывая эти данные, Сэм Ли (Sam Lee) из Университета Джонса Хопкинса с коллегами предположил, что пересадка аутологичных фибробластов ладоней и стоп может улучшить качество культи конечности и оптимизировать использование протеза. Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи начали с того, что пронаблюдали рост человеческих фибробластов из кожи стопы и скальпа в двухмерной культуре в обычных условиях и при статическом и переменном давлении. Фибробласты стопы быстрее пролиферировали (p = 0,02) и мигрировали (p ≤ 0,005), причем статическое давление на это не влияло. Под действием динамического давления в них наблюдались выраженные изменения экспрессии генов семейства HOX, отвечающего за дифференцировку.

Выяснив это, авторы работы воспользовались 3D-печатью для создания биоинженерных конструктов кожи с использованием фибробластов стопы или скальпа для дермы и кератиноцитов крайней плоти для эпидермиса. Через две—три недели количество фибробластов в обоих конструктах существенно не различалось, однако клетки стопы индуцировали значительное увеличение толщины эпидермиса (p = 0,03), площади цитоплазмы кератиноцитов (p = 0,05), а также экспрессии в них генов KRT9 и фактора роста кератиноцитов FGF7 (для обоих p = 0,04). Так была подтверждена способность фибробластов мезенхимы определять характеристики эпидермиса.

Это позволило перейти к клиническим испытаниям первой фазы с участием 39 здоровых добровольцев (средний возраст 35,9 года). В ходе них аутологичные фибробласты, выделенные из кожи стопы и размноженные в культуре, вводили в кожу правого бедра, а фибробласты скальпа (активный контроль) и физиологический раствор (пассивный контроль) — в кожу левого бедра, причем не ближе пяти сантиметров друг от друга. Спустя два и пять месяцев кожу с этих участков исследовали неинвазивными методами и анализировали биоптаты с помощью секвенирования РНК одиночных клеток, пространственной транскриптомики и иммуногистохимии, после чего иссекли для удаления пересаженных клеток.

Выяснилось, что эктопическая инъекция фибробластов стопы вызывает выраженные изменения кожи (но не полное ее ремоделирование). Они включали повышение ее прочности, утолщение эпидермиса, увеличение размеров кератиноцитов и длины коллагеновых волокон дермы, усиление синтеза эластина и рост экспрессии характерных для эпидермиса и отвечающих за его пролиферацию и дифференцировку белков KRT9, KRT17, pEGFR (Y1068), FGFBP1, FGF7 и RBPJ. Секвенирование РНК одиночных клеток подтвердило модификацию экспрессии генов, связанных с развитием эпидермиса, кератинизацией, дифференцировкой клеток эпидермиса и их морфологией, а пространственный транскриптомный анализ — стабильное приживление популяции пересаженных клеток. Переносимость процедуры была хорошей, значимых побочных эффектов не было, за исключением некоторого усиления пигментации при инъекции максимальной (порядка 30 миллионов клеток) дозы фибробластов.

Таким образом, пересадка аутологичных фибробластов кожи ладоней и стоп может стать перспективным методом клеточной терапии для улучшения механических свойств культей конечностей. Результаты работы позволили ее авторам получить одобрение FDA на проведение клинических испытаний второй фазы с участием пациентов с ампутацией ноги ниже колена.

Одной из серьезных проблем после ампутации зачастую становятся фантомные боли в утраченной конечности. Американские исследователи в ходе пилотных клинических испытаний вылечили их чрескожной криоабляцией нервов и их доброкачественных опухолей (невром) в культе под контролем компьютерной томографии и УЗИ.