Šūnu tehnoloģiju izmantošana rētu izskata uzlabošanai

Mūsdienu zinātni raksturo vairāku saistītu disciplīnu strauja attīstība, kas apvienotas ar vispārīgo nosaukumu "biotehnoloģija". Šī zinātnes nozare, kas balstīta uz jaunākajiem sasniegumiem bioloģijas, citoloģijas, molekulārās ģenētikas, ģenētiskās inženierijas un transplantoloģijas jomā, tiecas izmantot milzīgo potenciālu, kas piemīt augu un dzīvnieku šūnām - visu dzīvo organismu pamata struktūrvienībām. "Dzīva šūna ir gatavs biotehnoloģisks reaktors, kurā tiek realizēti ne tikai procesi, kas noved pie gala produkta veidošanās, bet arī vairāki citi, kas palīdz uzturēt sistēmas katalītisko aktivitāti augstā līmenī," - Džons Vudvards, 1992. Šūnu zinātnes sākums tika likts 1665. gadā, kad angļu fiziķis R. Hūks izveidoja pirmo mikroskopu un atklāja šūnas - šūnas ("šūnas") korķī. 1829. gadā M. Šleidens un T. Švāns pamatoja "šūnu teoriju", kas pierādīja, ka visas dzīvās būtnes sastāv no šūnām. 1858. gadā R. Virhovs pierādīja, ka visas slimības balstās uz šūnu strukturālās organizācijas un metabolisma pārkāpumiem. Viņš kļuva par "šūnu patoloģijas" pamatlicēju. Fundamentālu ieguldījumu šūnu zinātnē 1907.-1911. gadā sniedza R. Harisons un A. A. Maksimovs, kuri pierādīja šūnu kultivēšanas iespēju ārpus ķermeņa. Viņu darbs parādīja, ka šūnu kultivēšanai dzīvnieku audi un augu daļas ir mehāniski jāatdala mazos gabaliņos. Lai izolētu šūnas, audus ar asu nazi vai mikrotomu sagriež plānās, aptuveni 0,5-1,0 mm biezās šķēlēs. Šūnu fizisku atdalīšanu sauc par imobilizāciju. Izolētas šūnas iegūst, fermentatīvi disperģējot augu vai audu gabalus. Pēc sasmalcināšanas ar asām šķērēm gabalus apstrādā ar tripsīnu vai kolagenāzi, lai iegūtu suspensiju - atsevišķu šūnu vai to mikroagregātu suspensiju īpašā vidē. Algināta želejas (kalcija algināts) tiek plaši izmantotas augu šūnu imobilizēšanai. Ir pierādīts, ka imobilizētās augu un dzīvnieku šūnas saglabā spēju biosintezēt. Šūnu biosintēzes produkti uzkrājas šūnās, to ekspresija notiek vai nu spontāni, vai ar īpašu vielu palīdzību, kas veicina šūnu membrānu caurlaidības palielināšanos.

Dzīvnieku šūnu kultivēšana ir daudz sarežģītāks process nekā augu šūnu kultivēšana, kam nepieciešams īpašs moderns aprīkojums, augstas tehnoloģijas, dažādu barotņu klātbūtne, augšanas faktori, kas paredzēti šūnu dzīvotspējas saglabāšanai un to uzturēšanai augstas funkcionālās aktivitātes stāvoklī. Tika konstatēts, ka lielākā daļa cieto audu šūnu, piemēram, nieru, aknu un ādas audu, ir atkarīgas no virsmas, tāpēc tās var kultivēt in vitro tikai plānu plākšņu vai monoslāņu veidā, kas ir tieši saistīti ar substrāta virsmu. Ar audu fermentatīvu dispersiju iegūto šūnu dzīves ilgums, proliferācija un funkcionālā stabilitāte lielā mērā ir atkarīga no substrāta, uz kura tās tiek audzētas. Ir zināms, ka visām no mugurkaulnieku audiem iegūtajām šūnām ir negatīvs virsmas lādiņš, tāpēc pozitīvi lādēti substrāti ir piemēroti to imobilizācijai. Izolētas šūnas, kas iegūtas tieši no veseliem audiem, var uzturēt primārajā kultūrā imobilizētā stāvoklī, saglabājot augstu specifiskumu un jutību 10–14 dienas. Imobilizētām, no virsmas atkarīgām šūnām ir liela nozīme mūsdienu bioloģijā, īpaši klīniskajos pētījumos. Tās tiek izmantotas, lai pētītu šūnu attīstības ciklus, to augšanas un diferenciācijas regulāciju, funkcionālās un morfoloģiskās atšķirības starp normālām un audzēja šūnām. Imobilizētas šūnu monokārtas tiek izmantotas biotestos, bioloģiski aktīvo vielu kvantitatīvai noteikšanai, kā arī dažādu zāļu un toksīnu ietekmes uz tām izpētei. Visu specialitāšu ārsti jau gadu desmitiem izrāda lielu interesi par šūnu kā terapeitisku līdzekli. Šūnu tehnoloģijas pašlaik strauji attīstās šajā virzienā.

Audu un šūnu terapijas sākums ir saistīts ar slavenā krievu zinātnieka V. P. Filatova vārdu, kurš 1913. gadā lika pamatus audu terapijas doktrīnai, pētot radzenes transplantācijas rezultātus no veseliem donoriem pacientiem ar kataraktu. Strādājot ar radzenes transplantācijām, viņš atklāja, ka radzene, kas 1-3 dienas uzglabāta aukstumā -2-4 grādu temperatūrā, iesakņojas labāk nekā svaiga. Tādējādi tika atklāta šūnu īpašība nelabvēlīgos apstākļos izdalīt dažas vielas, kas ierosina dzīvības procesus transplantētajos audos un reģeneratīvos procesus recipienta audos. No organisma atdalītie audi un šūnas atrodas stresa stāvoklī, tas ir, lēna dzīvības aktivitāte. Tajos apstājas asinsrite, un līdz ar to arī barošanās. Audu elpošana ir ārkārtīgi apgrūtināta, tiek traucēta inervācija un trofika. Atrodoties jaunā kvalitatīvā stāvoklī, pielāgojoties jauniem eksistences apstākļiem, šūnas ražo īpašas vielas ar ārstnieciskām īpašībām. Šīs neolbaltumvielu dabas vielas V. P. Filatovs nosauca par biogēniem stimulatoriem. Kopā ar V. V. Skorodinsku viņš konstatēja, ka dzīvnieku un augu materiālus var brīvi autoklāvēt t 120 grādu pēc Celsija temperatūrā vienu stundu pēc turēšanas nelabvēlīgos apstākļos, un tie ne tikai nezaudēja aktivitāti, bet gluži pretēji, to palielināja, ko skaidroja ar bioloģisko stimulantu izdalīšanos no konservētiem audiem. Turklāt tie zaudēja antigēnas īpašības, kas ievērojami samazināja atgrūšanas iespējamību. Konservēts sterils materiāls tika ievadīts organismā, implantējot (plantējot) zem ādas vai ekstraktu injekciju veidā, iegūstot atbilstošus rezultātus. Tika arī atklāts, ka augļa audi satur ievērojami lielāku bioloģiski aktīvo vielu skaitu nekā pieaugušo audi, un daži faktori ir atrodami tikai embrijos. Inokulētie augļa audi recipienta organismā netiek uztverti kā sveši, jo citoplazmatiskajās membrānās nav olbaltumvielu, kas atbild par sugu, audu un individuālo specifiskumu (galvenā histosaderības kompleksa olbaltumvielas). Tā rezultātā dzīvnieku augļa audu inokulācija cilvēka organismā neizraisa imūnās aizsardzības mehānismus un nesaderības un atgrūšanas reakcijas. V. P. Filatovs savā medicīnas praksē plaši izmantoja cilvēka placentu un ādu. Ārstēšanas kursi sastāvēja no 30–45 audu ekstraktu injekcijām un 1–2 autoklāvētu audu implantācijām.

Uzsācis pētījumus ar cilvēku un dzīvnieku audiem un šūnām, viņš savus vispārinājumus pārnesa uz augu pasauli. Veicot eksperimentus ar dzīvām augu daļām (alveju, plantāni, agavi, biešu galotnēm, asinszāli u.c.), viņš radīja tām nelabvēlīgus apstākļus, novietojot nogrieztas lapas tumšā vietā, jo augam dzīvības funkciju veikšanai nepieciešama gaisma. Viņš arī izolēja biogēnos stimulantus no estuāra dūņām un kūdras, jo dūņas un kūdra veidojas, piedaloties mikroflorai un mikrofaunai.

Audu terapija ieguva jaunu attīstības kārtu 70. gadu beigās, kad gadu desmitiem uzkrātās zināšanas un pieredze ļāva izmantot dzīvnieku un augu audus un šūnas kvalitatīvi jaunā līmenī cilvēku ārstēšanai un viņu aktīvā mūža pagarināšanai. Tā dažās vietējās un vairākās ārvalstu klīnikās sievietes fizioloģiskajā menopauzē ar klimaktērisku sindromu vai uz ovariektomijas fona sāka veikt audu terapiju ar placentas, hipotalāma, aknu, olnīcu, aizkrūtes dziedzera un vairogdziedzera augļa audiem, lai palēninātu novecošanās procesu, aterosklerozes, osteoporozes attīstību, imūnsistēmas, endokrīnās un nervu sistēmas disfunkcijas. Vienā no prestižākajām gerontokosmetoloģijas klīnikām Rietumeiropā jau vairākus gadu desmitus šiem pašiem mērķiem tiek izmantotas no aunu dzimumdziedzeru augļa audiem iegūtu ekstraktu injekcijas.

Mūsu valstī biostimulējoša ārstēšana ir atradusi arī plašu pielietojumu. Vēl nesen pacientiem ar dažādām slimībām aktīvi tika izrakstītas placentas ekstraktu, alvejas, kalanhojas, lielā seduma (biosed), FiBS, peloīda destilāta, peloidīna, kūdras, humisola injekcijas, kas pagatavotas pēc V. P. Filatova metodes. Pašlaik aptiekās ir gandrīz neiespējami iegādāties šos ļoti efektīvos un lētos vietējos dzīvnieku, augu un minerālu izcelsmes audu preparātus.

Pamats dažādu biogēnu preparātu iegūšanai no cilvēka audiem un importētas produkcijas orgāniem, piemēram, rumalona (no skrimšļa audiem un kaulu smadzenēm), aktovegīna (no teļa asinīm), solkoserila (liellopu asiņu ekstrakta), kā arī vietējo preparātu - stiklveida ķermeņa (no liellopu acs stiklveida ķermeņa), kerakol (no liellopu radzenes), splenīna (no liellopu liesas), epitalamīna (no epitalāma-epifizārā reģiona) - iegūšanai ir arī V. P. Filatova pētījumi. Visu audu preparātu vienojošā īpašība ir kopējā iedarbība uz visu ķermeni kopumā. Tādējādi akadēmiķa V. P. Filatova "Audu terapija" veidoja pamatu lielākajai daļai mūsdienu sasniegumu un virzienu ķirurģijā, imunoloģijā, dzemdniecībā un ginekoloģijā, gerontoloģijā, kombinētajā terapijā, dermatoloģijā un kosmetoloģijā, kas saistīti ar šūnu un tās biosintēzes produktiem.

Audu transplantācijas problēma cilvēci nodarbina jau kopš seniem laikiem. Tā, piemēram, Ebera papirusā, kas datēts ar 8000. gadu p.m.ē., jau ir pieminēta audu transplantācijas izmantošana, lai kompensētu defektus atsevišķās ķermeņa zonās. Indijas zinātnieka Sušrutas, kurš dzīvoja 1000 gadus p.m.ē., "Dzīves grāmatā" ir sniegts detalizēts apraksts par deguna atjaunošanu no vaigu un pieres ādas.

Donoru ādas nepieciešamība pieauga proporcionāli plastisko un rekonstruktīvās ķirurģijas skaita pieaugumam. Šajā sakarā sāka izmantot līķu un augļa ādu. Radās nepieciešamība saglabāt donoru resursus un atrast veidus, kā aizstāt cilvēka ādu ar dzīvnieku audiem, kā arī dažādas ādas modelēšanas iespējas. Un tieši šajā virzienā zinātnieki strādāja, kad 1941. gadā P. Medovars pirmo reizi demonstrēja keratinocītu augšanas in vitro fundamentālo iespēju. Nākamais svarīgais posms šūnu tehnoloģiju attīstībā bija Karaseka M. un Čarltona M. darbs, kuri 1971. gadā veica pirmo veiksmīgo autologu keratinocītu transplantāciju no primārās kultūras uz trušu brūcēm, izmantojot kolagēna želeju kā substrātu CC kultivēšanai, kas uzlaboja šūnu proliferāciju kultūrā. J. Reinvvalds, H. Grīns, izstrādāja tehnoloģiju liela daudzuma cilvēka keratinocītu sērijveida kultivēšanai. 1979. gadā Grīns un viņa līdzautori atklāja keratinocītu šūnu kultūras terapeitiskās izmantošanas perspektīvas ādas atjaunošanā plašu apdegumu gadījumos, pēc kā šo metodi, pastāvīgi uzlabojot, sāka izmantot ķirurgi apdegumu centros ārzemēs un mūsu valstī.

Dzīvo šūnu izpētes procesā tika atklāts, ka šūnas ražo ne tikai neolbaltumvielu izcelsmes biogēnus stimulatorus, bet arī vairākus citokīnus, mediatorus, augšanas faktorus, polipeptīdus, kuriem ir svarīga loma visa organisma homeostāzes regulēšanā. Tika atklāts, ka dažādas šūnas un audi satur peptīdu bioregulatorus, kuriem ir plašs bioloģiskās darbības spektrs un kas koordinē daudzšūnu sistēmu attīstības un funkcionēšanas procesus. Sākās šūnu kultūras izmantošanas kā terapeitiska līdzekļa laikmets. Mūsu valstī pēdējās desmitgadēs kombustioloģijā ir pieņemta fibroblastu suspensijas un daudzslāņu keratinocītu šūnu slāņu transplantācija. Tik aktīva interese par ādas šūnu transplantāciju apdegumu pacientiem tiek skaidrota ar nepieciešamību ātri slēgt lielas apdegumu virsmas un donora ādas trūkumu. Iespēja izolēt šūnas no neliela ādas gabala, kas spēj nosegt brūces virsmu, kas ir 1000 vai pat 10 000 reižu lielāka par donora ādas laukumu, ir izrādījusies ļoti pievilcīga un svarīga kombustioloģijai un apdegumu pacientiem. Keratinocītu slāņa iesakņošanās procents atšķiras atkarībā no apdeguma zonas, pacienta vecuma un veselības stāvokļa no 71,5 līdz 93,6%. Interese par keratinocītu un fibroblastu transplantāciju ir saistīta ne tikai ar iespēju ātri aizvērt ādas defektu, bet arī ar to, ka šiem transplantātiem piemīt spēcīgs bioloģiski aktīvs potenciāls uzlabot transplantācijas rezultātā iegūto audu izskatu. Jaunu asinsvadu veidošanās, hipoksijas mazināšana, trofikas uzlabošana, nenobriedušu audu paātrināta nobriešana - tas ir morfofunkcionālais pamats šīm pozitīvajām izmaiņām, kas rodas, transplantēto šūnu izdalot augšanas faktorus un citokīnus. Tādējādi, pateicoties progresīvu šūnu tehnoloģiju ieviešanai medicīnas praksē autologu un allogēnu keratinocītu un fibroblastu daudzšūnu slāņu transplantācijai uz lielām brūču virsmām, kombustiologi spēja ne tikai samazināt apdegumu upuru mirstību ar augstu ādas bojājumu procentuālo daudzumu, bet arī kvalitatīvi uzlabot rētaudus, kas neizbēgami rodas IIb, IIIa un B pakāpes apdegumu vietā. Apdegumu pacientu brūču virsmu ārstēšanā iegūtā kombustiologu pieredze rosināja ideju izmantot jau modificēto Grīna metodi dermatoķirurģiskajā praksē dažādu ādas un kosmētisko patoloģiju (trofisko čūlu, vitiligo, nevi, bullozas epidermolīzes, tetovējumu noņemšanas, ar vecumu saistītu ādas izmaiņu un rētu izskata uzlabošanai) gadījumā.

Allogēnu keratinocītu izmantošanai ķirurģijā, kombustioloģijā un dermatokosmetoloģijā ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar autologu keratinocītu izmantošanu, jo šūnu materiālu var iepriekš sagatavot neierobežotā daudzumā, saglabāt un izmantot, ja nepieciešams. Ir arī zināms, ka allogēnām CC ir samazināta antigēna aktivitāte, jo, kultivējot in vitro, tās zaudē Langerhansa šūnas, kas ir HLA kompleksa antigēnu nesējas. Allogēnu CC izmantošanu apstiprina arī fakts, ka pēc transplantācijas tās, pēc dažādu autoru domām, 10 dienu līdz 3 mēnešu laikā tiek aizstātas ar autologām. Šajā sakarā mūsdienās daudzās valstīs ir izveidotas šūnu bankas, pateicoties kurām ir iespējams iegūt šūnu transplantātus nepieciešamajā daudzumā un īstajā laikā. Šādas bankas pastāv Vācijā, ASV un Japānā.

Interese par šūnu tehnoloģiju izmantošanu dermatokosmetoloģijā ir saistīta ar faktu, ka "šūnu sastāviem" piemīt spēcīgs bioenerģētiskais un informatīvais potenciāls, pateicoties kuram ir iespējams iegūt kvalitatīvi jaunus ārstēšanas rezultātus. Transplantēto šūnu izdalītie autokīni (augšanas faktori, citokīni, slāpekļa oksīds utt.) galvenokārt iedarbojas uz organisma paša fibroblastiem, palielinot to sintētisko un proliferatīvo aktivitāti. Šis fakts ir īpaši pievilcīgs pētniekiem, jo fibroblasti ir dermas atslēgas šūna, kuras funkcionālā aktivitāte nosaka visu ādas slāņu stāvokli. Ir arī zināms, ka pēc ādas bojāšanas ar kodinātāju, lāzeru, adatu un citiem instrumentiem āda tiek papildināta ar svaigiem fibroblastu cilmes prekursoriem no kaulu smadzenēm, taukaudiem un kapilāru pericītiem, kas veicina ķermeņa šūnu kopas "atjaunošanos". Tās aktīvi sāk sintezēt kolagēnu, elastīnu, enzīmus, glikozaminoglikānus, augšanas faktorus un citas bioloģiski aktīvas molekulas, kas noved pie paaugstinātas dermas hidratācijas un vaskularizācijas, uzlabojot tās izturību.