Управление микроокружением для улучшения заживления ран и регенерации

Исследователи из Корейского института стандартов и науки (KRISS) открыли новый принцип управления микроокружением биологических тканей для ускорения заживления ран и регенерации. Это открытие имеет большой потенциал для разработки лекарств для заживления ран и исследований фиброзных заболеваний и рака.

Группа нанобиоизмерений KRISS выяснила механизм фиброза в процессе заживления и регенерации, исследуя клетки кожи. Они также предложили метод механического контроля микроокружения биологических тканей вокруг раны для локального регулирования фиброза.

Фиброз — это явление, при котором внеклеточный матрикс, окружающий клетки, выделяет такие вещества, как коллаген, что приводит к уплотнению биологических тканей. Типичный пример — образование рубцовой ткани на ранах. В норме этот процесс играет ключевую роль в заживлении и регенерации. Однако чрезмерный фиброз может привести к отвердению органов (печени, лёгких, сердца) или вызвать аутоиммунные заболевания, например, склеродермию.

Фиброз возникает, когда фибробласты дифференцируются в миофибробласты. Чтобы контролировать фиброз, необходимо понимать условия в организме, которые запускают эту дифференцировку.

Согласно наблюдениям команды KRISS с помощью оптической микроскопии, дифференцировка фибробластов наиболее активна, когда содержание эластина во внеклеточном матриксе кожи достигает 20%. Нормальный уровень эластина — 10%, и его увеличение повышает эластичность биологической ткани. Результаты подтверждают важность изменения состава окружающих микротканей для контроля фиброза.

Кроме того, с помощью высокоточного белкового анализа исследователи определили белки, участвующие в регуляции эластичности тканей, и экспериментально доказали, что регулирование этих белков может стимулировать дифференцировку фибробластов.

Традиционные исследования по контролю фиброза использовали химические методы, например, добавление факторов роста (таких как EGF) к клеткам для стимуляции дифференцировки. Новый подход KRISS заключается в изменении эластичности биологических тканей в локальной области для регуляции дифференцировки. Этот метод считается безопаснее, так как предотвращает нежелательные цепные реакции, которые могут вызвать факторы роста внутри клеток.

Это достижение стало возможным благодаря интеграции уникальных технологий KRISS: нелинейной оптической визуализации и белкового анализа. Технология нелинейной оптической визуализации позволяет наблюдать коллаген в образцах без окрашивания, что предотвращает повреждение микроскопических образцов в процессе окраски. Технология белкового анализа обеспечивает точное количественное определение белков в биологических образцах и даёт информацию о клеточных белках в зависимости от содержания эластина.

Это достижение можно применить не только для разработки вспомогательных препаратов для заживления ран путём управления клеточным микроокружением, но и для исследований методов лечения связанных заболеваний: фиброза печени, лёгких и сердца. Поскольку известно, что количество эластина влияет на пролиферацию раковых клеток, результаты также могут внести вклад в исследования по контролю роста рака.

Доктор Се Хва Ким, ведущий исследователь группы нанобиоизмерений KRISS, заявил: «К этому достижению привела конвергенция передовых биологических технологий измерений KRISS. Мы планируем расширить исследования различных механизмов фиброза, используя клетки органов, а не только кожи».

Исследование опубликовано в журнале Biomaterials Research.