Rakutehnoloogiate kasutamine armide välimuse parandamiseks

Kaasaegset teadust iseloomustab mitmete omavahel seotud distsipliinide kiire areng, mis on ühendatud üldnimetuse "biotehnoloogia" alla. See teadusharu, mis põhineb bioloogia, tsütoloogia, molekulaargeneetika, geenitehnoloogia ja transplantoloogia valdkonna uusimatel saavutustel, on suunatud taime- ja loomarakkude - kõigi elusolendite põhiliste struktuuriüksuste - tohutu potentsiaali ärakasutamisele. "Elav rakk on valmis biotehnoloogiline reaktor, milles realiseeritakse mitte ainult lõpptoote moodustumiseni viivad protsessid, vaid ka mitmed teised, mis aitavad säilitada süsteemi katalüütilist aktiivsust kõrgel tasemel," - John Woodward, 1992. Rakuteaduse algus pandi paika 1665. aastal, kui inglise füüsik R. Hooke lõi esimese mikroskoobi ja avastas korgist rakud - tsellulae ("rakud"). 1829. aastal põhjendasid M. Schleiden ja T. Schwann "raku teooriat", mis tõestas, et kõik elusolendid koosnevad rakkudest. 1858. aastal tõestas R. Virchow, et kõik haigused põhinevad rakkude struktuurilise korralduse ja ainevahetuse rikkumisel. Temast sai "rakulise patoloogia" rajaja. Rakuteadusesse andsid fundamentaalse panuse aastatel 1907–1911 R. Harrison ja A. A. Maksimov, kes tõestasid rakkude kultiveerimise võimalikkust väljaspool keha. Nende töö näitas, et rakkude kultiveerimiseks tuleb loomsed koed ja taimeosad mehaaniliselt väikesteks tükkideks eraldada. Rakkude isoleerimiseks lõigatakse koed terava noa või mikrotoomiga õhukesteks, umbes 0,5–1,0 mm paksusteks viiludeks. Rakkude füüsikalist eraldamist nimetatakse immobiliseerimiseks. Isoleeritud rakud saadakse taime- või kudede tükkide ensümaatilise dispergeerimise teel. Pärast teravate kääridega jahvatamist töödeldakse tükke trüpsiini või kollagenaasiga, et saada suspensioon – üksikute rakkude või nende mikroagregaatide suspensioon spetsiaalses keskkonnas. Alginaatgeele (kaltsiumalginaat) kasutatakse laialdaselt taimerakkude immobiliseerimiseks. On tõestatud, et immobiliseeritud taime- ja loomarakud säilitavad biosünteesi võime. Rakkude biosünteesi produktid akumuleeruvad rakkudes, nende ekspressioon toimub kas spontaanselt või spetsiaalsete ainete abil, mis soodustavad rakumembraanide läbilaskvuse suurenemist.

Loomarakkude kultiveerimine on palju keerulisem protsess kui taimerakkude kultiveerimine, nõudes spetsiaalset kaasaegset varustust, kõrgtehnoloogiat, erinevate keskkondade olemasolu, kasvufaktoreid, mis on loodud rakkude elujõulisuse säilitamiseks ja nende kõrge funktsionaalse aktiivsuse säilitamiseks. Leiti, et enamik tahkete kudede, näiteks neeru-, maksa- ja nahakudede rakke on pinnast sõltuvad, seega saab neid in vitro kultiveerida ainult õhukeste lehtede või monokihide kujul, mis on otseselt seotud substraadi pinnaga. Kudede ensümaatilise dispergeerimise teel saadud rakkude eluiga, proliferatsioon ja funktsionaalne stabiilsus sõltuvad suuresti substraadist, millel neid kasvatatakse. On teada, et kõigil selgroogsete kudedest saadud rakkudel on negatiivne pinnalaeng, seega sobivad positiivselt laetud substraadid nende immobiliseerimiseks. Tervetest kudedest otse saadud isoleeritud rakke saab säilitada primaarkultuuris immobiliseeritud olekus, säilitades samal ajal kõrge spetsiifilisuse ja tundlikkuse 10–14 päeva. Immobiliseeritud, pinnast sõltuvad rakud mängivad tänapäeva bioloogias suurt rolli, eriti kliinilistes uuringutes. Neid kasutatakse rakkude arengutsüklite, nende kasvu ja diferentseerumise regulatsiooni, normaalsete ja kasvajarakkude funktsionaalsete ja morfoloogiliste erinevuste uurimiseks. Immobiliseeritud rakkude monokihte kasutatakse biotestides, bioloogiliselt aktiivsete ainete kvantitatiivseks määramiseks, samuti mitmesuguste ravimite ja toksiinide mõju uurimiseks neile. Kõigi erialade arstid on aastakümneid näidanud üles suurt huvi rakkude kui terapeutilise ainena. Rakutehnoloogiad arenevad selles suunas praegu kiiresti.

Koe- ja rakuteraapia algus on seotud kuulsa vene teadlase V. P. Filatovi nimega, kes pani 1913. aastal aluse koeteraapia doktriinile, uurides sarvkesta siirdamise tulemusi tervetelt doonoritelt kataraktihaigetele. Sarvkesta siirdamisega töötades avastas ta, et külmas 1-3 päeva temperatuuril -2-4 kraadi Celsiuse järgi säilinud sarvkest juurdub paremini kui värske. Nii avastati rakkude omadus ebasoodsates tingimustes eritada aineid, mis ergutavad siirdatud kudedes elutähtsaid protsesse ja retsipiendi kudedes regeneratiivseid protsesse. Kehast eraldatud koed ja rakud on stressiseisundis ehk elutähtsa aktiivsuse aeglustumisel. Vereringe neis peatub ja seetõttu toitumine. Kudede hingamine on äärmiselt raskendatud, innervatsioon ja trofism on häiritud. Uues kvalitatiivses seisundis olles ja uute eksistentsitingimustega kohanedes toodavad rakud spetsiaalseid aineid, millel on raviomadused. Neid mittevalgulisi aineid nimetas V. P. Filatov biogeenseteks stimulantideks. Koos V. V. Skorodinskajaga tegi ta kindlaks, et loomadelt ja taimedelt pärinevat materjali saab pärast ebasoodsates tingimustes hoidmist vabalt autoklaavida temperatuuril 120 °C tund aega ning see mitte ainult ei kaotanud aktiivsust, vaid vastupidi, suurendas seda, mida seletati bioloogiliste stimulantide vabanemisega konserveeritud kudedest. Lisaks kaotasid nad antigeensed omadused, mis vähendas oluliselt äratõukereaktsiooni võimalust. Konserveeritud steriilset materjali viidi kehasse implanteerimise (planteerimise) teel naha alla või ekstraktide süstimise teel, mis andis piisavaid tulemusi. Samuti avastati, et lootekoed sisaldavad oluliselt rohkem bioloogiliselt aktiivseid aineid kui täiskasvanud isendite koed ja mõningaid tegureid leidub ainult embrüotes. Retsipiendi organism ei taju vaktsineeritud lootekoesid võõrkehadena, kuna tsütoplasmaatilistes membraanides puuduvad liigi-, koe- ja individuaalse spetsiifilisuse eest vastutavad valgud (peamise histosobivuskompleksi valgud). Selle tulemusena ei käivita loomade lootekudede vaktsineerimine inimorganismi immuunkaitse mehhanisme ega kokkusobimatus- ja äratõukereaktsioone. V. P. Filatov kasutas oma meditsiinipraktikas laialdaselt inimese platsentat ja nahka. Ravikuurid koosnesid 30–45 koeekstraktide süstist ja 1–2 autoklaavitud kudede implanteerimisest.

Alustades uurimistööd inim- ja loomsete kudede ja rakkudega, kandis ta oma üldistused üle taimemaailma. Viies läbi katseid elusate taimeosadega (aaloe, teeleht, agaav, peedipealsed, naistepuna jne), lõi ta neile ebasoodsad tingimused, asetades lõigatud lehed pimedasse kohta, kuna taim vajab oma elutähtsate funktsioonide täitmiseks valgust. Samuti eraldas ta suudmemudast ja turbast biogeenseid stimulante, kuna muda ja turvas tekivad mikrofloora ja mikrofauna osalusel.

Koeteraapia sai uue arenguvooru 70ndate lõpus, kui aastakümnete jooksul kogunenud teadmised ja kogemused võimaldasid loomsete ja taimsete kudede ja rakkude kasutamist kvalitatiivselt uuel tasemel inimeste ravimiseks ja nende aktiivse eluea pikendamiseks. Nii hakati mõnes kodumaises ja mitmes välismaises kliinikus füsioloogilises menopausis naistele klimakteerse sündroomiga või ovariektoomia taustal tegema koeteraapiat platsenta, hüpotalamuse, maksa, munasarjade, harknäärme ja kilpnäärme lootekudedega, et aeglustada vananemisprotsessi, ateroskleroosi, osteoporoosi ning immuun-, endokriin- ja närvisüsteemi talitlushäirete teket. Ühes Lääne-Euroopa prestiižseimas gerontokosmetoloogiakliinikus on jäärade suguelundite lootekudedest saadud ekstraktide süstimisi samadel eesmärkidel kasutatud juba mitu aastakümmet.

Meie riigis on biostimuleeriv ravi leidnud laialdast rakendust. Kuni viimase ajani määrati mitmesuguste haigustega patsientidele aktiivselt platsenta ekstraktide, aaloe, kalanhoe, Sedum majori (biosed), FiBS-i, peloidi destillaadi, peloidini, turba, humisooli süstimisi, mis valmistati V. P. Filatovi meetodi järgi. Praegu on neid ülitõhusaid ja odavaid loomset, taimset ja mineraalset päritolu kodumaiseid koepreparaate apteekidest peaaegu võimatu osta.

Imporditud inimkudedest ja -organitest erinevate biogeensete preparaatide, näiteks rumaloni (kõhrekoest ja luuüdist), aktovegiini (vasikaverest), solkoserüüli (veisevere ekstrakt), aga ka kodumaiste preparaatide - klaaskeha (veise silma klaaskehast), kerakooli (veise sarvkestast), spleniini (veise põrnast), epitalamiini (epitaalamuse-epifüüsi piirkonnast) - saamise aluseks on samuti V. P. Filatovi uuringud. Kõikide koepreparaatide ühendavaks omaduseks on üldine mõju kogu kehale tervikuna. Seega moodustas akadeemiku V. P. Filatovi „Koeteraapia“ aluse enamikule kaasaegsetele arengutele ja suundadele kirurgias, immunoloogias, sünnitusabis ja günekoloogias, gerontoloogias, kombustioloogias, dermatoloogias ja kosmetoloogias, mis on seotud raku ja selle biosünteesi produktidega.

Koe siirdamise probleem on inimkonda vaevanud iidsetest aegadest. Nii mainitakse juba 8000. aastasse eKr dateeritud Ebersi papüüruses koe siirdamise kasutamist keha üksikute piirkondade defektide kompenseerimiseks. 1000 aastat eKr elanud India teadlase Sushruta "Eluraamatus" on detailne kirjeldus nina taastamisest põskede ja otsaesise nahast.

Doonornaha vajadus kasvas proportsionaalselt plastiliste ja rekonstruktiivkirurgiate arvu suurenemisega. Sellega seoses hakati kasutama surnukeha ja loote nahka. Tekkis vajadus säilitada doonorressursse ning leida viise inimnaha asendamiseks loomsete kudedega ja mitmesuguseid naha modelleerimise võimalusi. Ja just selles suunas teadlased töötasidki, kui 1941. aastal demonstreeris P. Medovar esmakordselt keratinotsüütide kasvu põhimõttelist võimalikkust in vitro. Järgmine oluline etapp rakutehnoloogiate arendamisel oli Karasek M. ja Charlton M. töö, kes 1971. aastal viisid läbi esimese eduka autoloogsete keratinotsüütide siirdamise primaarkultuurist küüliku haavadele, kasutades CC kultiveerimise substraadina kollageengeeli, mis parandas rakkude proliferatsiooni kultuuris. J. Rheinvvald. H. Green. töötas välja tehnoloogia suures koguses inimkeratinotsüütide järjestikuseks kultiveerimiseks. 1979. aastal avastasid Green ja tema kaasautorid keratinotsüütide rakukultuuri terapeutilise kasutamise väljavaated naha taastamisel ulatuslike põletuste korral, misjärel hakkasid seda pidevalt täiustatud tehnikat kasutama kirurgid nii välis- kui ka meie riigis asuvates põletuskeskustes.

Elusrakkude uurimise käigus leiti, et rakud toodavad lisaks mittevalgulise päritoluga biogeensetele stimulaatoritele ka mitmeid tsütokiine, mediaatoreid, kasvufaktoreid ja polüpeptiide, millel on oluline roll kogu organismi homöostaasi reguleerimisel. Leiti, et mitmesugused rakud ja koed sisaldavad peptiidbioregulaatoreid, millel on lai bioloogilise toimespekter ja mis koordineerivad hulkrakuliste süsteemide arengu- ja toimimisprotsesse. Algas ajastu, mil rakukultuure kasutati terapeutilise ainena. Meie riigis on viimastel aastakümnetel kombustioloogias kasutusele võetud fibroblastide suspensiooni ja mitmekihiliste keratinotsüütide rakukihtide siirdamine. Sellist aktiivset huvi naharakkude siirdamise vastu põletuspatsientidele seletatakse vajadusega kiiresti sulgeda suuri põletuspindu ja doonornaha puudusega. Võimalus eraldada rakke väikesest nahatükist, mis on võimeline katma haavapinda, mis on 1000 või isegi 10 000 korda suurem kui doonornaha pindala, on osutunud kombustioloogia ja põletuspatsientide jaoks väga atraktiivseks ja oluliseks. Keratinotsüütide kihi siirdumise protsent varieerub sõltuvalt põletuspiirkonnast, patsiendi vanusest ja tervislikust seisundist 71,5–93,6%. Huvi keratinotsüütide ja fibroblastide siirdamise vastu on seotud mitte ainult nahadefekti kiire sulgemise võimalusega, vaid ka asjaoluga, et neil siirdamistel on võimas bioloogiliselt aktiivne potentsiaal siirdamise tulemusel saadud kudede välimuse parandamiseks. Uute veresoonte moodustumine, hüpoksia leevendamine, trofismi paranemine, ebaküpse koe kiirenenud küpsemine – see on nende positiivsete muutuste morfofunktsionaalne alus, mis toimuvad siirdatud rakkude poolt kasvufaktorite ja tsütokiinide vabanemise tõttu. Seega, tänu progressiivsete rakutehnoloogiate kasutuselevõtule autoloogsete ja allogeensete keratinotsüütide ja fibroblastide mitmerakuliste kihtide siirdamiseks suurtele haavapindadele meditsiinipraktikas, suutsid kombustioloogid mitte ainult vähendada nahakahjustuste suure osakaaluga põletusohvrite suremust, vaid ka kvalitatiivselt parandada armkude, mis paratamatult tekib IIb, IIIa ja B astme põletuste kohas. Põletushaigete haavapindade ravis omandatud kombustioloogide kogemused andsid alust arvata, et juba modifitseeritud Greeni meetodit saab kasutada dermatokirurgias mitmesuguste naha- ja kosmeetiliste patoloogiate (troofilised haavandid, vitiligo, nevi, bulloosne epidermolüüs, tätoveeringute eemaldamine, vanusega seotud nahamuutused ja armide välimuse parandamine) korral.

Allogeensete keratinotsüütide kasutamisel kirurgias, kombustioloogias ja dermatokosmetoloogias on autoloogsete keratinotsüütide ees mitmeid eeliseid, kuna rakumaterjali saab eelnevalt piiramatus koguses ette valmistada, säilitada ja vajadusel kasutada. Samuti on teada, et allogeensetel KK-del on vähenenud antigeenne aktiivsus, kuna in vitro kultiveerimisel kaotavad nad Langerhansi rakud, mis on HLA kompleksi antigeenide kandjad. Allogeensete KK-de kasutamist toetab ka asjaolu, et need asendatakse pärast siirdamist autoloogsetega, erinevate autorite sõnul 10 päeva kuni 3 kuu jooksul. Sellega seoses on tänapäeval paljudes riikides loodud rakupangad, tänu millele on võimalik saada rakkude siirdamist vajalikus koguses ja õigel ajal. Sellised pangad eksisteerivad Saksamaal, USA-s ja Jaapanis.

Huvi rakuliste tehnoloogiate kasutamise vastu dermatokosmetoloogias tuleneb asjaolust, et "rakulised kompositsioonid" kannavad endas võimast bioenergeetilist ja informatiivset potentsiaali, tänu millele on võimalik saada kvalitatiivselt uusi ravitulemusi. Siirdatud rakkude poolt sekreteeritavad autokiinid (kasvufaktorid, tsütokiinid, lämmastikoksiid jne) toimivad peamiselt organismi enda fibroblastidele, suurendades nende sünteetilist ja proliferatiivset aktiivsust. See fakt on teadlaste jaoks eriti atraktiivne, kuna fibroblast on dermise võtmerakk, mille funktsionaalne aktiivsus määrab kõigi nahakihtide seisundi. Samuti on teada, et pärast naha vigastamist kauteriga, laseriga, nõela ja muude instrumentidega täiendatakse nahka luuüdist, rasvkoest ja kapillaaride peritsüütidest pärinevate fibroblastide värskete tüveprekursoritega, mis aitab kaasa keharakkude kogumi "noorendamisele". Nad hakkavad aktiivselt sünteesima kollageeni, elastiini, ensüüme, glükosaminoglükaane, kasvufaktoreid ja teisi bioloogiliselt aktiivseid molekule, mis viib dermise suurenenud niisutamiseni ja vaskularisatsioonini, parandades selle tugevust.