Un examen du collagène et des pansements à base de collagène

Résumé: Le collagène est un élément clé d’une plaie cicatrisante. Dans cette revue, une description générale du processus de cicatrisation des plaies est fournie en mettant l’accent sur le rôle unique du collagène. Le mode d’action (MoA) des pansements à base de collagène est également abordé. En raison d’un certain nombre de stimuli potentiels (ischémie tissulaire locale, charge biologique, tissu nécrotique, traumatismes répétés, etc.), les plaies peuvent caler dans la phase inflammatoire contribuant à la chronicité de la plaie. Un élément clé des plaies chroniques est un niveau élevé de métalloprotéinases matricielles (MMP). À des niveaux élevés, les MMP dégradent non seulement le collagène non viable, mais également le collagène viable. De plus, les fibroblastes d’une plaie chronique peuvent ne pas sécréter d’inhibiteurs tissulaires des MMP (TIMP) à un niveau adéquat pour contrôler l’activité des MMP. Ces événements empêchent la formation de l’échafaudage nécessaire à la migration cellulaire et empêchent finalement la formation de la matrice extracellulaire (ECM) et du tissu de granulation. Les pansements à base de collagène sont particulièrement adaptés pour résoudre le problème des niveaux élevés de MMP en agissant comme un « substrat sacrificiel » dans la plaie. Il a également été démontré que les produits de dégradation du collagène sont chimiotactiques pour une variété de types cellulaires nécessaires à la formation de tissus de granulation. De plus, les pansements à base de collagène ont la capacité d’absorber les exsudats de la plaie et de maintenir un environnement humide de la plaie.
Adresse correspondance à: David Brett, BS, BS, MS Division de la gestion des plaies Smith & Neveu 920 Lake Carillon Dr., Suite 110 St. Petersburg, FL 33716 Téléphone: 727-399-3496 Courriel : [email protected]

Collagène

Les protéines sont des polymères naturels et représentent près de 15% du corps humain. Les éléments constitutifs de toutes les protéines sont les acides aminés. Le collagène est la principale protéine de la matrice extracellulaire (ECM) et est la protéine la plus abondante trouvée chez les mammifères, comprenant 25% de la protéine totale et 70% à 80% de la peau (poids sec). Le collagène agit comme un échafaudage structurel dans les tissus. La caractéristique centrale de toutes les molécules de collagène est leur structure hélicoïdale rigide et triple brin.1 Les types I, II et III sont les principaux types de collagène présents dans le tissu conjonctif et constituent 90% de tout le collagène du corps. Fonction du collagène dans la cicatrisation des plaies. Auparavant, on pensait que les collagènes ne fonctionnaient que comme un support structurel; cependant, il est maintenant évident que le collagène et les fragments dérivés du collagène contrôlent de nombreuses fonctions cellulaires, y compris la forme et la différenciation des cellules, la migration 2,3, 4 et la synthèse d’un certain nombre de protéines. 5 Les résultats suggèrent que le contact cellulaire avec des molécules de matrice extracellulaire précises influence le comportement cellulaire en régulant la quantité et la qualité du dépôt de matrice. Le collagène de type I est le composant structurel le plus abondant de la matrice dermique; les kératinocytes en migration interagissent probablement avec cette protéine. La collagénase (via la formation de gélatine) peut aider à dissocier les kératinocytes de la matrice riche en collagène et ainsi favoriser une migration efficace sur les matrices dermiques et provisoires. Les fonctions cellulaires sont régulées par l’ECM. Les informations fournies par les macromolécules ECM sont traitées et transduites dans les cellules par des récepteurs de surface cellulaires spécialisés. 5 Les preuves démontrent que les récepteurs jouent un rôle majeur dans la contraction des plaies, 6,7 la migration des cellules épithéliales, 8 le dépôt de collagène, 9 et l’induction de collagénase dégradant la matrice. Bien que les kératinocytes adhèrent au collagène dénaturé (gélatine), la production de collagénase n’est pas activée en réponse à ce substrat. On sait que 10 kératinocytes reconnaissent et migrent sur le substrat de collagène de type I, ce qui entraîne une production accrue de collagénase. 11 Le collagène joue un rôle clé dans chaque phase de cicatrisation. Hémostase (durée = minutes). Les plaquettes s’agrégent autour du collagène exposé. Les plaquettes sécrètent ensuite des facteurs qui interagissent avec et stimulent la cascade de coagulation intrinsèque, ce qui renforce l’agrégat plaquettaire en un bouchon hémostatique stable. »Les plaquettes sanguines libèrent également des granules d’aa, qui libèrent une variété de facteurs de croissance (GFs) et de cytokines, tels que le GF dérivé des plaquettes (PDGF), le GF analogue à l’insuline (IGF-1), le GF épidermique (EGF) et la transformation du GF-bêta (TGF-b) 12, qui « appellent » une variété de cellules inflammatoires (neutrophiles, éosinophiles et monocytes) au site de la plaie et initient la phase inflammatoire. Inflammation (durée = jours). Les enzymes protéolytiques sont sécrétées par les cellules inflammatoires qui migrent vers les sites de la plaie, notamment les neutrophiles, les éosinophiles et les macrophages. L’action des enzymes protéolytiques sur les constituants macromoléculaires de l’ECM (comme le collagène) donne naissance à de nombreux peptides (fragments de protéines) lors de la cicatrisation des plaies. Ces produits de dégradation ont un effet chimiotactique dans le recrutement d’autres cellules, telles que les cellules mononucléées, les neutrophiles supplémentaires et les macrophages. Les macrophages activés sécrètent du TNF-a, ce qui, entre autres, induit les macrophages à produire de l’IL-1b. L’IL-1bß est mitogène pour les fibroblastes et régule l’expression de la métalloprotéinase matricielle (MMP). Le TNF-α et l’IL-1bß sont des cytokines pro-inflammatoires clés, qui influencent directement le dépôt de collagène dans la plaie en induisant la synthèse du collagène via des fibroblastes et la régulation des inhibiteurs tissulaires des métalloprotéinases matricielles (TIMP). 12 Les cellules inflammatoires sécrètent également des facteurs de croissance, notamment le TGF-b, le TGF-b, le bHB-EGF et le bFGF. 12 Ces GFs continuent de stimuler la migration des fibroblastes, des cellules épithéliales et des cellules endothéliales vasculaires dans la plaie. En conséquence, la cellularité de la plaie augmente. Cela commence la phase proliférative. Prolifération (durée = semaines). Les produits de clivage résultant de la dégradation du collagène stimulent la prolifération des fibroblastes. Les fibroblastes sécrètent une variété de GFs (IGF-1, bFGF, TGF-b, PDGF et KGF),12 qui guident la formation de l’ECM. Les produits de clivage du collagène stimulent également la prolifération des cellules endothéliales vasculaires. Ces cellules sécrètent une variété de GFs (VEGF, ßFGF, PDGF),12 qui favorisent l’angiogenèse. Avec un ECM vascularisé, la granulation est obtenue. Les produits de clivage du collagène stimulent également la migration et la prolifération des kératinocytes. Les kératinocytes sécrètent une variété de GFs et de cytokines, telles que le TGF-b, le TGF-b et l’IL-1. 12 Lorsque les kératinocytes migrent du bord de la plaie à travers le tissu de granulation nouvellement formé, une réépithélisation est obtenue. Remodelage (durée = 1 an +). Un équilibre est atteint entre la synthèse de nouveaux composants de la matrice cicatricielle et leur dégradation par les MMP, telles que la collagénase, la gélatinase et la stromélysine. Les fibroblastes sont le principal type cellulaire qui synthétise le collagène, l’élastine et les protéoglycanes. Ils sont également la principale source de MMPs et TIMPs. De plus, ils sécrètent de la lysyl oxydase, qui réticule les composants de l’ECM . L’angiogenèse cesse et la densité des capillaires dans le site de la plaie diminue à mesure que la cicatrice mûrit. Le résultat est la création d’une cicatrice plus forte, bien que la peau ne retrouve que près de 75% de sa résistance à la traction d’origine. Les phases de cicatrisation aiguë sont décrites plus en détail dans les figures 1 à 5.

Le Rôle des MMP dans la chronicité de la plaie

La préparation du lit de la plaie (WBP) peut être décrite comme la gestion de la plaie pour accélérer la cicatrisation endogène ou pour faciliter l’efficacité d’autres mesures thérapeutiques. 13,14 Les 4 aspects de base de WBP peuvent être représentés par l’acronyme: TIME. T = tissu (non viable ou déficient); I = infection ou inflammation; M = contrôle de l’humidité; E = marge épidermique. 15 En se concentrant sur le « E » dans le TEMPS, les pansements au collagène possèdent des propriétés qui se prêtent à créer un environnement de plaie favorable à la migration des cellules de la marge épidermique à travers le tissu de granulation, favorisant la fermeture de la plaie. En raison d’un certain nombre de stimuli potentiels (ischémie tissulaire locale, charge biologique, tissu nécrotique, traumatismes répétés, etc.), la plaie a calé dans la phase inflammatoire contribuant à la chronicité de la plaie. En raison des stimuli pro-inflammatoires susmentionnés, la plaie est surstimulée et les cellules inflammatoires, telles que les macrophages, sont présentes en plus grand nombre et sont plus actives que dans une plaie aiguë. De plus, les cellules, telles que les fibroblastes et les cellules endothéliales, sont sénescentes et incapables de fonctionner correctement comme elles le feraient dans une plaie aiguë. Avec la surabondance de macrophages, il y a une surabondance de cytokines pro-inflammatoires clés, telles que le TNF-b et l’IL-1b, sécrétées par les macrophages. Ces cytokines pro-inflammatoires signalent aux fibroblastes de sécréter des MMP, mais en raison de la surabondance de cytokines pro-inflammatoires, les fibroblastes sécrètent des niveaux élevés de MMP. À ce niveau, les MMP dégradent non seulement le collagène non viable, mais également le collagène viable déposé par les fibroblastes eux-mêmes. De plus, les fibroblastes sont incapables de sécréter des inhibiteurs tissulaires des MMP (TIMP) à un niveau adéquat pour contrôler l’activité des MMP. Ces événements empêchent la formation de l’échafaudage nécessaire à la migration cellulaire et empêchent finalement la formation de l’ECM. De plus, les cellules d’une plaie chronique ont tendance à être sénescentes, donc incapables de communiquer avec d’autres cellules et incapables de fonctionner correctement. Un résultat de ceci est un manque d’activité des cellules endothéliales ralentissant la formation des vaisseaux sanguins. Sans un apport sanguin adéquat, les tissus peuvent mourir et, par conséquent, il y a une augmentation de la taille de la plaie. Tous les phénomènes susmentionnés entravent la formation de tissu de granulation viable et inhibent ainsi la réépithélialisation (c’est-à-dire la fermeture de la plaie). 12 L’un des principaux contributeurs à la chronicité de la plaie est une surabondance (et / ou une activité) de MMP dans la plaie; la capacité d’inhiber ou de désactiver un certain nombre de MMP en excès peut aider à créer un environnement plus propice à la formation de tissu de granulation et à la fermeture éventuelle de la plaie.

Pansements à base de collagène

Il existe un certain nombre de pansements au collagène différents, qui utilisent une variété de supports / agents de combinaison tels que des gels, des pâtes, des polymères, de la cellulose régénérée oxydée (ORC) et de l’acide éthylène diamine tétraacétique (EDTA). Le collagène contenu dans ces produits a tendance à provenir de sources bovines, porcines, équines ou aviaires, qui est purifié afin de le rendre non antigénique. Le collagène dans un pansement de collagène donné peut varier en concentration et en type. Certains pansements au collagène sont composés de collagène de type I (natif); tandis que d’autres pansements au collagène contiennent également du collagène dénaturé. Un pansement au collagène donné peut contenir des ingrédients, tels que des alginates et des dérivés de cellulose qui peuvent améliorer l’absorption, la flexibilité et le confort, et aider à maintenir un environnement humide de la plaie. Les pansements au collagène ont également une variété de tailles de pores et de surfaces. Tous ces attributs sont destinés à améliorer les aspects de gestion des plaies des pansements. De nombreux pansements au collagène contiennent un agent antimicrobien pour contrôler les agents pathogènes dans la plaie. Les pansements au collagène nécessitent généralement un pansement secondaire (voir l’annexe I pour un résumé des pansements à base de collagène actuellement disponibles). Mode d’action (MoA). La recherche a montré que certains pansements à base de collagène produisent une augmentation significative de la production de fibroblastes; avoir une propriété hydrophile qui peut être importante pour encourager la perméation des fibroblastes; améliorer le dépôt de fibres de collagène orientées et organisées en attirant les fibroblastes et en provoquant une migration dirigée des cellules; aider à l’absorption et à la biodisponibilité de la fibronectine; aider à préserver les leucocytes, les macrophages, les fibroblastes et les cellules épithéliales; et aider au maintien du microenvironnement chimique et thermostatique de la plaie. 16-20 Le MoA de plusieurs pansements de collagène comprend l’inhibition ou la désactivation de l’excès de MMPs. Comme mentionné, les MMP excédentaires sont un facteur clé de la chronicité des plaies. Le MoA des pansements au collagène est décrit dans les figures 6 à 13.

Collagène : Natif versus Dénaturé

En plus des différentes sources de collagène (bovin, porcin, etc.), les pansements au collagène peuvent également contenir différents types de collagène. Ces types de collagènes peuvent entraîner une activité unique dans le lit de la plaie car ils ont une spécificité de substrat différente. Par exemple, le collagène de type I (natif) attire le MMP-1. 1 Le collagène dénaturé (gélatine) attire MMP-2 et MMP-9. La gélatine 1,21 attire également la stromélysine et la matrilysine.21 Ces MMP (entre autres) se retrouvent en excès dans les plaies chroniques et contribuent à la chronicité d’une plaie (voir l’annexe II pour une dégradation de la source/type de collagène par pansement au collagène). Biochimie des types de collagène. Lorsqu’une cellule en migration (comme un kératinocyte) rencontre du collagène de type I, la cellule sécrète des MMP afin de dénaturer le collagène de type I en gélatine. Une raison essentielle à cela est qu’une fois le collagène de type I converti en gélatine, de nombreux sites actifs (séquences RGD) sont rendus accessibles aux cellules. Les séquences RGD (Arg-Gly-Asp) sont des sites de fixation et sont chimiotactiques pour une variété de cellules responsables de la création de tissus de granulation. Ainsi, un pansement au collagène contenant de la gélatine pourrait fournir une signalisation améliorée aux cellules responsables de la création du tissu de granulation. Un pansement au collagène contenant uniquement du collagène de type I nécessite MMP-1 pour convertir initialement le collagène en gélatine, de sorte que les cellules de la plaie doivent d’abord libérer MMP-1 pour changer le collagène de type I en gélatine pour obtenir cet avantage. Taille et surface des pores. La taille des pores des pansements au collagène est importante pour permettre aux cellules d’entrer dans le pansement et de s’y concentrer. De plus, la surface joue un rôle dans la gestion de l’exsudat. En règle générale, plus la surface est grande, plus l’exsudat est absorbé.

Conclusion

Auparavant, on pensait que les collagènes ne fonctionnaient que comme support structurel; cependant, le collagène et les fragments dérivés du collagène contrôlent de nombreuses fonctions cellulaires, y compris la forme et la différenciation des cellules, la migration et la synthèse d’un certain nombre de protéines. Le collagène joue également un rôle essentiel dans toutes les phases de la cicatrisation des plaies (hémostase, inflammation, prolifération et remodelage). Il est également clair que bien qu’une grande partie du MoA des différents pansements au collagène soit similaire, il existe également des différences clés. Divulgation: Cet examen a été rédigé au nom de et payé par Smith & Nephew, Inc., (Saint-Pétersbourg, FL). L’auteur est un employé de Smith & Nephew.