O revizuire a colagenului și a pansamentelor pe bază de colagen

rezumat: colagenul este o componentă cheie a unei răni vindecătoare. În această revizuire, este oferită o descriere generală a procesului de vindecare a rănilor, concentrându-se pe rolul unic al colagenului. Modul de acțiune (MoA) al pansamentelor pe bază de colagen este, de asemenea, abordat. Datorită unui număr de stimuli potențiali (ischemie tisulară locală, bioburden, țesut necrotic, traume repetate etc.), rănile se pot opri în faza inflamatorie contribuind la cronicitatea plăgii. O componentă cheie a rănilor cronice este un nivel ridicat de metaloproteinaze matriciale (MMPs). La niveluri ridicate, mmp-urile nu numai că degradează colagenul neviabil, ci și colagenul viabil. În plus, fibroblastele într-o rană cronică nu pot secreta inhibitori de țesut ai MMPs (TIMPs) la un nivel adecvat pentru a controla activitatea MMPs. Aceste evenimente împiedică formarea schelei necesare pentru migrarea celulelor și, în cele din urmă, împiedică formarea matricei extracelulare (ECM) și a țesutului de granulare. Pansamentele pe bază de colagen sunt potrivite în mod unic pentru a aborda problema nivelurilor ridicate de MMPs, acționând ca un substrat de sacrificiu în rană. De asemenea, s-a demonstrat că produsele de descompunere a colagenului sunt chemotactice pentru o varietate de tipuri de celule necesare pentru formarea țesutului de granulare. În plus, pansamentele pe bază de colagen au capacitatea de a absorbi exudatele plăgii și de a menține un mediu umed al plăgii.
corespondența adresei către: David Brett, BS, BS, MS Divizia de gestionare a rănilor Smith & nepot 920 Lake Carillon Dr., Suite 110 St. Petersburg, FL 33716 telefon: 727-399-3496 E-mail: [email protected]

colagen

proteinele sunt polimeri naturali și reprezintă aproape 15% din corpul uman. Blocurile de construcție ale tuturor proteinelor sunt aminoacizii. Colagenul este proteina majoră a matricei extracelulare (ECM) și este cea mai abundentă proteină găsită la mamifere, cuprinzând 25% din proteina totală și 70% până la 80% din piele (greutate uscată). Colagenul acționează ca o schelă structurală în țesuturi. Caracteristica centrală a tuturor moleculelor de colagen este structura lor elicoidală rigidă, triplă.1 tipurile I, II și III sunt principalele tipuri de colagen găsite în țesutul conjunctiv și constituie 90% din totalul colagenului din organism. Funcția colagenului în vindecarea rănilor. Anterior, se credea că colagenii funcționează doar ca suport structural; cu toate acestea, acum este evident că colagenul și fragmentele derivate din colagen controlează multe funcții celulare, inclusiv forma și diferențierea celulelor, migrația 2,3, 4 și sinteza unui număr de proteine. 5 descoperiri sugerează că contactul celular cu molecule precise de matrice extracelulară influențează comportamentul celulei prin reglarea cantității și calității depunerii matricei. Colagenul de tip I este cea mai abundentă componentă structurală a matricei dermice; keratinocitele migratoare interacționează probabil cu această proteină. Colagenaza (prin formarea gelatinei) poate ajuta la disocierea keratinocitelor din matricea bogată în colagen și, prin urmare, poate promova migrarea eficientă asupra matricelor dermice și provizorii. Funcțiile celulare sunt reglate de ECM. Informațiile furnizate de macromoleculele ECM sunt procesate și transduse în celule de către receptori specializați de suprafață celulară. Dovezile 5 demonstrează că receptorii joacă o funcție majoră în contracția rănilor, migrarea 6,7 a celulelor epiteliale, depunerea colagenului 8, 9 și inducerea colagenazei degradante a matricei. Deși keratinocitele vor adera la colagenul denaturat (gelatină), producția de colagenază nu este activată ca răspuns la acest substrat. Se știe că 10 keratinocite recunosc și migrează pe substratul de colagen de tip I, rezultând o producție îmbunătățită de colagenază. 11 colagenul joacă un rol cheie în fiecare fază a vindecării rănilor. Hemostaza (durata = minute). Trombocitele se agregă în jurul colagenului expus. Trombocitele secretă apoi factori, care interacționează și stimulează cascada de coagulare intrinsecă, care întărește agregatul plachetar într-un dop „hemostatic” stabil.”Trombocitele din sânge eliberează, de asemenea, granule aa, care eliberează o varietate de factori de creștere (GFs) și citokine, cum ar fi GF derivat din trombocite (PDGF), GF asemănător insulinei (IGF-1), GF epidermal (EGF) și transformarea GF-beta (TGF-b), 12 care „numesc” o varietate de celule inflamatorii (neutrofile, eozinofile și monocite) la locul plăgii și inițiază faza inflamatorie. Inflamație (durată = zile). Enzimele proteolitice sunt secretate de celulele inflamatorii care migrează către locurile plăgii, în special neutrofilele, eozinofilele și macrofagele. Acțiunea enzimelor proteolitice asupra constituenților macromoleculari ai ECM (cum ar fi colagenul) dă naștere la multe peptide (fragmente de proteine) în timpul vindecării rănilor. Aceste produse de degradare au un efect chemotactic în recrutarea altor celule, cum ar fi celulele mononucleare, neutrofilele suplimentare și macrofagele. Macrofagele activate secretă TNF-a, care, printre altele, induce macrofagele să producă IL-1b. il-1B este mitogen pentru fibroblaste și reglează în sus expresia metaloproteinazei matricei (MMP). TNF-1B și il-1B sunt citokine pro-inflamatorii cheie, care influențează direct depunerea colagenului în rană prin inducerea sintezei colagenului prin fibroblaste și reglarea în jos a inhibitorilor tisulari ai metaloproteinazelor matriciale (TIMPs). 12 celule inflamatorii secretă, de asemenea, factori de creștere, inclusiv TGF-b, TGF-b, bHB-EGF și bFGF. 12 aceste SFG continuă să stimuleze migrarea fibroblastelor, a celulelor epiteliale și a celulelor endoteliale vasculare în rană. Ca urmare, celularitatea plăgii crește. Aceasta începe faza proliferativă. Proliferare (durată = săptămâni). Produsele de scindare rezultate din degradarea colagenului stimulează proliferarea fibroblastelor. Fibroblastele secretă o varietate de GFs (IGF-1, bFGF, TGF-b, PDGF și KGF), 12 care ghidează formarea ECM. Produsele de scindare a colagenului stimulează, de asemenea, proliferarea celulelor endoteliale vasculare. Aceste celule secreta o varietate de GFs (VEGF, xvfgf, PDGF), 12 care promovează angiogeneza. Cu un ECM vascularizat, se realizează granularea. Produsele de scindare a colagenului stimulează, de asemenea, migrația și proliferarea keratinocitelor. Keratinocitele secretă o varietate de GFs și citokine, cum ar fi TGF-b, TGF-b și IL-1. 12 pe măsură ce keratinocitele migrează de la marginea plăgii peste țesutul de granulare nou format, se realizează reepitelizarea. Remodelare (durata = 1 an+). Se ajunge la un echilibru între sinteza noilor componente ale matricei cicatriciale și degradarea lor de către MMPs, cum ar fi colagenaza, gelatinaza și stromelizina. Fibroblastele sunt principalul tip de celule care sintetizează colagenul, elastina și proteoglicanii. Ele sunt, de asemenea, principala sursă de mmp-uri și timp-uri. În plus, ele secretă lizil oxidază, care leagă componentele ECM . Angiogeneza încetează și densitatea capilarelor din locul plăgii scade pe măsură ce cicatricea se maturizează. Rezultatul este crearea unei cicatrici mai puternice, deși pielea își recapătă doar aproape 75% din rezistența inițială la tracțiune. Fazele vindecării acute a rănilor sunt descrise în continuare în figurile 1-5.

rolul MMPs în cronicitatea plăgii

pregătirea patului plăgii (WBP) poate fi descrisă ca gestionarea plăgii pentru a accelera vindecarea endogenă sau pentru a facilita eficacitatea altor măsuri terapeutice. 13,14 cele 4 aspecte de bază ale WBP pot fi reprezentate prin acronimul: timp. T = țesut (neviabil sau deficitar); I = infecție sau inflamație; M = controlul umidității; E = marginea epidermică. 15 concentrându-se pe „E” în timp, pansamentele de colagen posedă proprietăți, care se pretează la crearea unui mediu de rană favorabil migrării celulelor de la marginea epidermică peste țesutul de granulare, încurajând închiderea plăgii. Datorită unui număr de stimuli potențiali (ischemie tisulară locală, bioburden, țesut necrotic, traume repetate etc.), rana s-a blocat în faza inflamatorie contribuind la cronicitatea plăgii. Ca urmare a stimulilor pro-inflamatori menționați mai sus, rana este supraestimulată și celulele inflamatorii, cum ar fi macrofagele, sunt prezente în număr mai mare și sunt mai active decât ar fi de obicei într-o rană acută. În plus, celulele, cum ar fi fibroblastele și celulele endoteliale, sunt senescente și nu pot funcționa corect așa cum ar fi într-o rană acută. Odată cu supraabundența macrofagelor, există o supraabundență de citokine pro-inflamatorii cheie, cum ar fi TNF-b și IL-1B, secretate de macrofage. Aceste citokine pro-inflamatorii semnalează fibroblastelor să secrete MMPs, dar datorită supraabundenței citokinelor pro-inflamatorii, fibroblastele secretă niveluri ridicate de MMPs. La acest nivel, mmp-urile nu numai că degradează colagenul neviabil, ci și colagenul viabil stabilit de fibroblastele în sine. În plus, fibroblastele nu sunt capabile să secrete inhibitori de țesut ai MMPs (TIMPs) la un nivel adecvat pentru a controla activitatea MMPs. Aceste evenimente împiedică formarea schelei necesare pentru migrarea celulelor și, în cele din urmă, împiedică formarea ECM. În plus, celulele dintr-o rană cronică tind să fie senescente, astfel incapabile să comunice cu alte celule și incapabile să funcționeze corect. Un rezultat al acestui fapt este lipsa activității celulelor endoteliale care încetinește formarea vaselor de sânge. Fără un aport adecvat de sânge, țesutul poate muri și, ca urmare, există o creștere a dimensiunii plăgii. Toate fenomenele menționate anterior împiedică formarea țesutului de granulare viabil și astfel inhibă reepitelizarea (adică închiderea plăgii). 12 unul dintre factorii cheie care contribuie la cronicitatea plăgii este o supraabundență (și/sau activitate) a mmp-urilor în rană; capacitatea de a inhiba sau dezactiva un număr de mmp-uri în exces poate ajuta la crearea unui mediu mai favorabil formării țesutului de granulare și eventualei închideri a plăgii.

pansamente pe bază de colagen

există o serie de pansamente de colagen diferite disponibile, care folosesc o varietate de purtători/agenți de combinare, cum ar fi geluri, paste, polimeri, celuloză regenerată oxidată (ORC) și acid tetraacetic de etilen diamină (EDTA). Colagenul din aceste produse tinde să fie derivat din surse bovine, porcine, ecvine sau aviare, care este purificat pentru a-l face nonantigenic. Colagenul dintr-un anumit pansament de colagen poate varia în funcție de concentrație și tip. Anumite pansamente de colagen sunt compuse din colagen de tip I (nativ); întrucât, alte pansamente de colagen conțin colagen denaturat, de asemenea. Un pansament de colagen dat poate conține ingrediente, cum ar fi alginați și derivați de celuloză care pot spori absorbția, flexibilitatea și confortul și pot ajuta la menținerea unui mediu umed al plăgii. Pansamentele de colagen au, de asemenea, o varietate de dimensiuni ale porilor și suprafețe. Toate aceste atribute sunt menite să îmbunătățească aspectele de gestionare a rănilor pansamentelor. Multe pansamente de colagen conțin un agent antimicrobian pentru a controla agenții patogeni din interiorul plăgii. Pansamentele cu colagen necesită de obicei un pansament secundar (a se vedea anexa I pentru un rezumat al pansamentelor pe bază de colagen disponibile în prezent). Mod de acțiune (MoA). Cercetările au arătat că unele pansamente pe bază de colagen produc o creștere semnificativă a producției de fibroblaste; au o proprietate hidrofilă care poate fi importantă în încurajarea permeabilității fibroblastelor; îmbunătățește depunerea fibrelor de colagen orientate și organizate prin atragerea fibroblastelor și provocarea unei migrări direcționate a celulelor; ajută la absorbția și biodisponibilitatea fibronectinei; ajută la conservarea leucocitelor, macrofagelor, fibroblastelor și celulelor epiteliale; și ajută la menținerea micromediului chimic și termostatic al plăgii. 16-20 MoA de mai multe pansamente de colagen include inhibarea sau dezactivarea exces MMPs. După cum sa menționat, excesul de mmp este un factor cheie care contribuie la cronicitatea rănilor. MoA de pansamente de colagen este descris în figurile 6-13.

colagen: nativ versus denaturat

în plus față de diferitele surse de colagen (bovine, porcine etc.), pansamentele de colagen pot conține, de asemenea, diferite tipuri de colagen. Aceste tipuri de colageni pot avea ca rezultat o activitate unică în patul plăgii, deoarece au specificitate diferită a substratului. De exemplu, colagenul de tip I (nativ) atrage MMP-1. 1 colagen denaturat (gelatină) atrage MMP-2 și MMP-9. 1,21 gelatina atrage, de asemenea, stromelizina și matrilizina.21 aceste mmp-uri (printre altele) se găsesc în exces în rănile cronice și contribuie la cronicitatea plăgii (a se vedea apendicele II pentru o defalcare a sursei/tipului de colagen per pansament de colagen). biochimia tipurilor de colagen. Când o celulă migratoare (cum ar fi un keratinocit) întâlnește colagen de tip I, celula secretă MMPs pentru a denatura colagenul de tip I în gelatină. Un motiv critic pentru aceasta este că, odată ce colagenul de tip I este transformat în gelatină, multe site-uri active (secvențe RGD) sunt accesibile celulelor. Secvențele RGD (ARG-Gly-Asp) sunt site-uri de atașament și sunt chemotactice pentru o varietate de celule responsabile de crearea țesutului de granulare. Astfel, un pansament de colagen care conține gelatină ar putea oferi o semnalizare îmbunătățită celulelor responsabile de crearea țesutului de granulare. Un pansament de colagen care conține doar colagen de tip I necesită MMP-1 pentru a converti inițial colagenul în gelatină, astfel încât celulele din rană trebuie să elibereze mai întâi MMP-1 pentru a schimba colagenul de tip I în gelatină pentru a obține acest beneficiu. dimensiunea porilor și suprafața. Dimensiunea porilor pansamentelor de colagen este importantă pentru a permite celulelor să intre în pansament și să se concentreze în acesta. În plus, suprafața joacă un rol în gestionarea exudatului. De obicei, cu cât suprafața este mai mare, cu atât mai mult exudat este absorbit.

concluzie

anterior, se credea că colagenii funcționează doar ca suport structural; cu toate acestea, colagenul și fragmentele derivate din colagen controlează multe funcții celulare, inclusiv forma și diferențierea celulelor, migrarea și sinteza unui număr de proteine. Colagenul joacă, de asemenea, un rol critic în toate fazele vindecării rănilor (hemostază, inflamație, proliferare și remodelare). De asemenea, este clar că, deși o mare parte din MoA a diferitelor pansamente de colagen este similară, există și diferențe cheie. Dezvăluirea: această recenzie a fost scrisă în numele și plătită de Smith & Nephew, Inc., (Sankt Petersburg, FL). Autorul este un angajat al Smith & nepot.