Sử dụng tế bào keratinocyte và fibroblast được biến đổi gen để tăng cường tái sinh trong các khuyết tật da hoàn toàn

Springer Science and Business Media LLC - Tập 396 - Trang 543-550 - 2011
Jörn Andreas Lohmeyer1,2, Fang Liu2,3, Stefan Krüger4, Werner Lindenmaier5, Frank Siemers2, Hans-Günther Machens1,2
1Department for Plastic Surgery and Hand Surgery, Klinikum Rechts Der Isar, Technische Universität München, Munich, Germany
2Plastic, Hand and Reconstructive Surgery, Burn Unit, University Hospital Schleswig-Holstein, Lübeck, Germany
3Institute of Burns, Wuhan University, Wuhan, Peoples’ Republic of China
4Institute for Pathology, University Hospital Schleswig-Holstein, Lübeck, Germany
5Department of Molecular Biotechnology, Helmholtz Centre for Infection Research (HZI) Braunschweig, Braunschweig, Germany

Tóm tắt

Với sự phát triển của các kỹ thuật chuyển giao gen dựa trên tế bào, tế bào keratinocyte (Kc) và fibroblast (Fb) được biến đổi gen đã được chứng minh là lựa chọn tốt hơn trong việc sửa chữa vết thương. Nghiên cứu này được thiết kế để xây dựng trong một bước một lớp da nhân tạo biến đổi gen bằng cách sử dụng Kc được kỹ thuật gen biểu hiện PDGF-BB và Fb biểu hiện VEGF165 và bFGF. Hiệu quả chữa lành vết thương trong một mô hình vết thương dày hoàn toàn đã được quan sát. Da nhân tạo chưa được biến đổi được sử dụng làm đối chứng. Vào các ngày sau phẫu thuật 7, 14 và 21, diện tích vết thương còn lại được tính toán và mô vết thương da được lấy sinh thiết để điều tra thêm. So với da nhân tạo chưa được biến đổi, da nhân tạo biến đổi gen đã dẫn đến sự co rút vết thương giảm và biểu bì người được tổ chức tốt cũng như lớp trung bì được hình thành tốt hơn. Kết quả cho thấy da nhân tạo hai lớp biến đổi gen của chúng tôi đã cải thiện cả vân mạch và tái sinh biểu bì cho việc tái tạo da. Kỹ thuật này có thể mang đến một phương pháp mới trong việc điều trị bỏng và vết thương mãn tính.

Từ khóa

#tế bào keratinocyte biến đổi gen #tế bào fibroblast biến đổi gen #sửa chữa vết thương #tái sinh da #vết thương mãn tính

Tài liệu tham khảo

Andreadis ST (2007) Gene-modified tissue-engineered skin: the next generation of skin substitutes. Adv Biochem Eng Biotechnol 103:241–274 Hernon CA, Dawson RA, Freedlander E, Short R, Haddow DB, Brotherston M, MacNeil S (2006) Clinical experience using cultured epithelial autografts leads to an alternative methodology for transferring skin cells from the laboratory to the patient. Regen Med 1:809–821 Matouskova E, Broz L, Pokorna E, Konigova R (2002) Prevention of burn wound conversion by allogeneic keratinocytes cultured on acellular xenodermis. Cell Tissue Bank 3:29–35 Antonini A, Zacchigna S, Papa G, Novati F, Pascone M, Giacca M (2007) Improved survival of rat ischemic cutaneous and musculocutaneous flaps after VEGF gene transfer. Microsurgery 27:439–445 Nolan K, Millet Y, Ricordi C, Stabler CL (2008) Tissue engineering and biomaterials in regenerative medicine. Cell Transplant 17:241–243 Bleiziffer O, Eriksson E, Yao F, Horch RE, Kneser U (2007) Gene transfer strategies in tissue engineering. J Cell Mol Med 11:206–223 Meng X, Sawamura D, Ina S, Tamai K, Hanada K, Hashimoto I (2002) Keratinocyte gene therapy: cytokine gene expression in local keratinocytes and in circulation by introducing cytokine genes into skin. Exp Dermatol 11:456–461 Ponec M, Weerheim A, Kempenaar J, Mommaas AM, Nugteren DH (1988) Lipid composition of cultured human keratinocytes in relation to their differentiation. J Lipid Res 29:949–961 Machens HG, Morgan JR, Berthiaume F, Stefanovich P, Siemers F, Krapohl B, Berger A, Mailander P (2002) Platelet-derived growth factor-AA-mediated functional angiogenesis in the rat epigastric island flap after genetic modification of fibroblasts is ischemia dependent. Surgery 131:393–400 Machens HG, Salehi J, Weich H, Munch S, Siemers F, Krapohl BD, Herter KH, Kruger S, Reichert B, Berger A, Vogt P, Mailander P (2003) Angiogenic effects of injected VEGF165 and sVEGFR-1 (sFLT-1) in a rat flap model. J Surg Res 111:136–142 Wong C, Inman E, Spaethe R, Helgerson S (2003) Fibrin-based biomaterials to deliver human growth factors. Thromb Haemost 89:573–582 Elcin YM, Dixit V, Gitnick G (2001) Extensive in vivo angiogenesis following controlled release of human vascular endothelial cell growth factor: implications for tissue engineering and wound healing. Artif Organs 25:558–565 Carmeliet P (2005) VEGF as a key mediator of angiogenesis in cancer. Oncology 69(Suppl 3):4–10 Spanholtz TA, Theodorou P, Holzbach T, Wutzler S, Giunta RE, Machens HG (2010) Vascular endothelial growth factor (VEGF(165)) plus basic fibroblast growth factor (bFGF) producing cells induce a mature and stable vascular network-a future therapy for ischemically challenged tissue. J Surg Res. doi:10.1016/j.jss.2010.03.033 Hellberg C, Ostman A, Heldin CH (2010) PDGF and vessel maturation. Recent Results Cancer Res 180:103–114 Veves A, Sheehan P, Pham HT (2002) A randomized, controlled trial of Promogran (a collagen/oxidized regenerated cellulose dressing) vs standard treatment in the management of diabetic foot ulcers. Arch Surg 137:822–827 Dalemans W (1994) From in vitro to in vivo. Progress in the use of cultured cells for human therapy. Cytotechnology 16:189–194 Markowicz M, Koellensperger E, Neuss S, Koenigschulte S, Bindler C, Pallua N (2006) Human bone marrow mesenchymal stem cells seeded on modified collagen improved dermal regeneration in vivo. Cell Transplant 15:723–732 Satoh H, Kishi K, Tanaka T, Kubota Y, Nakajima T, Akasaka Y, Ishii T (2004) Transplanted mesenchymal stem cells are effective for skin regeneration in acute cutaneous wounds. Cell Transplant 13:405–412 Lesiak-Cyganowska E, Jankowska-Steifer E, Kowalewski C, Komender J (2006) Estimation of interaction between human keratinocytes and xenogenic collagen in vitro. Cell Tissue Bank 7:39–46 Boyce ST (1998) Skin substitutes from cultured cells and collagen-GAG polymers. Med Biol Eng Comput 36:791–800 Kremer M, Lang E, Berger A (2001) Organotypical engineering of differentiated composite-skin equivalents of human keratinocytes in a collagen-GAG matrix (INTEGRA Artificial Skin) in a perfusion culture system. Langenbecks Arch Surg 386:357–363 Germain L, Remy-Zolghadri M, Auger F (2000) Tissue engineering of the vascular system: from capillaries to larger blood vessels. Med Biol Eng Comput 38:232–240 Xie WG, Lindenmaier W, Gryzybowski S, Machens HG (2005) Influence of vascular endothelial growth factor gene modification on skin substitute grafted on nude mice. Zhonghua Shao Shang Za Zhi 21:203–206 Grazul-Bilska AT, Johnson ML, Bilski JJ, Redmer DA, Reynolds LP, Abdullah A, Abdullah KM (2003) Wound healing: the role of growth factors. Drugs Today (Barc) 39:787–800 Vranckx JJ, Hoeller D, Velander PE, Theopold CF, Petrie N, Takedo A, Eriksson E, Yao F (2007) Cell suspension cultures of allogenic keratinocytes are efficient carriers for ex vivo gene transfer and accelerate the healing of full-thickness skin wounds by overexpression of human epidermal growth factor. Wound Repair Regen 15:657–664 Chang J, Most D, Bresnick S, Mehrara B, Steinbrech DS, Reinisch J, Longaker MT, Turk AE (1999) Proliferative hemangiomas: analysis of cytokine gene expression and angiogenesis. Plast Reconstr Surg 103:1–9 Hirsch T, von Peter S, Dubin G, Mittler D, Jacobsen F, Lehnhardt M, Eriksson E, Steinau HU, Steinstraesser L (2006) Adenoviral gene delivery to primary human cutaneous cells and burn wounds. Mol Med 12:199–207 Zacchigna S, Tasciotti E, Kusmic C, Arsic N, Sorace O, Marini C, Marzullo P, Pardini S, Petroni D, Pattarini L, Moimas S, Giacca M, Sambuceti G (2007) In vivo imaging shows abnormal function of vascular endothelial growth factor-induced vasculature. Hum Gene Ther 18:515–524 Kinnaird T, Stabile E, Burnett MS, Lee CW, Barr S, Fuchs S, Epstein SE (2004) Marrow-derived stromal cells express genes encoding a broad spectrum of arteriogenic cytokines and promote in vitro and in vivo arteriogenesis through paracrine mechanisms. Circ Res 94:678–685 Nakagawa A, Makino H, Aoki M, Miyake T, Shiraya S, Nakamura T, Ogihara T, Kimata Y, Morishita R (2007) Improvement of survival of skin flaps by combined gene transfer of hepatocyte growth factor and prostacyclin synthase. J Gene Med 9:1087–1094 Kannan RY, Salacinski HJ, Sales K, Butler P, Seifalian AM (2005) The roles of tissue engineering and vascularisation in the development of micro-vascular networks: a review. Biomaterials 26:1857–1875 Soker S, Machado M, Atala A (2000) Systems for therapeutic angiogenesis in tissue engineering. World J Urol 18:10–18 Rollman O, Jensen UB, Ostman A, Bolund L, Gustafsdottir SM, Jensen TG (2003) Platelet derived growth factor (PDGF) responsive epidermis formed from human keratinocytes transduced with the PDGF beta receptor gene. J Invest Dermatol 120:742–749