文摘
创伤、手术后疤痕皮肤,燃烧或运动损伤是一个主要的医学问题,经常导致的损失函数,约束的组织运动和不良心理影响。同时各种研究利用一系列的模型系统,增加了我们理解的途径和过程潜在的疤痕形成,他们通常不翻译的发展有效的疤痕治疗方法管理。现有的治疗方法是不可靠的和不可预知的和没有处方药皮肤疤痕的预防或治疗。因此,改善疤痕依然清晰的医疗需要。这里我们描述无疤痕的基础科学和scar-forming愈合,临床前模型的实用系统,他们的翻译人类,和我们的开拓方法的发现和开发预防性改善疤痕的治疗方法
1。介绍
任何大于表面损伤儿童和成人的皮肤导致疤痕形成。疤痕是生理和心理发病率的主要原因1- - - - - -8]。在各种研究利用一系列的模型系统,增加了我们理解的途径和过程潜在的疤痕形成,他们通常没有翻译的发展有效的疤痕治疗方法管理。这是证明的事实,尽管许多潜在的治疗方案,没有单一的治疗是普遍接受的标准护理(9- - - - - -11]。因此,改善疤痕依然清晰的医疗需要。在此,我们描述了基础科学基本无疤痕和scar-forming愈合,临床前模型的效用和翻译系统对人类,和我们的开拓方法的发现和发展预防性改善疤痕的治疗方法。
2。无疤痕和Scar-Forming愈合
疤痕和伤口愈合出现在光谱从两栖动物完全再生组织的能力,通过无疤痕愈合在胚胎不同的哺乳动物的物种,在儿童和成人scar-forming愈合。从进化的角度来看,疤痕反应导致快速更换缺失的组织,虽然在外观和功能方面,次优的结果在减少感染的可能性和伤后生物生存的可能性增加。生物愈合伤口的能力没有疤痕形成还是被证实在胚胎早期的一系列哺乳动物物种,包括老鼠,老鼠、兔子、羊、猪、有袋动物,和猴子12]。比较胚胎的皮肤再生的体系结构与成人表明,胶原蛋白组织,主要是负责疤痕形成。而胚胎皮肤恢复正常的真皮胶原蛋白的“篮子编织”架构,在成人疤痕胶原蛋白异常组织在平行的细纤维束不同于正常皮肤(图1)。特别注意的是,似乎没有重大差异无疤痕的皮肤组织的构成和scar-forming愈合。这表明瘢痕主要是中性皮肤的再生结构的失败,而不是一个生化问题相关的异常成分的疤痕组织13]。
(一)
(b)
(c)
无疤痕和scar-forming愈合的机制研究在分子、生化和细胞水平。虽然有很多差异,已确定治疗胚胎和成年之间,许多从力学上看这些不是病因。在插图中,哺乳动物的胚胎被羊水的无菌水环境,而成年的伤口暴露在空气中,一系列的潜在污染因素包括细菌和异物。最初,人们认为无菌水环境提供的羊水很重要在无疤痕愈合。然而,研究有袋动物如负鼠、全面发展在母亲的育儿袋,证明并非如此(14]。在这个模型中,切口创伤是在年轻袋负鼠和一个等价的胚胎小鼠胚胎在羊膜环境的时候了。袋负鼠,像胚胎的哺乳动物,发现无瘢痕愈合尽管无菌羊膜以外的发展环境。损伤胚胎后,炎症反应(由于不到成熟的免疫系统)不明显,不同的类型和进入伤口的炎症细胞数(15]。最后,同时概要文件和大量的生长因子和细胞因子与无疤痕愈合通常与成人不同scar-forming治疗(16- - - - - -19),只有少数本身的这些因素是潜在的治疗靶点[12,13,20.]。
数据从我们的研究和文献证明表型的疤痕反应代表一个连续谱生物从无疤痕scar-forming愈合(图2)。无疤痕和scar-forming治疗都可以发生在同一种动物,例如,一个蝾螈可以再生一个截肢肢体但治愈侧面上的切口疤痕;如果删除的一部分肝脏肝切除术在哺乳动物中,肝脏再生,同时刺伤了肝脏与瘢痕愈合;推广和其他菌株的成年老鼠,包括无胸腺的裸体ν老鼠再生耳朵的伤口,没有t淋巴球在受伤的耳朵提供了微环境有利于间充质组织的再生,这是与伤口的背推广老鼠与疤痕愈合;穿透人类的脸颊伤口愈合的疤痕外部皮肤表面但治疗口腔粘膜表面没有明显的疤痕(13,21- - - - - -26]。可能是组织修复和再生并不是不同的,事实上,有许多共同的机制非常微妙的不同。此外,所有哺乳动物胚胎具有再生能力的事实表明,甚至成年哺乳动物含有再生的遗传程序。上述观测是至关重要的,因为它们表明生物保留通过再生愈合的能力以及scar-forming过程,使生物依据成人治疗治愈的调制响应减少疤痕形成。
3所示。在体外和在活的有机体内模型来调查瘢痕形成的机制和评估潜在的治疗
大量的在体外和在活的有机体内模型被用来研究愈合及瘢痕反应的机制。模型系统的范围,他们的使用和限制总结如下。
愈合及瘢痕反应由一个健壮的一系列复杂的、动态的、相互作用的细胞,和分子过程包括止血、炎性反应,肉芽组织形成和改造。这些过程所涉及的细胞类型的功能也受到广泛的细胞外刺激包括生长因子/细胞因子与细胞外基质以及互动(27),引出影响通过细胞表面受体和一系列细胞内的信号级联,导致基因和蛋白质表达的变化。综上所述,这些事件导致复杂动态微环境在受伤期间组织愈合和疤痕成熟居民和浸润细胞相互作用。大量的在体外模型利用调查的各个方面愈合及瘢痕反应在分子和细胞层面,包括不同的细胞(如中性粒细胞、巨噬细胞,淋巴细胞,角质细胞,黑色素细胞、成纤维细胞、内皮细胞)和不同的分子和细胞过程(如信号转导、基因表达、扩散、迁移,生长因子的生产、细胞外基质的生产和改造)(28- - - - - -32]。同时在体外模型表示系统适用于研究单个组件,这些系统并不总是准确模型更为复杂和互动在活的有机体内的情况。通常,我们使用在体外系统进一步评估和优化结果产生在活的有机体内模型。
许多物种包括小鼠、大鼠、猪一直作为潜在的疤痕在临床前研究中(表模型1)。这些研究包括使用切除和切口伤口在啮齿动物和猪,通常与宏观或微观端点疤痕,以及使用转基因小鼠和最近红杜洛克猪的猪,这展览的一些特性肥厚性疤痕人类[54- - - - - -56]。大多数研究没有系统地比较了分子,细胞,这些模型和组织反应的人。更重要的是,大多数研究没有调查治疗调制在临床前模型的翻译的人。解决这些问题的关键不仅对人类发现和发展潜力的疗法,而且调查和理解他们的行动机制。我们有解决这些问题的一系列广泛的纵向研究利用一系列的端点和技术在临床前模型和人类。我们的研究在小鼠、大鼠、猪已经证明是稳定和成熟的疤痕在小鼠、大鼠和postwounding 70天6个月相比,猪6到12个月的人。比较宏观的外表的伤痕和评估的能力减少疤痕效果在这些临床前模型表明,旁边的人,老鼠最严重疤痕和代表最合适的模型(图3)。我们还比较了愈合及瘢痕过程中基因表达谱在这些临床前物种(30000个基因/样本/时间点;300个样本;11个时间点),而这些资料在人(白种人和Noncaucasians;30000个基因/样本/时间点;250个样本;9点)。分析基因的表达参与治疗的所有主要阶段和疤痕明显证明了分子相似性,尤其在鼠和人之间,表明之间的主要区别在这些模型是时间,愈合及瘢痕与人类展示一段疤痕成熟阶段(50,51)(图4)。此外,大量的基因/基因通路已确定从这些研究在老鼠和人进一步潜在新靶点减少皮肤疤痕。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(一)
(b)
4所示。翻译从临床前研究到临床疗效
正如上面所提到的,我们已经证明有重要的分子和细胞治疗之间的可比性和疤痕过程相关的临床前模型和人。与其他治疗/慢性疾病迹象,重要的是要注意,愈合,疤痕代表是守恒的跨物种的急性生物反应,和的发展预测。然而,虽然许多研究报道治疗疤痕减少各种各样的临床前模型,很少,如果有的话,展示了一个翻译的这些发现人类在设计,适当的控制,前瞻性,随机临床试验(9- - - - - -11]。
我们的方法治疗的发展集中在代理预防减少疤痕的男人。这涉及到地方政府的这些代理的利润时伤口手术导致长期改善疤痕。再生药物预防性的使用,是一种新颖的制药方法改善疤痕,和有很多的挑战与此相关,包括:设计临床试验被认为是一个开创性的治疗领域,开发和验证合适的端点评估预防性药物的有效性,在没有建立基线,改善疤痕可以确定(因为基线本来是正常的皮肤手术前或受伤),和病人在瘢痕的倾向明显不同(57,58]。我们新颖的方法是利用一个受试,安慰剂对照,人类志愿者模型中,病人的研究开始之前,不仅要建立当地药品安全,耐受性也研究其他一些关键参数包括:最佳剂量和剂量药物的频率,评价各种相关端点,影响药物的受试者与不同的人口统计数据,例如,性别,种族,年龄,影响药物在不同的伤口类型,例如,切口和乌干达。迄今为止的研究已经证明这些前瞻性,双盲,试设计允许相关和控制方法确定潜在疗法的概念。因为没有注册药品预防减少疤痕,我们不得不先锋这个领域的临床试验设计和探索也有各种潜在的手术模型药物的患者群体定义适当的示范效应。
我们已经成功地演示了一个翻译减少疤痕的方法从临床前模型到临床研究,显示清晰、健壮的影响与ilodecakin(重组人白细胞介素- 10”,il - 10, Prevascar)在二期临床试验和avotermin (TGF重组人类转化生长因子β3日Juvista)广泛的二期志愿者,基于研究[49,52,59]。例如,在三个双盲,安慰剂对照研究中,皮内注射avotermin(浓度从0.25到500 ng / 100L /线性厘米伤口边缘)管理两边缘1厘米,全层皮肤切口,在受伤之前24小时后,在健康男性和女性59]。治疗(avotermin和安慰剂或伤口护理标准)被随机分配给伤口网站由电脑随机方案和within-participant控制相比avotermin与安慰剂或标准伤口护理。疤痕形成的主要端点包括视觉评估在6个月和12个月后在两个研究中,受伤,受伤后从星期6月7日在第三个研究[59]。所有调查员、参与者和疤痕评估者对治疗和疗效分析也不清楚。
在两个研究中,avotermin 50 ng / 100L /线性厘米显著提高平均得分在100毫米视觉模拟量表(血管)5毫米(范围−2到14;)6月和8毫米(−29 - 18;)在12月。在第三个研究中,avotermin显著提高总疤痕分数浓度与安慰剂(意味着改进:从14.84毫米(95% CI 5.5 - -24.2) 5 ng / 100L /线性厘米到64.25毫米(49.4 - -79.1)500 ng / 100L /线性厘米)。9(60%)疤痕治疗avotermin 50 ng / 100L /线性厘米显示异常定位25%或更少的网状真皮中的胶原纤维和5个(33%),安慰剂的伤疤。从受伤仅有6周后,avotermin 500 ng / 100L /线性厘米脉管分数提高了16.12毫米(95% CI 10.61 - -21.63)。
同样的,在另一个二期临床研究中,皮内注射ilodecakin管理局是耐受性良好,5 ng / 100的浓度25 ng / L和100L /线性厘米伤口边缘,导致显著改善()与多个端点与疤痕外观postwounding控制在12个月。
综上所述,这些临床研究的结果表明,急性,本地应用程序avotermin和ilodecakin有潜力提供加速和永久改善疤痕。
5。了解预防疤痕的作用机制改进治疗方法
皮肤损伤后,大量的交互和动态的分子和细胞活动启动。这些包括一系列的级联放大,感应,镇压,前馈,和反馈过程,导致一系列的顺序和时间伤口内的微环境,与居民细胞和侵入伤口(图互动5)。伤口的分子和细胞行为依赖于组织微环境的构成在任何时候。因此,任何改变的分子或功能细胞的行为(例如,通过适当的治疗调制)导致后续伤口微环境变化,最终影响组织反应。在伤口愈合,疤痕,如胚胎发育,该系统包含许多途径展示多个冗余使系统鲁棒性。如果小途径治疗调制,而随后的微环境可能路线,他们不过导致疤痕表型。然而,调制实现协同多个微环境改变的一个主要途径,导致重大改变和一个主要的“重路由”治疗反应,导致表型的传播和放大的改善疤痕外观(图5)。从我们的一系列临床前研究的物种,我们已经确认了一些关键路径生成疤痕反应至关重要。使用人类志愿者在实验医学背景,也迅速让我们确认这些确定通路相关的人,因此识别和发展新疗法在临床领域。
6。总结
减少疤痕代表了一个清晰的医疗需求。目前,没有注册药品疤痕的预防改善,也没有单一的标准治疗是公认的普遍关心。愈合后的光谱范围从受伤的能力完全再生组织肥厚性瘢痕疙瘩和疤痕的形成。重要的是,大量的研究已经证明,所有哺乳动物生物保留通过再生和愈合的能力scar-forming流程。这是关键的能够治疗成人调节愈合反应,减少后续的疤痕的严重程度。
我们的方法治疗的发展集中在预防减少代理商的疤痕。这大大帮助了我们的广泛的研究,比较和理解的分子过程和疤痕表型在临床前模型,以及我们开创性的使用人类志愿者在纵向瘢痕研究和实验医学背景,迅速让我们确认,确定通路相关的人。发现老鼠的临床前模型的翻译对人已被证明在设计和控制潜在的和适当的随机临床试验。
行动的机制,改善疤痕治疗结果的预防性管理重大变化和治疗反应的主要“变更”,导致表型的传播和放大的疤痕外观改善,由于沉积胶原蛋白的结构的变化。
无疤痕的理解的科学基础和scar-forming愈合和开创性的方法治疗的发展允许识别和发展新的治疗方法。我们已经表明,预防疤痕的药物开发改进,添加剂良好的手术技术,是可以实现的,导致新疗法与一个合理的科学基础和明确的证据有效性的健壮的临床试验。