Журнал "Научное Образование" в eLIBRARY.RU

  • na-obr@mail.ru
  • Статьи в следующий номер журнала принимаются по 30.04.2024г.

   Регистрационный номер СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 74050 от 19.10.2018г. Смотреть

   Свидетельство регистрации периодического издания: ISSN 2658-3429 Смотреть

   Договор с ООО "НЭБ" (eLIBRARY.RU): № 460-11/2018 от 21.11.2018г.

     
kn1    kn2
     
     
kn3    kn4
     

Военные нужды и решения в области регенеративной медицины

Дата публикации: 2022-06-11 20:17:53
Статью разместил(а):
Мосогутов Тимур Вадимович

Военные нужды и решения в области регенеративной медицины

Military needs and solutions in the field of regenerative medicine

 

Автор: Мосогутов Тимур Вадимович

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия

e-mail: timur.mosogutov@gmail.com 

Mosogutov Timur Vadimovich

Military medical academy, Saint-Petersburg, Russian Federation

e-mail: timur.mosogutov@gmail.com 

 

Аннотация: У человеческого организма есть способность регенерировать широкий спектр органов и тканей как после травм, так и в результате длительных болезненных процессов. На протяжении всей истории медицины люди стремились улучшить эту внутреннюю способность к самообновлению, освобождая поврежденные ткани от их функционального бремени и обеспечивая то, что эмпирически считалось идеальной средой для заживления тканей.

Abstract: The human body has the ability to regenerate a wide range of organs and tissues both after injuries and as a result of prolonged disease processes. Throughout the history of medicine, people have sought to improve this intrinsic capacity for self-renewal by freeing damaged tissues from their functional burden and providing what was empirically considered the ideal medium for tissue healing.

Ключевые слова: регенерация, военная медицина, искусственные ткани, догоспитальная помощь.

Key words: regeneration, military medicine, artificial tissues, prehospital care.

Тематическая рубрика: Медицина и психология.

 

Актуальность: Регенеративная медицина является новым направлением, базирующимся на инновационных подходах к терапии болезней. Широкие возможности применения клеточных технологий в области регенеративной медицины делают их основой для разработки подходов к терапии.

Цель работы – освещение задач и проблем одного из направлений биомедицины, а именно регенеративной медицины.  

Введение. Идея готовых запасных частей захватила воображение клиницистов, ученых и инженеров и регулярно представляется в непрофессиональной прессе в виде диаграмм человеческого тела, окруженного набором запасных частей, созданных из синтетических материалов прошлого или тканевые инженерные конструкции будущего. Исследователи во всем мире изучают перспективы замены тканей и органов. Мы определяем регенеративную медицину как использование терапевтических методов для восстановления функций, утраченных в больных или поврежденных тканях или органах. В регенеративной медицине и тканевой инженерии используются различные подходы к решению проблемы недостаточности тканей или органов, в том числе: 

 • Замена функций тканей устройствами (например, в случае с искусственными органами). 

 • Функциональное восстановление конструкциями, включающими как устройства, так и клеточные компоненты (например, в биогибридных органах). 

 • Комбинация временных биоразлагаемых каркасов с клеточными компонентами (например, в традиционной тканевой инженерии). 

 •  Клеточная терапия, в том числе с использованием дифференцированных клеток, стволовых клеток и генетически модифицированных клеток (например, для восстановления поврежденных тканей и мышц). 

Связанные с защитой потребности в регенеративной терапии очевидны, и жизненно важно разработать краткосрочные и долгосрочные стратегии для выполнения обещаний регенеративной реабилитации. 

Кардиоторакальная и сосудистая инженерия тканей.

Травма грудной клетки у военнослужащих и населения в целом оказывает пагубное влияние на производительность и устойчивость. Стоимость лечения может быть огромной, а новые технологии могут иметь реальное и продолжительное влияние. Успех в разработке биологического сосудистого трансплантата будет зависеть от эффективности, превосходящей используемые в настоящее время шунтирующие сосуды (подкожная вена, лучевая артерия), и может потребовать генной инженерии для усиления нативной эндотелиальной антитромботической активности, если необходимо получить мелкие сосуды. Попытки разработать такой замещающий сосуд столкнулись с многочисленными препятствиями, включая иммунологические барьеры, связанные с аллогенной или ксеногенной тканью, снабжение сконструированного сосуда капиллярным кровоснабжением для поддержания жизнеспособности пристеночных клеток и достижение физиологических биомеханических свойств.

Заживление ран.

Гражданское население борется с тем, как залечить незажившие раны. Диабет приводит к более чем 60 000 ампутаций в год только в Соединенных Штатах в результате прогрессирования и инфицирования незаживающих ран. Хотя солдаты, как правило, здоровы и жизнестойки, условия, в которых они находятся, часто приводят к небольшим и большим ранам, в которые может попасть инфекция. При лечении этих ран наблюдается кровотечение, боль, потеря жидкости. Можно представить, как инженеры по тканям разрабатывают дозатор в виде тюбика зубной пасты для самостоятельного лечения ран с помощью полимеров, которые предотвращают инфекцию, вызывают регенерацию, останавливают кровопотерю и облегчают боль.

Военные нужды.

Раненых солдат лечат в три этапа: догоспитальное лечение на поле боя, стационарное лечение и долгосрочная терапия. Каждый этап лечения имеет уникальные проблемы, и в каждом случае тканевая инженерия и регенеративная медицина могут сыграть важную роль в развитии методов лечения. Естественно, именно в области долгосрочной восстановительной терапии регенеративная медицина окажет наибольшее влияние.

Догоспитальная помощь.

Заживление ран является основным направлением улучшенной догоспитальной помощи раненым солдатам. Анализ статистики поля боя объясняет, почему это имеет огромное значение для будущего здоровья и благополучия раненых. С начала американской Гражданская война 1861 г. и по настоящее время примерно 20 % всех боевых потерь в США закончились смертью до поступления в лечебное учреждение. Из этих смертей 50 % были вызваны кровотечением. Анализ несчастных случаев во время войны во Вьетнаме показал, что 40% всех смертей от обескровливания на поле боя можно было бы предотвратить с помощью остановки кровотечения.

Что удивительно, так это то, что лечение кровоизлияния на поле боя существенно не изменилось за почти 2000 лет. Профилактика кровотечения является необходимым условием сохранения клеточной функции, необходимой для оптимальной регенеративной терапии в будущем. Интересно, что биоразлагаемая матрица стала основой наиболее значительного прогресса в борьбе с кровотечением за многие десятилетия. Министерство обороны признало потребность в передовых технологиях лечения кровотечений на поле боя. Армия США и Корпус морской пехоты США в настоящее время используют различные одобренные FDA продукты для остановки кровотечения. Компании Marine Polymer Technologies и HemCon, Inc. производят кровоостанавливающее средство, полученное из поли-N-ацетилглюкозамина (p-NAG). Этот сложный полисахарид перерабатывается либо в тонкие листы, либо в жидкость, и является предпочтительным кровоостанавливающим средством армии США. Продукт получил одобрение FDA в ноябре 2002 г.

Механизм, посредством которого повязка остановки кровопотери до конца не выяснены, но, вероятно, связаны с повышением концентрации факторов свертывания крови в месте повреждения. Было проведено множество исследований, чтобы продемонстрировать эффективность продукта при нескольких моделях травм, включая травмы брюшины, печени и селезенки и кровоизлияния в мозг. Все эти исследования демонстрируют способность повязки p-NAG быстро останавливать кровотечение. Подробные данные об эффективности этой повязки еще не опубликованы.

Корпорация морской пехоты США использовал кровоостанавливающее средство на основе минерального цеолита. Этот продукт работает посредством химической реакции, поглощая воду из места повреждения, тем самым увеличивая естественную концентрацию ключевых факторов свертывания крови в каскаде коагуляции. Цеолит производится компанией Z-Medica, LLC и известен под торговым названием QuickClot. Существует очень мало опубликованных исследований по эффективности этого продукта, но те, которые существуют, описывают быстрое свертывание. Механизм действия минерального цеолита является чисто химическим, что приводит к экзотермической адсорбции воды, тем самым повышая температуру раны на короткие периоды времени. Температура может колебаться от 40°C до 60°C, повязка может вызывать сильную боль, предотвращая кровотечение.

Больничное лечение.

Кровотечение по-прежнему является основной причиной смерти выживших, получающих стационарное лечение. Заживление раны также является важным этапом стационарного лечения. Обычно считается, что заживление раны происходит в три основных этапа: воспалительная фаза, матрица фаза отложения и фаза ремоделирования. Тканеспецифические процессы заживления значительно различаются, но эти три фазы представляют собой объединяющий принцип. Было установлено, что различные белки и факторы роста жизненно важны для процесса заживления ран. До тех пор, пока мы более полно не поймем, как все эти факторы взаимодействуют друг с другом, чтобы организовать естественное заживление ран, мы не сможем направить процесс в нужном нам направлении.

Тем не менее, значительный прогресс был достигнут в использовании природных биоразлагаемых матриц, которые доставляют все эти факторы по мере их деградации. Биокаркасы, полученные из ксеногенных (свиных) внеклеточных матриц (ECM), были оценены в многочисленных доклинических исследованиях на животных и в клинических применениях на людях для восстановления и реконструкции поврежденных или отсутствующих тканей. Такие материалы в настоящее время используется более чем в 500 000 клинических процедур на людях. Клинические исследования продемонстрировали, что бесклеточные ВКМ вызывают неестественную, но очень полезную реакцию заживления ран, которая отличается от стандартного метода заживления ран с образованием рубца у взрослых млекопитающих. Недавние исследования показали, что биокаркасы ВКМ обладают гемостатическими свойствами, присущими им антибактериальными свойствами и ангиогенными свойствами.

Инженерию костно-мышечной ткани также можно использовать в больнице. Одним из наиболее многообещающих и ближайших достижений в области инженерии тканей, имеющим отношение к раненым солдатам, является регенерация кости. Использование белков, таких как костный морфогенный белок, для стимуляции отложения кости в настоящее время является обычным явлением в клинике. Вопрос теперь сосредоточен на том, какие материалы и клетки можно использовать для наиболее эффективной передачи необходимых сигналов, которые будут регенерировать несросшиеся переломы. Ключевые требования к этим материалам включают механическую прочность и способность к разложению. Кроме того, исходный материал и продукты разложения должны быть биосовместимыми и неиммуногенными.

Обычный подход к регенерации кости заключается в сочетании синтетического полимера с керамическим материалом. Преимущество связывания непосредственно с костью, в то время как полимер служит опорой для врастающих тканей. В качестве материалов для полимерной опорной системы обычно выбирают производные молочной кислоты, а керамические материалы включают гидроксиапатит и β-трикальцийфосфат. В целом, эти материалы имеют механическую прочность, которая имитирует механическую прочность нативной ткани и успешно поддерживает рост кости. DegraPol и Polyactive— два новых материала, которые были разработаны и в настоящее время находятся на стадии изучения. Опубликованные данные показывают, что они являются подходящей поддержкой для роста костей. Эта терапия может быть использована для лечения травмированных, чтобы направлять и ускорить заживление костной ткани.

Длительная терапия.

Заключительный этап ухода за раненым солдатом — это длительный уход. Надежда тканевой инженерии состоит в том, что регенеративная медицина и долгосрочная реабилитация, наука и инженерия, сольются воедино. Относительно простые методы тканевой инженерии применяются для восстановления кожи, костей и хрящей. Как было описано ранее, в области восстановления поврежденных тканей достигнуты большие успехи. Однако регенерация целых органов и конечностей гораздо сложнее. Конечности, например, состоят из костей, мышц и нервов. Они имеют сложную капиллярную сеть и биологическую структуру, которая может быть не до конца изучена. Точно так же органы состоят из множества типов клеток и сильно различаются как по форме, так и по функциям.

Необходимо понять, как все типы тканей и клеток взаимодействуют, чтобы обеспечить функционирование конечности. Ключом к развитию этих сложных структур действительно является понимание фундаментальной биологии. Некоторые организмы более низкого уровня обладают способностью регенерировать конечности, и ученые изучают это. животных в качестве моделей регенерации конечностей у людей. Именно эти механизмы позволят ученым построить интерактивную систему клеток, которые могут действовать функционально как единое целое, что позволяет успешно конструировать конечность.

Плоды млекопитающих в первые два триместра обладают полной способностью заново отращивать функциональную ампутированную конечность. Дети в возрасте до 18 месяцев могут регенерировать кончик ампутированного пальца. Даже во взрослом возрасте мы сохраняем способность регулярно воспроизводить части нашего тела в совершенстве, такие как слизистая оболочка кишечника, внутренняя поверхность матки и весь костный мозг. В возрасте 2 лет мы теряем способность регенерировать целые конечности и пальцы, и вместо этого мы обычно восстанавливаем ткани, образуя рубцовую ткань.

Наш генетический состав не меняется, поэтому способность регенерировать ткани и органы должна по-прежнему находиться в нашей клеточной и внеклеточной среде. Конечно, с помощью соответствующих стимулов и сигналов эту регенеративную способность можно снова пробудить. Эти стимулы и сигналы неразрывно связаны не только с незамедлительными и неотложными хирургическими вмешательствами, которые мы используем, но и с последующими реабилитационными протоколами. Эти принципы будут применяться не только к пальцам и конечностям, но также к тканям и органам, таким как поврежденная ткань сердца, больная печень и нефункционирующие почки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Миллионы людей страдают от травм и изнурительных состояний с разрушительными последствиями. Почти каждая парадигма лечения облегчает симптомы, но не обеспечивает «излечение» основного заболевания или травмы. Реабилитационные подходы часто направлены на то, чтобы приспособить пациента к новой реальности, а не на смелое участие в изменении этой реальности. Регенеративная медицина стремится использовать врожденную способность организма к самоисцелению и управлять регенеративными процессами. Реальность регенеративной медицины такова, что ее успех будет в значительной степени зависеть от совершенно новой парадигмы в подходе к реабилитации пациентов. Мы должны стремиться вызвать регенерацию посредством инноваций в области медицины, их внедрения и последующего лечения.

При стремлении разработать и оптимизировать полную заместительную терапию можно упустить из виду лежащий в основе регенеративный потенциал органов, которые мы стремимся удалить и заменить. В то время как значительное количество тканей действительно может быть непоправимо повреждено, большая часть пациентов, обремененных широким спектром недостаточности органов и тканей, могла бы получить больше пользы от разработанных методов лечения, которые охватывают фундаментальный принцип медицины: оптимизация регенеративного потенциала, присущего тканям.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ahsan T. and Nerem R.M. (2005). Bioengineered tissues: the science, the technology, and the industry. Orthod. Craniofac. Res. 8: 134–140.

2. Alam H.B., Burris D., DaCorta J.A. and Rhee P. (2005). Hemorrhage control in the battlefield: role of new hemostatic agents. Milit. Med. 170: 63–69.

3. Alam H.B., Chen Z., Jaskille A., Querol R.I.L.C., Koustova E., Inocencio R., Conran R., Seufer, A., Ariaban N., Toruno K., et al. (2004). Application of a zeolite hemostatic agent achieves 100% survival in a lethal model of a complex groin injury in swine. J. Trauma 56: 974–983.

4. Alam H.B., Uy G.B., Miller D., Koustova E., Hancock T., Inocencio R., Anderson D., Llorente O. and Rhee P. (2003). Comparative analysis of hemostatic agents in a swine model of lethal groin injury. J. Trauma 54: 1077–1082.

5. Atiyeh B.S., Gunn W. and Hayek S.N. (2005). State of the art in burn treatment. World J. Surg. 29: 131–148.

6. Bell E., Sher S., Hull B., Merrill C., Rosen S., Chamson A., Asselineau D., Dubertret L., Coulomb B., Lapiere C., et al. (1981). The reconstitution of living skin. Science 211: 1042–1054.

7. Bellamy R.F. (1984). The cause of death in conventional land warfare: implications for combat casualty care. Milit. Med. 149: 55–62.  

  

. . . . . . .