Anwendung von Zelltechnologien zur Verbesserung des Erscheinungsbildes von Narben

Die moderne Wissenschaft zeichnet sich durch die rasante Entwicklung einer Reihe verwandter Disziplinen aus, die unter dem gemeinsamen Namen „Biotechnologie“ zusammengefasst sind. Dieser Wissenschaftszweig, der auf den neuesten Errungenschaften in Biologie, Zytologie, Molekulargenetik, Gentechnik und Transplantologie basiert, zielt darauf ab, das enorme Potenzial pflanzlicher und tierischer Zellen – der grundlegenden Struktureinheiten aller Lebewesen – zu nutzen. „Eine lebende Zelle ist ein fertiger biotechnologischer Reaktor, in dem nicht nur die Prozesse ablaufen, die zur Bildung des Endprodukts führen, sondern auch eine Reihe weiterer, die dazu beitragen, die katalytische Aktivität des Systems auf einem hohen Niveau zu halten“, so John Woodward, 1992. Der Beginn der Zellwissenschaft wurde 1665 gelegt, als der englische Physiker R. Hooke das erste Mikroskop schuf und Zellen – Cellulae („Zellen“) – in einem Korken entdeckte. 1829 begründeten M. Schleiden und T. Schwann die „Zelltheorie“, die bewies, dass alle Lebewesen aus Zellen bestehen. 1858 bewies R. Virchow, dass alle Krankheiten auf einer Störung der strukturellen Organisation und des Stoffwechsels von Zellen beruhen. Er wurde zum Begründer der „Zellularpathologie“. Einen grundlegenden Beitrag zur Zellwissenschaft leisteten 1907–1911 R. Harrison und AA Maximov, die die Möglichkeit der Zellkultivierung außerhalb des Körpers nachwiesen. Ihre Arbeit zeigte, dass tierische Gewebe und Pflanzenteile für die Zellkultivierung mechanisch in kleine Stücke zerlegt werden müssen. Zur Isolierung der Zellen werden die Gewebe mit einem scharfen Messer oder Mikrotom in dünne Schnitte von etwa 0,5–1,0 mm geschnitten. Die physikalische Trennung der Zellen wird als Immobilisierung bezeichnet. Isolierte Zellen werden durch enzymatische Dispersion von Pflanzen- oder Gewebestücken gewonnen. Nach dem Zerkleinern mit einer scharfen Schere werden die Stücke mit Trypsin oder Kollagenase behandelt, um eine Suspension zu erhalten – eine Suspension einzelner Zellen oder ihrer Mikroaggregate in einem speziellen Medium. Alginatgele (Calciumalginat) werden häufig zur Immobilisierung von Pflanzenzellen verwendet. Es ist erwiesen, dass immobilisierte Pflanzen- und Tierzellen die Fähigkeit zur Biosynthese behalten. Zelluläre Biosyntheseprodukte reichern sich in Zellen an, ihre Expression erfolgt entweder spontan oder mit Hilfe spezieller Substanzen, die die Durchlässigkeit der Zellmembranen erhöhen.

Die Kultivierung tierischer Zellen ist ein wesentlich komplexerer Prozess als die Kultivierung pflanzlicher Zellen. Sie erfordert spezielle moderne Geräte, Spitzentechnologie, die Verfügbarkeit verschiedener Medien und Wachstumsfaktoren, die die Lebensfähigkeit der Zellen erhalten und sie in einem Zustand hoher funktioneller Aktivität halten. Es zeigte sich, dass die meisten Zellen fester Gewebe, wie Nieren-, Leber- und Hautgewebe, oberflächenabhängig sind und daher in vitro nur in Form dünner Schichten oder Monoschichten kultiviert werden können, die direkt mit der Substratoberfläche verbunden sind. Lebensdauer, Proliferation und funktionelle Stabilität von durch enzymatische Gewebedispersion gewonnenen Zellen hängen maßgeblich vom Substrat ab, auf dem sie gezüchtet werden. Es ist bekannt, dass alle aus Wirbeltiergewebe gewonnenen Zellen eine negative Oberflächenladung aufweisen, sodass sich positiv geladene Substrate für ihre Immobilisierung eignen. Isolierte Zellen, die direkt aus ganzen Geweben gewonnen werden, können in einer Primärkultur immobilisiert gehalten werden, wobei eine hohe Spezifität und Sensitivität für 10–14 Tage erhalten bleibt. Immobilisierte, oberflächenabhängige Zellen spielen heute in der Biologie, insbesondere in der klinischen Forschung, eine wichtige Rolle. Sie dienen der Untersuchung von Zellentwicklungszyklen, der Regulierung ihres Wachstums und ihrer Differenzierung sowie funktioneller und morphologischer Unterschiede zwischen normalen Zellen und Tumorzellen. Immobilisierte Zellmonoschichten werden in Biotests, zur quantitativen Bestimmung biologisch aktiver Substanzen sowie zur Untersuchung der Wirkung verschiedener Medikamente und Toxine auf diese eingesetzt. Ärzte aller Fachrichtungen zeigen seit Jahrzehnten großes Interesse an der Zelle als Therapeutikum. Die Zelltechnologien entwickeln sich derzeit rasant in diese Richtung.

Die Anfänge der Gewebe- und Zelltherapie sind mit dem Namen des berühmten russischen Wissenschaftlers W. P. Filatow verbunden, der 1913 den Grundstein für die Lehre der Gewebetherapie legte und die Ergebnisse von Hornhauttransplantationen von gesunden Spendern auf Patienten mit Katarakt untersuchte. Bei der Arbeit mit Hornhauttransplantaten entdeckte er, dass eine 1–3 Tage bei -2–4 °C kalt konservierte Hornhaut besser anwächst als eine frische. So wurde die Eigenschaft von Zellen entdeckt, unter ungünstigen Bedingungen bestimmte Substanzen abzusondern, die lebenswichtige Prozesse im transplantierten Gewebe und regenerative Prozesse im Gewebe des Empfängers anregen. Vom Körper abgetrennte Gewebe und Zellen befinden sich in einem Stresszustand, d. h. in verlangsamter Vitalaktivität. Die Blutzirkulation in ihnen stoppt und damit auch die Ernährung. Die Gewebeatmung ist äußerst erschwert, Innervation und Trophik sind gestört. In einem neuen qualitativen Zustand, der sich an neue Lebensbedingungen anpasst, produzieren Zellen spezielle Substanzen mit medizinischen Eigenschaften. Diese Substanzen nicht-proteinischer Natur nannte W. P. Filatow biogene Stimulanzien. Er stellte gemeinsam mit VV Skorodinskaya fest, dass Material von Tieren und Pflanzen nach Lagerung unter ungünstigen Bedingungen problemlos eine Stunde lang bei 120 Grad Celsius autoklaviert werden kann, ohne dass die Aktivität verloren ging, sondern im Gegenteil zunahm, was mit der Freisetzung biologischer Stimulanzien aus den konservierten Geweben erklärt wurde. Außerdem verloren sie ihre antigenen Eigenschaften, was die Möglichkeit einer Abstoßung deutlich verringerte. Konserviertes steriles Material wurde mit zufriedenstellenden Ergebnissen durch Implantation (Plantation) unter die Haut oder in Form von Injektionen von Extrakten in den Körper eingeführt. Außerdem wurde entdeckt, dass fetale Gewebe erheblich mehr biologisch aktive Substanzen enthalten als Gewebe erwachsener Individuen, und dass manche Faktoren nur in Embryonen vorkommen. Inokulierte fetale Gewebe werden vom Organismus des Empfängers nicht als fremd wahrgenommen, da in den zytoplasmatischen Membranen Proteine fehlen, die für die Art-, Gewebe- und Individualspezifität verantwortlich sind (Proteine des Haupthistokompatibilitätskomplexes). Infolgedessen löst die Impfung von tierischem Fötusgewebe in den menschlichen Organismus keine Immunabwehrmechanismen und keine Unverträglichkeits- und Abstoßungsreaktionen aus. VP Filatov verwendete in seiner medizinischen Praxis häufig menschliche Plazenta und Haut. Die Behandlungszyklen umfassten 30–45 Injektionen von Gewebeextrakten und 1–2 Implantationen von autoklaviertem Gewebe.

Nachdem er seine Forschungen mit menschlichen und tierischen Geweben und Zellen begonnen hatte, übertrug er seine Erkenntnisse auf die Pflanzenwelt. Er führte Experimente mit lebenden Pflanzenteilen (Aloe, Wegerich, Agave, Rübenblätter, Johanniskraut usw.) durch und schuf für diese ungünstige Bedingungen, indem er abgeschnittene Blätter an einem dunklen Ort platzierte, da die Pflanze Licht für ihre lebenswichtigen Funktionen benötigt. Er isolierte außerdem biogene Stimulanzien aus Mündungsschlamm und Torf, da Schlamm und Torf unter Beteiligung von Mikroflora und Mikrofauna gebildet werden.

Die Gewebetherapie erlebte Ende der 1970er Jahre eine neue Entwicklungsrunde, als das über Jahrzehnte angesammelte Wissen und die Erfahrung es ermöglichten, tierische und pflanzliche Gewebe und Zellen auf einem qualitativ neuen Niveau zur Behandlung von Menschen und zur Verlängerung ihrer aktiven Lebenserwartung einzusetzen. So begannen in einigen inländischen und zahlreichen ausländischen Kliniken Frauen in den physiologischen Wechseljahren mit klimakterischem Syndrom oder vor dem Hintergrund einer Ovariektomie, sich einer Gewebetherapie mit fötalem Gewebe der Plazenta, des Hypothalamus, der Leber, der Eierstöcke, der Thymusdrüse und der Schilddrüse zu unterziehen, um den Alterungsprozess, die Entstehung von Arteriosklerose, Osteoporose sowie Funktionsstörungen des Immun-, Hormon- und Nervensystems zu verlangsamen. In einer der renommiertesten Kliniken für Gerontokosmetik in Westeuropa werden seit Jahrzehnten Injektionen von Extrakten aus fötalem Gewebe der Keimdrüsen von Widdern zu denselben Zwecken verwendet.

Auch in unserem Land hat die biostimulierende Behandlung breite Anwendung gefunden. Bis vor kurzem wurden Patienten mit verschiedenen Erkrankungen aktiv Injektionen mit Plazentaextrakten, Aloe, Kalanchoe, Sedum major (Biosed), FiBS, Peloiddestillat, Peloidin, Torf und Humisol verschrieben, die nach der Methode von VP Filatov hergestellt wurden. Derzeit ist es fast unmöglich, diese hochwirksamen und kostengünstigen heimischen Gewebepräparate tierischen, pflanzlichen und mineralischen Ursprungs in Apotheken zu kaufen.

Die Grundlage für die Gewinnung verschiedener biogener Präparate aus menschlichen Geweben und Organen importierter Produktion wie Rumalon (aus Knorpelgewebe und Knochenmark), Actovegin (aus Kälberblut), Solcoseryl (Rinderblutextrakt) sowie einheimischer Präparate – Glaskörper (aus dem Glaskörper des Rinderauges), Kerakol (aus der Hornhaut von Rindern), Splenin (aus der Milz von Rindern), Epithalamin (aus der Epithalamus-Epiphysenregion) – sind ebenfalls die Forschungen von W.P. Filatov. Die verbindende Eigenschaft aller Gewebepräparate ist die allgemeine Wirkung auf den gesamten Körper. Somit bildete die „Gewebetherapie“ von Akademiemitglied W.P. Filatov die Grundlage für die modernsten Entwicklungen und Richtungen in Chirurgie, Immunologie, Geburtshilfe und Gynäkologie, Gerontologie, Verbrennungslehre, Dermatologie und Kosmetologie im Zusammenhang mit der Zelle und den Produkten ihrer Biosynthese.

Das Problem der Gewebetransplantation beschäftigt die Menschheit seit der Antike. So wird im Papyrus Ebers aus dem Jahr 8.000 v. Chr. bereits der Einsatz von Gewebetransplantationen zur Kompensation von Defekten in einzelnen Körperbereichen erwähnt. Im „Buch des Lebens“ des indischen Wissenschaftlers Sushruta, der 1.000 Jahre v. Chr. lebte, findet sich eine detaillierte Beschreibung der Wiederherstellung der Nase aus der Haut der Wangen und der Stirn.

Der Bedarf an Spenderhaut stieg proportional zur Zahl der plastischen und rekonstruktiven Operationen. In diesem Zusammenhang begann man, Leichen- und Fötushaut zu verwenden. Es bestand die Notwendigkeit, Spenderressourcen zu erhalten und Wege zu finden, menschliche Haut durch tierisches Gewebe zu ersetzen, sowie verschiedene Optionen zur Hautmodellierung. Und in diese Richtung arbeiteten die Wissenschaftler, als P. Medovar 1941 erstmals die grundsätzliche Möglichkeit des Keratinozytenwachstums in vitro nachwies. Der nächste wichtige Schritt in der Entwicklung zellulärer Technologien war die Arbeit von Karasek M. und Charlton M., denen 1971 die erste erfolgreiche Transplantation autologer Keratinozyten aus einer Primärkultur auf Kaninchenwunden gelang. Dabei verwendeten sie Collagen-Gel als Substrat für die Kultivierung von CC, wodurch die Zellproliferation in der Kultur verbessert wurde. J. Rheinvald und H. Green entwickelten eine Technologie zur seriellen Kultivierung großer Mengen menschlicher Keratinozyten. Im Jahr 1979 entdeckten Green und seine Co-Autoren die Aussichten für den therapeutischen Einsatz der Keratinozyten-Zellkultur bei der Wiederherstellung der Haut bei großflächigen Verbrennungen. Danach wurde diese Technik, die ständig verbessert wurde, von Chirurgen in Verbrennungszentren im Ausland und in unserem Land eingesetzt.

Bei der Untersuchung lebender Zellen wurde festgestellt, dass Zellen nicht nur biogene Stimulatoren nicht-proteinogenen Ursprungs produzieren, sondern auch eine Reihe von Zytokinen, Mediatoren, Wachstumsfaktoren und Polypeptiden, die eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Homöostase des gesamten Organismus spielen. Es wurde festgestellt, dass verschiedene Zellen und Gewebe Peptid-Bioregulatoren enthalten, die ein breites biologisches Wirkungsspektrum besitzen und die Entwicklungs- und Funktionsprozesse multizellulärer Systeme koordinieren. Die Ära der Zellkultur als therapeutisches Mittel begann. In unserem Land hat die Transplantation von Fibroblastensuspensionen und mehrschichtigen Keratinozytenzellschichten in den letzten Jahrzehnten in der Verbrennungsmedizin Einzug gehalten. Das große Interesse an der Transplantation von Hautzellen bei Brandverletzten erklärt sich durch die Notwendigkeit eines schnellen Verschlusses großer Brandflächen und den Mangel an Spenderhaut. Die Möglichkeit, Zellen aus einem kleinen Hautstück zu isolieren, das eine 1000- oder sogar 10.000-mal größere Wundfläche als die Spenderhaut bedecken kann, hat sich für die Verbrennungsmedizin und Brandverletzte als sehr attraktiv und wichtig erwiesen. Der Anteil der Transplantation der Keratinozytenschicht variiert je nach Verbrennungsbereich, Alter und Gesundheitszustand des Patienten zwischen 71,5 und 93,6 %. Das Interesse an der Transplantation von Keratinozyten und Fibroblasten ist nicht nur mit der Möglichkeit verbunden, Hautdefekte schnell zu schließen, sondern auch mit dem starken biologisch aktiven Potenzial dieser Transplantate zur Verbesserung des Aussehens des transplantierten Gewebes. Gefäßneubildung, Hypoxielinderung, verbesserter Trophismus, beschleunigte Reifung unreifen Gewebes – dies ist die morphofunktionelle Grundlage für diese positiven Veränderungen, die durch die Freisetzung von Wachstumsfaktoren und Zytokinen durch die transplantierten Zellen entstehen. Durch die Einführung fortschrittlicher Zelltechnologien zur Transplantation mehrzelliger Schichten autologer und allogener Keratinozyten und Fibroblasten auf große Wundflächen in die medizinische Praxis konnten Verbrennungsärzte nicht nur die Sterblichkeitsrate von Brandverletzten mit einem hohen Anteil an Hautläsionen senken, sondern auch das Narbengewebe qualitativ verbessern, das bei Verbrennungen Grad IIb, IIIa und b unvermeidlich entsteht. Die Erfahrungen der Verbrennungsärzte bei der Behandlung von Wundoberflächen bei Brandverletzten legten die Idee nahe, die bereits modifizierte Green-Methode in der dermatochirurgischen Praxis bei verschiedenen Haut- und kosmetischen Pathologien (trophische Ulzera, Vitiligo, Nävi, bullöse Epidermolyse, Tattooentfernung, altersbedingte Hautveränderungen und zur Verbesserung des Narbenbildes) einzusetzen.

Der Einsatz allogener Keratinozyten in der Chirurgie, Verbrennungsmedizin und Dermatokosmetik bietet gegenüber der Verwendung autologer Keratinozyten zahlreiche Vorteile, da das Zellmaterial vorab in unbegrenzter Menge hergestellt, konserviert und bei Bedarf verwendet werden kann. Es ist auch bekannt, dass allogene CC eine verringerte antigene Aktivität aufweisen, da sie bei der Kultivierung in vitro Langerhans-Zellen verlieren, die Träger der HLA-Komplex-Antigene sind. Für den Einsatz allogener CC spricht auch die Tatsache, dass sie nach der Transplantation laut verschiedenen Autoren innerhalb von 10 Tagen bis 3 Monaten durch autologe CC ersetzt werden. In diesem Zusammenhang wurden heute in vielen Ländern Zellbanken eingerichtet, dank derer es möglich ist, Zelltransplantate in der erforderlichen Menge und zum richtigen Zeitpunkt zu erhalten. Solche Banken gibt es in Deutschland, den USA und Japan.

Das Interesse an der Nutzung zellulärer Technologien in der Dermatokosmetik rührt daher, dass „zelluläre Zusammensetzungen“ ein starkes bioenergetisches und informatives Potenzial in sich tragen, wodurch qualitativ neue Behandlungsergebnisse erzielt werden können. Von transplantierten Zellen abgesonderte Autokine (Wachstumsfaktoren, Zytokine, Stickstoffmonoxid usw.) wirken vor allem auf körpereigene Fibroblasten und steigern deren synthetische und proliferative Aktivität. Diese Tatsache ist für Forscher besonders attraktiv, da der Fibroblast eine Schlüsselzelle der Dermis ist, deren funktionelle Aktivität den Zustand aller Hautschichten bestimmt. Es ist auch bekannt, dass nach einer Hautverletzung mit Kauter, Laser, Nadel und anderen Instrumenten die Haut mit frischen Stammvorläufern von Fibroblasten aus Knochenmark, Fettgewebe und Kapillarperizyten aufgefüllt wird, was zur „Verjüngung“ des Körperzellpools beiträgt. Sie beginnen aktiv mit der Synthese von Kollagen, Elastin, Enzymen, Glykosaminoglykanen, Wachstumsfaktoren und anderen biologisch aktiven Molekülen, was zu einer erhöhten Hydratation und Vaskularisierung der Dermis führt und ihre Festigkeit verbessert.