Kůže z laboratoře

Každý rok se asi jedenáct milionů lidí, z toho polovina dětí, popálí tak závažně, že potřebují kožní transplantaci. Odborník na dětské popáleniny Clemens Schiestl se v rámci projektu EuroSkinGraft podílí na vývoji kožních náhrad vypěstovaných v laboratoři s pomocí pacientových buněk.

O svém úsilí mluvíte jako o Scar Wars, o válce s jizvami. Proč jizvy představují takový problém? — Scar Wars je pojem, který zavedl můj učitel Martin Meuli. Převzal jsem ho, protože to je dobrý způsob, jak laikům zdůraznit, jak obtížné je s jizvami bojovat. Jizvy totiž nejsou jen kosmetická záležitost, ale především funkční problém. Ne ve Švýcarsku nebo v České republice, protože v našich nemocnicích se dělají rekonstrukční operace na vysoké úrovni. Je to jen otázka počtu operací, které musíme udělat, abychom pacientovi zajistili volnost pohybu. Obrovský problém to ale představuje v chudších zemích. Podporujeme například popáleninové centrum v Kábulu, kde je polovina pacientů kvůli jizvám trvale postižena. Nemohou chodit, mají ztuhlé paže, sami se nenajedí, neobslouží.

Pro laika je obtížné představit si, že „pouhé“ jizvy mohou člověka tak znehybnit. — Naprosto. Nemáte-li přístup k moderní chirurgii a necháte-li rozsáhlou popáleninu, aby se zhojila sama, končetina se zafixuje v jedné pozici.

Otázka vzhledu se proti tomu zdá být nepodstatná, ale psychologické problémy spojené s vnímáním vlastního těla a s přijetím okolí asi také nelze podceňovat. — To je naopak záležitost především bohatých zemí. Zvláště v případě jizev na rukou a obličeji. Studie, které jsme dělali s dětskými pacienty v Curychu, ukazují, že stigmatizace je rostoucí problém. Víte, ten tlak, abychom všichni byli dokonalí, je enormní. Pacienti s jizvami v obličeji nebo na rukou jsou v této honbě za estetickou dokonalostí znevýhodněni.

Jak daleko je dnes vývoj kožních náhrad? — Lékaři zkoušeli vyrábět kožní náhrady v laboratoři už v osmdesátých letech. Biopsií odebrali pacientovi kus kůže, vzali ji do laboratoře a za tři až čtyři týdny získali epidermální vrstvu keratinocytů, kterou mohli přiložit pacientovi na ránu. Tehdy jsme všichni uvěřili, že do dvaceti let budou běžně dostupné plnohodnotné kožní náhrady. Ale tato naděje se zatím nenaplnila. Několik týmů roztroušených po světě se stále pokouší vytvořit komplexnější náhradu, než jaká byla k dispozici v osmdesátých letech.

Komplexnější – co si pod tím představit? — Myslím tím kůži, která má dvě vrstvy, epidermální a dermální. Pro hojení kůže je velmi důležité, abychom obě vrstvy aplikovali ve stejný okamžik, protože mezi keratinocyty v pokožce a fibroblasty ve škáře probíhá neustálá interakce, potřebují se. Ve výzkumu se to daří, zbývá dojít po té cestě až ke klinickému využití.

Dnes se kožní náhrady používají jako doplněk kožních štěpů. K nejpoužívanějším patří Integra – čím se od ní náhrady, které vyvíjíte, odlišují? — Za Integrou je odlišná filosofie. Zatímco námi vyvíjená kožní náhrada obsahuje namnožené pacientovy buňky, Integra je nebuněčná matrix z hovězího kolagenu a glykosaminoglykanu překrytá vrstvou silikonu. Teprve poté, co ji přiložíte na ránu, do ní začnou prorůstat fibroblasty, které vytvářejí vlastní extracelulární matrix a postupně kolagen nahrazují. Asi za tři týdny se vytvoří nová škára, neodermis. Pak se silikonová vrstva odstraní a neodermis se překryje kožním štěpem odebraným ze zdravé části pacientova těla. Takže procedura sestává ze dvou zákroků. Při použití námi vyvíjené kožní náhrady můžeme vše zvládnout v jednom kroku, při jedné operaci, což je velká výhoda. Mimo jiné se tím významně snižuje riziko infekce.

V projektu EuroSkinGraft vyvíjíte tři materiály: NovoMaix, denovoDerm a denovoSkin. Jak se mezi sebou liší? — Novo‑Maix je vrstva kolagenu, která podobně jako Integra neobsahuje žádné buňky. Při aplikaci s kožním štěpem by měla napomoci tvorbě škáry a posloužit v situacích, kdy štěp samotný neposkytuje uspokojivé výsledky – například na rukách nebo v oblasti kloubů. Zamýšlíme ji jako levnější a jednodušší variantu k buněčným náhradám pro případy, kdy tyto náhrady nejsou z nějakého důvodu dostupné. Ale stejně jako ony vyžaduje pouze jednu operaci, aplikuje se spolu s kožním štěpem. DenovoDerm je také náhrada škáry, která by měla zlepšit výsledky aplikace kožního štěpu, ale na rozdíl od NovoMaix je osázena autologními buňkami od pacienta. Skutečně inovativní produkt je denovoSkin. Tato náhrada je složena jak z dermální, tak z epidermální části a v obou vrstvách jsou pacientovy buňky. Odpadá tak nutnost použití kožního štěpu.

Buňky musí na něčem růst. Co tvoří základ těchto materiálů? — Základní problém byl nalézt optimální prostředí pro růst fibroblastů. Mnoho skupin včetně té naší na tom pracovalo přes deset let. My dnes jako matrix používáme kombinaci kolagenu a hydrogelu. Jedna skotská firma pro nás vyrobila zařízení, které hydrogel s kolagenem mechanicky stlačí tak, aby v něm vznikly póry definované velikosti. Díky nim mají fibroblasty vhodné podmínky, takže matrix prorůstají a podporují keratinocyty v horní vrstvě. Stlačování hydrogelu s kolagenem je dobře známý proces, ale není snadné provádět ho ve sterilních podmínkách a dobrat se takové struktury, která je pro buňky optimální.

Jaké buňky pacientovi odebíráte? Pracujete s kmenovými buňkami, které teprve in vitro kultivujete ve fibroblasty a keratinocyty? — Bylo by to velmi užitečné. Spoustu času jsme ztratili kvůli tomu, že jsme se pokoušeli separovat kmenové buňky jak ze škáry, tak z pokožky, abychom jimi náš konstrukt mohli obohatit. Ale nakonec jsme práce v tomto směru ukončili, protože separace je pro kmenové buňky velmi stresující procedura. Po jejich přidání do konstruktu jsme nepozorovali žádné zlepšení. Takže nyní používáme jednoduchou kožní biopsii. Pacientovi odebereme dva centimetry kůže, obsahující jak fibroblasty, tak keratinocyty. Samozřejmě tam jsou i nějaké kmenové buňky, ale už se nepokoušíme jejich počet v transplantátu navyšovat. V laboratoři oddělíme pokožku od škáry a z obou vrstev získáme buňky, které pak kultivujeme a osazujeme jimi předem připravenou matrix.

Máte za sebou první fázi klinických zkoušek. S jakými výsledky? — Zkoušeli jsme to u dvaceti dětí, cílem bylo pouze ověřit bezpečnost aplikace denovoDerm a denovoSkin. Z etických důvodů jsme mohli použít pouze náhradu o ploše 7 × 7 centimetrů. Nezaznamenali jsme žádnou infekci a míra přijetí je mezi 60 a 70 %, což je pro první fázi dobrý výsledek. Ve druhé fázi budeme muset prokázat efektivitu transplantátu, zjistit, jak je kůže ohebná, jak funguje a jak se jeví po estetické stránce. To už budeme porovnávat s normálním kožním štěpem. Bude to randomizovaná zkouška – lékař vybere dvě místa na pacientově těle a náhoda rozhodne o tom, na které přijde kožní štěp a na které naše kožní náhrada.

Pokud vše dopadne dobře, jaké další kroky plánujete? — Kožní náhrada je zatím velmi tenká, asi jeden až dva milimetry. Neodermis vytvořená po aplikaci Integry je silnější. Dalším krokem pro nás tedy bude práce na jejím zesílení. K tomu ale bude nezbytné zlepšit krevní zásobení. To je krok, který nelze obejít.

Krevní vlásečnice zatím do škáry nevrůstají? — Ale ano, z našich výsledků je zřejmé, že se tak děje podobně jako u kožního štěpu. V prvních 48 hodinách po aplikaci je výživa kožní náhrady zajišťována pouze difúzí, potom do ní začínají prorůstat krevní vlásečnice. Ale to nestačí, těch prvních 48 hodin je pro kožní náhradu kritický čas, je v té době nejzranitelnější. Proto plánujeme její obohacení o endotelové buňky, abychom vytvořili kapilární síť ještě před aplikací na ránu. Jen tak zajistíme krevní zásobení ihned po přiložení.

Tušíte, jestli je něco takového vůbec možné? — Už jsme publikovali výsledky na zvířecích modelech, u nichž endotelové buňky vytvořily jak krevní, tak lymfatické kapiláry. Ty jsou důležité pro drenáž, jinak se v ráně hromadí kapalina, která komplikuje přihojení. Zatím ale nevíme, zda to bude fungovat i u lidských pacientů.

Podaří-li se vám vývoj denovoSkin dokončit a dočkáme se jejího uvedení do klinické praxe, bude stejně jako přirozená kůže citlivá na teplo, na tlak? A jak to bude s její pigmentací? — Zatím obsahuje jen dvě základní složky kůže: pokožku a škáru. Nejsou tam vlasové folikuly, nervová zakončení ani melanocyty. Barva transplantátu představuje velkou otázku, kterou se pokusíme vyřešit v další generaci. Chcete-li se dobrat kosmeticky uspokojivého výsledku, a nejste přitom schopni pracovat s barvou, nemůžete mít úspěch.

Melanocyty při biopsii neodebíráte? — Ve vzorku z biopsie přítomny jsou, ale musíme je odstranit, ukládají nám to předpisy. Mnoho výzkumných skupin ukázalo, že přidáním melanocytů lze dosáhnout jakékoli přirozené barvy kůže. Ale panují obavy ze vzniku melanomu, proto lze s pigmentovými buňkami pracovat ve výzkumu, ale nesmíme je dávat pacientům. Je to velmi obtížná problematika, hodně se diskutuje o tom, co se s melanocyty děje mimo tělo pacienta, v Petriho misce. A co provedou v kožní náhradě třeba dvacet let po aplikaci. V současnosti jsme si už téměř jisti, že vznik melanomu nehrozí, ale stále to zkoumáme, protože je velmi důležité získat v tomto ohledu jistotu.

Je pochopitelné, že vývoj materiálů pro lékařské využití podléhá přísné regulaci. — Samozřejmě, ale je to náročné. V průběhu projektu došlo ke změně právní situace. Před pěti lety kožní náhrady spadaly do kategorie zdravotnických prostředků, takže při práci s nimi nebylo nutné například dokazovat, že nezpůsobují nádory nebo nejsou organismem odmítány. Nyní spadají pod farmakologický výzkum, zachází se s nimi jako s léky. To vyvolalo zmatek jak mezi vědci, tak mezi legislativci. Musíme nyní pracovat v zařízení splňujícím kritéria správné výrobní praxe, což znamená, že jen v Curychu musíme platit více než 300 000 franků (7,5 milionu Kč) ročně, abychom toto zařízení udrželi v provozu. Je to velmi nákladné a kožní náhrady to prodraží.

Přednášel jste teď v Praze, rýsuje se nějaká spolupráce s českými vědci a lékaři? — Hledáme partnery pro spolupráci v celé Evropě. Ne pro EuroSkinGraft, protože to je definovaný projekt EU a po druhé fázi klinických zkoušek bude ukončen. Ale potom budeme muset ukázat, že to, co funguje v Curychu, funguje také v Berlíně, v Birminghamu, v Praze… Musíme ověřit přenos technologie do dalších nemocnic. Proto usilujeme o spolupráci s různými evropskými centry. S lékaři z Kliniky popáleninové medicíny FN Královské Vinohrady nyní máme možnost vzájemně se poznat, a potom můžeme pražské kolegy požádat o zapojení do třetí fáze ověřování našich kožních náhrad.