Od krytí k uzavření rány

Popáleniny jsou v některých částech světa až třetí nejčastější příčinou neúmyslného zranění a úmrtí u malých dětí. Život výrazně ohrožují popáleniny přesahující 40 % plochy těla u dospělých a 60 % u dětí. Jaké možnosti léčby nyní a v blízké budoucnosti nabízí medicína a vědecký výzkum?

Nedotčená kůže slouží jako ochranná bariéra proti patogenním mikroorganismům, brání ztrátě vody, krystaloidů a proteinů. Konkrétně epidermis (pokožka) slouží jako primární bariéra vůči vnějšímu prostředí, zatímco dermis (škára, vrstva kůže pod pokožkou) přispívá k mechanickým, viskoelastickým, funkčním a kosmetickým vlastnostem kůže a obsahuje i buňky imunitního systému.

Prvním krokem při péči o vážně popálené pacienty je prevence a léčba popáleninového šoku pomocí resuscitace tekutin. Druhý krok se zaměřuje na „opravu kůže“, zahrnuje fázi pokrytí a uzavření rány a může trvat několik měsíců.

Popáleniny poskytují ideální prostředí pro množení bakterií, riziko infekce je skutečně vysoké. V raných stadiích poranění ohrožují kůži a měkké tkáně zejména grampozitivní bakterie (například zlatý stafylokok – Staphylococcus aureus), později se přidávají i gramnegativní bakterie a plísně. Pro správné a rychlé uzavření ran u vážně popálených pacientů je proto klíčové zabránit rozvoji infekce.

Dnes se používají různé typy moderních obvazů a dočasných náhrad kůže s aktivními a antibakteriálními vlastnostmi. Nicméně mnohé z těch aktuálně používaných obvazů a náhrad jsou pro keratinocyty (buňky pokožky) i fibroblasty (buňky vazivové tkáně) toxické, takže se musí jejich použití vybalancovat.

Rozhoduje rozsah a hloubka poranění

Popáleniny charakterizuje rozsah poškození a stupeň tkáňové destrukce termální energií (koagulační nekróza bez viditelného krvácení). Nesou s sebou zvýšenou prostupnost kapilár, uvolňování nadměrného množství zánětlivých molekul lokálně i systémově, zvýšené riziko infekce a rozšíření poškození do okolní tkáně. Využití kmenových buněk z okolní tkáně, kostní dřeně nebo tukové tkáně je klíčovým faktorem přispívajícím k úspěšnému hojení popálenin. Pouze epidermis má schopnost regenerace v plném rozsahu, hojení poškozené dermis vede ke vzniku jizev.

Hlubší rány (sahající do retikulární dermis) s prodlouženou zánětlivou odpovědí mohou aktivovat biologické dráhy vedoucí ke vzniku hypertrofických jizev. Zásadní roli pro přežití buněk a tkání hraje velikost poškozené oblasti. Hranice mezi jednotlivými vrstvami kůže jsou extrémně tenké, takže je klinicky obtížné odhadnout skutečné množství přežívající kožní tkáně a kmenových buněk dostupných pro regeneraci v poškozené oblasti. Hluboké poškození kůže o průměru přes čtyři centimetry dramaticky snižuje schopnost spontánního hojení a vyžaduje transplantaci.

Povrchové popáleniny (stupeň I a IIa) se obvykle zhojí spontánně do 14 dnů, zatímco hluboké popáleniny (stupeň IIb a III) se hojí více než 21 dnů a vedou k tvorbě jizev. Povrchové druhy zranění zachovávají dostatečné množství kmenových buněk pro rychlou obnovu epitelu (reepitelizaci). Zde jsou klíčové dočasné náhrady kůže, které udržují vlhké a antiseptické prostředí. Používají se také k pokrytí lůžka rány po vyříznutí nekrotické tkáně u hlubokých popálenin. Náhrada ztracené kůže může být dočasná či trvalá, syntetické nebo biologické povahy. Z biologických je na výběr autograft (autotransplantát, trvalá náhrada), allograft (od jiného dárce, dočasná náhrada), amniová membrána (z placenty dárkyně, dočasná náhrada) a xenograft (např. kůže z prasete, dočasná náhrada). Tyto materiály se používají k podpoře hojení, chrání ránu před bakteriální infekcí a ztrátou vody. Přestože bylo dosaženo velkého pokroku, žádná komplexní funkční kožní náhrada s výjimkou autotransplantátu zatím není k dispozici. Rozsah poranění tedy rozhoduje o použití dočasné, nebo trvalé náhrady kůže. Obecně musí být rána uzavřena co nejdříve, aby se předešlo vážným následkům traumatu, např. dehydrataci, šoku, sepsi, syndromu systémové zánětové odpovědi, hlubokému katabolickému stavu.

Použití syntetické biodegradabilní kožní náhrady. Ztrátu kůže způsobila invazivní kožní infekce Streptococcus pyogenes. Na spodinu rány se po odstranění mrtvé tkáně položí fasciální podklad (A) a na něj kožní náhrada NovoSorb® BTM (Biodegradable Temporizing Matrix), tvořená jen syntetickým polymerem krytým polopropustnou membránou (B). Pátý den po aplikaci je vidět pevnou adherenci umělé kožní matrix ke spodině (C). Po 3 týdnech maturace se snáší povrchová membrána, spodina je vaskularizovaná a kontaktně krvácí (D). Po snesení fólie je na obnaženou „neodermis“ přiložen tenký dermo-epidermální štěp pacienta (E) a po pěti dnech je vidět prorůstání štěpu k matrix (F).

Intenzivní potřeba alternativních, okamžitých a trvalých materiálů pro uzavření ran vedla k vzniku nového odvětví tkáňového inženýrství – výrobě umělé kůže. Je potřeba zmínit, že zlatým standardem pro trvalou náhradu kůže a rychlé uzavření rány prozatím zůstává autotransplantace. Kůže ale byla zároveň prvním tkáňově inženýrským orgánem, který postoupil z laboratoře k lidským pacientům.

Krytí ran – náš výzkum

Jeden z moderních syntetických obvazů na rány (NANO) je založen na nanovláknovém nosiči z polykaprolaktonu (PCL). Vyvinuli ho vědci z Technické univerzity v Liberci pod vedením Davida Lukáše a použili přitom elektrospinning (jednu z metod, jak vyrobit nanovlákna, tzv. elektrostatické zvlákňování). Obvaz vykazuje slibné vlastnosti, je schopen napodobit architekturu přirozené mezibuněčné matrix. Účinně udržuje vlhkost, podporuje výměnu plynů na místě zranění a dobře přilne k ráně díky tenké struktuře nanovláken. Navíc je biodegradabilní na přirozeně se vyskytující metabolit 6-hydroxyhexanové kyseliny, postupně se rozkládá a není nutné ho během léčby odstraňovat; proto se nenaruší probíhající proces hojení. Klinické studie potvrdily snášenlivost NANO u čistých akutních ran a vynikající hojivé výsledky. Pacienti s chronickými kožními ranami pokrytí NANO také obvykle dobře snášejí.

Ani tento obvaz není schopen snížit riziko infekce. Proto jsme zkoumali kombinaci NANO s novými antimikrobiálními sloučeninami známými jako lipofosfonoxiny (LPPO), které byly vyvinuty v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR pod vedením Dominika Rejmana. Tyto malé syntetické molekuly působí proti širokému spektru bakterií včetně kmenů multirezistentních na antibiotika, a nejsou toxické pro lidské buňky při baktericidních koncentracích (koncentrace, které již zabíjejí bakterie). LPPO způsobí zprostupnění (permeabilizaci) bakteriální membrány, což vede k smrti buňky. NANO je v současné době ve fázi certifikace u českých zdravotnických autorit, není ještě komerčně dostupný. Nový koncept NANO-LPPO vyvinuli společně vědci z Technické univerzity v Liberci, Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, Fakultní nemocnice Královské Vinohrady a 3. lékařské fakulty UK.

Zavření ran

Hluboké dermální rány jsou pro hojení výzvou kvůli nedostatku kmenových buněk epidermis pro povrchové obnovení a vysokému riziku infekce způsobenému rozsáhlým poškozením a nekrózou v dermis. Lidé dlouho hledali způsoby, jak hluboká zranění pokrýt. Současný standard péče hlubokých popálenin zahrnuje časné odstranění nekrotické tkáně a pokrytí autologními (vlastními) kožními štěpy nebo laloky.

Nicméně v případech rozsáhlých popálenin je dostupnost dárcovského místa pro získání autograftů pro rekonstrukci kůže omezena. I když jsou k dispozici, odběr štěpů může poškodit dárcovská místa a vést k jejich hypertrofickému jizvení s estetickým a funkčním postižením. Pro dosažení uspokojivých výsledků je žádoucí pacientům pomoci s vytvářením a udržováním trvanlivé kůže, která minimalizuje jizvení a snižuje kontrakční síly. Z tohoto pohledu je velká poptávka po produktech, které lze použít jako kožní (dermální) náhradu místo štěpu kůže v celé síle. Trvalé náhrady kůže s buňkami či bez buněk představují definitivní řešení. Nahrazují chybějící kůži tak, že se náhrady začlení do hlubokých ran, aby se obnovily co nejvíce jak struktury, tak funkce kůže. Tyto náhrady zahrnují celé spektrum od dermo-epidermálních štěpů přes jednoduché náhrady dermis (po nichž následuje pokrytí tenkým autologním štěpem nebo štěpem vytvořeným z kultur autologních epidermálních buněk) až po komplexní životaschopné dermo- ‑epidermální náhrady kůže (tzv. umělá kůže) vytvořené pomocí nejnovějších bioinženýrských přístupů.

Zavření ran – náš výzkum

V laboratořích Fyziologického ústavu AV ČR ve spolupráci s kolegy z Fakultní nemocnice Královské Vinohrady a z 3. lékařské fakulty UK zahájili vědečtí pracovníci pod vedením Lucie Bačákové vývoj dvouvrstvého dermo-epidermálního kožního konstruktu. Ten byl zamýšlen nejen jako potenciální náhrada poškozené kožní tkáně, ale také jako model in vitro pro širokou škálu fyziologických, patofyziologických, farmakologických, toxikologických a biomedicínských studií, zejména těch, které se týkají hypertrofických jizev. Nosnou strukturou tohoto konstruktu byla nanovláknová membrána z poly(L-laktidu) (PLLA), vyrobená opět metodou elektrospinningu. Abychom zlepšili přilnavost materiálu a podpořili růst lidských dermálních fibroblastů, byla do membrány včleněna další jemná vrstva nanovláken fibrinu. Po dosažení tzv. subkonfluence (stavu, kdy buňky porůstají cca 80 % kultivační plochy) jsme fibroblasty pokryli kolagenovým hydrogelem. Díky zpevňujícím vlastnostem nanovláknové membrány se fibroblasty méně smršťovaly a méně se deformovala hydrogelová matrix. Konstrukt tedy prokázal žádoucí zlepšení mechanických vlastností. Následně byla horní vrstva konstruktu osázena kultivovanými lidskými keratinocyty.

Navíc může být tento kožní konstrukt prevaskularizován pomocí lidských endotelových buněk a mezenchymálních kmenových buněk získaných z podkožní tukové tkáně. Tyto dva typy buněk se spontánně seskupují do trubicových kapilárních struktur v rámci měkkého hydrogelového trojrozměrného matrixu. Potenciální aplikace tohoto materiálu spočívá v rozvoji prevaskularizovaných náhrad kůže, které v klinické praxi dosud nebyly využity a které jsou schopny se velmi rychle přihojit, což může mít velký potenciál v budoucí léčbě pacientů.

Perspektiva léčby popálenin

Vývoj bioinženýrských dermálních náhrad dále rozšířil možnosti léčby ran a popálenin. Tyto náhrady omezují jizvy a zlepšují regeneraci, rovněž prokázaly potenciál v kontrole lokální infekce (což je důležité zejména v situaci, kdy není k dispozici dárcovská kůže pro okamžité autotransplantace).

Jedním z již užívaných moderních materiálů je Integra, nebuněčný dermální regenerační templát složený z bilaminátové vrstvy zesíťovaného kolagenu z hovězí šlachy a žraločích glykosaminoglykanů (chondroitin-6-sulfátu), pokrytý silikonovou vrstvou. Integra byla vyvinuta v osmdesátých letech minulého století v USA, avšak klinické použití schválil Ústav pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) až v roce 1996. Představuje cennou možnost léčby pro pacienty s rozsáhlými popáleninami, umožňuje časné vyříznutí spálené a nekrotické tkáně a definitivní pokrytí rány. Zároveň odsouvá potřebu autotransplantace tenkým štěpem minimálně o tři týdny. Díky tomuto časovému oknu můžeme využít jedno odběrové místo i opakovaně, což je zásadní zejména u rozsáhle popálených pacientů s nedostatkem odběrových ploch. Naše pracoviště ve Fakultní nemocnici Královské Vinohrady (FNKV) použilo Integru jako první ve střední Evropě v roce 2002. Na Klinice popáleninové medicíny FNKV jsme od roku 2022 použili celé spektrum dermálních náhrad, a to jak v rámci akutního uzávěru, tak i při rekonstrukčních operacích. V roce 2024 jsme použili jako první v centrální a východní Evropě momentálně nejslibnější syntetickou dermální náhradu Novosorb BTM, unikátní tím, že při její výrobě nebyl použit kolagen. Novosorb BTM podle publikovaných výsledků vykazuje vynikající odolnost vůči infekci, rychlou vaskularizaci a excelentní kosmetické a funkční výsledky.

Tým Univerzitní dětské nemocnice v Curychu, který vedou Martin Meuli a Ernst Reichmann, se v roce 2001 vydal cestou bioinženýrství personalizovaných dermo- -epidermálních kožních štěpů s použitím malého vzorku vlastní kůže pacienta. Jeden z produktů – denovoSkin – který vyvinuli a dále vyvíjejí ve spolupráci se společností CUTISS, je výsledkem více než patnáctiletého výzkumu. Tento kožní transplantát disponuje téměř normální mikroskopickou architekturou kůže a prokázal u dětí a dospívajících pozoruhodnou stabilitu a funkcionalitu. V současnosti probíhají mezinárodní klinické studie a denovoSkin má velikou šanci se i přes vysoké výrobní náklady dostat do standardní klinické praxe.

Ačkoli je vidno, že technologie kožních náhrad významně pokročila, stále neexistuje způsob, jak lidskou kůži plně nahradit. Zatímco bioinženýrské náhrady mohou představovat dočasné nebo trvalé krytí defektů kůže, v jejich funkčnosti a vzhledu nadále existují omezení. Kultivované náhrady mohou vést například k snížení pigmentace (hypopigmentaci) kvůli nedostatku melanocytů. Také nemusí plně napodobovat mechanické, senzorické a imunitní funkce přirozené kůže. To vše může ovlivnit hojicí proces a kvalitu života pacienta. Probíhající výzkum kožních náhrad se snaží tato omezení vyřešit a pokouší se přicházet s lepšími možnosti pro pacienty nejen s popáleninami.

Odborníci, kteří se v ČR vývojem náhrad kůže zabývají, a zároveň autoři odborné statě na toto téma, která vychází v dubnu 2024 v Journal of Surgical Research, jsou kromě autora článku i Hubert Šuca, Matúš Čoma, Júlia Tomšů, Jana Sabová, Robert Zajíček, Antonín Brož, Martina Doubková, Tomáš Novotný, Lucie Bačáková, Věra Jenčová, Eva Kuželová Košťáková, Štefan Lukačín a Dominik Rejman. DOI: 10.1016/j.jss.2023.12.043