Szöveti Regeneráció, Gyógyulás Fibrózissal
Krenács Tibor ÁOK – 2015/16
Szövetek integritása – alapvető életfeltétel KÁROSODÁS
GYULLADÁS - A károsító okok közönbösítése, - Eliminálása + sérült szöveteké
GYÓGYULÁS
REGENERÁCIÓ - Az eredeti szerkezet és funkciók helyreállítása (Károsodás: eredeti + gyulladás)
Regeneráció
FIBRÓZIS - Szövetpótlás, ha a vázszerkezet (EMC, bazális membránok sérülnek) (Ok: súlyos károsodás krónikus gyulladás)
Hegesedés myocardiális infarktus „ischemiás szívbetegség” Közegészségügyi probléma 7.4 millió halál/2012
Gyulladás: nagymértékű; veleszületett + adaptív immunitás, proteázok, fibrózis
Kétéltűek pl. szalamandra – teljes végtag regenerálása
Blastema sejtek – differenciálatlan őssejt állomány (proximális ideg és Schwann sejtek)
Embrionális sebgyógyulás – hegesedés nélkül 18 napos csirke embrio – szárny kezdeménye
Brock J…Martin P (UCL): J Cell Biol 1996 135:1097-1107
Emberi embrióban hasonló a harmadik trimester előtt
•
TGF3 > TGF-1-2; születés után megfordul
•
Éretlen vs érett immun rendszer
Szövetsérülés gyógyulása - Átfedő kaszkád-szerű események - Összehangolt sejt-sejt és sejt-matrix interakciók
Bőr seb mint modell - Vérzés - Koaguláció: Izolálás a környezettől - Gyulladás: A károsító ágens eliminálása - „Debridement”: Elhalt szövet/sejt eltávolítása - Proliferáció, migráció: Szövet pótlása - Epithelializáció: Parenchyma regeneráció - Angiogenezis: Granulációs szövet ellátása - Fibroplázia: Fibroblast invázió, matrix termelés -„Remodelling”: ECM termelés és lebontás - Kontrakció: A sebszélek összekapcsolása - Felszívódás: A felesleges sejtek eliminálása
Sebgyógyulás: Cél az eredeti struktúra és funkciók helyreállítása REGENERÁCIÓ
GYÓGYULÁS HEGKÉPZŐDÉSSEL
Sejt proliferáció - Sejtciklus
2015 Kémiai Nobel-díj T. Lindahl P. Modrich A. Sancar DNS REPAIR
DNS állomány kettőződése A károsodott, vagy meg nem kettőződött DNS tartalmú sejtek eltávolítása (G2/M ellenőrzőpont)
A DNS károsodás ellenőrzése (G1/S ellenőrzőpont)
APOPTOSIS programozott sejthalál
„Licensing”
Restrikciós pont Centrosoma kettőződés Tömegnövekedés
Növekedési faktorok Sejt osztódás
Támogatók -Cyclin-cdk komplexek
E2F Rb foszforiláció Retinoblastoma
Gátlók -Cyclin dependens kináz inhibitorok
Az alap sejtpopuláció szabályozása Elkötelezett normális sejt populáció
Az egész élet során regenerálódnak
ŐSSEJTEK
• önmegújítás • asszimmetrikus osztódás
reverzibilisen poszmitotikus sejtek Intermitotikus sejtek
EGYENSÚLY apoptosis sejthalál SÉRÜLÉS! Fokozott sejtpusztulás
proliferáció
1. szimmetrikus
2. asszimetrikus
Őssejtek Eltérő sejttípusok, szövetek Embrionális őssejt Pluripotens: a morula belső felszínén találhatók (ecto-, meso-, entoderma)
Felnőtt őssejt (pl. csontvelői, mesenchymalis) Multipotens: néhány sejtféleség pl. csontvelői prekurzor Unipotens: bőr, gastrointestinális hám
Kompartment fenntartása regeneráció
In vitro fertilizáció
MHC - szövetkompatibilitás Transzplantátum rejekció
Reprogramozás - Indukált pluripotens őssejtek (iPS) „Reprogramozás” Oct3/4, Sox-2 c-Myc, Klf4, Nanog
2012 Élettani-Orvosi Nobel díj: Sir John B. Gurdon & Shinya Yamanaka "for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent"
Terápiás klónozás
J. Embryol. Exp. Morphol. 10, 622-640. 1962
Regenerációs medicina: az őssejtek potenciális alkalmazása
CD34+ stem cells
Jose Carreras
Szövetek regenerációs képessége labilis sejtek/szövetek: folyamatosan osztódnak – Intermitotikus sejtek >1.5% mitotikus sejt frakció, már subletális károsodásra elpusztulhatnak hemopoiesis, bőr, orális mucosa, gastointestinális-, respirációs hám őssejtek – multipotens, unipotens - kiváló regeneráció Őssejt „niche” (mikrokörnyezet)
Ki67
Cornea regeneráció excimer lézer abláció után Dr. Ratkay-Traub Imola: FDA engedély a femtosecundumos lézer (LASIK) (Prof. Juhász Tibor, Michigan Univ. Ann Arbor)
Lézer
6h
12 h
24 h
Cornea regeneráció - 24h után Proliferáció – Ki67 protein
Connexin direkt sejtkommunikáció Epidermális növekedési faktor receptor kompartment funkciók – sejthálózat Hám
Nyugvó cornea hám
Regenerációs – Limbális hám
Stroma
Stabil sejtek/szövetek:
terminálisan differenciált G0 fázis sejtek
(reverzibilisen posztmitotikus)
- jól adaptálódnak, magas metabolikus aktivitás, hosszú életűek máj, vese, pancreas, endocrin mirígyek, endometrium endothel, fibroblast, simaizom;
Őssejt (kivéve máj) nincs, G0 sejtek újra osztódhatnak
Máj regeneráció
Zeus megbünteti Prometheus-t – sas naponta eszik a májából
Permanens sejtek/szövetek: terminálisan differenciált sejtek, nem képesek osztódni (posztmitotikus) őssejt nincs (vagy minimális), de rezisztens sejtek központi idegrendszer, idegsejtek, szívizom (harántcsíkolt izom? – szatellita sejtek)
Sérülés – Mindig hegesedéssel gyógyul
Permanens szövetek gyógyulása - hegesedéssel Myocardium: összetett funkció, hosszú élet, regerációs képesség - őssejt nincs; hegesedés (endocardium is); korlátozott pumpa funkció - aritmiák
Hegszövet
Acut myocardiális necrosis
Myocardiális necrosis - késői
Idegrendszer: a neuronok sem tudnak osztódni (SVZ, hyppocampus dentate gyrus) Központi Periférias Nincs axon regeneració Axonok regenerálódnak, ha az elvágott Gyógyulás: microglia, astrocyta végeket tökéletes összeillesztik. proliferáció (gyulladás) Ha nem, traumás neuroma: granulációs szövet: fibrózis, abortív axon prolif.
Harántcsíkolt izom-regeneráció SÉRÜLÉS
myoblast
Szatellita sejt (S)
S
Permanens szövet?, őssejt tulajdonságú szatellita sejtek myoblast • Ha a kötöszövet (endo-, perimysium) ép, az izomrostok képesek regenerációra; • A valóságban ez ritka - óriás syncitium sejtek traumás sérülés – Hegesedés, mindig
Harántcsíkolt izom regeneráció Mp
Dr. Görbe Anikó (SZTE, Biokémiai Intézet)
Patkány m.soleus Notexin (tigriskígyó mérge)
24h
Mp
Takács Zoltán
E
7. nap Centrális mag
*
Növekedési faktor receptorok G-proteinhez kapcsolt
Kináz tipusú (nökedési faktorok)
PTEN – Akt/mTOR
Regenerációs medicina (kemokinek) Látóideg axon-regenerációt gátló faktorok kikapcsolása
Kináz aktivitással nem rendelkező (cytokinek)
SOCS3 – JAK/STAT3
2012 Kémiai Nobel Díj: Sun et al. Nature. 2011, Robert J. Lefkowitz & Brian K. Kobilka 480(7377): 372–375. "for studies of G-protein-coupled receptors"
Sebgyógyulás – növekedési faktorok Fibrin alvadék
Fibroblast proliferáció migráció ECM szintézis
EGF
Keratinocyta proliferáció differenciáció
inhibitor
Angiogenezis
Sebgyógyulás - növekedési faktorok (proliferáció, migráció, ECM termelés, kemotaxis, vasodilatáció)
EGFR
Bőr Epithelialis proliferáció
EGF, TGF-α, KGF, HGF
Monocyta chemotaxis
PDGF, FGF, TGF-β
Fibroblast migráció
PDGF, FGF-2, TGF-β
Fibroblast proliferáció
PDGF, EGF, FGF, TNF
Angiogenesis
VEGF, Ang, FGF-2
Collagen szintézis
TGF-β1, PDGF (TGF-β3 gátolja)
Csontvelő stroma myelofibrosis
A regeneráció gyulladás fázisában részt vesznek kemokinek, gyulladásos mediátorok és cytokinek is melyekről a gyulladás fejezetben hallottak, itt csak a receptor típusaikat említettük!
Extracelluláris mátrix (ECM), sejt-mátrix kölcsönhatások Az ECM egy dinamikus, folyamatosan átszerveződő makromolekula komplexum Az ECM nem inert „térkitöltő” anyag!!! Funkciók: • Raktározás: víz a szövetek turgorát biztosítja kálcium (Ca10(PO4)6(OH)2 hidroxil-apatit, a csont szilárdsága • A parenchyma sejtek támasza, lehorgonyzója (BM), migrációját segíti • Vese bazális membrán (BM)– glomeruláris filtráció • Regulátoros molekulákat köt és kínál magas lokális koncentrációban: • Részt vesz a sejt proliferáció, migráció, differenciálódás szabályozásában • Szignálokat kelt integrineken keresztül: fibronectin, laminin, kollagén • Lehetnek transzmembrán molekulák is (syndecan, kollagén XVII) • A sebgyógyulás aktív részese Típusai:
Intersticiális matrix Bazális membrán
Extracelluláris matrix (ECM) 1. Fibrilláris fehérjék: kollagének, elasztin (elasztáz – Banga Ilona) 2. Hidrált gélek: proteoglikánok, hyaluronsav 3. Multiadhezív fehérjék: fibronectin, laminin
Matrix szignálok: laminin, fibronectin, collagének - integrinen keresztül Heparán szulfát proteoglycanok: TK receptorok koreceptorai
Bazális membrán
Cornea
Laminin
Bőr
Kollagén I-es III-as rostok Proteoglycan-ok
ECM-integrin szignálok
Laminin rostok
EXTRACELLULÁRIS MÁTRIX
Laminin rostok
Kollagén
Kollagén
Fibronektin
Fibronektin
Növekedési faktorok
Növekedési faktor receptor
Növekedési faktorok
Növekedési faktor receptor
FOC
Actin cytoskeleton CYTOSKELETON KÖZVETÍTETT JELEK CYTOPLASMATIKUS JELÁTVITELI UTAK
CYTOPLASMATIKUS JELÁTVITELI UTAK Sejtmag
PROLIFERÁCIÓ, DIFFERENCIÁCIÓ FEHÉRJE TERMELÉS, LETAPADÁS VÁNDORLÁS, ALAKVÁLTOZTATÁS
Az ECM megköt és kínál növekedési faktorokat
A sebgyógyulás: sejtek és események időrendje Sebgyógyulásban résztvevő sejtek Sebkontrakció Granulációs szövet
- Kollagén lerakódás - Remodelling
Gyulladás
Napok
Trikróm festés Kollagén - kék
Granulációs szövet - Korai fibroblasztok, - Laza matrix, ödéma - Új erek hálózata - Gyulladásos sejtek (macrophágok)
Korai
Késői
Re-epithelializáció • Epidermális keratinocyták vándorolnak a sebszél (interfolloculáris) ill. folliculáris őssejtekből („bulge” régió a hajhagymák) • Keratinocyták keresztül vándorolnak a seb ideiglenes matrixán (főleg fibrinháló)
• A záródott keratinocyta „monolayer”-ből többrétegű (hiperpláziás) „neoepidermis” differenciálódik • Re-epithelializáció robosztus folyamat a legtöbb akut károsodás után végbemegy Kontroll – „Normális” gyógyulás
C-Met (HGFR) mutáns
(EGF, TGF-α, KGF)
Elhúzódó re-epitelializáció és epitheliális hyperplasia
Angiogenzis Ér-újraképződés - Értágulat, endotheliális sejt bimbózás („sprouting”), proliferáció - Előrehalad a sebzés (hypoxia és növekedési faktor gradies) irányába pericyta leválás - Az éretlen erek kapillárisokká, arteriolákká, venulákká differenciálódnak (pericyta támogatás helyreáll) Macrophagok (VEGF – NO - értágulat, bFGF) és keratinocyták (VEGF) angiogenikus stimulusaira; PDGF, Angiogenin (érés)
Hegképződés - Fibrózis Fibroblasztok (PDGF, FGF-2, TGF-β1, TGF-β3, EGF, TNF) - A sebbe vándorolnak és proliferálnak (stabil sejtek) - A sebszél domináns sejtjei - Kollagént és proteoglycanokat termelnek • A matrix termelés függ az oxigén ellátástól, szubsztrát jelenlététől, növekedési faktoroktól • A kollagén firbillumok keresztkötéséhez C-Vitamin kell – megfelelő húzóerő • C-vitaminhiány: csont deformitások, erek csökkent rezisztenciája (bevérzések); retardált sebgyógyulás Laza rostos kötőszövet
Elasztikus rostok: fibrillin váz + elasztin
Mesenhcymális sejt
Marfan szindroma: fibrillin mutációk - magas vékony test, hosszú végtagok - laza ízületek (váll, könyök, boka) - nagy karfesztávolság (>1.05 testmagasság)
Aorta disszekció: aortafal rétegeinek szétválása
Re-epitelializáció - Matrix „remodelling” MMP-k (Zn2+):
Kollagenázok, Zselatinázok, Stromelizinek Redifferenciáció
Dedifferendiáció
Fibrin alvadék
Keratinocita differenciáció
EPIDERMIS Integrin Coll XVII
EGFR
PROLIFERÁCIÓ - MIGRÁCIÓ
Bazális membrán BM-Laminin
TGF- HGF
BM - szintézis
Plasmin (MMP aktiválás)
LM-1 LM-5
Coll VII
DERMIS
MMP1,2,3, 9,10,11 Coll I, III
Matrix hasítás
LM-5 LM-332
Plasmin
TIMPs MMP: Matrix metalloproteinázok TIMP: „Tissue inhibitor of MMPs”
„Matricyptic”-kus helyek E-Cadherin
Prekurzor molekulák hasításával új biológiai aktivitás (controllált proteolízis – bioaktív molekuláris fragmentek)
Collagen XVIII - endostatin Perlecan - endorepellin Coll XVII
angiogenezis gátlók
ELSŐDLEGES SEBGYÓGYULÁS
MÁSODLAGOS SEBGYÓGYULÁS Pörk
Gyógyulás típusai 24 óra
Azonos lépések, de
Neutrophil granulocyták véralvadék
A MÁSODLAGOSnál: - a sérülés nagyobb - sebszélek távolabban - gyulladás kiterjedtebb - gyógyulás lassabb - a heg nagyobb 3-7 napig - jelentős kontrakció (deformitás)
Hetek
sejtosztódás Granulációs szövet Macrophagok fibroblast Új kapillárisok
Kötőszövetes egyesülés
Seböszehúzódás
Speciális szövetek gyógyulása Meghatározók:
Máj:
- a szövet típusa - a sejtek regenerációs kapacitása - ECM károsodásának mértéke
regeneráció (fokális, zonalis necrosisok) helyreállítás (repair) a kettő kombinációja: az ECM hálózat károsodása - hegesedés (cirrhosis, kiterjedt abscessus) Proliferáció: hepatocyták + ovális sejtek
CK7+ Hering csatornák (ovális sejtek - őssejtek)
Orális mucosa – Gyógyulás hegesedés nélkül 3. nap
7. nap
60. nap
Larjava H: J Can Dent Assoc 2011;77:b18
A gyógyulás menete megegyezik a bőr seb gyógyulásával Bőr transzplantáció a szájüregbe – seb – hegesedéssel gyógyul Különbségek: - kevesebb gyulladásos sejt, granulocyta, marcrophag (szöveti szintű) - a nyál: antibakteriális protektív, gyors alvadás (exosomák) és proliferáció (EGF), leukocyta proteáz inhibitorok, histatinok - kevesebb prokollagén I és fibronectin, több tenascin - fibroblastok fenotípusa, alacsony TGF1 és decorin mérsékeltebb fibrillogenezis, kevesebb myofibroblast (kontraktúra)
Csonttörés regenerációja
Trauma Vérzés, koaguláció (fibrin) Gyulladás, fibroblastok PDGF
Csont és porc progenitorok (chondrocyták, osteoblastok) periosteumból és csontvelőből
Új matrix (kollagén) szintézis - Lágy callus (porcszerű)
Endochondriális ossificatio (epiphyseális) osteoblastok kálcium lerakódás - csontosodás
Fonatos, -lamelláris, trabeculási csont: Remodelling
Sebgyógyulást befolyásoló tényezők Lokális: szövet típus, vérellátás (tápanyag, oxigén), mechanikus nyomás, seb típusa, mérete, lokalizációja, rögzíthetőség, mozgatás károsító tényező (szúró-vágó, sav, lúg, égés, ionizáló sugárzás, UV stb.) Szisztémás: keringési státusz, infekciók, tápláltsági állapot (alultápláltság), diabetes (szisztémás betegség), thrombocytopenia, C-vitamin hiány, kortikoszteroid kezelés Komplikációk
Nagy, szövethiányos roncsolt seb Jelentős hegesedés és deformitás
Kifekélyesedés (decubitus) Elégtelen vérellátás, perfúzió hiánya, a mechanikai nyomás > artériás ellenállás
Elégtelen hegképződés, sebszétválás Mechanikus stress köhögés, hányás: fokozott intra-abdominális nyomás Rizikó: diabetes, elhízás, rossz minőségű varrat
Idős beteg, elégtelen keringés Rossz oxigeniáció, tápanyagellátás, mechanikus stressz
Krónikus sebgyógyulás (diabeteszes lábszárfekény) Arteriopathia, csökkent vér-, tápanyagellátás és immunválasz; infekció, neuropathia
Az elpusztult szövetek eltávolítása, fertőzésgátlás „Debridement” „Maggot” terápia: Lucilia sericata légy lárvájáit a nyilt sebbe teszik
Ősi megfigyelés: Egyiptom, Római Birodalom Maya kultúra, Ausztrália bennszülött lakosság de a világháborúkban is; Johns Hopkins Egyetem,1929
A lárva emésztő enzimjei az elhaló sebszéleket bontják, az elhalt szöveteket a lárvák felfalják
Antibiotikum rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) Streptococcus B fertőzések eliminálásában is hatékony lehet
Keloid Fokozott kollagénszintézis, ill. kontrolljának elvesztése Öröklött, afro-ameriakiaknál gyakoribb
Ujjmozgató inak fasciájának kontraktúrája Dupuytren kontraktúra Superficiális fibromatosis, az ujjak mozgástartományának beszűkülése, fokozott fascia fibrózis (post-trauma)
Oesophagus strictura
10% NaOH
kontroll
Osman és mtsai 2008
(lúgivás - öngyilkosság) Kollikvációs nekrózis
SÉRÜLÉS
KOAGULÁCIÓ VÉRLEMEZKÉK
GYULLADÁS SEBGYÓGYULÁS Sejtek, ECM, növekedési faktorok enzimek (proteázok, protein kinázok) összehangolt kaszkádszerű működése
DEBRIDEMENT Az INFEKCIÓ ELHÁRÍTÁSA
MACROPHÁGOK GRANULOCYTÁK
FIBROBLASZTOK
ANGIOGENEZIS
EPITHEL
PROTEOGLYCAN SZINTÉZIS
MMP-k COLLAGÉN LÍZIS
KONTRAKCIÓ
COLLAGÉN SZINTÉZIS
„REMODELLING” Myofibroblastok Kontrakció
GYÓGYULT SEB
Köszönöm a figyelmet!
Tüdő fibrosis – Trikróm-festés (kollagén – kék)
