Mast cells of atrophic scar dermis during exposure to vascular endothelial growth factor in experiment
- 作者: Nikonorova V.G.1, Gaivoronskii I.V.2,3, Mirgorodskaya O.E.4, Chrishtop V.V.5, A. A.6,7, Gorbanev O.V.8
-
隶属关系:
- State Scientific Research Test Institute of Military Medicine of the Ministry of Defence of Russia
- Kirov Military Medical Academy
- Saint Petersburg State University
- S.M. Kirov Military Medical Academy
- Military-medical Academy
- Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова
- Санкт-Петербургский государственный университет
- National Medical Research Center named after V.A. Almazova
- 栏目: Original Study Articles
- ##submission.dateSubmitted##: 09.04.2024
- ##submission.dateAccepted##: 25.06.2024
- ##submission.datePublished##: 29.07.2024
- URL: https://j-morphology.com/1026-3543/article/view/630150
- DOI: https://doi.org/10.17816/morph.630150
- ID: 630150
如何引用文章
详细
BACKGROUND: Atrophic scars and their treatment are an understudied problem, as the authors' efforts have traditionally been concentrated in the area of keloid and hypertrophic scars. Mast cells play a major role in the development and treatment of atrophic scars.
AIM: to evaluate quantitative characteristics of mast cells of connective tissue in the model of atrophic scar under experimental treatment with inorganic gels and biocomposite with vascular endothelial growth factor.
MATERIAL AND METHODS: The study was carried out on 36 male Wistar rats. They were distributed into 6 groups: 1 - intact animals; 2 - control group; in group 3 experimental treatment with vascular endothelial growth factor (VEGF) was performed; in group 4 - treatment with aluminum hydroxide gel, in group 5 - silicone gel, in group 6 - biocomposite based on aluminum hydroxide and vascular endothelial growth factor. RESULTS: The numerical density of mast cells in all studied groups was significantly lower than in intact skin, and the level of degranulation was significantly higher. The highest proportion of completely degranulated mast cells was observed in the modeling of atrophic scar without experimental treatment. Treatment with vascular endothelial growth factor results in partial degranulation of paravasal mast cells. Under the influence of inorganic gels, restoration of the scar dermis structures is observed, also associated with partial degranulation of mast cells. When treated with silicone gel there are accumulations of partially degranulated mast cells in deep zones of the scar, when treated with aluminum hydrogel - in the subepidermal layer. The experimental treatment with biocomposite combines the effects of treatment with vascular endothelial growth factor and aluminum hydroxide.
全文:
ОБОСНОВАНИЕ
На сегодняшний день сложился широкий арсенал методов коррекции атрофических рубцов, таких как лазеротерапия [1], микрокристаллическая и механическая дермабразия [2, 3], однако данные методы лишь приводят к сглаживанию рельефа, не решая проблемы полностью. При этом они могут вызывать ряд побочных эффектов [4]. Эффективным решением является хирургическое вмешательство, но оно имеет ряд недостатков: травматическое воздействие на рубец может приводить к рецидиву, пациенты нуждаются в госпитализации, анестезии, подборе оптимального до- и послеоперационного лечения [5]. Наиболее популярным и востребованным методом лечения и (или) профилактики является местная терапия при помощи кремов, лосьонов, гелей, масел [6].
Цель - оценить количественные характеристики тучных клеток соединительной ткани в модели атрофического рубца при экспериментальном лечении неорганическими гелями и биокомпозитом с фактором роста эндотелия сосудов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперимент выполнен в соответствии с международными европейскими биоэтическими стандартами (86/609-EEC) и российскими этическими стандартами по содержанию и обращению с лабораторными животными. Эксперимент одобрен Этическим комитетом ФБОУ ВО «ЯГМУ» Минздрава России (протокол N 8 от 24.03.2016 г.). Исследование проведено на 36 самцах крыс линии Вистар, массой 200-220 г, разделенных на 6 групп, по 6 животных в каждой. 6 самцов составили группу интактных животных, без модели атрофического рубца (группа 1). У 30 оставшихся крыс, путем интрадермального введения в кожу крысы 0,2 мл раствора коллагеназы активностью 100 КЕ моделировался атрофический рубец [7]. Вторая группа была контрольной, в которой на спину животных с моделью атрофического рубца ежедневно наносился физиологический раствор. Третья, четвертая, пятая и шестая группы – экспериментальные. Спустя 7 суток после инъекции фермента на поверхность кожи этих животных ежедневно наносился исследуемый гель. Третья группа животных получала экспериментальное лечение раствором фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) в фосфатном буфере. На участок кожи с атрофическим рубцом животных четвертой группы ежедневно наносился неорганический гель гидроокиси алюминия (Щелковский биокомбинат, Россия). Пятая группа животных получала экспериментальное лечение в виде неорганического геля Дерматикс (смесь полимерных кремнийорганических соединений - полисилоксаны). Шестая группа животных получала биокомпозит (VEGF в гидроокиси алюминия). VEGF добавляли к гелю гидроокиси алюминия в соотношении 20 пиколитров на 1 мл.
Все животные экспериментальных групп 3, 4, 5, 6 выводились из исследования спустя 17 дней после моделирования рубца.
Модель атрофического рубца создавалась по методике Гафарова Т.У. с соавт. [7]. В качестве рабочего раствора использована коллагеназа (ПанЭко, Москва, Россия), в разведении 500 КЕ в 1 мл. Образцы кожи фиксировали в расправленном состоянии в 10 % забуференном формалине (pH 7,4). Проводку, заливку образцов в парафин и изготовление срезов проводили по стандартным методикам. Срезы толщиной 5 мкм окрашивали толуидиновым синим (ООО «МедТехникаПоинт», номер серии Lak-9270371, Россия).
Содержание тучных клеток в 1 мм2 кожи определяли планиметрическим методом. Тканевые структуры, в которых тучные клетки не могли находиться в силу гистотопографических особенностей удаляли из анализа. Подсчитывали общее количество тучных клеток, а также количество недегрануллированных, частично дегранулированных и полностью дегранулированных клеток от общего количества тучных клеток (%).
На основании первичных данных каждой группы определяли: медиану (Ме), первый (Q1) и третий квартили (Q3). Различия между группами определяли при помощи критерия Данна (Dunn’s test). Статистическую обработку данных выполняли с использованием Microsoft Excel и Statistica 12.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате исследования были получены стереометрические данные об уровне дегрануляции тучных клеток в исследуемых группах (табл. 1). Тучные клетки в дерме кожи интактных крыс располагаются преимущественно группами, вдоль сосудов дермы, придатков кожи и на границе дермы и гиподермы. Единичные субэпидермальные тучные клетки встречаются редко. Однако самая большая доля полностью дегранулировавших тучных клеток отмечается при моделировании атрофического рубца без экспериментального лечения (в контрольной группе) – она достоверно больше показателей всех групп (p<0,001), за исключением 4 группы, с которой различия не достоверны. Тучные клетки соединительной ткани атрофического рубца этой группы как правило единичны и полностью дегранулированны (рис.1-а).
Численная плотность тучных клеток во всех исследуемых группах с моделью атрофического рубца была достоверно ниже чем в интактной коже: в группах 2, 4, 5 (p<0,001), в группе 3 (экспериментальное лечение VEGF, p<0,01), группе 6 (p<0,05). Самая низкая плотность тучных клеток наблюдается в группах 2 и 4, медианные значения которых не имеют межгрупповых различий. Медианные значения числа тучных клеток группы 2 (контроль) достоверно ниже чем в других экспериментальных группах (p<0,001). Больше всего тучных клеток отмечено в группах 3 и 6, и они существенно не отличаются между собой (табл.1).
Таблица 1. Количественные характеристики тучных клеток в коже у интактных и экспериментальных животных в атрофическом рубце, Me (25; 75)
Table 1. Quantitative characteristics of mast cells in skin from intact and experimental animals in atrophic scar, Me (25; 75)
Исследуемые параметры | Исследуемые группы | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Неизмененные тучные клетки, кол-во в 1 мм2 | 1141 (1102-1297) | 142 (113-166) | 667,5 (595-760) | 257 (220-291) | 388 (339-439) | 701,5 (617-785) |
Недегранулированные тучные клетки, % | 51,2 (47,8-55,9) | 14,5 (0-32) | 45,2 (35-50) | 43,1 (36-52) | 8,8 (1-21) | 43,6 (36-49) |
Частично дегранулированные тучные клетки % | 35,0 (29,7-37,7) | 17,3 (11-23) | 42,9 (39-48) | 37,2 (30-43) | 48,8 (42-56) | 43,3 (37-49) |
Полностью дегранулированные тучные клетки, % | 14,0 (12,4-15,3) | 62,8 (48-83) | 11,9 (10-15) | 19,2 (12-26) | 37,9 (34-43) | 12,5 (10-16) |
Примечание: 1 – интактные животные, без модели атрофического рубца, 2 – контрольная группа с моделью атрофического рубца, 3 – экспериментальное лечение ростовым фактором эндотелия сосудов, 4 – экспериментальное лечение неорганическим гелем алюминия, 5 – экспериментальное лечение неорганическим силиконовым гелем, 6 – экспериментальное лечение биокомпозитом на основе неорганического геля алюминия и фактора роста
Note: 1 - intact animals, without atrophic scar model, 2 - control group with atrophic scar model, 3 - experimental treatment with vascular endothelial growth factor, 4 - experimental treatment with inorganic aluminum gel, 5 - experimental treatment with inorganic silicone gel, 6 - experimental treatment with biocomposite based on inorganic aluminum gel and growth factor
Рост числа тучных клеток в группе 5 (экспериментальное лечение силиконовым гелем) связан с увеличением доли полностью дегранулировавших тучных клеток. Их процентная доля в этой группе достоверно выше, чем во всех остальных группах с экспериментальным лечением и у интактных животных (p<0,001). При полной дегрануляции от клетки часто остается только небольшая группа метахроматичных гранул, окружающих ядро. Они редко встречаются в субэпидермальной зоне и, как правило, располагаются по одиночке. В более глубоких участках атрофического рубца также сохраняется массивная дегрануляция тучных клеток, где они располагаются малыми группами – по 2-3. (рис.1-б).
При экспериментальном лечении раствором VEGF в фосфатном буфере тучные клетки располагаются преимущественно перивазально, в большом количестве сопровождая вертикальные сосуды толщи атрофического рубца, направляющиеся к субэпидермальным слоям от глубокого сплетения кожи. Частично дегранулированные паравазальные тучные клетки располагаются группами от 3 до 8, в непосредственной близости от адвентициальной оболочки восходящих сосудов.
Рис.1. Морфологические изменения при лечении атрофического рубца кожи крысы (окраска толуидиновым синим. ув. х 40). а) полностью дегранулировавшие тучные клетки: контрольная группа с моделью атрофического рубца; б) дегрануляция тучных клеток на границе с гиподермой (экспериментальное лечение неорганическим гелем на основе полисилоксанов); в) редкие дегранулировавшие тучные клетки возле стенки сосудов на границе с гиподермой (экспериментальное лечение неорганическим гелем алюминия); г) многочисленные тучные клетки вдоль сосуда, прорастающего толщу атрофического рубца, группа с экспериментальным лечением биокомпозитом на основе неорганического геля алюминия и фактора роста; 1 – частично дегранулировавшие тучные клетки; 2 – недегранулировавшие тучные клетки; 3 – дегранулировавшие тучные клетки. Fig.1. Morphologic changes during treatment of atrophic rat skin scar (staining with toluidine blue. uv. x 40). (a) Completely degranulated mast cells: control group with atrophic scar model; b) degranulation of mast cells at the border with hypodermis (experimental treatment with polysiloxane-based inorganic gel); c) sparse degranulated mast cells near the vessel wall at the border with hypodermis (experimental treatment with inorganic aluminum gel); d) numerous mast cells along the vessel sprouting the thickness of atrophic scar, group with experimental treatment with biocomposite based on inorganic aluminum gel and growth factor; 1 - partially degranulated mast cells; 2 - non-degranulated mast cells; 3 - degranulated mast cells. |
При экспериментальном лечении биокомпозитом частично дегранулировавшие тучные клетки в большом количестве располагаются непосредственно вдоль наружной адвентициальной оболочки вертикально ориентированных сосудов, проникающих в толщу дермы рубца из глубокого сосудистого сплетения (рис. 1-г). Также в большом количестве умеренно дегранулировавшие тучные клетки располагаются субэпидермально.
При дегрануляции тучные клетки высвобождают широкий спектр медиаторов. При этом часть гранул в их цитоплазме уменьшается, а в окружающих тканях встречаются секретированные гранулы [8]. Такие медиаторы как, гистамин и триптаза тучных клеток способны стимулировать дермальные фибробласты к высвобождению факторов роста, включая FGF-2 или FGF-7, соответственно [9]. Морфология, рост, подвижность, дифференцировка и даже экспрессия генов фибробластов контролируются их взаимодействием с межклеточным веществом [10], под влиянием которого фибробласты выделяют фактор стволовых клеток (SCF). Кератиноциты, также секретируя SCF, рекрутируют тучные клетки в субэпидермальный участок [11]. Это в свою очередь повышает уровень моноцитарного хемоаттрактантного протеина-1 (MCP-1), экспрессируемого и синтезируемого тучными клетками. MCP-1 в свою очередь действует на фибробласты, усиливая экспрессию мРНК коллагена α1(I) [10]. Таким образом, тучные клетки, секретируя IL-4, VEGF и основной фактор роста фибробластов (bFGF), стимулируют пролиферацию фибробластов [11].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Восстановление дермы атрофического рубца под влиянием неорганических гелей связано с дегрануляцией тучных клеток. При экспериментальном лечении полисилоксанами процесс регенерации захватывает более глубокие зоны рубца, при экспериментальном лечении гидрогелем алюминия – более поверхностные зоны. При экспериментальном лечении раствором VEGF отмечается частичная дегрануляция паравазальных тучных клеток дермы. При экспериментальном лечении биокомпозитом сочетаются эффекты лечения гидрогелем алюминия и VEGF.
При экспериментальном лечении неорганическим гелем гидроокиси алюминия тучные клетки дегранулированы в основном в субэпидермальном слое. Часто можно наблюдать россыпь гранул вблизи стенки сосуда. В более глубоких слоях они также залегают по одиночке, часто рядом с сосудами (рис.1-в).
作者简介
Varvara Nikonorova
State Scientific Research Test Institute of Military Medicine of the Ministry of Defence of Russia
Email: bgnikon@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9453-4262
SPIN 代码: 2161-4838
Scopus 作者 ID: 57217099371
Researcher ID: AAI-7758-2020
junior researcher
俄罗斯联邦, Saint PetersburgIvan Gaivoronskii
Kirov Military Medical Academy; Saint Petersburg State University
Email: i.v.gaivoronsky@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7232-6419
SPIN 代码: 1898-3355
Researcher ID: А-6482-2016
MD, Dr. Sci. (Med.), professor
俄罗斯联邦, Saint Petersburg; Saint PetersburgOlga Mirgorodskaya
S.M. Kirov Military Medical Academy
Email: mirgolga@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0143-7402
SPIN 代码: 1523-8394
Cand. Sci. (Biol.)
俄罗斯联邦, Saint PetersburgVladimir Chrishtop
Military-medical Academy
Email: chrishtop@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9267-5800
SPIN 代码: 3734-5479
Scopus 作者 ID: 57207690596
Researcher ID: J-3456-2017
MD, Cand. Sci. (Med.), principal scientist
俄罗斯联邦, Saint PetersburgAleksey A.
Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова; Санкт-Петербургский государственный университет
编辑信件的主要联系方式.
Email: semfeodosia82@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1977-7536
Кандидат медицинских наук, докторант при кафедре нормальной анатомии Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова
Доцент кафедры морфологии Санкт-Петербургского государственного университета
俄罗斯联邦Oleg Gorbanev
National Medical Research Center named after V.A. Almazova
Email: o.v.gorbanev@mail.ru
Ассистент кафедры патологической анатомии с клиникой
俄罗斯联邦参考
- Hwang YJ, Lee YN, Lee YW, Choe YB, Ahn KJ. Treatment of acne scars and wrinkles in Asian patients using carbon-dioxide fractional laser resurfacing: its effects on skin biophysical profiles. Ann Dermatol. 2013; 25(4):445–53.
- Cervelli V, Gentile P, Spallone D, Nicoli F., Verardi S, Petrocelli M, Balzani A. Ultrapulsed fractional CO2 laser for the treatment of post-traumatic and pathological scars. J Drugs Dermatol. 2010; 9(11):1328–31.
- Hruza GJ. Dermabrasion. Facial. Plast. Surg. Clin. North. Amer. 2000; 9(3);267–281.
- Talybova AM, Stenko AG. Hardware methods in complex treatment of patients with atrophic scars. Medicinskij alfavit (Medical Alphabet) 2020;24:70-73. (In Russ.) doi: 10.33667/2078-5631-2020-24-70-73.
- Chernyakov AV. Prevention and treatment of pathologic scars in surgical practice. RMZh (RMZ) 2017; 28:2063-2068. (In Russ.)
- Ud-Din S, McGeorge D, Bayat A. Topical management of striae distensae (stretch marks): Prevention and therapy of striae rubrae and albae. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2016;30:211–22.
- Gafarov TU, Enikeev DA, Idrisova LT. Modeling of atrophic scar defect of the skin in laboratory animals. Uspehi sovremennogo estestvoznanija. (Uspekhi sovremennoi naukhnostvennosti) 2013; 6:89-91. . (In Russ.)
- Wilgus TA, Wulff BC. The importance of mast cells in dermal scarring. Adv Wound Care. 2014; 3(4):356–365. doi.org/10.1089/wound.2013.0457.
- Huttunen M, Aalto ML, Harvima RJ, Horsmanheimo M, Harvima IT. Alterations in mast cells showing tryptase and chymase activity in epithelializating and chronic wounds. Exp Dermatol. 2000; 9(4):258–265.
- Yamamoto T, Hartmann K, Eckes B, Krieg T. Mast cells enhance contraction of three-dimensional collagen lattices by fibroblasts by cell-cell interaction: role of stem cell factor/c-kit. Immunology. 2000;99(3): 435–439.
- Komi DEA, Khomtchouk K, Santa Maria PL. A Review of the Contribution of Mast Cells in Wound Healing: Involved Molecular and Cellular Mechanisms. Clinic Rev Allerg Immunol. 2020;58:298–312. doi.org/10.1007/s12016-019-08729-w.
补充文件
![](/img/style/loading.gif)