Оценка антифибротических свойств вертепорфина в составе коллагенового носителя in vitro и in vivo

Аннотация

При обширных повреждениях кожи возникает необходимость в специализированной терапии, стимулирующей процессы регенерации, но предотвращающей формирование рубцовой ткани. Мы исследовали in vivo и in vitro возможность комбинирования коллагенового геля в качестве агента, закрывающего раневое ложе и привлекающего фибробласты в область повреждения, и вертепорфина (ВП) как антифибротического препарата. In vitro на фибробластах, изолированных из рубцовой ткани человека, проводили оценку влияния ВП на жизнеспособность и экспрессию маркеров миофибробластов. In vivo коллагеновый гель и ВП отдельно и совместно вносили в рану и характеризовали признаки рубцевания при регенерации кожи: отклонения в толщине слоев кожи, интенсивность синтеза коллагена и морфометрические характеристики сформированных волокон внеклеточного матрикса. Результаты показали, что ВП корректирует фибротический фенотип путем подавления экспрессии сократительного белка Sm22α и не вызывает клеточную гибель. Однако при внесении ВП в рану в составе коллагенового геля он теряет способность направлять ранозаживление по бесшрамному типу, что может быть связано с несовместимостью механизмов, за счет которых коллаген и ВП влияют на регенерацию.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

О.С. Роговая, Д.С. Аболин, Е.П. Калабушева отвечали за проведение экспериментов in vitro; А.Д. Смыслов – постановка количественного ПЦР-анализа; О.С. Роговая, Д.С. Аболин, О.Л. Черкашина, Е.П. Калабушева – проведение экспериментов на лабораторных животных; О.Л. Черкашина – биоинформатический анализ распределения волокон внеклеточного матрикса в области повреждения; О.С. Роговая, Е.А. Воротеляк, Е.П. Калабушева – разработка дизайна исследования; О.С. Роговая, О.Л. Черкашина, Е.П. Калабушева – подготовка текста статьи; Е.А. Воротеляк – редактирование текста.

Финансирование

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-74-30015). Ссылка на информацию о проекте: https://rscf.ru/en/project/21-74-30015/.

Благодарности

Использованные в работе клеточные линии были предоставлены УНУ «Коллекция клеточных культур» ЦКП ИБР РАН. Работа была выполнена с использованием оборудования ЦКП ИБР РАН.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья содержит описание исследований влияния ВП на процессы посттравматической регенерации кожи с использованием лабораторных мышей в качестве объектов. Все процедуры, выполненные в исследованиях с использованием животных, соответствовали этическим стандартам ИБР РАН (протокол № 74 от 14.09.23), в котором проводились исследования, и в соответствии с Международными руководящими принципами биомедицинских исследований с участием животных [21]; строго соблюдались этические принципы Европейской конвенции по защите позвоночных, используемых в экспериментальных и других конкретных целях [22]. Настоящая статья содержит описание экспериментов, выполненных на первичных линиях фибробластов, полученных из биоптатов кожи, оставшихся в качестве биоотходов в результате реконструктивных операций и использованных для выделения клеток с информированного согласия доноров в соответствии с протоколом, одобренным Комиссией по биоэтике ИБР (протокол № 51 от 09.09.2021).

Список литературы

1. Cañedo-Dorantes, L., and Cañedo-Ayala, M. (2019) Skin acute wound healing: a comprehensive review, Int. J. Inflamm., 3706315, doi: 10.1155/2019/3706315.

2. Xue, M., and Jackson, C. J. (2015) Extracellular matrix reorganization during wound healing and its impact on abnormal scarring, Adv. Wound Care, 4, 119-136, doi: 10.1089/wound.2013.0485.

3. Karppinen, S.-M., Heljasvaara, R., Gullberg, D., Tasanen, K., and Pihlajaniemi, T. (2019) Toward understanding scarless skin wound healing and pathological scarring, F1000Res., 8, 787, doi: 10.12688/f1000research.18293.1.

4. Tomasek, J. J., Gabbiani, G., Hinz, B., Chaponnier, C., and Brown, R. A. (2002) Myofibroblasts and mechano-regulation of connective tissue remodelling, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 3, 349-363, doi: 10.1038/nrm809.

5. Eudy, M., Eudy, C. L., and Roy, S. (2021) Apligraf as an alternative to skin grafting in the pediatric population, Cureus, 13, e16226, doi: 10.7759/cureus.16226.

6. Dibbs, R. P., Depani, M., and Thornton, J. F. (2022) Technical refinements with the use of biologic healing agents, Semin. Plast. Surg., 36, 008-016, doi: 10.1055/s-0042-1742749.

7. El Masry, M. S., Chaffee, S., Das Ghatak, P., Mathew-Steiner, S. S., Das, A., Higuita-Castro, N., Roy, S., Anani, R. A., and Sen, C. K. (2019) Stabilized collagen matrix dressing improves wound macrophage function and epithelialization, FASEB J., 33, 2144-2155, doi: 10.1096/fj.201800352R.

8. Parenteau-Bareil, R., Gauvin, R., and Berthod, F. (2010) Collagen-based biomaterials for tissue engineering applications, Materials, 3, 1863-1887, doi: 10.3390/ma3031863.

9. Mouw, J. K., Ou, G., and Weaver, V. M. (2014) Extracellular matrix assembly: a multiscale deconstruction, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 15, 771-785, doi: 10.1038/nrm3902.

10. Hynes, R. O. (2014) Stretching the boundaries of extracellular matrix research, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 15, 761-763, doi: 10.1038/nrm3908.

11. Mathew-Steiner, S. S., Roy, S., and Sen, C. K. (2021) Collagen in wound healing, Bioengineering, 8, 63, doi: 10.3390/bioengineering8050063.

12. Zhang, Y., Wang, Y., Li, Y., Yang, Y., Jin, M., Lin, X., Zhuang, Z., Guo, K., Zhang, T., and Tan, W. (2023) Application of collagen-based hydrogel in skin wound healing, Gels, 9, 185, doi: 10.3390/gels9030185.

13. Potter, D. A., Veitch, D., and Johnston, G. A. (2019) Scarring and wound healing, Br. J. Hosp. Med. Lond. Engl., 80, C166-C171, doi: 10.12968/hmed.2019.80.11.C166.

14. Chen, K., Liu, Y., Liu, X., Guo, Y., Liu, J., Ding, J., Zhang, Z., Ni, X., and Chen, Y. (2023) Hyaluronic acid-modified and verteporfin-loaded polylactic acid nanogels promote scarless wound healing by accelerating wound re-epithelialization and controlling scar formation, J. Nanobiotechnol., 21, 241, doi: 10.1186/s12951-023-02014-x.

15. Wei, C., You, C., Zhou, L., Liu, H., Zhou, S., Wang, X., and Guo, R. (2023) Antimicrobial hydrogel microneedle loading verteporfin promotes skin regeneration by blocking mechanotransduction signaling, Chem. Eng. J., 472, 144866, doi: 10.1016/j.cej.2023.144866.

16. Zhang, C., Yang, D., Wang, T.-B., Nie, X., Chen, G., Wang, L.-H., You, Y.-Z., and Wang, Q. (2022) Biodegradable hydrogels with photodynamic antibacterial activity promote wound healing and mitigate scar formation, Biomater. Sci., 11, 288-297, doi: 10.1039/D2BM01493A.

17. Zhang, Y., Wang, S., Yang, Y., Zhao, S., You, J., Wang, J., Cai, J., Wang, H., Wang, J., Zhang, W., Yu, J., Han, C., Zhang, Y., and Gu, Z. (2023) Scarless wound healing programmed by core-shell microneedles, Nat. Commun., 14, 3431, doi: 10.1038/s41467-023-39129-6.

18. Mascharak, S., Talbott, H. E., Januszyk, M., Griffin, M., Chen, K., Davitt, M. F., Demeter, J., Henn, D., Bonham, C. A., Foster, D. S., Mooney, N., Cheng, R., Jackson, P. K., Wan, D. C., Gurtner, G. C., and Longaker, M. T. (2022) Multi-Omic analysis reveals divergent molecular events in scarring and regenerative wound healing, Cell Stem Cell, 29, 315-327.e6, doi: 10.1016/j.stem.2021.12.011.

19. Lee, M.-J., Byun, M. R., Furutani-Seiki, M., Hong, J.-H., and Jung, H.-S. (2014) YAP and TAZ regulate skin wound healing, J. Invest. Dermatol., 134, 518-525, doi: 10.1038/jid.2013.339.

20. Mascharak, S., desJardins-Park, H. E., Davitt, M. F., Griffin, M., Borrelli, M. R., Moore, A. L., Chen, K., Duoto, B., Chinta, M., Foster, D. S., Shen, A. H., Januszyk, M., Kwon, S. H., Wernig, G., Wan, D. C., Lorenz, H. P., Gurtner, G. C., and Longaker, M. T. (2021) Preventing engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring, Science, 372, eaba2374, doi: 10.1126/science.aba2374.

21. International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals (1985) In The Development of Science-based Guidelines for Laboratory Animal Care: Proceedings of the November 2003 International Workshop; National Academies Press (US), 2004.

22. European Convention for the Protection of Vertebrate Animals Used for Experimental and Other Scientific Purposes, URL: https://www.ecolex.org/details/treaty/european-convention-for-the-protection-of-vertebrate-animals-used-for-experimental-and-other-scientific-purposes-tre-001042/ (accessed on November 26, 2023).

23. Bredfeldt, J. S., Liu, Y., Pehlke, C. A., Conklin, M. W., Szulczewski, J. M., Inman, D. R., Keely, P. J., Nowak, R. D., Mackie, T. R., and Eliceiri, K. W. (2014) Computational segmentation of collagen fibers from second-harmonic generation images of breast cancer, J. Biomed. Opt., 19, 16007, doi: 10.1117/1.JBO.19.1.016007.

24. Liu, Y., Keikhosravi, A., Mehta, G. S., Drifka, C. R., and Eliceiri, K. W. (2017) Methods for quantifying fibrillar collagen alignment, Methods Mol. Biol., 1627, 429-451, doi: 10.1007/978-1-4939-7113-8_28.

25. Mussbacher, M., Salzmann, M., Brostjan, C., Hoesel, B., Schoergenhofer, C., Datler, H., Hohensinner, P., Basílio, J., Petzelbauer, P., Assinger, A., and Schmid, J. A. (2019) Cell type-specific roles of NF-κB linking inflammation and thrombosis, Front. Immunol., 10, 85, doi: 10.3389/fimmu.2019.00085.

26. Wnuk, D., Lasota, S., Paw, M., Madeja, Z., and Michalik, M. (2020) Asthma-derived fibroblast to myofibroblast transition is enhanced in comparison to fibroblasts derived from non-asthmatic patients in 3D in vitro culture due to Smad2/3 signalling, Acta Biochim. Pol., 67, 441-448, doi: 10.18388/abp.2020_5412.

27. Shin, D., and Minn, K. W. (2004) The effect of myofibroblast on contracture of hypertrophic scar, Plast. Reconstr. Surg., 113, 633-640, doi: 10.1097/01.PRS.0000101530.33096.5B.

28. Wang, C., Zhu, X., Feng, W., Yu, Y., Jeong, K., Guo, W., Lu, Y., and Mills, G. B. (2016) Verteporfin inhibits YAP function through Up-regulating 14-3-3σ sequestering YAP in the cytoplasm, Am. J. Cancer Res., 6, 27-37.

29. Shi-wen, X., Racanelli, M., Ali, A., Simon, A., Quesnel, K., Stratton, R. J., and Leask, A. (2021) Verteporfin inhibits the persistent fibrotic phenotype of lesional scleroderma dermal fibroblasts, J. Cell Commun. Signal., 15, 71-80, doi: 10.1007/s12079-020-00596-x.

30. El Ayadi, A., and Jay, J. W., Prasai, A. (2020) Current approaches targeting the wound healing phases to attenuate fibrosis and scarring, Int. J. Mol. Sci., 21, 1105, doi: 10.3390/ijms21031105.

31. Zlobina, K., Malekos, E., Chen, H., and Gomez, M. (2023) Robust classification of wound healing stages in both mice and humans for acute and burn wounds based on transcriptomic data, BMC Bioinformatics, 24, 166, doi: 10.1186/s12859-023-05295-z.

32. Galiano, R. D., Michaels, J., Dobryansky, M., Levine, J. P., and Gurtner, G. C. (2004) Quantitative and reproducible murine model of excisional wound healing, Wound Repair Regen., 12, 485-492, doi: 10.1111/j.1067-1927.2004.12404.x.

33. Ud-Din, S., Foden, P., Stocking, K., Mazhari, M., Al-Habba, S., Baguneid, M., McGeorge, D., and Bayat, A. (2019) Objective assessment of dermal fibrosis in cutaneous scarring, using optical coherence tomography, high-frequency ultrasound and immunohistomorphometry of human skin, Br. J. Dermatol., 181, 722-732, doi: 10.1111/bjd.17739.

34. Henn, D., Chen, K., Fehlmann, T., Trotsyuk, A. A., Sivaraj, D., Maan, Z. N., Bonham, C. A., Barrera, J. A., Mays, C. J., Greco, A. H., Moortgat Illouz, S. E., Lin, J. Q., Steele, S. R., Foster, D. S., Padmanabhan, J., Momeni, A., Nguyen, D., Wan, D. C., Kneser, U., Januszyk, M., Keller, A., Longaker, M. T., and Gurtner, G. C. (2021) Xenogeneic skin transplantation promotes angiogenesis and tissue regeneration through activated Trem²⁺ macrophages, Sci. Adv., 7, eabi4528, doi: 10.1126/sciadv.abi4528.

35. Brett, D. A (2008) Review of collagen and collagen-based wound dressings, Wounds Compend. Clin. Res. Pract., 20, 347-356.

36. Ge, B., Wang, H., Li, J., Liu, H., Yin, Y., Zhang, N., and Qin, S. (2020) Comprehensive assessment of Nile tilapia skin (Oreochromis Niloticus) collagen hydrogels for wound dressings, Mar. Drugs, 18, 178, doi: 10.3390/md18040178.

37. Chermnykh, E. S., Kiseleva, E. V., Rogovaya, O. S., Rippa, A. L., Vasiliev, A. V., and Vorotelyak, E. A. (2018) Tissue-engineered biological dressing accelerates skin wound healing in mice via formation of provisional connective tissue, Histol. Histopathol., 33, 1189-1199, doi: 10.14670/HH-18-006.