Szöveti Regeneráció, Gyógyulás Fibrózissal Krenács Tibor

Átírás

1 Szöveti Regeneráció, Gyógyulás Fibrózissal Krenács Tibor ÁOK 2015/16

2 Szövetek integritása alapvető életfeltétel KÁROSODÁS GYÓGYULÁS GYULLADÁS - A károsító okok közönbösítése, - Eliminálása + sérült szöveteké REGENERÁCIÓ - Az eredeti szerkezet és funkciók helyreállítása (Károsodás: eredeti + gyulladás) Regeneráció Gyulladás: nagymértékű; veleszületett + adaptív immunitás, proteázok, fibrózis 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

3 Kétéltűek pl. szalamandra teljes végtag regenerálása Blastema sejtek differenciálatlan őssejt állomány (proximális ideg és Schwann sejtek)

4 Embrionális sebgyógyulás hegesedés nélkül 18 napos csirke embrio szárny kezdeménye Emberi embrióban hasonló a harmadik trimester előtt Brock J Martin P (UCL): J Cell Biol : TGF 3 > TGF- 1-2; születés után megfordul Éretlen vs érett immun rendszer

5 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

6 Sebgyógyulás: Cél az eredeti struktúra és funkciók helyreállítása REGENERÁCIÓ GYÓGYULÁS HEGKÉPZŐDÉSSEL

7 2015 Kémiai Nobel-díj T. Lindahl P. Modrich A. Sancar DNS REPAIR DNS állomány kettőződése Sejt proliferáció - Sejtciklus A DNS károsodás ellenőrzése (G1/S ellenőrzőpont) A károsodott, vagy meg nem kettőződött DNS tartalmú sejtek eltávolítása (G2/M ellenőrzőpont) APOPTOSIS programozott sejthalál Restrikciós pont Centrosoma kettőződés Tömegnövekedés Licensing Növekedési faktorok Sejt osztódás Támogatók -Cyclin-cdk komplexek E2F Retinoblastoma Rb foszforiláció Gátlók -Cyclin dependens kináz inhibitorok

8 Az alap sejtpopuláció szabályozása Elkötelezett normális sejt populáció ŐSSEJTEK reverzibilisen poszmitotikus sejtek Intermitotikus sejtek Az egész élet során regenerálódnak önmegújítás asszimmetrikus osztódás 1. szimmetrikus EGYENSÚLY 2. asszimetrikus apoptosis sejthalál SÉRÜLÉS! Fokozott sejtpusztulás proliferáció

9 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

10 Reprogramozás - Indukált pluripotens őssejtek (ips) Reprogramozás 2012 Élettani-Orvosi Nobel díj: Sir John B. Gurdon & Shinya Yamanaka "for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent" Oct3/4, Sox-2 c-myc, Klf4, Nanog Terápiás klónozás J. Embryol. Exp. Morphol. 10,

11 Regenerációs medicina: az őssejtek potenciális alkalmazása CD34+ stem cells Jose Carreras

12 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

13 Cornea regeneráció excimer lézer abláció után Dr. Ratkay-Traub Imola: FDA engedély a femtosecundumos lézer (LASIK) (Prof. Juhász Tibor, Michigan Univ. Ann Arbor) Lézer 6 h 12 h 24 h

14 Cornea regeneráció - 24h után Proliferáció Ki67 protein Epidermális Connexin direkt növekedési sejtkommunikáció faktor receptor kompartment funkciók sejthálózat Hám Nyugvó cornea hám Stroma Regenerációs Limbális hám

15 Stabil sejtek/szövetek: (reverzibilisen posztmitotikus) terminálisan differenciált G0 fázis sejtek - 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

16 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.

17 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

18 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 *

19 Kináz tipusú (nökedési faktorok) Növekedési faktor receptorok G-proteinhez kapcsolt (kemokinek) Látóideg axon-regenerációt gátló faktorok kikapcsolása Regenerációs medicina Kináz aktivitással nem rendelkező (cytokinek) PTEN Akt/mTOR SOCS3 JAK/STAT3 Sun et al. Nature. 2011, 480(7377): Kémiai Nobel Díj: Robert J. Lefkowitz & Brian K. Kobilka "for studies of G-protein-coupled receptors"

20 Sebgyógyulás növekedési faktorok Fibrin alvadék Fibroblast proliferáció migráció ECM szintézis EGF Keratinocyta proliferáció differenciáció inhibitor Angiogenezis

21 Sebgyógyulás - növekedési faktorok (proliferáció, migráció, ECM termelés, kemotaxis, vasodilatáció) Bőr EGFR Epithelialis proliferáció Monocyta chemotaxis Fibroblast migráció Fibroblast proliferáció Angiogenesis Collagen szintézis EGF, TGF-α, KGF, HGF PDGF, FGF, TGF-β PDGF, FGF-2, TGF-β PDGF, EGF, FGF, TNF VEGF, Ang, FGF-2 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!

22 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 (Ca 10 (PO 4 ) 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

23 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

24 Bazális membrán Cornea Laminin Bőr Kollagén I-es III-as rostok Proteoglycan-ok

25 ECM-integrin szignálok Laminin rostok EXTRACELLULÁRIS MÁTRIX Laminin rostok Kollagén Kollagén Fibronektin Fibronektin Növekedési faktorok Növekedési faktorok Növekedési faktor receptor FOC Növekedési faktor receptor Actin cytoskeleton CYTOSKELETON KÖZVETÍTETT JELEK CYTOPLASMATIKUS JELÁTVITELI UTAK Sejtmag CYTOPLASMATIKUS JELÁTVITELI UTAK PROLIFERÁCIÓ, DIFFERENCIÁCIÓ FEHÉRJE TERMELÉS, LETAPADÁS VÁNDORLÁS, ALAKVÁLTOZTATÁS

26 Az ECM megköt és kínál növekedési faktorokat

27 A sebgyógyulás: sejtek és események időrendje Sebgyógyulásban résztvevő sejtek Sebkontrakció Gyulladás Granulációs szövet - Kollagén lerakódás - Remodelling Napok Granulációs szövet - Korai fibroblasztok, - Laza matrix, ödéma - Új erek hálózata - Gyulladásos sejtek (macrophágok) Korai Késői Trikróm festés Kollagén - kék

28 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

29 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)

30 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 Mesenhcymális sejt Elasztikus rostok: fibrillin váz + elasztin Marfan szindroma: fibrillin mutációk - magas vékony test, hosszú végtagok - laza ízületek (váll, könyök, boka) - nagy karfesztávolság (>1.05 testmagasság) Aorta disszekció: aortafal rétegeinek szétválása

31 Re-epitelializáció - Matrix remodelling MMP-k (Zn 2+ ): Kollagenázok, Zselatinázok, Stromelizinek Dedifferendiáció Redifferenciáció EPIDERMIS Fibrin alvadék Keratinocita differenciáció Bazális membrán DERMIS Integrin Coll XVII BM-Laminin Coll VII Coll I, III EGFR TGF- HGF MMP1,2,3, 9,10,11 Matrix hasítás PROLIFERÁCIÓ - MIGRÁCIÓ Plasmin (MMP aktiválás) TIMPs LM-1 LM-5 BM - szintézis Plasmin LM-5 LM-332 MMP: Matrix metalloproteinázok TIMP: Tissue inhibitor of MMPs E-Cadherin Matricyptic -kus helyek Prekurzor molekulák hasításával új biológiai aktivitás (controllált proteolízis bioaktív molekuláris fragmentek) Collagen XVIII - endostatin Perlecan - endorepellin angiogenezis gátlók Coll XVII

32 ELSŐDLEGES SEBGYÓGYULÁS MÁSODLAGOS SEBGYÓGYULÁS Gyógyulás típusai Azonos lépések, de 24 óra Pörk Neutrophil granulocyták véralvadék A MÁSODLAGOSnál: - a sérülés nagyobb - sebszélek távolabban - gyulladás kiterjedtebb - gyógyulás lassabb - a heg nagyobb - jelentős kontrakció (deformitás) 3-7 napig sejtosztódás Granulációs szövet Macrophagok fibroblast Új kapillárisok Hetek Kötőszövetes egyesülés Seböszehúzódás

33 Speciális szövetek gyógyulása Meghatározók: - a szövet típusa - a sejtek regenerációs kapacitása - ECM károsodásának mértéke Máj: 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)

34 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 TGF 1 és decorin mérsékeltebb fibrillogenezis, kevesebb myofibroblast (kontraktúra)

35 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

36 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

37 Nagy, szövethiányos roncsolt seb Jelentős hegesedés és deformitás

38 Kifekélyesedés (decubitus) Elégtelen vérellátás, perfúzió hiánya, a mechanikai nyomás > artériás ellenállás

39 Elégtelen hegképződés, sebszétválás Mechanikus stress köhögés, hányás: fokozott intra-abdominális nyomás Rizikó: diabetes, elhízás, rossz minőségű varrat

40 Idős beteg, elégtelen keringés Rossz oxigeniáció, tápanyagellátás, mechanikus stressz

41 Krónikus sebgyógyulás (diabeteszes lábszárfekény) Arteriopathia, csökkent vér-, tápanyagellátás és immunválasz; infekció, neuropathia

42 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

43 Keloid Fokozott kollagénszintézis, ill. kontrolljának elvesztése Öröklött, afro-ameriakiaknál gyakoribb

44 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

45 SÉRÜLÉS KOAGULÁCIÓ VÉRLEMEZKÉK GYULLADÁS SEBGYÓGYULÁS DEBRIDEMENT Az INFEKCIÓ ELHÁRÍTÁSA MACROPHÁGOK GRANULOCYTÁK FIBROBLASZTOK Sejtek, ECM, növekedési faktorok enzimek (proteázok, protein kinázok) összehangolt kaszkádszerű működése EPITHEL ANGIOGENEZIS KONTRAKCIÓ MMP-k PROTEOGLYCAN SZINTÉZIS COLLAGÉN LÍZIS COLLAGÉN SZINTÉZIS REMODELLING Myofibroblastok Kontrakció GYÓGYULT SEB

46 Köszönöm a figyelmet! Tüdő fibrosis Trikróm-festés (kollagén kék)