Paracrine factors from aggregates of fibroblasts or bone marrow stromal cells enhance skin wound healing

The skin is the largest organ of the human body. It maintains body homeostasis and provides an essential barrier that protects us from the environment. After injury to the skin, a complex series of tightly controlled responses are initiated to restore its integrity. In large-scale wounds, such as burns, the intrinsic capacity for healing is compromised due to lack of dermal support. Dermal fibroblasts guide crucial re-epithelialization events such as keratinocyte migration and proliferation. Fibroblast-keratinocyte interaction is directed by paracrine factors as well as cell-cell and cell-extracellular matrix contacts. Fibroblasts as well as other mesenchyme-derived cells such as bone marrow stromal cells can produce a vast array of growth factors in vitro. When activated by deprivation of extracellular matrix cell adhesion sites, the cells prefer cell-to-cell contacts, form clusters, and release growth factors. This present work focused on characterizing the use of a combination of growth factors released by mesenchymal cell aggregates, a process designated as nemosis, for treatment of skin wound healing. We used inhibitors of several intracellular signaling pathways to define the migration-inducing mechanisms of nemosis using a keratinocyte wound-healing assay. Model human keratinocytes HaCaT-cells responded to the nemosis-derived conditioned medium with enhanced migration, proliferation, and viability. A c-Met-specific small molecule tyrosine kinase inhibitor as well as an anti-hepatocyte growth factor antibody inhibited these responses. The study aimed to characterize means of improving wound healing by combining biological materials, such as fibrin or recombinant human collagen III with the growth factors to construct a transplantable cell- and growth factor-containing matrix. When we treated porcine partial-thickness wounds with the growth factor-containing fibrin matrix, we observed an increase in the proliferation and migration of hair-follicle and lateral wound-edge keratinocytes. In addition, granulation tissue formation was enhanced when compared with formation on saline-treated wounds. Keratinocyte transplantation in porcine full thickness wounds was feasible with a recombinant human collagen type III matrix. The results presented here indicate that cell-cell contact-activated fibroblasts or bone marrow stromal cells improve keratinocyte transplantation with paracrine factors. Fibrin or recombinant human collagen III can serve as vehicles for delivery of these signals to the target site in acute wounds. Since these factors are also crucial for healing of chronic non-healing wounds, it is likely that our therapeutic approach will be of benefit in their treatment, too. Ihon ulkopinta, orvaskesi, muodostaa kemiallisen ja fysikaalisen suojan elimistön ja ulkomaailman välille. Vaikeissa ihovaurioissa, kuten laaja-alaisissa palovammoissa ja kroonisissa haavoissa, ihon paranemiskyky on heikentynyt kasvutekijöiden puutteesta. Tiedetään, että kasvutekijät ovat välttämättömiä monitahoisessa paranemisprosessissa. Keskeinen rooli on verinahassa olevilla sidekudossoluilla, fibroblasteilla, jotka tuottavat kasvutekijöitä haavaympäristöön. Ihon sarveissolut reagoivat kasvutekijöihin lisääntymällä ja vaeltamalla haavapintaa pitkin pyrkien palauttamaan orvaskeden suojarakenteen. Vaikeiden haavojen hoitona käytetään tavallisesti iho- tai solusiirtoja toimenpiteen aiheuttaessa potilaalle ihonottohaavan. Sekä ihosiirteen, että ihonottohaavan hidas paraneminen on haitallista ja heikentää vaikeasti palaneiden potilaiden ennustetta ja pidentää merkittävästi sairaalassaoloaikaa. Väitöskirjatutkimuksessa pyrittiin selvittämään fibroblastien ja sarveissolujen kasvutekijävälitteisiä vuorovaikutuksia haavan paranemisessa. Väitöskirjatutkimuksessa osoitettiin, että sidekudossoluja, fibroblasteja ja luuytimen kantasoluja, voidaan soluviljelmissä aktivoida tuottamaan tarkoin määrättyä kasvutekijäyhdistelmää. Soluaktivaatiossa, nemoosissa, soluilta estetään niiden kiinnittyminen viljelymaljaan ja toisiinsa kiinnittyessään ne muodostavat solurykelmän ja vapauttavat muiden tulehdusvälittäjä-aineiden lisäksi suuren määrän HGF-kasvutekijää. Väitöstutkimuksessa havaittiin, että nemoosissa tuotetut aineet tehostivat merkittävästi sarveissolujen jakautumista ja vaeltamista soluviljelymalleissa. HGF-kasvutekijän osuus haavan paranemiseen osoitettiin estämällä sen c-Met reseptorin aktivoituminen lääkeaineilla. Lisäksi selvitettiin HGF-kasvutekijän solusisäistä viestitystä. Porsaan ihohaavamallissa havaitsimme, että kasvutekijäterapia nopeutti haavan paranemista aktivoimalla sarveissoluja ja niiden kantasoluja hiusfollikkeleista. Väitöskirjatyössä pyrittiin edelleen kehittämään käytössä olevia solusiirtomenetelmiä. Nykyisissä menetelmissä käytetään eläinperäisiä soluja ja soluväliaineita, kuten kollageenia, kasvatusalustana ja tukirakenteena. Sovelsimme rekombinanttiteknologian avulla tuotettua ihmisperäistä kollageenia, sekä fibriiniä yhdessä kasvutekijöiden kanssa tehostamaan sarveissolujen siirtoa haavaan. Tämä kokeelliseen kirurgiaan kuuluva väitöskirjatyö tarkentaa käsitystä kasvutekijöiden merkityksestä vaikeiden haavojen hoidossa ja antaa uusia ratkaisuja kliinisten solusiirtoterapioiden tehostamiseksi. Väitöskirjatyön tuloksia hyödynnetään jatkotutkimuksissa, joissa tavoitteena on syventää tietämystä fibroblasti-aktivaation osallisuudesta haavan paranemisen muihin osa-alueisiin