要約
創傷治癒を取り巻く問題は、新しい創傷治療に投資された活況を呈している金融市場だけでなく、深い科学的関心を集めている。 この分野では多くの進歩がなされていますが、最近の成功が対処すべき新たな課題を明らかにすることは驚くべきことではありません。 創傷治癒に関しては、大きな組織欠損、反抗的な創傷、および病理学的瘢痕形成が残っていますが、私たちの最も差し迫った課題のいくつかがあります。 幹細胞ベースの治療法は、創傷管理における現在の制限を上回る有望な手段として予告されている。 幹細胞の広範な分化能は、失われた組織または損傷した組織を回復させる可能性を可能にするが、創傷床を遠くから免疫調節する能力は、それらの臨床応用が直接的な組織形成に限定される必要がないことを示唆している。 幹細胞の臨床的有用性は、慢性創傷治療における数十の臨床試験で実証されているが、創傷ケアの他の側面が同様の利益を継承することが期待され 幹細胞ベースの創傷治療への科学的な問い合わせは、世界中の研究室で豊富にあります。 臨床応用が幼年時代に残る間、潜在性の重い投資は形成外科医のための検討にそれに現在および未来の適用の点では価値がある主題を、する。
1. はじめに
創傷治癒は、組織損傷に対する効果的な応答に調整されたいくつかの生理学的メカニズムを含む複雑なプロセスである。 このプロセスは、通常の状況下で瘢痕形成をもたらす、止血および炎症、増殖および成熟—のいくつかの別個の、まだ重複する段階からなる。 正常な創傷修復は、組織損傷に起因する結果のスペクトルに沿って存在する。 これらは、病理学的なアンダーヒーリング（すなわち、慢性、非ヒーリング創傷）から病理学的なオーバーヒーリング（すなわち、肥大性瘢痕およびケロイド）までの範囲であり、その間のどこかに瘢痕形成を含む生理学的治癒を伴う。 創傷治癒研究への関心は成長を続けており、現在の創傷管理慣行の限界を克服するための幹細胞療法に多くの焦点が当てられています。 これまでに、45件の臨床試験が発表され、未発表の結果が追加された33件の試験が、病理学的なアンダーヒーリング（未発表データ）に対処する上で幹細胞の可 したがって、現在の研究は、我々が幹細胞ベースの治療法の増殖と疾患を治療するためのこれらの治療法の使用の転換点に近づいていることを示唆して このように、創傷治癒の基本的な理解と幹細胞療法の最近の進歩は、形成外科医にとって重要なトピックです。 本明細書では、幹細胞療法が対処すると主張されている満たされていない必要性と、創傷治癒におけるそれらの現在の使用について議論する。
2. 創傷治癒の重要性
身体の組織の大部分は、組織の完全性の破壊に続いて創傷修復を受けることができる。 創傷ケアは、急性（例えば、外傷、火傷、および手術）および慢性的（例えば、外傷、火傷および外科手術）の両方の外科手術の主要な構成要素である。 潰瘍、静脈性潰瘍、および糖尿病性潰瘍）。 治癒すると、これらの創傷は瘢痕形成をもたらす。 毎年数千億ドルが創傷ケアに費やされています。 慢性の傷は頻繁に繰り返された介在との延長されたフォローアップを要求し、療法に対してまれに抵抗力がないので、特に高価です;人口の1%が慢性の傷の形態に苦しんでいることが推定されます。肥大性瘢痕およびケロイドを含む病理学的瘢痕形成は、創傷管理におけるもう一つの懸念である。
創傷管理におけるもう一つの懸念である。
これらの状態は、永久的な機能喪失および社会的汚名の可能性を考えると、特に問題となる可能性がある。 肥大性瘢痕は、通常、外傷性傷害または火傷の結果であるが、手術は別の潜在的な原因である。 ある年に、侵襲的手術を受けている何百万人もの他の人に加えて、治療を必要とする自動車事故で負傷した100万人の火傷と200万人の患者は、この問題の差し迫った性質を示しています。
3. 正常な創傷治癒生理学
前述のように、創傷治癒は、（1）炎症期、（2）増殖期、および（3）成熟期の3つの重複する段階から構成される。 適切な治療を提供するためには、様々な創傷治癒障害の根底にある異常を十分に理解するために、創傷治癒の生理学的メカニズムを理解することが重 ここでは、創傷治癒の基本的な生理学的メカニズムを簡単に要約する。 この論文の範囲を超えて、特に炎症反応の観点から、これらのプロセスのより詳細な議論のために、読者はGurtner et al. およびＥｍｉｎｇ ｅ ｔ ａ ｌ． .
組織損傷は、炎症期の一部として創傷止血から始まる創傷治癒応答を開始する。
組織損傷は、創傷治癒応答を開始する。
組織損傷 血流は創傷床自体で制限されるが、隣接する組織は灌流の増加を受ける。 炎症性メディエーターは、局所的な濃度勾配を生成する、凝固カスケードと連携して生成されます。 これはフィブリンのマトリックスの形成および好中球の走化性を促進します。 マトリックスが確立されると、好中球が入り、死んだ組織を除去し、先天性免疫応答を介して潜在的な感染を制御しようとする。 これらの遊走細胞はさらに炎症反応を増幅し、それ自体が炎症前性サイトカインを放出し、創傷治癒の初期段階でしばしば観察される腫脹および紅斑に寄与する。 この段階は通常4日間続きます。
その後の増殖期において、炎症細胞は様々なサイトカインおよび他のシグナル伝達分子を放出し、線維芽細胞および血管内皮細胞を傷害部位にリクルートする。
線維芽細胞はコラーゲンを産生し、これは暫定的なフィブリンマトリックスを置換し始め、創傷の機械的強度を増加させる。 これらの線維芽細胞の一部はまた、機械的創傷収縮に寄与する筋線維芽細胞に分化する。 遊走する内皮細胞は、血管新生を介して創傷床の血管再生に寄与し、発達中の肉芽組織を支持するのを助ける。 ケラチノサイトはまた、創傷縁に移動し、そこで増殖を受ける。 注の、より大きい傷の毛小胞の破壊は可能性としては完全な閉鎖を達成するために皮膚の接木の配置を必要とする表皮の幹細胞のニッチの損失
創傷が再上皮化を受けるのは最終的な成熟期の間である。 瘢痕形成は、治癒した組織が元の引張強さの一部を回復することを可能にするが、すべてではない。 しかし、組織の弾力性は、広範な線維症に続発して劇的に低下する。 治癒の応答の強度が最終段階でdeescalatesと同時に、傷のベッドに集中するendothelial細胞、大部分マクロファージおよびmyofibroblastsはapoptosisを経ます。 残りの傷跡は、その後の数ヶ月から数年にわたってさらに改造を受け続けます。
4. 新しい細胞ベースの治療法のターゲット
米国では、慢性創傷管理だけでは年間25億ドルを超えると推定されています。 さらに、これらの治療法は、多くの場合、新しい治療法のための重要な標的として慢性創傷をマーキング、最適でない臨床転帰を支持しています。 正常な創傷治癒は良性瘢痕形成をもたらすが、創傷治癒過程の障害は、瘢痕形成または慢性の非治癒創傷さえも審美的に不快になる可能性がある。 生理学的治癒を乱すと理解される要因には、老化、座りがちな生活様式（身体活動がほとんどまたはまったくないことを特徴とする）、心理的状態、およ 慢性疾患状態は、創傷治癒不良に関連する変更可能な危険因子の多くを共有し、それ自体が生理学的治癒プロセスの障害である。 例えば、糖尿病は、非治癒性糖尿病性潰瘍の形態の慢性創傷形成に密接に関連している。 制御されていない糖尿病は、創傷床への好中球およびマクロファージの移動を損なう。 創傷治癒の結果として生じる遅延は、糖尿病性足潰瘍を発症する素因となり、これは感染し、外科的デブリードマンまたは切断を必要とする可能性があ 慢性創傷病態生理のより良い理解は、非治癒創傷における幹細胞ベースの治療のための潜在的な役割を同定するのに役立ちます。 最終的に、目標は、これらの状態に苦しんでいる患者の生活の質を大幅に向上させることができる費用対効果の高い治療法を作成することです。 幹細胞は、難治性の創傷を治癒し、長期の組織欠損の高価な後遺症を防ぐ可能性を秘めて、この目的のための有望な手段を提供する。
創傷治癒スペクトルの反対側の端には病理学的オーバーヒーリングが存在し、肥大性瘢痕化およびケロイド形成に細分される。 肥大性瘢痕化は、創傷治癒プロセス中の炎症細胞および線維芽細胞の調節不全増殖に起因し、瘢痕の特徴である高度に無秩序なマトリックス構造に 利用可能な治療法は、瘢痕形成を抑制するか、または結果として生じる審美的欠陥を減少させることでは不十分である。 過剰な炎症は、肥大性瘢痕形成および慢性創傷床の両方の特徴であり、後者は幹細胞免疫調節によって首尾よく管理されている。 したがって、幹細胞は病理学的瘢痕化に対処する手段を提供する可能性がある。ケロイド形成は、病理学的瘢痕形成のより極端な例である。
ケロイド形成は、病理学的瘢痕形成のより極端な例である。 病理生理学の点では肥大性傷とは別として頻繁に考慮されて、組織学的分析はケロイドが実際に病理学スペクトルに沿って単に更にあるかもしれ ケロイドは、外科的切開から生じることはまれではなく、組織損傷後のヒトにのみ発生する。 肥大性瘢痕化およびケロイド形成の両方が異常に高いレベルの瘢痕形成を伴う。 しかし、肥大性瘢痕は創傷縁内に限定されたままであるが、ケロイドはそれらを超えて周囲の正常組織に侵入する。 肥大性瘢痕は時間の経過とともに特徴的に退行するが、ケロイドは何年も成長し、ほとんど自発的に退行することはなく、より壊滅的な化粧品の転 実際、形成される瘢痕組織の量は、最初の創傷の重症度と相関しないので、小さな創傷でさえ実質的な審美的結果をもたらす可能性がある。 多数のタイプの処置がケロイドの傷つくことを管理するように試みられたがどれも重要な結果をもたらしませんでした。 しかし、実験的研究は、幹細胞がケロイドの成長を阻害し、その治療のための新しい道を開く能力を実証している。 残念なことに、これらの知見は普遍的ではなく、ケロイド管理のための幹細胞応用の面でより多くの研究が必要である。
5. 創傷治癒への伝統的なアプローチ
組織欠陥が皮膚移植片の配置を必要とする場合、外科医は免疫抑制の必要性を前にして、自己組織を理想的に利用することができる。 しかしながら、自家移植収穫は、例えば、収穫のための組織が不十分であるため、すべての場合において可能ではない。 自家組織移植を排除するシナリオでは、外科医は、同種移植片、またはブタ異種移植片と呼ばれる死体組織を利用することができる。 宿主の免疫応答が移植後数週間で移植拒絶を引き起こすので、これらは創傷治癒のための成長因子を提供するための一時的な手段に過ぎない。
組織の利用可能性と移植片の免疫原性は、移植医療のすべての分野で共通の問題です。
皮膚移植も例外ではなく、組織設計された皮膚代替物の開発に拍車をかけています。 これらの代替品の最初のものはマトリックスベースの製品として知られていましたが、今日も使用され続けています。 これらのマトリックスは、創傷床に移植され、そこで血管再生および皮膚再生のためのテンプレートとして機能する。 しかし、完全な創傷治癒は、依然としてしばしば、皮膚移植片または皮弁による新皮膚の表皮被覆を必要とするが、いくつかの小さな欠陥は二次的意図に 組織工学のより最近の発展は、細胞ベースの治療法の適用につながっています。 皮膚組織の領域を収穫するのとは対照的に、ケラチノサイトは現在、患者から収穫することができる。 それにより、その後のｅ ｘ ｖｉｖｏ拡張は、自己表皮移植片の産生を可能にする。 しかし、製品は非常に薄く、壊れやすく、生産するのに比較的高価です。
創傷治癒技術の有効性を高めるとともに、より効率的で信頼性の高い移植片を作成するための複数の試みが行われていることは明らかです。 残念なことに、最先端の設計された皮の代理は限定を示します;それらは非常に高く、常に有効ではないし、完全に皮の付属物を再構成できません。 したがって、創傷治癒に対する異なるアプローチは、創傷治療における現在の障壁を克服し、創傷関連の問題に対するより実用的で効果的な解決策を作 幹細胞の多能性の性質は、それらが、最適な創傷管理に対する前述の障壁の少なくともいくつかを克服する手段を提供し得ることを示唆する。
6. 幹細胞と創傷治癒
細胞が幹細胞として分類されるためには、二つの基準を満たさなければならない: 彼らは自己再生のための長期の能力を持っている必要があり、彼らはより特殊な細胞型に分化するために非対称分裂を採用することができなけれ これらの特徴は傷つけられた皮の再生そして修理プロセスを助けるために利用できるこれらのタイプの細胞の一組の独特な能力を与えます。 組織損傷のモデルを用いた研究では、重度の損傷が血液中を循環する幹細胞の数の劇的な増加をもたらしたことが示されている。 さらに，循環骨髄由来細胞は創傷部位に局在し，そこで非造血性皮膚構造に分化することが分かった。 他のこのような知見はまた、幹細胞が創傷治癒の過程において非常に重要な役割を果たすことを示唆しており、基礎となるメカニズムをよりよく理 このセクションでは、間葉系幹細胞（mscs）（脂肪由来幹細胞（ASCs）を含む）、人工多能性幹細胞（ipsc）、胚性幹細胞（Esc）など、様々な幹細胞集団（図1）の創傷治癒用途における注目
MSCは自己更新することができ、免疫応答を含む組織損傷を治療するための大きな約束を示しています。 ＭＳＣは、患者の骨髄、脂肪組織、臍帯血、および真皮から採取することができる。 自己mscは、移植拒絶のリスクを回避するだけでなく、創傷床での炎症応答を阻害することも理解されており、それ以外の場合は効果的な組織再生を損 さらに、骨髄由来Msc（BM-Msc）は、天然の真皮線維芽細胞よりも多量のコラーゲン、成長因子、および血管新生因子を合成することが示されており、これは、免疫応答を誘発することなく治癒速度を増加させるために創傷に移植することができることを示唆している。 一つのケーススタディはまた、コラーゲン膜中の自己皮膚線維芽細胞からなるバイオ移植で覆われた創傷床に直接BM-Mscの組み合わせで治療難治性糖尿病 感染はまた、しばしば慢性創傷の管理を複雑にし、治療において対処すべきさらなる問題を提示する。 Ｍｓｃが創傷治癒応答を増大させることができる別の機構は、抗菌ペプチド分泌を介してである。 創傷治癒の多数の側面を標的とすることで、幹細胞は、したがって、標準的な治療に応答していない創傷のための汎用性の高い治療を提供する。Mscは、さまざまなシナリオで創傷治癒率を高める一貫した能力を実証していますが、これらの治療法にはまだいくつかの欠点があります。
Mscは、創傷治癒率を高めるための一貫した能力を実証しています。 例えば、Ｍｓｃｓは、小さな創傷に対する実用的なアプローチであるが、大きな創傷に適用するのに十分なＭｓｃｓを培養することは不可能である。 さらに、ヒト内のMscの集団は時間の経過とともに減少し、おそらく古い世代の治療のために自己Mscを使用する選択肢を排除する。 Mscは、ケラチノサイトへの分化を介して創傷治癒に直接寄与することが観察されているが、パラクリン機構は、一般的にはるかに重要な役割を果た したがって、より少ない細胞は、幹細胞ベースの創傷治療のための潜在的な制限を回避し、創傷治癒を改善するための刺激的なモダリティとしてそれらを維持し、臨床的有効性のために必要とされる可能性があります。脂肪組織の外科的操作および採取は一般に単純な手順であるが、組織自体は複雑である。
脂肪組織の外科的操作および採取は一般に単純な手順 脂肪組織は、脂肪細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞、マクロファージ、内皮細胞、リンパ球、ならびに脂肪由来幹細胞（ASCs）を含む細胞の茄多で構成されています。 ＡＳＣは、Ｍｓｃのクラスであり、骨、軟骨、腱、および脂肪に分化することができる多能性細胞であり、必要な条件下で培養される場合には、それらは、骨、軟骨、腱、およ それらは、中胚葉起源の細胞に分化するためにMscとほぼ等しい可能性を共有するが、それらの広い利用可能性および十分な細胞数の収穫の相対的な容易さのために好ましい。 ＡＳＣｓは、最終的に創傷治癒の速度を増加させるパラクリン因子の分泌によって創傷部位でのヒト皮膚線維芽細胞増殖を促進することが示されている。 別の調査は発火による低酸素の条件の下でASCsが、かなりコラーゲンの統合のレベルを増加し、傷区域を減らすのを助けることを示しました。 さらなる研究は、これが不可欠な成長因子、血管内皮成長因子（VEGF）および塩基性線維芽細胞成長因子（bFGF）の上方調節によって達成されることを示した。 このような証拠は、将来の創傷管理におけるASCsの巨大な約束を示しています。MSCとASCの使用に関していくつかの問題が発生しています。
利用できるMscの小さい人口および苦痛で侵略的な収穫のプロシージャの必要性はASCの適用への転移によって部分的に回避された。 しかし、他の多くの問題が残っています。 任意の細胞ベースの治療の有効性は、十分な数の細胞が投与されることを必要とし、これはしばしば臨床的使用のためのMscのex vivo拡張をもたらした。 これは、長期培養が細胞集団のエピジェネティックおよび表現型の変化をもたらし、潜在的に有効性に影響を与えるか、または悪化させ、有害な突然変異 クローズドシステムバイオリアクターは、細胞数を増加させ、培養方法の変動を低減し、大規模な臨床使用の可能性を高める手段を提供する。 Ex vivo幹細胞培養の課題を考えると、一度移植されるとMSCの生存は短命であり、その効果は一過性であることが多いという発見に加えて、その効率を向 様々な開発は、フィブリンスプレー内などの細胞を投与する手段を改善するために発生しています。 移植された幹細胞の局所微小環境を、例えば、ヒトコラーゲンマトリクスに播種することによって増強することは、細胞送達および生存の最適化の手段を提供する。 ヒドロゲルおよび絹フィブロイン足場も共投与された幹細胞の創傷治癒特性を改善しているので、幹細胞の増強はコラーゲン足場に限定されない。 ペプチドまたは抗体マーキングで幹細胞を所望の組織に標的化するための新しい方法は、潜在的に直接投与の必要性を排除することができる。 創傷治療における幹細胞の可能性を活用することは、基礎科学研究と新技術の商業化の両方の面で、革新のための広大な機会を作成しました。 細胞療法が最適化され続けるにつれて、ASCsやMSCsなどの成体幹細胞のより多くのアプリケーションが形成外科医による使用のために開発される。
胚の驚異的な増殖能力は、胚性幹細胞（Esc）の研究が再生プロセスの理解を促進し、より最適な創傷治療を提供する可能性があることを示唆した。 胚はもともと多能性幹細胞の重要な源とみなされていたが、Escは、米国で極端な論争の話題となっており、過去にこれらの細胞へのアクセスは非常に ESCは、初期段階の着床前胚である胚盤胞の内部細胞塊に由来する。 したがって、Escは患者から採取することができず、それらの直接使用は、胚組織に関連する倫理的懸念に加えて、同種移植のすべての欠点を伴うで Esc自体は組織移植にはあまり適していませんが、パラクリン機構を介して生理学的治癒プロセスを増強する可能性を提供します。 例えば、ＥＳＣ由来の内皮細胞は、強化された創傷治癒をもたらす種々のサイトカイン因子を分泌する。最後に、2006年に高橋と山中が行った画期的な研究では、成体細胞を胚状態に再プログラミングする方法が記載されており、誘導多能性幹細胞（iPSCs）と呼ばれ これらの細胞は、倫理的論争や外因性組織拒絶反応に関連する問題を回避することによって、幹細胞研究における多くの新しい道を開いた。 ある研究では、ウイルスベクターを使用せずに真皮線維芽細胞をipscに再プログラムすることができ、ipscはより多くの患者を必要とする可能性が最も高い病 別の研究では、ｉＰＳＣ由来の線維芽細胞が、創傷治癒の速度を増加させる可能性のある細胞外マトリックスタンパク質の産生の増加を示すことが示され Ipscの役割は、基礎科学から翻訳科学に至るまで、多くの研究分野にわたって拡大し続けています。 2014年、日本のチームは、加齢黄斑変性症の治療のために、この場合には、臨床的にipscを投与する最初の人となりました。 しかし、創傷管理のための信頼性の高いiPSCベースの治療法は、我々は彼らの最初の臨床応用の結果を待っている部分では、とらえどころのないままです。 脱分化多能性細胞の投与は、その後の腫瘍形成のリスクを運び、したがって、長期予備研究は、それらの臨床使用の面で任意の増殖の前に実施されなけ 我々は、創傷環境をどのように調節することができるかについての理解を拡大し続けるとともに、in vitroおよびin vivoでそれらを操作する能力を向上させ このように私達はベンチからの枕元に私達の発見をより効果的に翻訳してもいい。
創傷治癒に関する問題は、医療システム全体にとって大きな負担を示していますが、患者に対する心理社会的影響は計り知れません。 従来の傷の治療の技術は、皮膚の接木およびティッシュによって設計される皮の代理を含んで、臨床練習に非常に貴重に残る。 しかし、難治性創傷の罹患率の増加は、慢性疾患の上昇と密接に関連している。 したがって、現在の治療法の限界に対処するために、より古い創傷管理技術を新規の細胞ベースの治療法で増強することが不可欠である。
利益相反
著者らは、この論文の出版に関して利益相反はないと宣言しています。
著者の貢献
Michael S.Hu、Tripp Leavitt、Samir Malhotraはこの作品にも同様に貢献しました。
