vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestib-312Research ArticleОБЗОРЫREVIEWSМОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КОЖИ (ДЕРМАЛЬНЫХ ЭКВИВАЛЕНТОВ)MORPHOLOGY AND FUNCTION BASIS OF THE CREATION ARTIFICIAL SKIN (DERMAL EQUIVALENTS)ВолотовскийИ. Д.VolotovskiI. D.

академик НАН Беларуси, д-р биол. наук, заведующий лабораторией

Academician, D. Sc. (Biol.), Head of the Laboratory

volotovski@yahoo.comКвачеваЗ. Б.KvachevaZ. B.

вед. науч. сотрудник

Leading researcher

kvachzb@tut.byИнститут биофизики и клеточной инженерии НАН БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus2017050820170396103Copyright © Волотовский И.Д., Квачева З.Б., 20172017Волотовский И.Д., Квачева З.Б.Volotovski I.D., Kvacheva Z.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/312

Статья представляет собой обзор литературных и собственных данных авторов о строении кожи и ее структурных компонентов – эпидермиса, дермы и гиподермы. Приводятся данные об особенностях функций каждого из слоев, их структурно-функциональном взаимодействии. Особое внимание уделено дерме и ее основному надмолекулярному компоненту – межклеточному матриксу и роли фибробластов в его формировании. Описывается молекулярное строение коллагена, роль альфа-спиральных участков и зарядов в стабилизации структуры макромолекулы и уровни надмолекулярной организации его макромолекул в дерме. Рассмотрены строение и функции фибробластов и особенности взаимодействия этого класса дермальных клеток с межклеточным матриксом. Описаны методы выделения и культивирования фибробластов и получения коллагена из биологического соединительнотканного материала. Анализируются морфофункциональные основы создания искусственной кожи (дермальных и тканевых эквивалентов). Дана оценка перспектив развития нового биотехнологического направления – создания искусственных дермальных и тканевых эквивалентов и их использования в клинической практике для лечения повреждений кожи, полученных в результате воздействия физических и химических факторов. 

The review of literature data and own results of the authors on skin structure, and skin structural components epidermis, derma and hypoderm are given. The special attention for derma intercellular matrix and role of fibroblasts in its shaping was paid. The methods of isolation and cultivation of fibroblasts and collagen isolation from connective tissue and development prospects of this biotechnology direction were described. The creation of artificial derma and tissue equivalents and its application in clinic praxis to treat the skin damages under the action of chemical and physical factors were considered.

кожадермафибробластыколлагенмежклеточный матриксskindermafibroblastscollagenintercellular matrixReferencesStephens, P. Non-epithelial and mucosal progenitor сеll population / P. Stephens, P. Genever // Oral Dis. – 2007. – Vol. 13, N 1. – P. 1–10.Stephens P., Genever P. Non-epithelial and mucosal progenitor сеll population. Oral Diseases, 2007, vol. 13, рр. 1–10. doi: 10.1111/j.1601-0825.2006.01314.x.Sonell, J. M. Fibroblasts – a diverse population at the center of it all / J. M. Sonell, A. I. Caplan / Int. Rev. Cell Mol. Biol. – 2009. – Vol. 276. – P. 161–214.Sonell M., Caplan A. I. Fibroblasts – a diverse population at the center of it all. International Review of Cell and Molecular Biology, 2009, vol. 276, рр. 161–214.Серов, В. В. Соединительная ткань (функциональная морфология и общая патология) / В. В. Серов, А. Б. Шехтер. – М. : Медицина, 1981. – 312 с.Serov V. V., Shekhter A. B. Connective tissue. Functional morphology and general pathology. Мoscow, Meditsina [Medicine], 1981. 82 p. (in Russian).Шехтер, А. Б. Фибробласты и развитие соединительной ткани. Ультраструктурные аспекты, биосинтез, фибриллогенез и катаболизм коллагена / А. Б. Шехтер, Г. Н. Берченко // Архив патологии. – 1978. – № 8. – С. 70–80.Shechter A. B., Berchenko G. N. Fibroblasts and development of connective tissue. Ultrastructural aspects, buosynthe-sis, fibrillogenes, and collagen catabolism. Archiv patologii [Archive of Pathology], 1978, vol. 8, pp. 70–81. (in Russian).Diversity, topographic differentiation, and positional memory in human fibroblasts / H. Y. Chang [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. – 2002. – Vol. 99, N 20. – P. 12877–12882.Chang H. Y., Chi J. T., Dudoit S., Bondre C., Van de RiJn M., Borstein D., Brown P. O. Diversity, topographic differentiation, and positional memory in human fibroblasts. Proccedings of the National Academy Sciences of the United States of America, 2002, vol. 99, no. 20, pp. 12877–12882. doi: 10.1073/pnas.162488599.Diversity of fibroblasts – a review of implication for skin tissue engineering cell tissue organs / S. V. Nolte [et al.] // Cell Tissue Organs. – 2008. – Vol. 187, N 3. – P. 165–176.Nolte S. V., Xu W., Rennekampff H. O., Rodemann H. P. Diversity of fibroblasts – a review of implication for skin tissue engineering cell tissue organs. Cells Tissues Organs, 2008, vol. 187, no. 3, pp. 165–176.Witte, R. P. Keratinocyte fibroblast paracrine interaction: The effects of substrate and culture condition / R. P. Witte, W. J. Kao // Biomaterials. – 2005. – Vol. 26, N 17. – P. 3673–3682.Witte R. P., Kao W. J. Keratinocyte fibroblast paracrine interaction: The effects of substrate and culture condition. Biomaterials, 2005, vol. 26, no. 17, pp. 3673–3682. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.09.054.Бозо, И. Я. Фибробласт – специализированная клетка или функциональное состояние клеток мезехимального происхождения / И. Я. Бозо, Р. В. Деев, Г. П. Пинаев // Цитология. – 2010. – Т. 52. – С. 99–109.Bozo I. Ia., Deev R. V., Pinaev G. P. Fibroblast – a specialized cell or functional state of the cells of mesenchimal origin. Tsitologiia [Citology], 2010, vol. 52, pp. 99–109. (in Russian).Sorrel, J. M. Fibroblast heterogeneity: more than skin deep / J. Sorrel, M. Caplan // J. of Cell Sci. – 2004. – Vol. 117. – P. 667–675.Sorrel J. M., Caplan A. I. Fibroblast heterogeneity: more than skin deep. Journal of Cell Science, 2004, vol. 117, pp. 667–675. doi: 10.1242/jcs.01005.Age-dependent depletion of if human skin derived progenitor cell / N. Gago [et al.] // Stem Cells. – 2009. – Vol. 27. – P. 1164–1172.Gago N., Perez-Lopes V., Sanz-Jaka J., Cormenzana P., Eizaguirre I., Bernad A., Izata A. Age-dependent depletion of if human skin derived progenitor cell. Stem Cells, 2009, vol. 27, pp. 1164–1172. doi:10.1002/stem.27.Culturing skin in vitro for wound therapy / H. A. Navsaria [et al.] // Trends Biotechnol. – 1995. – Vol. 13, N 3. – P. 91–100.Navsaria H. A., Myers S. R., Leigh I. M., McKay I. A. Culturing skin in vitro for wound therapy. Trends Biotechnology, 1995, vol. 13, no. 3, pp. 91–100. doi: 10.1016/S0167-7799(00)88913-1.Фрешни, Р. Я. Культура животных клеток : практ. рук. / Р. Я. Фрешни ; пер. с 5-го англ. изд. Ю. Н. Хомякова, Т. И. Хомяковой. – М. : Бином Лаборатория знаний, 2011. – 691 c. – (Методы в биологии).Freshni, R. Ia. Culture of animal cells: practical guidance, series: Methods in Biology, translation from the 5th En-glish edition: Iu. N. Khomiakov, T. I. Khomiakova. Moscow, Binom Laboratoriia znanii [Binom Knowledge Laboratory], 2011. 691 p. (in Russian).Toma, J. G. Isolation of multipotent adult stem cells from the dermis of mammalian skin / J. G. Toma [et al.] // Nat. Cell Biol. – 2001. – Vol. 3, N 9. – P. 778–784.Toma J., Akhavan M., Fernandes K., Toma J. G., Akhavan M., Fernandes K. J., Barnabé-Heider F., Sadikot A., Kaplan D. R., Miller F. D. Isolation of multipotent adult stem cells from the dermis of mammalian skin. Nature Cell Biology, 2001, vol. 3, no. 9, pp. 778–784. doi: 10.1038/ncb0901-778.Isolation and characterization of multipotent skin-derived precursors from human skin / J. G. Toma, I. A. McKenzie, D. Bagli, F. D. Miller // Stem Cells. – 2005. – Vol. 23. – P. 727–737.Toma J. G., McKenzie I. A., Bagli D., Miller F. D. Isolation and characterization of multipotent skin-derived precursors from human skin. Stem Cells, 2005, vol. 23, pp. 727–737. doi: 10.1634/stemcells.2004-0134.Optimizing in vitro culture conditions leads to significantly shorter рroduction time of humandermo-epidermal skin substitutes / L. Pontigia [et al.] // Pediatr. Surg. Int. – 2013. – Vol. 29, N 3. – P. 249–256.Pontigia L., Klar A., Bottcher-Haberzeth S., Biedermann T., Meuji M., Reichman E. Optimizing in vitro culture conditions leads to significantly shorter рroduction time of human-dermo-epidermal skin substitutes. Pediatric Surgery International, 2013, vol. 29, no. 3, pp. 249–256. doi: 10.1007/s00383-013-3268-x.Varkey, M. Differential collagenglycosaminoglycan matrix remodeling by superficial and deep dermal fibroblasts: Potential therapeutic targets for hypertrophic scar / M. Varkey, J. Ding, E. E. Tredget // Biomaterials. – 2011. – Vol. 32. – P. 7581–7591.Varkey M., Ding J., Tredget E. E. Differential collagen-glycosaminoglycan matrix remodeling by superficial and deep dermal fibroblasts: Potential therapeutic targets for hypertrophic scar. Biomaterials, 2011, vol. 32, no. 30, pp. 7581–7591. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.06.070.Tajima, S. Collagen synthesis by human skin fibroblasts in culture: studies of fibroblasts explanted from papillary and reticular dermis / S. Tajima, S. R. Pinnell // J. Invest. Dermatol. – 1981. – Vol. 77. – P. 410–412.Tajima S., Pinnell S. R. Collagen synthesis by human skin fibroblasts in culture: studies of fibroblasts explanted from papillary and reticular dermis. Journal of Investigative Dermatology, 1981, vol. 77, no. 5, pp. 410–412.Richard, A. F. Tissue Engineering for Cutaneous Wounds / A. F. Richard, C. K. Ghosh, M. G. Tonnesen // J. Invest. Dermatol. – 2007. – Vol. 127. – P. 1018–1029.Richard A. F., Ghosh C. K., Marcia G. T. Tissue Engineering for Cutaneous Wounds. Journal of Investigative Dermatology, 2007, vol. 127, no. 5, pp. 1018–1029. doi: 10.1038/sj.jid.5700715.Cultivation of keratinocytes and fibroblasts in a three-dimensional bovine collagen-elastin matrix (Matriderm®) and application for full thickness wound coverage in vivo / J. Killat [et al.] // Int. J. Mol. – 2013. – Vol. 14. – P. 14460–14474.Killat J., Reimers K., Choi C. Y., Jahn S., Vogt P. M., Radtke C. Cultivation of keratinocytes and fibroblasts in a three- dimensional bovine collagen-elastin matrix (Matriderm®) and application for full thickness wound coverage in vivo. International Journal of Molecular Sciences, 2013, vol. 14, pp. 14460–14474. doi: 10.3390/ijms140714460.Petrof, G. Cell therapy in dermatology / G. Petrof, A. Abdul-Wahab, J. A. McGrath // Cold Spring Harb. Perspect Med. – 2014. – Vol. 4, N 6. – P. 1–29.Petrof G., Abdul-Wahab A., McGrath J. A. Cell therapy in dermatology. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 2014, vol. 4, no. 6, pp. 1–29 a015156. doi: 10.1101/cshperspect.a015156.Minlong, Y. L. Study on biodegradable polymers synthesis and characterization of poly (DL-lactic acid-co L-Lysine) random copolymer / Y. L. Minlong, Y. Xianmo // Eur. Polymer J. – 2003. – Vol. 39, N 5. – P. 977–983.Minlong Y. L., Xianmo D. Study on biodegradable polymers synthesis and characterization of poly(DL-lactic acid-co L-Lysine) random copolymer. European Polymer Journal, 2003, vol. 39, no. 5, pp. 977–983.Dermal fibroblasts from different lays of human skin are heterogeneous in expression of collagenase and types І and ІІІ procollagen mRNA / M. Ali-Bahar [et al.] // Wound Repair Regen. – 2004. – Vol. 12, N 2. – P. 175–182.Ali-Bahar M., Bauer B. Tredget E. E. Ghahary A. Dermal fibroblasts from different lays of human skin are heterogeneous in expression of collagenase and types I and III procollagen mRNA. Wound Repair Regen, 2004, vol. 12, no. 2, pp. 175–182. doi:10.1111/j.1067-1927.2004.012110.x.Huanjing, B. Сurrent progress of skin tissue engineering seed cells bioscaffolds and construction strategies / B. Huanjing, J. Yan // Burns & Trauma. – 2013. – Vol. 1, N 2. – P. 63–72.Huanjing B., Yan J. Сurrent progress of skin tissue engineering seed cells bioscaffolds and construction strategies. Burns & Trauma, 2013, vol. 1, no. 2, pp. 63–72. doi: 10.4103/2321-3868.118928.Современные методы клеточной терапии при лечении ожогов / С. В. Cмирнов [и др.] // Хирургия. – 2003. – № 12. – С. 58–62.Smirnov S. V., Kiselev I. V., Vasil’ev A. V., Terskikh V. V. Modern methods of cellular therapy of burnes. Khirurgiia [Surgery], 2003, no. 12, pp. 58–62. (in Russian).Клеточные технологии для регенеративной медицины : сборник / под ред. Г. П. Пинаева, М. С. Богдановой, А. М. Кольцовой. – СПб. : Изд-во Политех. ун-та, 2011. – 333 c.Cell technologies for regenerative medicine, ed.: G. P. Pinaev, M. S. Bogdanova, A. M. Kol’tsova. St. Petersburg, Izdatel’stvo Politekhnicheskogo universitetata [Publishing house of the Polytechnic University], 2011. 333 p. (in Russian).Туманов, В. П. 30-летний опыт разработки и применения клеточных технологий в клинической практике / В. П. Туманов, Д. А. Жакота, Н. С. Корчагина // Пластическая хирургия и косметология. – 2012. – № 3. – C. 433–449.Tumanov V. P, Zhakota D. A, Korchagina N. S. 30-year experience of development and application of cell technologies in clinical practice. Plasticheskaia khirurgiia i kosmetologiia [Plastic Surgery and Cosmetology], 2012, no. 3, pp. 433– 444. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.