İnsan Kollajeni İçeren Kompozit Dermal Dolgu
Enjekte edilebilir dermal dolgu maddeleri, basit ve kısa cerrahi prosedürler ve ameliyat sonrası hızlı yüz gençleştirme nedeniyle doku büyütmenin yanı sıra cildin estetik ve kozmetik olarak iyileştirilmesi için son zamanlarda büyük ilgi görmektedir. Bir dermal dolgu maddesi ayrıca boşlukları düzeltebilir ve doku hacmini artırabilir ve cilt lekeleri, kırışıklıklar ve ameliyatın neden olduğu doku boşlukları gibi yumuşak doku kusurları için kullanılabilir. Dermal dolgu ameliyatları popüler hale geldikçe, artan talebi karşılamak için çeşitli ticari dermal dolgu maddeleri geliştirilmiştir. Dermal dolgu maddeleri, dayanımlarına göre temel materyalin özelliklerine bağlı olarak kalıcı, yarı kalıcı veya kalıcı olmayan olarak sınıflandırılır.
Etkili bir dermal dolgu maddesi, en önemlisi, mükemmel biyouyumluluk, immünojenik olmama (veya zayıf bir bağışıklık tepkisi), toksik bir sekretom olmadan biyolojik olarak parçalanabilirlik ve minimum enfeksiyon riski dahil güvenlik ihtiyaçlarını karşılamalıdır. Ayrıca uzun ömürlü, kolay kurulumlu ve ucuz olmalıdır. Tüm bu istenen özellikleri elde etmek zor olsa da, son zamanlarda ticarileştirilen dolgu maddeleri bu hedeflere ulaşmaya yaklaşıyor.
Ticari dermal dolgu maddeleri arasında hyaluronik asit (HA) ve kollajen (COL), implante edilebilir malzemeler için en yaygın kullanılan doğal polimerlerdir. Doğal olarak oluşan biyolojik olarak parçalanabilen bir polimer olan HA, insanlarda dermise, fasyaya ve çoğu sıvı ortamına viskoelastisite sağlar. Özellikle yumuşak bağ dokularında, hücre dışı matrislerde, hiyalin kıkırdakta, sinovyal eklem sıvısında, disk çekirdeklerinde, göbek kordonunda ve deri dermisinde yüksek bir HA konsantrasyonu vardır. HA’nın insan vücudunda doğal olarak meydana gelmesine ek olarak, mükemmel biyouyumluluğa sahip olduğu, büyük miktarda su çekebildiği ve immünojenik olmadığı bildirilmiştir. HA bazlı dolgu maddeleri genellikle, deride stabilite ve uzun ömür dahil olmak üzere özelliklerini geliştirmek için bütandiol diglisidil eter (BDDE), divinil sülfon ve biskarbodiimid gibi çapraz bağlama maddeleri tarafından modifiye edilir. Bununla birlikte, bu iyileştirmelere rağmen, in vivo olarak genellikle sadece 6 ay sürer ve etkileri zamanla önemli ölçüde azalır. Bu nedenle, özelliklerini korumak için dermal dolgu maddelerinin tekrar tekrar enjekte edilmesi gerekebilir. Bir dermal dolgu maddesinin etkili olması için, dokularda optimal düzeltmeyi sürdürmek için daha uzun süreler gerekebileceğinden, sadece birkaç gün veya ay olan bir doku kalıntı süresi yeterli değildir. Ayrıca, bir dermal dolgu maddesi içinde tek madde olarak HA kullanıldığında, hücre dışı matris üreticilerinin eksikliği nedeniyle HA için hücre afinitesi (bağlılık) derecesi azalır. Bu nedenle, hücre canlılığını veya proliferatif aktiviteyi önemli ölçüde etkilemeyecek ve matris proteinlerinin lokal üretimini teşvik etmeyecektir.
Kolajen, karakteristik moleküler yapısı sayesinde doku ve organların stabilitesine ve yapısına katkıda bulunduğu hemen hemen tüm parankimal organların interstisyel dokusunda bulunur. Üstün emilebilir bir malzeme olarak kolajen, doğal bozunma ile birlikte sadece düşük inflamatuar ve iyi biyouyumluluk özellikleri sergilemekle kalmaz, aynı zamanda hücre göçünü, hücre proliferasyonunu ve anjiyogenezisi de destekler. Güvenli ve çok işlevli bir malzeme olarak yaygın olarak kabul görmesine rağmen, sığır kollajeni alıcılarda bağışıklık tepkileri ve alerjik reaksiyonlar uyandırma potansiyeline sahip olduğundan, genellikle sığır kökenli olan ticari kolajen bazlı dermal dolgu maddelerinin görünümü iyimser değildir. Sığır spongiform ensefalopatisi (BSE) riski, yeni bir başka endişe kaynağıdır.
Bu malzemelerin avantajlarından yararlanırken HA ve kollajenin dezavantajlarını dengelemek için, biyouyumluluğunu geliştirmek için çapraz bağlı HA’ya insan kollajeni ekleyerek yeni bir tür dermal dolgu maddesi ürettik. Grubumuz, çapraz bağlı hyaluronik asit ve insan göbek kordonundan türetilmiş kolajenden oluşan kompozit hidrojelleri kullanarak dermal rekonstrüksiyon için etkili olan ve yukarıda belirtilen endişeleri ortadan kaldırabilen sito-uyumlu bir dolgu maddesi geliştirdi. İki farklı oranda HA/COL kompozit hidrojel hazırladık. Ek olarak, enjeksiyondan sonra in vivo doku uyumluluğu hematoksilen ve eozin (H&E) boyama, immünofloresan, izolektin ve von Willebrand faktörü (vWF) ekspresyonu için floresan boyama ve DAPI boyama ile gözlemlendi. Hidrojellerin biyouyumluluğunu ve bozunabilirliğini in vivo olarak histolojik bir analiz yoluyla değerlendirdik.
Çeşitli kaynaklardan (ör. insan, hayvanlar ve bakteri) ve çeşitli yöntemlerle (ör. dolgu formülasyonu, modifikasyonlar ve çapraz bağlama) yapılan enjekte edilebilir dermal dolgu maddeleri son zamanlarda klinik tedavilerin yanı sıra estetik kullanım için geliştirilmiştir. Bu nedenle, talep sürekli olarak artmakta ve tüketicinin etkili dolgu maddelerinden beklentileri de artmaktadır. Aslında, son enjekte edilebilir dolgu maddeleri insan derisine veya dokusuna daha çok benziyor. Bununla birlikte, biyouyumluluk, biyogüvenlik, advers reaksiyonlar, alerjik reaksiyonlar, enflamasyon, dayanıklılık, fiziksel özellikler ve maliyet ile ilgili hala çok sayıda endişe bulunmaktadır. Onaylanmış dermal dolgu maddelerinin nispeten güvenli olduğu gösterilmiştir, ancak değişen derecelerde rezorpsiyon, alıcıların beklenen toplama seviyesini korumak için tekrarlanan perkütan enjeksiyonlara ihtiyaç duymasına neden olur. Bu nedenle, yeni dermal dolgu hidrojelleri, enjekte edilebilir implantın ömrünün yanı sıra biyogüvenliği sağlamak için in vivo stabilite sunabilmelidir.
Bu nedenle gelişmiş dermal dolgu hidrojelleri için hangi malzemelerin uygun olacağını düşündük. Materyal adayları arasında, doğal hücre dışı matrisin ana proteini olan kollajen, lizin ve arginin gibi bazik kalıntılar içerir. Ayrıca arginin-glisin-aspartat (RGD) peptitleri gibi spesifik hücre yapışma bölgelerine sahiptir. RGD grubu, integrin reseptörlerine bağlanarak aktif olarak hücresel yapışmayı indükler ve bu etkileşim, hücre büyümesinde ve farklılaşmasında önemli bir rol oynar. Sonunda, hücre fonksiyonunun genel düzenlemesini geliştirmek için kullanılabilir. Bununla birlikte, bir dermal dolgu maddesi olarak kolajenin, in vivo olarak nispeten kısa bir kullanım süresi, alıcının aşırı duyarlılığı olasılığı ve sığır türevli kolajen kullanırken BSE endişeleri dahil olmak üzere dezavantajları vardır. Bu nedenle, otolog insan kolajeni ve çeşitli insan organlarından veya dokularından elde edilen kolajenin bu sorunların üstesinden gelmek için tıbbi uygulamalarda kullanımı araştırılmıştır.
Dermal dolgu maddesi olarak tıbbi atık olarak atılan Warton göbek kordonu jölesinden izole edilen insan kollajenini kullandık. Kim ve ark. üçlü sarmal proteinlerin (γ formu), insan plasentası ve sıçan kuyruğu tendonundan türetilen ticari ürünlerle karşılaştırıldığında göbek kordonundan türetilen COL’de oldukça bol olduğunu bildirdi. Bu sonuç, göbek kordonlarından gelen kolajenin, yukarıda bahsedildiği gibi hücre çoğalmasını ve göçünü destekleyen aktif bölgelerinde iyi korunduğunu gösterir. Bununla birlikte, göbek kordonundan türetilen COL, bir dermal dolgu maddesinin tek bileşeni olarak kullanıldığında in vivo olarak da hızla ayrışır. Ayrıca, kollajen tek başına implante edilirse viskozitesi artar ve bu da hücre göçüne bir engel görevi görür.
Çapraz bağlı HA, karboksillerin ortadan kaldırılmasıyla enzimatik bozunmaya daha az duyarlıdır ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Cilt testi gerektirmemesi, daha uzun kullanım süresi, türler arasında kimyasal veya moleküler farklılık olmaması gibi kolajene göre üstün özellikleri sayesinde yeni nesil bir dermal dolgu maddesi olarak geliştirilmiştir. Bununla birlikte, HA’da bir karboksil grubunun (COO-) varlığı, zayıf hücre yapışmasına neden olabilir.
Bu nedenle, insan göbek kordonundan türetilen kollajeni iki oranda (HA:COL = 10:1 ve 5:1) çapraz bağlı HA’ya karıştırarak yüksek biyouyumluluğa sahip bir malzemenin prototipini ürettik çünkü COL oranı HA’dan daha yüksek hidrojelde yukarıda bahsedildiği gibi in vivo olarak kısa süreli dayanıklılık ile sonuçlanabilir. Bu kompozit malzemenin klinik uygulamalarda mükemmel uzun ömür ve iyi biyouyumluluk göstermesi beklenebilir. HA ve kollajen kombinasyonunun doku mühendisliği uygulamalarında sıklıkla olumlu bir etkiye sahip olduğu bildirilmiştir. Örneğin, Davidenko ve ark. bir kollajen-HA iskelesinin meme stromal doku gelişimini artırabildiğini göstermiştir. HA’nın kollajen matrisine dahil edilmesi, kondrosit ve fibroblast ekspresyonunu uyardı. HA ve kollajen kompozitlerin sinerjistik etkisine rağmen, dermal dolgu uygulamaları hakkında herhangi bir rapor bulunmamaktadır. Böylece, HA ve kollajenin dezavantajlarını dengelemek ve bu malzemelerin avantajlarından faydalanmak için, dolgu maddesinin biyouyumluluğunu iyileştirmek için çapraz bağlı HA’ya insan kolajeni ekleyerek yeni bir tür dermal dolgu maddesi ürettik.
Verimliliğini göstermek için göbek kordonundan türetilen COL’yi HA kompozit hidrojellere karıştırarak bir malzeme hazırladık. Bu karışımın farelere enjekte edilmesinden on altı hafta sonra in vivo yaşam süresi ile boyut ve görünümdeki değişiklikler gözlemlendi ve ticari dermal dolgu maddelerinin etkileriyle karşılaştırıldı. Enjekte edilen dolgu maddelerinden HA/COL (10:1), 16 hafta sonra Restylane veya TheraFill’e göre daha az kilo kaybı sağladı. Boyut ve ağırlıktaki zamanla azalan değişiklikler, düzeltici etkinin ve estetik sonuçların uzun süre korunabileceğini ve bu nedenle enjeksiyon sayısının potansiyel olarak azaltılabileceğini gösterir. HA’ya %10 veya %20 kollajen ilavesi, ömrünü önemli ölçüde etkilemezken, TheraFill’in ağırlığı 16 haftada %88 azaldı.
Tüm enjekte edilebilir materyallerde olduğu gibi, doku uyumluluğu ve biyobozunurluk önemli klinik değişkenlerdir. Jel yapı iskelesi stabilitesini kaybederse, yaralanma bölgesi, hücre ölümü ve iltihaplanmasının hızlanmasına yol açan sıkıştırma stresine maruz kalacaktır. Şekil 4’te gösterildiği gibi, HA/COL hidrojellerinde çok sayıda fibroblast infiltrasyonu gözlemlenirken, kollajen bazlı dolgu maddesinin (TheraFill) hücre bariyeri görevi gören daha yüksek viskoziteye sahip olması nedeniyle hücreler ticari jellerde gözlemlenememiştir. ve HA bazlı dolgu maddesi (Restylane), HA’daki karboksil grupları nedeniyle zayıf hücre yapışmasına sahiptir. Büyük miktarda HA subkutan olarak enjekte edilmesine rağmen, hidrofilikliği nedeniyle cilt altında kolayca hareket etti. Bu bağlamda, geliştirdiğimiz dolgu maddesi, tek bir maddeden yapılan dolgu maddelerine göre in vivo hücre infiltrasyonu yoluyla üstün hücre uyumluluğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, sadece çevreleyen doku ile eş bütünleşme yoluyla hareketliliğini göstermekle kalmaz, aynı zamanda vasküler iç büyümenin teşvik edildiğini de gösterir. Böylece dolgu maddesi enjeksiyon yerinde sabitlenmiş olur. Sonuç olarak, dermal düzeltmeyi uzatmayı ve enjeksiyon sonrası dokuyu artırmayı bekleyebiliriz. İki HA/COL dolgu maddesinin (10:1 ve 5:1) diğerlerinden daha iyi performans göstermesine rağmen, 5:1’e kıyasla in vivo uzun ömürlülüğü nedeniyle 10:1 (HA/COL) tercih edilir.
Bu çalışmada, basit ve kolay üretim yöntemleri kullanarak güvenli kaynaklardan enjekte edilebilir dolgu maddeleri oluşturduk ve in vivo etkinliklerini değerlendirdik. Demolarımızda, ticari dolgu maddeleriyle karşılaştırıldığında in vivo hücre uyumluluğunun yanı sıra uzun süreli bir etki elde ettik. Geliştirdiğimiz dolgu, insanlarda doku büyütme için enjekte edilebilir bir dermal dolgu maddesi olarak uygun bir aday olabilir. Güvenliğini ve etkinliğini sağlamak için daha ileri çalışmalar ve testler yapılmalıdır.