Regenerace & reparace Hojení ran Buněčný stres a poškození a následné reakce Typy buněk a tkání z hlediska proliferace Podstata regenerace vs. reparace Průběh a poruchy hojení ran Buňky a tkáně mohou být poškozeny různě: US BUT A SCRATCH... důsledky jdou pro buňky buď fatální (buněčná smrt) nebo se stresu adaptuje fyzikálně — mechanické • trauma (např. lacerace, incize, abraze, ... — tepelně (popálení, omrznutí) — záření (UV, ionizující) chemicky — oxidační stres (reaktivní metabolity kyslíku, angl. ROS) — toxiny (např. bakteriální) — poleptání (kyseliny a louhy) biologicky — invaze mikroorganizmů s destrukčními vlastnostmi (zejm. proteázy) • flegmóna, gangréna imunologicky (indukce apoptózy) — komplement — cytotoxické lymfocyty, NK bb. hypoxií — ischemická nekróza • + nedostatek živin a hromadění metabolitů a konečně přirozený zánik/ztráta bb. — destrukce v RES (např. erytrocyty) — mechanické odloučení (např. střevní epitel) — fagocytóza Buněčný stres - možnosti adaptace různé typy stresů — oxidativní — misfolded proteins — hypoxie — nutriční deficit (b. „hladovění") indukují různé typy odpovědí v závislosti na typu stresu, závažnosti a trvání — signální vedoucí k přežití • (A) reparace DNA poškození • (B) antioxidační enzymy • (C) reparace proteinů - heat shock proteiny — chaperony zabraňují misfoldovaným proteinům agregovat a pomáhají refoldingu • (D) unfolded protein response • (E) autofagie • (F) reakce na hypoxii — apoptóza Irreversibly Injured cell Necrosis (A) Reparace DNA reakce buňky na poškození DNA — detekce poškození (p53) — zástava b. cyklu (inhibitory cyklin dependentních kináz, např. p21) — pokus o opravu — apoptóza typy reparací podle poškození — bodové mutace —> mismatch repair — jednovláknové zlomy (angl. single strand breaks) —> excizní reparace — dvouvláknové zlomy (angl. double strand breaks) • většinou pro buňku letální (apoptóza) • homologní rekombinace — fyziologicky nezbytná pro meiotický crossing-over • nehomologní ligace - jeden z mechanizmů maligní transformace buňky — translokace (A) DNA reparační geny jsou tumor supresorové geny!! (B) oxidační stres a antioxidační obrana (1) geny reparace chybného párování ("mismatch repair") — nestabilita délky mikrosatelitových lokusů (např. HNPCC = Hereditary Non-Polypous Colon Cancer) (2) geny excizní reparace (3) geny homologní rekombinace — hlavní dráha aktivovaná při poškození DNA (double strand break) zahrnuje: • BRCA1 a BRCA2 • ATM, ATR-jinázy • CHK1 a 2 - checkpoint kinázy - ATM, ATR/CHK2 (CHK1) —> p53/MDM2 —> p21 —> "growth arrest" vrozená porucha reparačních genů je podkladem několika dědičných typů nádorových onemocnění • ataxia telengiectatica • Bloomův syndrom • Fanconiho anemie • xeroderma pigmentosum • syndrom fragilního X Failed repair ůíp53or einer :heckpoint genes IrcrnfäRü in pf,3 Irduclion o(p21 Cell cycle airesl Apqpiosisiceiideaih) The roles of BRCA1 and BRCA2 in DNA repair Expert Review? in Molecular MedicineS£O01 Cambridge University Press í i^ruvite H rjr,i1ir-i'[ Ca ĽfÄu I ■ rijrjĽiŕHni hlavní zdroj jsou mitochondrie (ale také enzymy fagocytujících bb.) normálně není ~ 1 - 2 % kyslíku konvertováno na vodu ale Superoxid (02-) Superoxid je konvertován na hydrogenperoxid (H202) - spontánně - v reakci katalyzované superoxiddismutázou (SOD) peroxid je "detoxifikován" katalázou (CAT) a glutathionperoxidázou (GPX) na vodu a kyslík když ne, tak reaguje s dalšími látkami a makromolekulami a poškozuje buněčné struktury (oxidace, lipoperoxidace) normální (nevyhnutelná) produkce ROS je fyziologicky kompenzován působením - enzymatických antioxidačnich mechanismů • SOD, KAT, GPX, ... - neenzymaticky • vit. E, glutathion, thioredoxin, kys. močová, bilirubin, ... oxidační stres znamená situaci kdy tvorba ROS přesáhne možnosti jejich degradace (B) příklad - biologické efekty a důsledky ionizujícího záření přímá ionizace makromolekul nepřímá cestou "radiolýzy" vody — vznik reaktivních metabolitů kyslíku (ROS) důsledky: — blokáda b. cyklu —>■ apoptóza • mitotická nebo post-mitotická smrt (proliferující bb.) — mutace (genové nebo chromozomální) • reparace • ne-reparabilní změny — somatické bb. —> kancerogeneze Ionizing Radiation -> H.O (C) Reparace proteinů - Hsp / chaperony Native proteins *9 Stress (eg. heat) Monomers ol HSF. which cannot bind ONA Cytoplasm) Nucleus Non-native proteins ft j.,. Translocation J\X. \© to nucleus .HSBP1 HspľO Nj ad hsp , / Binding of HSF trime< to promoter regions of DNA Homotrimers < phosphojylaled hsp j ^^QlÜ^N Transcription of hsp genes i Regulation of transcription of heat shock protein genes by heat shock factor Expert Reviews in Molecular Medicine 02001 Cambridge University Pfess Princip funkce chaperonů (C) Degradace proteinů - celulární i extracelulární ribosome misfolding translocation specialized clients general clients GA ^ HS O isfolding degradation proteasome nuclear import/export Chaperone-assisted protein folding. Hsp70 is required for the productive folding of newly synthesized proteins, their translocation across intracellular membranes (endoplasmic reticulum, mitochondria, lysosomes) and import into and export out of the nucleus. Specialized client proteins are transferred to hsp90 and held in activation-competent states. This includes signaling kinases (Raf-1, Akt, RIP), hormone receptors (glucocorticoid hormone receptor) and transcription factors (HSF1, HIF1). Heat shock (HS) and other protein-damaging stresses cause protein misfolding and aggregation, which can be limited by the heat-shock proteins Hsp90, Hsp70 and Hsp27. These misfolded proteins can be rescued by the refolding activity of Hsp70. Proteins that cannot be productively refolded are targeted to the proteasome for degradation. The Hsp90-binding drug geldanamycin (GA) causes release of client proteins resulting in proteasomal degradation i Ubiquitin I Proteasome Protein to be degraded Ubiquitinated protein Proteasome and ubiquitin to be recycled J- Protein entering a proteasome Protein fragments (peptides) intracelulární systém — ubiquitin/proteasom: označení poškozených proteinů ubiquitinem a jejich degradace vS26 proteasomovém komplexu — lysozomální proteázy („lysosomal storage" choroby, napr. Niemann-Pick) extracelululární proteázy — plasmin: fibrinolýza — matrix-metaloproteinázy (MMPs): remodelace tkání, angiogeneze, metastazování luminální GIT proteázy — trávení: žaludek, střevo, pankreas 10 (D) Unfolded protein response (UPR) ER Aggregated Prolan PERK IRE Golgi stres endoplazmatického retikula — vysoký požadavek na syntézu proteinů —» jejich misfolding —» UPR • —» zpomalení proteosyntézy, oprava (refolding) a přežití • příliš velké nároky —» selhání—» apoptóza např. diabetes typu 2 vedoucí k sekundárnímu selhání |3-bb. pankreatu • v důsledku inzulínové rezistence stoupají nároky na syntézu inzulínu (E) Autofagie - lyzozomální rozklad proteinů fyziologicky např. adaptace bb. na hladovění - rozklad vysokomolekulárních nitrobuněčných proteinů a organel a jejich využití pro tvorbu ATP patologicky podstata atrofie, význam u nádorů, neurodegenerativ-ních onem. a myopatií zásadní je signální dráha mTor (F) Reakce bb. na hypoxii "kyslíkový senzor" buněk = adaptace • při pO2<40mmHg (5%) — t transkripční faktor HIF-1 (hypoxia-inducible factor) • konstitutivní exprese HIF-ip podjednotky, ale indukovaná exprese HIF-la podjednotky • po heterodimerizaci se HIF-1 váže na HREs (hypoxia-response elements) cílových genů — exprese genů pro • enzymy zvyšující intenzitu glykolýzy a produkce ATP anaerobní cestou • angiogenní faktory (např. VEGF, angiopoetin-2) - zvýšení vaskularizace tkání • erytropoetin - zvýšení počtu erytrocytu • při vyšším stupni pro-apoptotické geny pokud hypoxie trvá a je kritická vede k zániku buněk — nekrózou • akutně vzniklá kritická hypoxie (porucha Na/K ATPázy) - otok buněk a prasknuti — apoptózou • subkritická hypoxie - aktivace kaspáz „Kyslíkový'' senzor buněk [HIF-í«> 2-OG wAscorbate PHD2 Angiogenesis Erylhropolesís Apoptosis Proteolysis pH regulation Glucose metabolism Cell prolileration and survival HIF-1a regulation by proline hydroxylation HIF-la regulation by proline hydroxylation. (a) In normoxia, hypoxia-inducible factor (HIF)-la is hydroxylated by proline hydroxylases (PHD1, 2 and 3) in the presence of 02, Fe2+, 2-oxoglutarate (2-OG) and ascorbate. Hydroxylated HIF-la (OH) is recognised by pVHL (the product of the von Hippel-Lindau tumour suppressor gene), which, together with a multisubunit ubiquitin ligase complex, tags HIF-la with polyubiquitin; this allows recognition by the proteasome and subsequent degradation. Acetylation of HIF-la (OAc) also promotes pVHL binding, (b) In response to hypoxia, proline hydroxylation is inhibited. VHLis no longer able to bind and target HIF-la for proteasomal degradation, which leads to HIF-la accumulation and translocation to the nucleus. There, HIF-la dimerises with HIF-lb, binds to hypoxia-response elements (HREs) within the promoters of target genes and recruits transcriptional co-activators such as p300/CBP for full transcriptional activity. A range of cell functions are regulated by the target genes, as indicated. Abbreviation: CBR CREB-binding protein; Ub, ubiquitin. Selhání adaptace - buněčná smrt uncontrolled release of antigens activation of the immune system INFLAMMATION phagocytosis of apoptotic bodies INDUCTION OF TOLERANCE ABSENCE OF INFLAMMATION základní typy — nekróza • pasivní (bez spotřeby ATP, buňka sama o ní nerozhoduje) • zpravidla zasahuje vícero bb. • začíná narušením b. membrány • vede k zánětu (vylití b. obsahu do okolí) • aktivace často kritickou hypoxií, osmoticky, mechanicky, termicky, ... — apoptóza • aktivní = programovaná, spotřeba ATP • může se omezit pouze na jednu či několik málo bb. • membrána celistvá do konce • nevede k zánětu (b. materiál rozložen před zánikem b. a separován v apopt. tělíscích) • aktivace často imunitními mechanizmy, poškozením DNA, subkritickou ischemií — příklad koexistence obou typů - infarkt myoka rdu • absolutně hypoxická zóna -> nekróza • omráčen ý a hibernující myokard -> pokud nerevaskulahzován rychle apoptóza Apoptóza forma aktivní (spotřebovává energii), řízené buněčné smrti postihující izolované buňky = „programovaná buněčná smrt,, indukce vnější cesta (receptorová dráha) • D E AT H receptory (FAS, TNFR) a jejich ligandy (Fas ligand, TNFa, LTA, TRAIL) = DISC (death-inducing signalling complex) Tc lymfocyty a NKbb (granzyme) absence růstových stimulů vnitřní cesta (nereceptorová) - zásadní úlohu mají mitochondrie ROS, hypertermie, poškození DNA, hypoxie, hladovění, ... permeabilizave mitoch. membrány (Bax,...), uvolnění cytochormu c a Ca v cytoplazmě tvorba apoptozomu - cytochrom c + Apaf + ionty Ca a aktivace "horních" kaspáz (pro-caspase 9) obě cesty konvergují na úrovni kaspázy 3, na regulaci obou drah se podílí členové rodiny Bel anti-apoptotické (Bcl-2, Bcl-X,...) pro-apoptotické (Bax, Bak, Bad,...) realizace apoptózy kaspázy (cysteinové aspartázy) horní kaspázy (receptorová cesta k-S, nereceptorová k-9 dolní kaspázy (-3, -6, -7) substráty: cytoskelet, membránové proteiny endonukleázy fragementace DNA morfologie apoptózy: zakulacení buňky, -> budding -> apoptotická tělísk APOPTOSIS Dráhy aktivace apoptózy Tvorba apoptozomu a konvergence drah EXTRINSIC PATHWAY ligands: TNF-a, LTA, TRAIL, Fas-L adaptor proteins (FADD, TRADD, ...) I caspase activation I proteolysis (nuclear membrane, cytoskeleton, ...) INTRINSIC PATHWAY - mitochondria-related ER-related INTRINSIC Mitoc oudiinl srre&s VEXTRLNSIC Mitochondrion Procaspaiie-9 Procaspase-& Mitochondrial id I t ions, bodies - DNA ™ *i_r*CHSfde ™. f+M^ Active *f *Zm\ frieniHittirion Caspar 11 > activation "Btebbtug ^ ^ IHmIIi it-11 jUÍít intrinsic |iLithii:i> iicliviiľion Fig 3 Apoprofrc £wtf)tva}5- the extrinsic pathway invokes so-called death receptors {CD95, TRAIL), the intrinsic one involves mitochondnal granules. Both pathway* converge at caspase-3 actuation, where classic biochemical and morphological changes in association with the apoptotic phenotype are originated Intrinsic f mitochondria!) pathway Extrinsic (death recepíor-řnittarcd) pathway Ligands Tot ptiragc rrytii cell receptors Cytoplasmic bud © Elsevier 2005 Apoptotic bo Li y Obnova a remodelace tkání reakce na poškození a přirozenou ztrátu bb. regenerace • regenerativní potenciál tkání — labilní tkáně » vysoký obrat bb. » skvamozní, glandulární a GIT epitelie, kostní dřeň — stabilní tkáně » nízká proliferační aktivita, ale zvyšuje se při poškození » hepatocyty, tubulární epitelie ledvin, fibroblasty, osteoblasty, endotel, glie — reparace (reakce na poškození, ne sebeobnova) — permanentní tkáně (terminálne diferencované) nedělí se = nemohou regenerovat hojí se za tvorby jizvy neurony, svalové bb. patologická změna — velikosti buněk = hypertrofie — počtu buněk = hyperplazie — metaplazie = náhrada jiným typem — dysplazie = kvalitativní změny Cell Hyperplasia Kmenové buňky • základními vlastnostmi KB jsou — schopnost sebeobnovy • tj. dělení bez diferenciace (asymetrické) — produkce specializovaných bb. (regenerace tkání) • typy KB — časné KB (toti-/omnipotentní) • embryonální (blastocysta, pre-implantační stadium) • dávají vznik všem typům buněk těla • jako jediné nepotřebují ke stimulaci dělení růstové faktory, u všech ostatních je buněčný cyklus startován mitogeny — zralé KB (adultní, somatické) • pluripotentní - dávají vznik omezenému repertoáru bb. » např. hematopoetické KB, mesenchymální KB, ... » CAVE progenitorové bb. • monopotentní - dávají vznik jednomu typu bb. » např. KB bazálni vrstvy kůže Stem Committed ^ rri \\ Pancreatic Hemaiůpuletic Card lomyücyi« islet telte cells HepdtOtyies Adultní (somatické) KB lokalizovány ve většině tkání jako zdroj bb. pro neustálou obnovu, nahrazování a hojení tkáně pluripotentní, tzn. dávají vznik několika typům bb. specifické tkáně ale ne ostatních tkání resp jakýmkoliv • tuto schopnost mají pouze embryonální KB, nicméně jakási univerzalita existuje aleje omezená — funkčně identická obnova = regenerace • rychlá - epidermis, střevní epitel, krevní elementy, endometrium, ... • pomalá - hepatocyty, epitely ledvinných tubulů, ... — jestliže nejsou KB přítomny, pak není regenerace možná a poškozená tkáň se hojí pomocí vazivové tkáně resp. glie = reparace • kardiomyocyty po infarktu • svalové bb. po laparotomii • neurony po mozkové mrtvici příklady adultních KB — pluripotentní hematopoietická • všechny typy krevních elementů — stromální (mesenchymální) • obnova kosti (osteoblasty), chrupavky, adipocyty, — další (mamární, intestinální, ...) Hierarchy of Stem Cells / \ Blood Stem Cl-ii-. □ SI i Other stem cells • lili done otnerTitsw) Příklad somatické pluripotentní KB -hematopoéza Myxoid LT-HSC £ O T ST-HSC MPP GFU-GENIM I JjüT^hoifi ' CLP x x.— O MEP O GMP T-*"—r T '—T BFU-E CFU-meg CFU-M CFU-Ů CFU-Eo CFU-ßaim T T T ¥ T T t—v...... Pro-B Prp-T o p Prfl-B w ^ t) o o iF™nophilBam I BCe|| TCo|| HKCei, 23 Dendritic CHI St** Ctili í I Mull F::j' I [IrVlrJĚnil I = = ■ - - I ilúľ Cummittcd progenitor Diferenciace KB cells of inner cell mass cultyred embryonic early embryo stem cells (blastocyst) retinoic acid insulin,thyroid hormone macrophage colony- interleukin-3, stimulating factor, interleukin-1 dibutyryl cAMP, retinoic acid fibroblast fibroblast smooth muscle cell fibroblast growth factor 2, growth factor 2, growth epidermal platelet-derived factor ^ growth factor ^ growth factor ^ j0 J astrocytes-.. and oligodendrocytes Poškození tkání (bez ohledu na příčinu) EMEEW*MCSKMCaL ^M£UToRb!DÄCl)&. YMt\T ABCUT 4. Transmigration inflammatory stimuli (2) Acute inflammation (3a) Restituce ad integrum (= regenerace) 1. Bacteria and pthar pathogens rr:r.-r wound. 2. Platelets Fro -i blood retease iy': ;': i':'. I 11 j proteins at wound site. 3. Mast cells secrete factors that mediate vasodilation and vascular constriction. Delivery ■■ ;i blood, plasma, and cells to injured area increases. A. Neutrophils secrete factor? that kill and degrade pathogens. 5. Neutrophils and macrophages remove pathogens by phagocytosis. 6. Macrophages secrete hormones caltad cytokines that attract immune system cells to the site and activate cells involved in tissue repair. 7. Inflammatory response continues until the foreign material is eliminated and the wound is repaired. nejlepší možný výsledek = restorace normální struktury a funkce bez tvorby jizvy • přirozený zájem regenerativní medicíny nastává při minimálním zasažení stromatu tkáně když dominuje zejm. defekt epitelu faktory favorizující regeneraci • typ tkáně • tj. labilní a stabilní • rychlá eliminace vyvolávající příčiny • vč. infekce • rychlé odstranění debris • dobrá perfúze a inervace tkáně Hojení = dělení bb. = buněčný cyklus buněčný cyklus (4 fáze) - cyklická souhra reakcí zajišťujících růst buňky (Gl- a G2 -fáze), DNA replikaci (S-fáze) a mitózu (M-fáze) b. cyklus probíhá při - bezchybném provedení jednotlivých kroků • správnost reakcí je kontrolována ve 3 kontrolních bodech - v Gl-fázi - po skončení předcházející M-fáze - v G2-fázi - po skončení replikace - v M-fázi - metafáze - dostatku energetických substrátů - dostatku zevních (mitogenních) stimulů • růstové faktory - EGF, TGFfj, PDGF, VEGF, bFGF,... • mezibuněčná signalizace přirozeně je inhibován (bb. v GO-fázi) - kontaktní inhibicí - produkty supresorových genů • inhibitory cdc (např. p21) - nedostatkem růstových faktorů porucha regulace —>■ nádorové bujení Regulace buněčného cyklu í® Y® N / ^1 4® ] cyclin I I S \ duplikace separace chromozomů / šunka s duplikouanými chromozomy A) produkty (proto)onkogenů • růstové faktory • receptory růstových faktorů • G-proteiny • membránové tyrozinkinázy (např. Abl) • cytoplasmatické signální proteiny (např. Raf) • transkripční faktory (např. jun, fos, myc) • cykliny • cyklin-dependentní proteinkinázy (cdk) (B) produkty supresorových genů • Rb • p53 • p21 • (C) produkty genů kódujících DNA reparační enzymy • mismatch reparace • excisní reparace • homologní rekombinace Rb protein (Rb/E2F G1 checkpoint) dna f///////////// ffi geny nutné pro S-fázi nejsou transkribovány růstové faktory 1 Ras pathway fosfory lace l Rb 7 Rb protein vjffňrďiíifm ° o enzymy a další proteiny ^—3 Q) nutné pro S-fázi transkripce genu cyklin E, enzymy pro replikaci DNA, ...) mRNA translace O Adultní bb. jsou závislé na signálech z okolí pokud se mají dělit - protoonkogeny!! >Growth factors e.g.,PDGF(s/s) Growlh factor receptors e.g.,EGF receplor(e/"feO) Důsledek mutací protoonkogenů množení buněk v nepřítomnosti růstového faktoru (A) NORMÁLNÍ KLIDOVÁ BUŇKA |B) NORMÁLNI MNOŽÍCÍ SE BUŇKA (C) MNOŽÍCÍ SE RAKOVINNÁ BUŇKA Shrnutí - nastartování b. cyklu mitogeny startují b. cyklus indukcí cyklinu D a inaktivací Rb proteinu — průběh cyklu je koordinován postupnou aktivací jednotí. CDKs a jejich podjednotek - cyklinů (oscilujících mezi rychlou syntézou a degradací) — exprese cyklinu D (a do jisté míry cyklinu E) indukovaná mitogeny představuje začátek cyklu (neplatí pouze u embryonálních kmenových bb.) cyclin D- a cyclin E-dependentní kinázy fosforylují a tak blokují Rb protein, hl. kontrolní bod přechodu Gl do S fáze — inaktivace Rb proteinu představuje moment, kdy b. cyklus přestává být závislý na mitogenech inaktivací Rb se uvolní E2F transkripční faktory, které stimulují expresi dalších cyklinů a ostatních genů nutných pro DNA syntézu Kontrolní body b. cyklu je veškerá DNA replikována? je příznivé prostředí? je buňka dostatečně velká? - jsou všechny chromozomy spojeny ve vřeténku? M kontrolní bod je buňka dostatečně velká? je prostředí příznivé? Mezibuněčné spoje / komunikace Tight junctions — transmembrane proteins that link to the actin cytoskeleton and prevent the leakage of small molecules through intercellular spaces Adherens junctions — homophilic interactions between E-cadherin molecules connected to the actin network through catenins — function to coordinate the actin cytoskeleton across an epithelial sheet Desmosomes — desmosomal cadherins linked to intermediate filaments — integrate the intermediate-filament network across the epithelial sheet Gap junctions — directly connects the cytoplasm of two cells, which allows various molecules and ions to pass freely between cells Ironsmembrane proteins Tight junction Aühe'ens junction --Uesmosomo - Nature Reviews | Molecular Cell Biology Kontaktní inhibice • = po dosažení souvislosti tkáně (každá buňka má svého souseda) se proliferace zastaví i při dalším působení mitogenů - u nádorů ne! - na kontaktní inhibici se aktivně podílejí proteiny mezibuněčných spojů, komunikující s cytoskeletem buňky a dalšími signálními proteiny • integriny - spojení bb. s ECM • cadheriny-spojení bb. mezi sebou Princip "kontaktní inhibice" F-actin HMP-2/ß-catenin HMP-1/a-catenin E-cadherin: - Ca+-dependentní trans-membránový protein epiteliálních bb. - 5 cadherinových repeatů (EC1-EC5) v extracelulární doméně - 1 transmembránová doména - intracel. doména vážící 3- a ct-cateniny a násl. aktinový cytoskelet - v epitel, bb. konstantně regenerován a 5-hod. na b. povrchu - ztráta E-cadherinu je spojena s progresí tumoru a metastazováním • v důsl. hypermetylace, hypoxie (aktivace PI3K dráhy), microRNA atd. - volné cateniny fungují jako onkogeny (Wnt dráha) (3b) Reparace Proliferation phase: epithelisation • typ hojení následující zásadní poškození tkáně zahrnující více b. typů a stroma • vede k tvorbě jizvy • fáze - proliferace (3. -4. den) • epitelizace • angiogeneze • fibrotizace — toto vše se podílí na tvorbě tzv. granulační tkáně — rána se začíná kontrahovat - maturace • kolagen tvoří cross-links mezi sebou a s dalšími proteiny on the surface of the wound, epithelial cells burst into mitotic activity within 24 to 72 hours — stimulated by growth factors (eg. EGF) epithelia / keratinocytes migrate and proliferate from the wound margins (and hair folicles) later, differentiation and stratification occurs Proliferation phase: angiogenesis a Induction VBM degradation (MMPs) b Resolution Down regulation of proliferation anc migration Reformation of VBM VBM assembly ^ Pericyte attachment Fibroblast Pericyte detachment Provisional matrix tf&KÔKS#\ Intermediate matrix -Mature VBM .—-I—-' Degraded VBM Nature Reviews | Cancer growth angiogenic factors (VEGF) released upon hypoxia stimuli budding and proliferation of endothelial cells Proliferation phase: fibrotisation fibroblasts proliferate in the deeper parts of the wound — begin to synthesize small amounts of collagen which acts as a scaffold for migration and further fibroblast proliferation granulation tissue, which consists of capillary loops supported in this developing collagen matrix, also appears in the deeper layers of the wound proteoglycans appear to enhance the formation of collagen fibers, but their exact role is not completely understood within two to three weeks, the wound can resist normal stresses, but wound strength continues to build for several months the proliferation phase lasts from 15 to 20 days and then wound healing enters the maturation phase Monsrtt&r [single n-chain) Natura Reviews | Career Maturation phase Shrnutí fibroblasts leave the wound and collagen is remodeled into a more organized matrix wound contracts - tensile strength of collagen increases for up to one year following the injury - while healed wounds never regain the full strength of uninjured skin, they can regain up to 70 to 80% of its original strength wound remodeling (scar maturation) - increasing collagen crosslinking, resulting in increased strength - action of collagenase to begin breaking down excess collagen accumulation - regression of the lush network of surface capillaries as metabolic demands diminish - decreasing proteoglycan and, in turn, wound water content thickening epithelium rich blood How dense collagen filling detect dependant - amino acids, micronirlriants. laciors anabolic activity (> 4 weeks) collagen crosslinking decreased cells collagen lysis and deposition in equilibrium Macrophage and Fibroblasts SWMt GlanJ-Graiuilaliuii Tissue I Migratory ' Ľpithelial Cells Scar Tissue - - • - e Patologický průběh hojení ran poruchy srážení krve a destiček malnutrice proteokatabolický stav imunodeficit ischemie a neuropatie v oblasti rány infekce nadměrná fibrotizace (kožní rány) — hypertrofická jizva — keloid • abnormálni jizva „rostouc!" za hranice původního poškozeni kůže • některé etnické skupiny maji vyšši riziko všechny tyto okolnosti mohou vést k chronické ráně / hojení 15-krát častější u vysoce pigmentovaných (Afro-Američané nebo Hispánci) (3c) Chronická rána / hojení selhání nebo zpomalení hojení a neodpovídavost na normální regulační faktory důvody — lokální • stálá traumatizace • cizí těleso • špatní perfuze/oxygenace (makro- a mikroangiopatie, neuropatie) • excesivní/chronická infekce — systémové • malnutrice (zejm. proteinová) a karence vit. C • proteokatabolismus — např. Cushingova nemoc - exces glukokortikoidů • imunodeficit / imunosuprese — zejm. nedostatek neutrofilních granulocytů či jejich dysfunkce • systémové choroby (zejm. diabetes mellitus) — kombinace mikro- a makroangiopatie, neuropatie, infekce a hyperglykemie samotné • genetické příčiny Wound healing vs. carcinogenesis