Skóra jest największym organem ciała, pokrywającym i chroniącym ciało przed zagrożeniami. Ma trzy wyraźne warstwy: naskórek, skórę właściwą i tkankę podskórną. Każda warstwa ma swoje unikalne funkcje: naskórek zapobiega odwodnieniu i inwazji drobnoustrojów; Skóra właściwa ma bogatą sieć komórek i macierz zewnątrzkomórkową, która zapewnia wytrzymałość na rozciąganie i elastyczność1; Warstwa skórna zawiera receptory czuciowe, mieszki włosowe, gruczoły i naczynia dla sieci limfatycznych i naczyń włosowatych. Tkanka podskórna lub tkanka podskórna, z dużą ilością tkanki tłuszczowej, konturuje ciało i rozkłada naprężenia mechaniczne2,3,4.
Promieniowanie, generowane w wyniku wypadków, wojny, terroryzmu lub zastosowań terapeutycznych, przenika przez ciało w sposób liniowy, postępujący, prowadząc do tego, że skóra staje się pierwszym organem, z którym się zetknie. Zagrożenie takimi incydentami nasiliło się ze względu na zwiększone wykorzystanie materiałów radioaktywnych w przemyśle, placówkach medycznych i instalacjach wojskowych5. Klinicznie popromienne uszkodzenie skóry charakteryzuje się skórnym zespołem popromiennym (CRS), jednym z czterech podzespołów ostrego zespołu popromiennego (ARS). Reakcja skóry na promieniowanie jonizujące ma ważne implikacje dla leczenia i ochrony przed dalszymi uszkodzeniami6. Współistniejące urazy, takie jak oparzenia i urazy, dodatkowo komplikują wynik kliniczny w połączeniu z urazami popromiennymi7. Stopień narażenia skóry na promieniowanie koreluje z progiem punktu bez powrotu, od którego upośledzenie innych narządów prowadzi do niewydolności jednego lub wielu narządów i ostatecznie prowadzi do śmierci pacjenta8,9. Uraz popromienny skóry składa się z fazy ostrej i przewlekłej. Ostre uszkodzenie popromienne klinicznie objawia się rumieniem, obrzękiem skóry, zapaleniem skóry, pęcherzami, obnażeniem naskórka, złuszczeniem na sucho lub na mokro, owrzodzeniem oraz zmianami we włosach i paznokciach. Faza przewlekła objawia się zanikiem skóry, zwłóknieniem, przewlekłym owrzodzeniem i teleangiektazjami10,11. Ogólnie rzecz biorąc, ostre skutki objawiają się głównie w naskórku, podczas gdy przewlekłe skutki są najbardziej widoczne w skórze właściwej. Ostra reakcja na ekspozycję na promieniowanie prowadzi do wyraźnego spadku aktywności mitotycznej w ciągu 12 godzin od ekspozycji, po której następuje przekrwienie, powiększenie komórek, wakuolizacja, piknoza jądrowa i fragmentacja4,12.
Dawki promieniowania przekraczające 40 Gy powodują złuszczanie wilgoci i utratę naskórka, co prowadzi do zwiększonej podatności na infekcje13. Ponadto narażenie skóry na promieniowanie indukuje produkcję cytokin, wywołując zapalną odpowiedź immunologiczną w warstwie skórnej. Do najważniejszych mediatorów stanu zapalnego należą interleukiny (IL-1, IL-3, IL-5, IL-6 i IL-8) oraz czynnik martwicy nowotworu-α (TNFα)14. Niepowodzenie w ustąpieniu stanu zapalnego może ostatecznie doprowadzić do rozwoju zwłóknienia w miejscu urazu popromiennego15. Dodatkowe rany fizyczne lub urazy termiczne dodatkowo pogarszają tę zwłóknieniową reakcję, rozciągając się przez warstwę mięśniową16. Transformujący czynnik wzrostu-β (TGFβ) jest kluczową cytokiną w rozwoju zwłóknienia17. Obecnie bardzo niewiele opcji leczenia daje obiecujące wyniki, a większość z nich może mieć problemy z przestrzeganiem zaleceń przez pacjentów. Dalsze badania nad komórkowymi i molekularnymi reakcjami skóry na różne dawki promieniowania poprawią zrozumienie patofizjologii skóry wywołanej promieniowaniem i przyczynią się do opracowania nowych terapii.
Aby ułatwić kliniczne przełożenie wyników badań na modele przedkliniczne w łagodzeniu uszkodzeń skóry i tkanek miękkich spowodowanych promieniowaniem, kluczowe jest projektowanie wysoce istotnych modeli eksperymentalnych interwencji terapeutycznych po napromieniowaniu. Opisano zarówno modele uszkodzeń wywołanych promieniowaniem in vitro, jak i in vivo, w tym modele hodowli komórkowych napromieniowanych komórek śródbłonka18,19, fibroblasts20, lub keratynocyty19 oraz modele zwierzęce gryzoni, świń i naczelnych in vivo. Modele gryzoni są szeroko stosowane w badaniach nad promieniowaniem ze względu na ich podobieństwa w reakcji na obrażenia popromienne u ludzi oraz elastyczność manipulacji genetycznej21. Wymagania dotyczące dawki promieniowania są wyższe u gryzoni niż u ludzi, gdy dąży się do uzyskania podobnych wyników: złuszczanie, zwłóknienie i martwica16,22. Opis kryteriów punktacji do pomiaru reakcji na promieniowanie jeszcze bardziej przyczynił się do udoskonalenia stosowania modeli uszkodzeń skóry spowodowanych promieniowaniem przez gryzonie21,23.
Obecne badania w warunkach przedklinicznych koncentrują się na zrozumieniu mechanizmów uszkodzeń skóry wywołanych promieniowaniem i opracowaniu opcji terapeutycznych. W związku z tym niezbędne jest stworzenie solidnego i powtarzalnego modelu przedklinicznego w celu stworzenia zniewagi radiacyjnej o wysokiej przekładalności klinicznej. W pracy opisano mysi model zwłóknienia skóry ze zoptymalizowaną dawką promieniowania i techniką dostarczania. Nasz model, który łączy w sobie pomiary funkcjonalne, histologiczne i molekularne, może być wykorzystany do skutecznego badania mechanizmu rozwoju zwłóknienia i badania nowych opcji terapeutycznych.