genortГений ортопедииGenij Ortopedii1028-44272542-131XЦЕНТР ИЛИЗАРОВА10.18019/1028-4427-2021-27-2-254-259genort-2629Research ArticleОригинальные статьиOriginal articlesВыживаемость изолированных кожных эксплантатов при дистанционном взаимодействии со слоистыми периодическими структурамиSurvival of isolated skin explants in remote interaction with stratiform periodic structureshttps://orcid.org/0000-0001-5546-2729НикитюкИ. Е.NikityukI. E.

Никитюк Игорь Евгеньевич, к. м. н.,

г. Санкт-Петербург

Igor E. Nikityuk, M.D., Ph.D.,

Saint Petersburg

femtotech@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6460-2567АфоничевК. А.AfonichevK. A.

Афоничев Константин Александрович, д. м. н.,

г. Санкт-Петербург

Konstantin A. Afonichev, M.D., Ph.D.,

Saint Petersburg

afonichev@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8987-3489НикитинМ. С.NikitinM. S.

Никитин Максим Сергеевич,

г. Санкт-Петербург

Maxim S. Nikitin, M.D.,

Saint Petersburg

doknikitin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4209-3762ПетрашВ. В.PetrashV. V.

Петраш Владимир Валентинович, д. б. н., профессор,

г. Санкт-Петербург

Vladimir V. Petrash, Ph.D. of Biological Sciences, Professor,

Saint Petersburg

vlapetrash@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8531-4655КубасовВ. А.KubasovV. A.

Кубасов Виталий Анатольевич, к. ф.-м. н.,

г. Санкт-Петербург

Vitalу A. Kubasov, Ph.D. of Physico-mathematical Sciences,

Saint Petersburg

kubasov@sintez.niiefa.spb.suФедеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера" Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияH. Turner National Medical Research Center for Сhildren's Orthopedics and Trauma SurgeryRussian FederationНаучно-технический центр «Синтез» АО «НИИЭФА» им. Д.В. ЕфремоваРоссияPrivate Institution Educational Organization of Higher Education REAVIZ UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера" Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияD.V. Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus (NIIEFA)Russian Federation202128042021272№ 2 (2021)254259Copyright © Никитюк И.Е., Афоничев К.А., Никитин М.С., Петраш В.В., Кубасов В.А., 20212021Никитюк И.Е., Афоничев К.А., Никитин М.С., Петраш В.В., Кубасов В.А.Nikityuk I.E., Afonichev K.A., Nikitin M.S., Petrash V.V., Kubasov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.ilizarov-journal.com/jour/article/view/2629Актуальность

Актуальность. В современной реконструктивной хирургии не утратил значение метод пластики полнослойными кожными трансплантатами.

Цель

Цель. Исследование в эксперименте возможности длительного сохранения жизнеспособности кожных эксплантатов в условиях полного нарушения трофики при дистанционном взаимодействии со структурами, имеющими слоистое периодическое строение.

Материалы и методы

Материалы и методы. У кроликов из области спины иссекали полнослойные участки кожи, которые рассекали на фрагменты – эксплантаты размером 1,0 × 1,0 см. Все образцы (n = 81) разделили на три группы и термостатировали 2-е суток при 37 °С на различных расстояниях от металлического материала (алюминий), представленного в формах: I серия – пакет из 20 слоёв гладкой фольги, образующий слоистую периодическую структуру (СПС), II серия – спрессованная «смятая» фольга с хаотичным расположением слоёв, III серия – цельная пластина. После термостатирования гистологическим методом оценивали жизнеспособность эксплантатов во всех сериях наблюдений соответственно представленным формам металлического материала (ФММ).

Результаты

Результаты. Наиболее высокая выживаемость была выявлена у эксплантатов в опытах I серии, которые взаимодействовали с СПС, состоящей из чередующихся слоев фольги. Предполагается волновая природа такого дистанционного взаимодействия, в результате которого замедлились дистрофические и некротические процессы в кожных образцах. Менее жизнеспособными оказались эксплантаты в III серии опытов. В опытах II серии витальность кожных образцов была резко снижена вследствие быстрого прогрессирования некротических процессов в их тканях.

Заключение

Заключение. При дистанционном взаимодействии слоистых периодических структур и кожных эксплантатов наблюдается длительное сохранение их жизнеспособности в условиях отсутствия трофики. Результаты исследования перспективны для разработки нового типа раневых покрытий, способствующих улучшению приживаемости пересаженных полнослойных кожных трансплантатов при лечении глубоких дефектов кожных покровов.

Full-thickness skin grafts are used in reconstructive surgeries.

Objectives

Objectives. Experimental study of the possibility of long-term preservation of viable skin grafts in severely impaired trophics at remote interaction with entities having stratiform periodic structure.

Material and methods

Material and methods. Full-thickness skin was excised from the rabbits' backside and dissected into explants sized 1.0 × 1.0 cm. The samples (n = 81) were divided into three groups and thermostated for 2 days at 37 °C at a various distance from the metal (aluminum) presented as a 20-layer package of smooth foil forming a stratiform periodic structure (SPS) (series I), chaotic layers of squeezed foil (series II) and a single-piece sheet (series III). Histological analysis was performed for the three series to evaluate the explants' viability after the thermostating.

Results

Results. The highest survival estimates were seen in experimental explants of series I that interacted with the SPS of stratified foil layers. The wave nature of such remote interaction was suggested with delayed dystrophic and necrotic processes developing in the skin samples. Experimental samples of series III appeared to be less viable. The explant vitality in series II was sharply reduced due to rapidly spreading necrosis.

Conclusion

Conclusion. Skin explants were shown to retain viability for a longer time when interacting remotely with stratiform periodic structures in the absent trophics. These promising results can be practical for the development of wound dressings to improve survival of full-thickness skin transplantation in reconstruction of deep skin defects.

глубокие ожоговые раныполнослойные кожные эксплантатыэпидермисслоистые периодические структурыфотонные кристаллыdeep burnsfull-thickness skin explantsepidermisstratiform periodic structurephotonic crystalReferencesHein W. Der heutige Stand der örtlichen Verbrennungsbehandlung // Der Chirurg. 1957. Vol. 28, No 3. P. 127-135.Hein W. Der heutige Stand der örtlichen Verbrennungsbehandlung [The current state of local burn treatment]. Der Chirurg, 1957, vol. 28, no. 3, pp. 127-135. (in German)Арьев Т.Я. Термические поражения. Л. : Медицина, Ленинградское отд-ние, 1966. 704 с.Arev T.Ia. Termicheskie porazheniia [Thermal lesions]. L., Meditsina, 1966, 704 p. (in Russian)Экспериментальное применение раневых покрытий со свойствами фотонных кристаллов для восстановления глубоких дефектов кожных покровов / И.Е. Никитюк, В.А. Кубасов, В.В. Петраш, К.А. Афоничев // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2016. Т. 4, № 3. С. 63-70.Nikitiuk I.E., Kubasov V.A., Petrash V.V., Afonichev K.A. Eksperimentalnoe primenenie ranevykh pokrytii so svoistvami fotonnykh kristallov dlia vosstanovleniia glubokikh defektov kozhnykh pokrovov [Experimental application of wound coatings with the properties of photonic crystals for the restoration of deep defects of skin integuments]. Ortopediia, Travmatologiia i Vosstanovitelnaia Khirurgiia Detskogo Vozrasta, 2016, vol. 4, no. 3, pp. 63-70. (in Russian)Richardson J.J., Björnmalm M., Caruso F. Multilayer assembly. Technology-driven layer-by-layer assembly of nanofilms // Science. 2015. Vol. 348, No 6233. P. aaa2491. DOI: 10.1126/science.aaa2491Richardson J.J., Björnmalm M., Caruso F. Multilayer assembly. Technology-driven layer-by-layer assembly of nanofilms. Science, 2015, vol. 348, no. 6233, pp. aaa2491. DOI: 10.1126/science.aaa2491ShuklaA.,AlmeidaB.Advancesin cellular and tissue engineering using layer-by-layer assembly //Wiley Interdiscip.Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 2014. Vol. 6, No 5. P. 411-421. DOI: 10.1002/wnan.1269Shukla A., Almeida B. Advances in cellular and tissue engineering using layer-by-layer assembly. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol., 2014, vol. 6, no. 5, pp. 411-421. DOI: 10.1002/wnan.1269Layer-by-layer assembly for biomedical applications in the last decade / P. Gentile, I. Carmagnola, T. Nardo, V. Chiono // Nanotechnology. 2015. Vol. 26, No 42. P. 422001. DOI: 10.1088/0957-4484/26/42/422001Gentile P., Carmagnola I., Nardo T., Chiono V. Layer-by-layer assembly for biomedical applications in the last decade. Nanotechnology, 2015, vol. 26, no. 42, pp. 422001. DOI: 10.1088/0957-4484/26/42/422001Jan E., Kotov N.A. Successful differentiation of mouse neural stem cells on layer-by-layer assembled single-walled carbon nanotube composite // Nano Lett. 2007. Vol. 7, No 5. P. 1123-1128. DOI: 10.1021/nl0620132Jan E., Kotov N.A. Successful differentiation of mouse neural stem cells on layer-by-layer assembled single-walled carbon nanotube composite. Nano Lett., 2007, vol. 7, no. 5, pp. 1123-1128. DOI: 10.1021/nl0620132Zhang J., Fu Y., Mo A. Multilayered titanium carbide MXene film for guided bone regeneration // Int. J. Nanomedicine. 2019. Vol. 14. P. 10091- 10103. DOI: 10.2147/IJN.S227830Zhang J., Fu Y., Mo A. Multilayered titanium carbide MXene film for guided bone regeneration. Int. J. Nanomedicine, 2019, vol. 14, pp. 10091- 10103. DOI: 10.2147/IJN.S227830Future prospects for scaffolding methods and biomaterials in skin tissue engineering: A review / A.A. Chaudhari, K. Vig, D.R. Baganizi, R. Sahu, S. Dixit, V. Dennis, S.R. Singh, S.R. Pillai // Int. J. Mol. Sci. 2016. Vol. 17, No 12. P. 1974. DOI: 10.3390/ijms17121974Chaudhari A.A., Vig K., Baganizi D.R., Sahu R., Dixit S., Dennis V., Singh S.R., Pillai S.R. Future prospects for scaffolding methods and biomaterials in skin tissue engineering: A review. Int. J. Mol. Sci., 2016, vol. 17, no. 12, pp. 1974. DOI: 10.3390/ijms17121974Tsuchida K., Iwasa T., Kobayashi M. Imaging of ultra-weak photon emission for evaluating the oxidative stress of human skin // J. Photochem. Photobiol. B. 2019. Vol. 198. P. 111562. DOI: 10.1016/j.jphotbiool.2019.111562Tsuchida K., Iwasa T., Kobayashi M. Imaging of ultra-weak photon emission for evaluating the oxidative stress of human skin. J. Photochem. Photobiol. B, 2019, vol. 198, pp. 111562. DOI: 10.1016/j.jphotbiool.2019.111562Calcerrada M., Garcia-Ruiz C. Human ultra-weak photon emission: key analytical aspects, results and future trends – a review // Crit. Rev. Anal. Chem. 2019. Vol. 49, No 4. P. 368-381. DOI: 10.1080/10408347.2018.1534199Calcerrada M., Garcia-Ruiz C. Human ultra-weak photon emission: key analytical aspects, results and future trends – a review. Crit. Rev. Anal. Chem., 2019, vol. 49, no. 4, pp. 368-381. DOI: 10.1080/10408347.2018.1534199Ou-Yang H. The application of ultra-weak photon emission in dermatology // J. Photochem. Photobiol. B. 2014. Vol. 139. P. 63-70. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2013.10.003Ou-Yang H. The application of ultra-weak photon emission in dermatology. J. Photochem. Photobiol. B, 2014, vol. 139, pp. 63-70. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2013.10.003Laager F. Light based cellular interactions: hypotheses and perspectives // Front. Phys. 2015. Vol. 3. Article 55. DOI: 10.3389/fphy.2015.00055Laager F. Light based cellular interactions: hypotheses and perspectives. Front. Phys., 2015, vol. 3, article 55. DOI: 10.3389/fphy.2015.00055Short-time fractal analysis of biological autoluminescence / M. Dlask, J. Kukal, M. Poplová, P. Sovka, M. Cifra // PLoS One. 2019. Vol. 14, No 7. P. e0214427. DOI: 10.1371/journal.pone.0214427Dlask M., Kukal J., Poplová M., Sovka P., Cifra M. Short-time fractal analysis of biological autoluminescence. PLoS One, 2019, vol. 14, no. 7, pp. e0214427. DOI: 10.1371/journal.pone.0214427Levin M., Martyniuk C.J. The bioelectric code: An ancient computational medium for dynamic control of growth and form // Biosystems. 2018. Vol. 164. P. 76-93. DOI: 10.1016/j.biosystems.2017.08.009Levin M., Martyniuk C.J. The bioelectric code: An ancient computational medium for dynamic control of growth and form. Biosystems, 2018, vol. 164, pp. 76-93. DOI: 10.1016/j.biosystems.2017.08.009Петраш В.В., Никитюк И.Е. Использование эффектов фотонно-волновых взаимодействий биосистем с веществом в продлении жизнеспособности изолированных кожных лоскутов // Вестник Санкт-Петербургской гос. мед. акад. им. И.И. Мечникова. 2007. Т. 8, № 1. С. 118-121.Petrash V.V., Nikitiuk I.E. Ispolzovanie effektov fotonno-volnovykh vzaimodeistvii biosistem s veshchestvom v prodlenii zhiznesposobnosti izolirovannykh kozhnykh loskutov [Using the effects of photon-wave interactions of biosystems with substance in prolonging the viability of isolated skin flaps]. Vestnik Sankt-Peterburgskoi Gos. Med. Akad. im. I.I. Mechnikova, 2007, vol. 8, no. 1, pp. 118-121. (in Russian)Magnetization-induced second- and third harmonic generation in magnetophotonic crystals / O.A. Aktsipetrov, T.V. Dolgova, A.A. Fedyanin, T.V. Murzina, M. Inoue, K. Nishimura, H. Uchida // J. Optical Soc. Am. 2005. Vol. 22, No 1. P. 176-186. doi: 10.1364/JOSAB.22.000176Aktsipetrov O.A., Dolgova T.V., Fedyanin A.A., Murzina T.V., Inoue M., Nishimura K., Uchida H. Magnetization-induced second- and third harmonic generation in magnetophotonic crystals. J. Optical Soc. Am., 2005, vol. 22, no. 1, pp. 176-186. DOI: 10.1364/JOSAB.22.000176Биологические структуры как фотонные объекты / А.В. Ильинский, Ф. Сильва-Андраде, Е.Б. Шадрин, В.О. Самойлов, А.Л. Орбели // Биофизика. 2006. Т. 51, № 4. С. 743-748.Ilinskii A.V., Silva-Andrade F., Shadrin E.B., Samoilov V.O., Orbeli A.L. Biologicheskie struktury kak fotonnye obekty [Biological structures as photon objects]. Biofizika, 2006, vol. 51, no. 4, pp. 743-748. (in Russian)Эпидермис – слоисто-периодическая биоструктура со свойствами фотонных кристаллов / В.А. Кубасов, И.Е. Никитюк, В.В. Петраш, Б.М. Ворошилов (Штрупп). М. : Эдитус, 2019. 236 с. DOI: 10.18720/SPBPU/2/z19-2Kubasov V.A., Nikitiuk I.E., Petrash V.V., Voroshilov (Shtrupp) B.M. Epidermis – sloisto-periodicheskaia biostruktura so svoistvami fotonnykh kristallov [Epidermis is a layered periodic biostructure with the properties of photonic crystals]. M., Editus, 2019, 236 p. (in Russian) DOI: 10.18720/SPBPU/2/z19-2Flexible and conductive MXene films and nanocomposites with high capacitance / Z. Ling, C.E. Ren, M.Q. Zhao, J. Yang, J.M. Giammarco, J. Qiu, M.W. Barsoum, Y. Gogotsi // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. Vol. 111, No 47. P. 16676-16681. DOI: 10.1073/pnas.1414215111Ling Z., Ren C.E., Zhao M.Q., Yang J., Giammarco J.M., Qiu J., Barsoum M.W., Gogotsi Y. Flexible and conductive MXene films and nanocomposites with high capacitance. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2014, vol. 111, no. 47, pp. 16676-16681. DOI: 10.1073/pnas.1414215111Anasori B., Lukatskaya M., Gogotsi Y. 2D metal carbides and nitrides (MXenes) for energy storage // Nat. Rev. Mater. 2017. Vol. 2. P. 16098. DOI: 10.1038/natrevmats.2016.98Anasori B., Lukatskaya M., Gogotsi Y. 2D metal carbides and nitrides (MXenes) for energy storage. Nat. Rev. Mater., 2017, vol. 2, pp. 16098. DOI: 10.1038/natrevmats.2016.98Conductive two-dimensional titanium carbide 'clay' with high volumetric capacitance / M. Ghidiu, M.R. Lukatskaya, M.Q. Zhao, Y. Gogotsi, M.W. Barsoum // Nature. 2014. Vol. 516, No 7529. P. 78-81. DOI: 10.1038/nature13970Ghidiu M., Lukatskaya M.R., Zhao M.Q., Gogotsi Y., Barsoum M.W. Conductive two-dimensional titanium carbide 'clay' with high volumetric capacitance. Nature, 2014, vol. 516, no. 7529, pp. 78-81. DOI: 10.1038/nature13970Zhang S., Xing M., Li B. Biomimetic layer-by-layer self-assembly of nanofilms, nanocoatings, and 3D scaffolds for tissue engineering // Int. J. Mol. Sci. 2018. Vol. 19, No 6. P. 1641. DOI: 10.3390/ijms19061641Zhang S., Xing M., Li B. Biomimetic layer-by-layer self-assembly of nanofilms, nanocoatings, and 3D scaffolds for tissue engineering. Int. J. Mol. Sci., 2018, vol. 19, no. 6, pp. 1641. DOI: 10.3390/ijms19061641Матричный гистогенез биологических тканей при их регенерации на имплантатах со слоистой периодической структурой / И.Е. Никитюк, В.В. Петраш, В.А. Кубасов, Н.Г. Захарова, Л.В. Ильина // Фундаментальные исследования. 2012. № 7-2. С. 372-376.Nikitiuk I.E., Petrash V.V., Kubasov V.A., Zakharova N.G., Ilina L.V. Matrichnyi gistogenez biologicheskikh tkanei pri ikh regeneratsii na implantatakh so sloistoi periodicheskoi strukturoi [Matrix histogenesis of biological tissues during their regeneration on implants with layered periodic structure]. Fundamentalnye Issledovaniia, 2012, no. 7-2, pp. 372-376. (in Russian)

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