Optimizing skin wound healing: The crucial role of the innate immune system and inflammatory microenvironment

Abstract: Skin, as a part of the innate immune system, represents the first line of defense against pathogens. Each mechanical damage to the skin surface disrupts its homeostasis, thus rapidly inducing the cascade of repair processes. Wound healing comprises 4 subsequent and overlapping steps: hemostasis, inflammation, proliferation, and remodeling. The interplay of the abovementioned phases results in successful cell restoration and tissue repair. The efficiency of wound healing depends on numerous internal and external factors. The proper recruitment of immune cells, such as neutrophils and macrophages, and their interactions with keratinocytes, fibroblasts, and extracellular matrix (ECM) accounts for one of the most significant elements affecting this process. Despite the interaction of the immune cells, the development of a highly favorable microenvironment surrounding the damaged area also constitutes a vital component of successful healing. These optimal conditions combined with the inflow of stimuli, such as cytokines and growth factors, lead to complete wound closure and skin surface restoration. Nevertheless, in order to increase the efficiency of wound healing treatment and improve existing technologies, it is essential to gain a deeper understanding of the healing steps’ complexity. In this work, we elucidated basic mechanisms regarding skin injury sealing with a focus on the creation of a highly beneficial inflammatory microenvironment. The presented paper outlines current approaches to managing the excessive inflammation of the skin wound microenvironment to improve the treatment of chronic wounds. The most important perspectives in immunology phase modulation include the use of pharmaceuticals, natural bioactive compounds, immunomodulatory scaffolds, skin substitutes, cell-based therapies, and growth factors or cytokines injections.

Key words: inflammatory microenvironment, innate immune system, skin wound healing

Streszczenie: Jako część wrodzonego układu odpornościowego, skóra stanowi pierwszą linię obrony przed patogenami. Jakiekolwiek mechaniczne uszkodzenie powierzchni skóry zaburza jej homeostazę, tym samym uruchamiając kaskadę procesów naprawczych. Proces gojenia się ran opiera się na 4 następujących po sobie i nakładających się etapach: hemostaza, stan zapalny, proliferacja, przebudowa. Dzięki połączeniu wyżej wymienionych faz następuje skuteczna odbudowa komórek i regeneracja tkanek. Skuteczność procesu gojenia się ran zależy od wielu czynników wewnętrznych i zewnętrznych. Prawidłowa rekrutacja komórek odpornościowych, takich jak neutrofile i makrofagi, oraz ich interakcje z keratynocytami, fibroblastami i macierzą zewnątrzkomórkową (ECM) stanowią jeden z najważniejszych elementów wpływających na ten proces. Pomimo interakcji komórek odpornościowych rozwój wysoce korzystnego mikrośrodowiska otaczającego uszkodzony obszar również stanowi istotny element skutecznego gojenia. Te optymalne warunki, w połączeniu z dostarczonymi substancjami stymulującymi, takimi jak cytokiny i czynniki wzrostu, prowadzą do całkowitego zamknięcia rany i odbudowy powierzchni skóry. Jednak w celu zwiększenia skuteczności leczenia ran i udoskonalenia dostępnych metod konieczne jest głębsze zrozumienie złożoności procesu, jakim jest gojenie się ran. W niniejszej pracy wyjaśniono podstawowe mechanizmy uszczelniania uszkodzeń skóry, ze szczególnym uwzględnieniem tworzenia wysoce korzystnego mikrośrodowiska zapalnego. W artykule przedstawiono najnowsze podejścia do leczenia nadmiernego stanu zapalnego w mikrośrodowisku rany skóry w celu poprawy leczenia ran przewlekłych. Najważniejsze aspekty modulacji fazy immunologicznej obejmują stosowanie farmaceutyków, naturalnych związków bioaktywnych, rusztowań immunomodulujących, substytutów skóry, terapii komórkowej oraz podawanie we wstrzyknięciach czynników wzrostu lub cytokin.

Słowa kluczowe: mikrośrodowisko zapalne, proces gojenia się ran, wrodzony układ odpornościowy