Ученые показали, что кожа может восстанавливаться без шрамов
Исследователи из Кембриджского института стволовых клеток впервые создали подробный атлас кожи человека до рождения, чтобы понять, как формируется кожа и что происходит при ее заболеваниях.
Эти знания могут быть использованы для создания новых волосяных фолликулов в регенеративной медицине и при пересадке кожи пострадавшим от ожогов. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда создала «мини-орган» кожи, обладающий способностью выращивать волосы.
Используя органоид, ученые показали, что иммунные клетки играют важную роль в восстановлении кожи без рубцов. Это может найти клиническое применение для предотвращения образования рубцов после операций или заживления ран без рубцов.
В рамках проекта «Атлас клеток человека», в котором отображаются все типы клеток человеческого организма, исследователи представили молекулярный «рецепт» для создания кожи и новую органоидную модель для изучения врожденных кожных заболеваний.
Как формируется кожа человека
Кожа — самый большой орган человеческого тела, ее площадь составляет в среднем два квадратных метра. Она обеспечивает защитный барьер, регулирует температуру тела и способна к самовосстановлению. Первоначально кожа развивается в стерильной среде утробы матери, и все волосяные фолликулы формируются еще до рождения (после рождения фолликулы могут себя воспроизводить, но новые фолликулы не образуются).
До рождения кожа обладает уникальной способностью заживать без образования рубцов. Изучить развитие человеческой кожи было очень сложно, поскольку модели животных имеют ключевые отличия от человека.
В рамках «Атласа клеток человека» группа исследователей сосредоточилась на изучении этого вопроса, надеясь выяснить, как специфические мутации вызывают врожденные заболевания кожи, такие как волдыри и чешуйчатая кожа.
В новом исследовании ученые создали первый пространственный атлас пренатальной кожи человека с точностью до клетки. Команда использовала образцы тканей пренатальной кожи. Из образцов были выделены отдельные клетки, чтобы рассмотреть отдельные клетки во взвеси и внутри ткани.
Используя передовые методы секвенирования отдельных клеток и пространственной транскриптомики для анализа отдельных клеток в пространстве и времени, ученые описали этапы формирования волосяных фолликулов у человека и выявили различия между фолликулами мыши и человека.
Используя стволовые клетки, исследователи создали органоид, способный выращивать волосы, и сравнили молекулярные характеристики органоидов кожи с пренатальной кожей. Ученые обнаружили, что модель органоида кожи более похожа на пренатальную кожу, чем на кожу взрослого человека.
Сначала команда обнаружила, что кровеносные сосуды формируются в органоиде гораздо хуже, чем в пренатальной коже. Тогда в органоид добавили иммунные клетки, известные как макрофаги. Ученые показали, что макрофаги способствуют образованию кровеносных сосудов.
Хотя известно, что иммунные клетки защищают кожу, впервые было показано, что макрофаги играют ключевую роль в формировании человеческой кожи, поддерживая рост кровеносных сосудов.
Это дает возможность улучшить выращивание сосудов и в других тканевых органоидах, а также показывает, как макрофаги играют важную роль в восстановлении кожи без рубцов в пренатальной коже. Это может привести к клиническому применению для предотвращения образования рубцов после операций или ран.
В результате этого исследования команда представила молекулярный «рецепт» того, как строится человеческая кожа и как формируются волосяные фолликулы. Эти знания могут быть использованы при создании новых волосяных фолликулов для регенеративной медицины, например, для пересадки кожи жертвам ожогов или людям с рубцовой алопецией.
Атлас пренатальной кожи человека позволил определить, в каких клетках активны гены, которые вызывают врожденные заболевания волос и кожи. Исследователи показали, что гены, участвующие в этих заболеваниях, экспрессируются в пренатальной коже, то есть зарождаются внутриутробно. Органоиды кожи, созданные в этом исследовании, представляют собой новую, точную модель для изучения этих заболеваний.