Этот подход на основе стволовых клеток регенерирует раны в здоровую кожу

Люди с тяжелыми ожогами, пролежнями или хроническими заболеваниями, такими как диабет, подвержены риску развития ран, известных как кожные язвы, которые могут проходить через несколько слоев кожи.

Помимо того, что эти раны чрезвычайно болезненны, они могут привести к серьезным, иногда смертельным, инфекциям или ампутациям. Как правило, эти язвы лечат путем хирургической трансплантации существующей кожи для покрытия раны. Тем не менее, когда язва особенно велика, может быть сложно пересадить достаточно кожи. В таких случаях исследователи могут изолировать стволовые клетки кожи от пациента, выращивать их в лаборатории и пересадить их обратно пациенту. Но процедура трудоемкая, рискованная для пациента и не обязательно эффективная.

Резко растущие показатели диабета подчеркивают острую необходимость разработки новых эффективных методов лечения кожных язв.

Моя лаборатория в Институте Солка сосредоточена на разработке основанных на стволовых клетках подходов к «перепрограммированию» клеток из одного типа в другой для целей регенеративной медицины.

В отчете в журнале Природа мы опишем новую технику для непосредственного преобразования клеток, естественно присутствующих в открытой ране, в новые клетки кожи путем перепрограммирования раненных клеток в состояние, подобное стволовым клеткам, в котором клетки возвращаются в более раннее, более гибкое состояние, из которого они могут развиваться в разные типы клеток.

Научный сотрудник моей докторской диссертации Масакадзу Курита, имеющий опыт работы в области пластической хирургии, знал, что критическим этапом в заживлении ран является миграция клеток, подобных стволовым клеткам, называемых базальными кератиноцитами, из ближайшей неповрежденной кожи в раны.

Базальные кератиноциты являются предшественниками многих различных типов клеток кожи. Но крупные, тяжелые раны, такие как кожные язвы, больше не имеют базальных кератиноцитов. Более того, когда эти раны заживают, клетки, размножающиеся в этой области - известные как мезенхимальные клетки, - участвуют главным образом в закрытии раны и воспалении, но они не могут восстановить здоровую кожу.

Мы хотели превратить эти мезенхимные клетки в базальные кератиноциты, не вынимая их из организма.

Для этого мы сравнили уровни разных белков в клетках двух типов - мезенхимальных клетках и кератиноцитах - чтобы выяснить, что их отличало, и выяснить, что нам нужно изменить, чтобы перепрограммировать один тип клеток в другой.

Мы определили 55 белков, которые мы называем «факторы перепрограммирования», которые потенциально участвуют в определении и поддержании клеточной идентичности базальных кератиноцитов. Мы провели дополнительные эксперименты с каждым потенциальным фактором перепрограммирования и сузили список до четырех факторов, которые могли бы трансформировать мезенхимные клетки в базальные кератиноциты in vitro в чашках Петри. Эти кератиноциты затем образовали все клетки, присутствующие в новой здоровой коже.

Затем мы проверили способность этих четырех факторов лечить язвы кожи у мышей. Всего через 18 дней после того, как мы применили местное решение, содержащее эти четыре фактора, непосредственно к язвам, мы увидели, что исцеление произошло. Эти четыре фактора перепрограммировали мезенхимные клетки в ране в кератиноциты, которые затем выросли во многие типы клеток, которые составляют здоровую кожу, закрывая и заживляя рану. Эти клетки продолжали расти и присоединяться к окружающей коже даже при больших язвах. Когда мы обследовали мышей три месяца и шесть месяцев спустя, мы увидели, что вновь созданные клетки функционировали как здоровая кожа. Кожа грызунов заживает не так, как кожа человека, поэтому не было видимой рубцовой ткани, хотя она должна была быть там.

Дальнейшая работа необходима для обеспечения безопасности этого подхода, особенно в течение более длительного периода, но в качестве первоначальной проверки концепции, результаты очень многообещающие.

Мы надеемся, что наш подход представляет собой первоначальное доказательство принципа регенерации in vivo всей трехмерной ткани, например кожи, а не только отдельных типов клеток. В дополнение к заживлению ран наш подход может быть полезен для восстановления повреждений кожи, противодействия последствиям старения и помогает нам лучше понять рак кожи.

Эта статья была первоначально опубликована в «Разговоре» Хуана Карлоса Изписуа Бельмонте. Прочитайте оригинальную статью здесь.