Inżynieria tkankowa skóry przeszła długą drogę w ostatnich latach, ale walczy się o to, aby odrastać proste arkusze 2D komórek tkankowych do regeneracji funkcjonującego, złożonego narządu 3D wraz z mieszków włosowych, gruczołów i połączeń z innymi systemami narządów.
Teraz nowe badanie – przeprowadzone przez naukowców w Japonii i opublikowane w czasopiśmie – wydaje się być znaczącym krokiem naprzód w dziedzinie bioinżynierii i medycyny regeneracyjnej.
Skóra jest złożonym narządem, który spełnia wiele funkcji. Jest wodoodporny, zapewnia amortyzację, chroni głębsze tkanki, wydala odpady i reguluje ciepło. Aby tak się stało, wiele systemów musi współpracować ze sobą w ramach złożonej architektury tkanki trójwymiarowej.
Kierownik badania Dr Takashi Tsuji, który kieruje laboratorium regeneracji organów w Ośrodku Biologii Rozwoju RIKEN (CDB) w Kobe, mówi:
„Do tej pory sztuczne tworzenie się skóry było utrudnione ze względu na brak ważnych narządów, takich jak mieszki włosowe i gruczoły zewnątrzwydzielnicze, które pozwalają skórze odgrywać ważną rolę w regulacji”.
W swoim artykule naukowcy opisują, w jaki sposób wytworzyli komórki macierzyste z komórek żywych myszy i użyli ich do wyhodowania złożonej tkanki skóry – pełnej mieszków włosowych i gruczołów łojowych – w laboratorium.
Kaszaki wydzielają oleiste substancje, które pomagają utrzymać skórę miękką, gładką i wodoodporną. Wraz z mieszkiem włosowym stanowią ważną część „układu narządów wewnętrznych” – warstwy złożonej tkanki między skórą zewnętrzną i wewnętrzną.
W pełni funkcjonującą skórę łączy się z innymi systemami narządów, takimi jak nerwy i włókna mięśniowe.
Naukowcy wszczepili swoje żywe myszy 3D generowane przez komórki macierzyste skóry i pokazali, że utworzyli te połączenia.
Uważają, że ich badania stanowią znaczący krok w kierunku stworzenia funkcjonalnych przeszczepów skóry dla ofiar poparzeń i innych pacjentów, którzy wymagają nowej skóry.
Implanty rozwijały się jak normalna skóra
Na potrzeby badania zespół wykorzystał chemikalia, aby zmiękczyć komórki żywicy myszy w stan podobny do komórek macierzystych. Podobnie jak embrionalne komórki macierzyste, te tak zwane indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) mają potencjał różnicowania się na prawie każdy inny typ komórki w ciele.
Kiedy hodowali je w kulturze, naukowcy stwierdzili, że komórki iPS prawidłowo rozwinęły się w tzw. Ciało embrionalne (EB) – trójwymiarowa kępka komórek, która wykazuje pewne podobieństwa do rozwijającego się zarodka.
Naukowcy wszczepili EB do myszy z rozmyślnie osłabionym układem odpornościowym. EBs stopniowo różnicowały się w złożoną tkankę skórną – w podobny sposób, jak w rozwijającym się zarodku.
Po zróżnicowaniu tkanek zespół wyjął je z pierwszej grupy myszy i przeszczepił je do tkanki skóry innej grupy myszy. Te implanty rozwijały się normalnie jako tkanka łączna.
Naukowcy odkryli również, że gdy wszczepiona tkanka przekształciła się w tkankę dokumentacyjną, uzyskała normalne połączenia z otaczającymi nerwami i tkankami mięśniowymi, umożliwiając normalne funkcjonowanie.
Autorzy zauważają, że kluczową cechą ich sukcesu było wykorzystanie sygnalizacji Wnt10b. Ta droga jest dobrze znana z tego, że uczestniczy w kontrolowaniu komórek macierzystych rozwijających się w tkankę tłuszczową, kości, skórę i inne narządy. Zauważają, że sygnalizacja Wnt10b doprowadziła do większej liczby mieszków włosowych, dzięki czemu zmodyfikowana tkanka jest bardziej podobna do normalnej skóry.
Dr Tsuji podsumowuje:
„Zbliżamy się coraz bardziej do marzenia o możliwości odtworzenia rzeczywistych narządów w laboratorium do przeszczepów, a także wierzymy, że tkanki hodowane za pomocą tej metody mogą być wykorzystane jako alternatywa dla testów na zwierzętach na obecność substancji chemicznych”.
Tymczasem, niedawno dowiedzieliśmy się o kolejnym znaczącym postępie w medycynie regeneracyjnej w formie chińskiego badania, w którym dzieci zaszczepiły nowe soczewki oka po operacji zaćmy, która usunęła chore soczewki, ale pozostawiła nienaruszone kapsułki soczewki i komórki macierzyste.
