Zespół naukowców z Uniwersytetu Południowej Kalifornii w Los Angeles zdołał wyhodować włosy zaczynając od komórek macierzystych, odsłaniając kluczowe zdarzenia molekularne związane ze wzrostem włosów i stymulując je u dorosłych myszy.
Nowe badanie, które zostało opublikowane w czasopiśmie, oferuje krok po kroku wyjaśnienie procesu, w którym rosną włosy. Odkrycia otwierają drogę do stymulacji wzrostu włosów u pacjentów z łysieniem lub łysieniem typu męskiego.
Zespół badaczy postanowił zbadać, jak pęcherzyki wyrastają ze skóry i jak wytwarzają włosy, stosując tak zwane organoidy, które są skupiskami komórek macierzystych hodowanych in vitro, które mogą samoorganizować się w organopodobną strukturę.
Użyli trójwymiarowej struktury organoidów, aby lepiej zrozumieć dany organ, ponieważ mają podobne właściwości do narządu, który imituje – w tym przypadku jest to ludzka skóra.
Pierwszym autorem badania jest Mingxing Lei, doktor habilitowany z laboratorium Stem Cell w University of Southern California (USC).
Sześciostopniowy proces wzrostu włosów
Lei i zespół wykorzystali organoidy skóry pochodzące zarówno z noworodków, jak i dorosłych komórek skóry. W szczególności używali komórek progenitorowych, które są typem komórki, która jest bardziej zróżnicowana niż komórki macierzyste. Oddzieliły je od skóry noworodków i dorosłych, a następnie przeszczepiły je do myszy nagich.
Następnie naukowcy wykonali szczegółowe zdjęcia poklatkowych kultur 3-D, aby zobaczyć, jak zachowują się komórki i jak rozwija się włosy.
Lei i współpracownicy byli w stanie zobaczyć, że nowonarodzone komórki uformowały skóropodobne organoidy w sześciostopniowym procesie, który rozpoczął się od zdysocjowanych komórek progenitorowych (krok pierwszy), które wkrótce zagregowały się (krok drugi).
Te zagregowane komórki przekształciły się następnie w spolaryzowane torbiele (krok trzeci), które następnie przekształciły się w tak zwane zrośnięte cysty (krok czwarty), które przeszły do postaci płaskiej skóry (krok piąty).
W końcowym etapie procesu skóra utworzyła pęcherzyki (krok szósty), które przeszczepiono myszom. Tutaj produkują włosy.
W przeciwieństwie do tego, naukowcy stwierdzili, że zdysocjowane komórki skóry progenitorowej od dorosłej myszy nie przeszły etapu agregacji ani nie wytworzyły żadnych włosów.
Lei i jego koledzy poszli dalej na badania molekularne i biofizyczne, które stanowiły podstawę tego sześcioetapowego procesu wzrostu włosów, wyjaśniając, że naukowcy «wykorzystali połączenie bioinformatyki i badań molekularnych», aby rozwikłać te mechanizmy.
Odkryli zwiększoną aktywność w różnych genach, w tym w tych związanych z produkcją kolagenu – włóknistego białka, które można znaleźć w skórze i innych tkankach łącznych – oraz insuliny, która jest hormonem regulującym poziom cukru we krwi.
Pobudzający wzrost włosów
Poprzez hamowanie aktywności niektórych genów na różnych etapach rozwoju organoidów, naukowcy byli w stanie wyjaśnić swoją rolę w przechodzeniu z jednej fazy do następnej.
«Nasze badanie wyjaśnia przebieg zdarzeń molekularnych i procesów biofizycznych w rdzeniu procesu samoorganizacji podczas morfogenezy tkanek» – piszą autorzy. «Klucze molekularne do wieloetapowego przejścia morfologicznego są zidentyfikowane i można je dodać lub zahamować, aby przywrócić zatrzymany proces w komórkach dorosłych.»
W rzeczywistości Lei i koledzy zastosowali tę nowo nabytą wiedzę molekularną i genetyczną do organoidów stworzonych z dojrzałych komórek skóry, aby przyspieszyć proces wzrostu włosów.
Co istotne, Lei i zespół mogli z powodzeniem stymulować wzrost włosów w tych organoidach. Organoidom dorosłym udało się wyprodukować o 40 procent więcej włosów niż organoidy pochodzące od noworodków.
«Zwykle wiele starzejących się osób nie rozwija się dobrze, ponieważ dorosłe komórki stopniowo tracą zdolność regeneracji» – wyjaśnia starszy autor, profesor Cheng-Ming Chuong, z Keck School of Medicine w USC. Jednak wyjaśnia, że odkrycia jego zespołu mają implikacje, które mogą to zmienić.
«Dzięki naszym nowym odkryciom jesteśmy w stanie sprawić, że dorosłe komórki myszy ponownie wytwarzają włosy.» W przyszłości ta praca może zainspirować strategię stymulowania wzrostu włosów u pacjentów z różnymi stanami od łysienia do łysienia. «
Warto dodać, że badania w 2024 roku koncentrują się także na mechanizmach epigenetycznych, które mogą wspierać proces regeneracji włosów. Ostatnie dane wskazują na rolę mikroRNA w regulacji genów odpowiedzialnych za cykl wzrostu włosów, co otwiera nowe możliwości terapeutyczne. Nowe terapie, bazujące na modyfikacji epigenetycznej, mogą przynieść obiecujące efekty w leczeniu różnych rodzajów łysienia, zarówno u mężczyzn, jak i u kobiet.
Podsumowując, badania nad komórkami macierzystymi i ich zdolnością do regeneracji włosów nie tylko zwiększają nasze zrozumienie biologii włosów, ale także stają się fundamentem dla przyszłych terapii w dermatologii i medycynie estetycznej.
