Naukowcy z Salk Institute opracowali technikę bezpośredniej konwersji komórek w otwartej ranie w nowe komórki skóry. Metoda ta polega na przeprogramowaniu komórek do stanu podobnego do komórek macierzystych i może być użyteczna w gojeniu ran i uszkodzeń skóry oraz przeciwdziałaniu skutkom starzenia. Może także pomóc w lepszym zrozumieniu nowotworów skóry.
Badacze zidentyfikowali cztery kluczowe składniki, które są niezbędne komórkom skóry, by zacząć regenerować złożone warstwy tworzące zewnętrzną barierę ochronną organizmu. Publikacja na ten temat ukazała się na łamach „Nature”.
- Nasze obserwacje stanowią wstępny dowód na możliwość regeneracji in vivo (z łac. na żywym) całej trójwymiarowej tkanki, takiej jak skóra, a nie tylko poszczególnych typów komórek. Wiedza ta może być przydatna nie tylko w celu poprawy regeneracji skóry, ale może również służyć jako przewodnik strategii regeneracji in vivo w innych ludzkich sytuacjach patologicznych, a także podczas starzenia, w którym naprawa tkanek jest osłabiona – przyznał Juan Carlos Izpisua Belmonte, główny autor publikacji.
Osoby z ciężkimi oparzeniami, odleżynami lub chorobami przewlekłymi, takimi jak cukrzyca, są narażone na ciężkie i słabo gojące się rany, które mogą przechodzić przez wiele warstw skóry. Oprócz tego, że są bardzo bolesne, rany te mogą prowadzić do poważnych, czasami śmiertelnych infekcji lub amputacji kończyn.
Takie rany zazwyczaj leczy się poprzez przeszczepienie istniejącej skóry. Jednakże, gdy rana jest szczególnie duża, chirurdzy mogą problem z przeszczepieniem wystarczającej ilość skóry. W takim przypadku można wyizolować komórki macierzyste skóry pacjenta, hodować je w laboratorium i przenosić z powrotem do organizmu pacjenta. Taka procedura jest jednak czasochłonna i może narazić życie pacjenta na ryzyko. Do tego nie zawsze jest skuteczna.
Badacze z Salk Institute w San Diego skupili się na rozwoju techniki opartej na komórkach macierzystych, a dokładnie na przeprogramowaniu komórek jednego rodzaju w inny tak, by regenerowały się szybciej. Opracowana przez nich metoda polega na bezpośrednim przekształcaniu komórek naturalnie występujących w otwartej ranie w nowe komórki skóry poprzez przeprogramowanie tych komórek do stan podobnego do komórek macierzystych. W tym stanie komórki powracają do wcześniejszego, bardziej elastycznego stanu, z którego mogą się rozwinąć w różne typy komórek.
Krytycznym krokiem w gojeniu się rany jest migracja z pobliskiej, nieuszkodzonej skóry lub przeszczep komórek podobnych do komórek macierzystych zwanych keratynocytami. Keratynocyty znajdują się w warstwie podstawowej naskórka i dlatego są też nazywane podstawowymi keratynocytami. Są też prekursorami wielu różnych typów komórek skóry. Ale w dużych i ciężkich ranach nie występują. Co więcej, gdy rany te goją się, komórki rozmnażające się w ich obszarze - znane jako komórki mezenchymalne - są zaangażowane głównie w zamykanie ran i stanów zapalnych, ale nie mogą odbudować zdrowej skóry.
Badacze opracowali alternatywną metodę pokrycia naskórka. Udało im się przeprogramować obecne w ranie komórki mezenchymalne w podstawowe keratynocyty, nie usuwając ich z organizmu. Aby to zrobić, uczeni porównali poziomy różnych białek wewnątrz tych dwóch typów komórek, by dowiedzieć się, co je wyróżnia i co trzeba zmienić, aby przeprogramować jeden typ komórki na inny.
- Zidentyfikowaliśmy 55 białek, które nazywamy "czynnikami reprogramującymi". Są one potencjalnie zaangażowane w określanie i utrzymywanie tożsamości komórkowej podstawowych keratynocytów. Przeprowadziliśmy dalsze eksperymenty na każdym potencjalnym „czynniku reprogramującym” i zawęziliśmy listę do czterech, które mogą przekształcić komórki mezenchymalne w podstawowe keratynocyty in vitro. Te keratynocyty następnie utworzyły wszystkie komórki obecne w zdrowej, nowej skórze – powiedział Juan Carlos Izpisua Belmonte z Salk Institute.
Powyższe eksperymenty były prowadzone na szalkach Petriego, ale zostały także powtórzone na myszach. Zaledwie 18 dni po zastosowaniu miejscowego roztworu zawierającego te cztery czynniki bezpośrednio na owrzodzenie, stwierdziliśmy, że leczenie przebiega prawidłowo. Te cztery czynniki przeprogramowały komórki mezenchymalne w ranie w keratynocyty, które następnie przekształciły się w wiele typów komórek, a te z kolei utworzyły zdrową skórę, zamykając ranę i usuwając ból.
- Kiedy zbadaliśmy myszy trzy miesiące i sześć miesięcy później, zobaczyliśmy, że nowo wygenerowane komórki działają jak zdrowa skóra – zaznaczył badacz i dodał, że nie stwierdzili nawet widocznej blizny.
Odkrycia te mogą prowadzić do nowej generacji metod leczenia trudno gojących się ran, które mogą zapobiec powikłaniom powszechnym wśród osób starszych i pacjentów z cukrzycą. Autorzy zaznaczają, że konieczne są dalsze badania, by upewnić się, że technika ta będzie bezpieczna dla ludzi, ale jako wstępny test koncepcji, wyniki są bardzo obiecujące.
Źródło: The Conversation, Salk Institute, fot. Salk Institute/ uan Carlos Izpisua Belmonte. Na zdjęciu tkanki nabłonkowe (skórne) wygenerowane przez przekształcenie jednego typu komórek (na czerwono: mezenchymalnego) w inny (zielony: podstawowe keratynocyty) w obrębie dużego owrzodzenia w laboratoryjnym modelu myszy.
