Пластическая хирургия для лечения крупных кожных язв, в том числе у людей с тяжелыми ожогами, пролежнями или хроническими заболеваниями, такими как диабет, когда-нибудь может уйти в прошлое. Ученые из Института Солка разработали метод прямого преобразования клеток открытой раны в новые клетки кожи. Подход основан на перепрограммировании клеток до состояния, подобного стволовым, и может быть полезен для заживления повреждений кожи, противодействия эффектам старения и помощи нам в лучшем понимании рака кожи.
«Наши наблюдения представляют собой первоначальное доказательство принципа регенерации in vivo всей трехмерной ткани, такой как кожа, а не только отдельных типов клеток, как было показано ранее», – говорит профессор Салка Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, заведующий кафедрой Роджера Гийемена и старший автор новой статьи, опубликованной в журнале Nature 5 сентября 2018 г. «Эти знания могут быть полезны не только для улучшения восстановления кожи, но также могут служить руководством для стратегий регенерации in vivo в других патологических ситуациях у человека, а также во время старения, когда восстановление тканей нарушено.”
Кожные язвы – раны, которые могут распространяться через несколько слоев кожи – обычно лечат хирургическим путем, путем трансплантации существующей кожи, чтобы покрыть рану. Однако, когда язва особенно велика, хирургу может быть сложно пересадить достаточное количество кожи. В этих случаях исследователи могут изолировать стволовые клетки кожи от пациента, выращивать их в лаборатории и трансплантировать обратно пациенту. Однако такая процедура требует много времени, что может поставить под угрозу жизнь пациента и иногда неэффективно.
Изписуа Бельмонте и научный сотрудник Солка Масакадзу Курита, имеющий опыт пластической хирургии, знали, что критическим шагом в заживлении ран является миграция или трансплантация базальных кератиноцитов в раны. Эти клетки, похожие на стволовые клетки, действуют как предшественники различных типов клеток кожи. Но большие тяжелые раны, лишенные нескольких слоев кожи, больше не имеют базальных кератиноцитов. И даже когда эти раны заживают, клетки, размножающиеся в этой области, в основном участвуют в закрытии ран и воспалении, а не в восстановлении здоровой кожи.
Изписуа Бельмонте и Курита хотели напрямую преобразовать эти другие клетки в базальные кератиноциты, не выводя их из организма. «Мы решили сделать кожу там, где ее не было», – говорит Курита.
Сначала исследователи сравнили уровни различных белков двух типов клеток (воспаление и кератиноциты), чтобы понять, что им нужно изменить, чтобы перепрограммировать идентичность клеток. Они определили 55 «факторов перепрограммирования» (белки и молекулы РНК), которые потенциально участвовали в определении отличительной идентичности базальных кератиноцитов. Затем, путем проб и ошибок и дальнейших экспериментов с каждым потенциальным фактором перепрограммирования, они сузили список до четырех факторов, которые могут опосредовать преобразование в базальные кератиноциты.
Когда команда местно лечила кожные язвы у мышей с помощью четырех факторов, из язв выросла здоровая кожа (известная как эпителий) в течение 18 дней. Со временем эпителий расширился и соединился с окружающей кожей даже при больших язвах. Через три и шесть месяцев сгенерированные клетки вели себя как здоровые клетки кожи в ряде молекулярных, генетических и клеточных тестов.
Исследователи планируют больше исследований, чтобы оптимизировать методику и начать ее тестирование на дополнительных моделях язв.
«Перед тем, как отправиться в клинику, мы должны провести дополнительные исследования долгосрочной безопасности нашего подхода и максимально повысить эффективность», – говорит Курита.