Mapa ludzkiej skóry podaje „przepis” na budowę skóry i może pomóc w zapobieganiu powstawaniu blizn

Naukowcy z Wellcome Sanger Institute na Uniwersytecie w Newcastle i ich współpracownicy wykorzystali sekwencjonowanie pojedynczych komórek i inne techniki genomiki, aby stworzyć atlas i odkryć, w jaki sposób powstaje ludzka skóra, w tym mieszki włosowe. Odkrycia te można wykorzystać do tworzenia nowych mieszków włosowych w medycynie regeneracyjnej i przeszczepach skóry u ofiar oparzeń.

W opracowaniu opublikowanym dzisiaj (16 października) w Naturazespół stworzył także w naczyniu „mini organ” ze skóry, który ma zdolność wzrostu włosów. Korzystając z organoidu, pokazali, jak komórki odpornościowe odgrywają ważną rolę w naprawie skóry bez blizn, co może znaleźć zastosowanie kliniczne w zapobieganiu powstawaniu blizn pooperacyjnych lub gojeniu się ran bez blizn.

Jako część Atlasu Komórek Ludzkich¹który mapuje wszystkie typy komórek w organizmie człowieka w celu zmiany zrozumienia zdrowia i choroby, naukowcy przedstawiają molekularny „przepis” na budowę skóry oraz nowy model organoidów do badania wrodzonych chorób skóry.

Skóra jest największym organem ludzkiego ciała, mającym średnio dwa metry kwadratowe. Stanowi barierę ochronną, reguluje temperaturę ciała i potrafi się regenerować. Skóra rozwija się w sterylnym środowisku macicy, a wszystkie mieszki włosowe powstają przed urodzeniem – po urodzeniu następuje cykl mieszków włosowych, ale nie powstają żadne nowe mieszki włosowe. Przed urodzeniem skóra ma wyjątkową zdolność gojenia się bez pozostawiania blizn.

Bardzo trudno było zbadać, jak rozwija się ludzka skóra, ponieważ modele zwierzęce mają zasadnicze różnice. W ramach Atlasu Komórek Ludzkich zespół badaczy koncentruje się na badaniu budowy ludzkiej skóry. Zrozumienie, jak rozwija się skóra, rozmieszczenie komórek w przestrzeni i czasie oraz rola genetyki pomoże odkryć, w jaki sposób określone mutacje powodują wrodzone choroby skóry, takie jak pęcherze i łuszczenie się skóry.

W ramach nowego badania naukowcy z Wellcome Sanger Institute na Uniwersytecie w Newcastle i ich współpracownicy stworzyli pierwszy jednokomórkowy i przestrzenny atlas ludzkiej skóry w okresie prenatalnym.

Zespół wykorzystał próbki prenatalnej tkanki skóry²które rozbili, aby przyjrzeć się pojedynczym komórkom w zawiesinie, a także komórkom znajdującym się na miejscu w tkance. Naukowcy wykorzystali najnowocześniejsze sekwencjonowanie pojedynczych komórek i transkryptomikę przestrzenną³ do analizy poszczególnych komórek w przestrzeni i czasie oraz zmian komórkowych regulujących rozwój skóry i mieszków włosowych. Opisali etapy powstawania mieszków włosowych człowieka i zidentyfikowali różnice w stosunku do mieszków włosowych myszy.

Wykorzystanie dorosłych komórek macierzystych⁴naukowcy stworzyli także w naczyniu „mini organ” ze skóry, zwany organoidem, posiadający zdolność do wzrostu włosów. Porównali charakterystykę molekularną organoidów skóry ze skórą prenatalną i odkryli, że model organoidów skóry bardziej przypomina skórę prenatalną niż skórę osoby dorosłej.

Zespół odkrył, że w organoidzie skóry nie tworzyły się naczynia krwionośne w porównaniu ze skórą prenatalną. Dodając do organoidu komórki odpornościowe zwane makrofagami, odkryli, że makrofagi sprzyjają tworzeniu się naczyń krwionośnych, a zespół przeprowadził obrazowanie 3D, aby ocenić powstawanie naczyń krwionośnych w tkance.

Wiadomo, że te komórki odpornościowe chronią skórę przed infekcjami. Jednakże po raz pierwszy wykazano, że makrofagi odgrywają kluczową rolę w tworzeniu ludzkiej skóry na wczesnym etapie rozwoju, wspierając wzrost naczyń krwionośnych. Daje to możliwość poprawy unaczynienia innych organoidów tkankowych.

Zespół przeanalizował także różnice w typach komórek między skórą prenatalną a skórą osoby dorosłej. Pokazują, jak makrofagi odgrywają ważną rolę w naprawie skóry bez blizn w okresie prenatalnym, co może znaleźć zastosowanie kliniczne w celu uniknięcia blizn pooperacyjnych lub ranach.

W wyniku tego badania zespół opracował molekularny „przepis” na budowę ludzkiej skóry i powstawanie mieszków włosowych. Odkrycia te można wykorzystać do tworzenia nowych mieszków włosowych na potrzeby medycyny regeneracyjnej, np. przy przeszczepach skóry u ofiar oparzeń lub osób cierpiących na łysienie bliznowaciejące.

Prenatalny atlas ludzkiej skóry zostanie również wykorzystany do określenia, w których komórkach są aktywne lub ulegają ekspresji geny, o których wiadomo, że powodują wrodzone choroby włosów i skóry, takie jak pęcherze i łuszcząca się skóra. Naukowcy odkryli, że geny odpowiedzialne za te zaburzenia ulegają ekspresji w skórze w okresie prenatalnym, co oznacza, że ​​powstają w macicy. Organoidy skóry utworzone w tym badaniu oferują nowy, dokładny model do badania tych chorób.

Doktor Elena Winheim, współpierwsza autorka z Wellcome Sanger Institute, powiedziała: „Dzięki naszemu prenatalnemu atlasowi ludzkiej skóry przedstawiliśmy pierwszy molekularny «przepis» na wytwarzanie ludzkiej skóry i odkryliśmy, w jaki sposób powstają ludzkie mieszki włosowe przed urodzeniem. odkrycia mają niesamowity potencjał kliniczny i można je zastosować w medycynie regeneracyjnej, oferując przeszczepy skóry i włosów, na przykład u ofiar oparzeń lub osób z łysieniem bliznowatym”.

Dr Hudaa Gopee, współpierwsza autorka z Uniwersytetu w Newcastle, powiedziała: „Jesteśmy podekscytowani możliwością stworzenia modelu organoidu skóry, z którego wyrastają włosy. W trakcie tego procesu odkryliśmy nową, ważną rolę komórek odpornościowych w promowaniu wzrostu krwi naczyń w rozwijającej się tkance skórnej, co mogłoby pomóc w udoskonaleniu innych modeli organoidów. Te komórki odpornościowe, zwane makrofagami, również wydają się odgrywać kluczową rolę w naprawie skóry prenatalnej bez blizn. Nasze odkrycia mogą pomóc w postępie klinicznym w zakresie unikania blizn pooperacyjnych”.

Profesor Muzlifah Haniffa, współautorka i tymczasowy dyrektor genetyki komórkowej w Wellcome Sanger Institute, powiedziała: „Nasz prenatalny atlas ludzkiej skóry i model organoidów zapewniają społeczności badawczej ogólnodostępne narzędzia do badania wrodzonych chorób skóry i odkrywania możliwości medycyny regeneracyjnej. Robimy ekscytujące postępy w kierunku stworzenia Atlasu Komórek Ludzkich, zrozumienia biologicznych etapów budowy człowieka i badania, co dzieje się nie tak w chorobie.”