Наконец-то в борьбе с облысением появились шансы на победу. Группе американских ученых удалось вырастить в пробирке структуру, после пересадки которой в кожу образовался волосяной фолликул. Самое удивительное в этом то, что для мышей то же самое удалось проделать уже больше сорока лет назад.
Рост и жизнедеятельность волосяных фолликулов управляется структурами, которые называются сосочками дермы. На определенной стадии эмбрионального развития в дерме из клеток мезенхимы образуются трехмерные структуры. Если такую структуру разрушить, образование волосяного фолликула не произойдет. Предполагается, что ее взаимодействие с эпидермальным слоем и приводит к образованию волосяных фолликулов из клеток обоих слоев. Все эти процессы происходят во время эмбрионального развития, у взрослых людей новые волосяные фолликулы образуются только в особенных случаях вроде заметных повреждений всей кожи и последующей регенерации.
Сорок лет назад в экспериментах с грызунами было показано, что, если у взрослого животного пересадить дермальный сосочек в такое место, где волоса раньше не было, то через некоторое время эпидермальный слой в этом месте изменит свое поведение, и начнется образование фолликула. Более того, если дермальный сосочек никуда не пересаживать, а диссоциировать на отдельные клетки, а эти клетки размножить в культуре, то после трансплантации клетки смогут снова образовать уже несколько новых трехмерных структур. Эти структуры очень похожи на те, которые образуются в ходе эмбрионального развития, и им удавалось запускать образование фолликула. С человеческими волосами все оказалось гораздо сложнее. Пересаженный с одного места на другое дермальный сосочек по-прежнему индуцировал рост волоса, но размножить его в клеточной культуре не удавалось. Трехмерной структуры после пересадки не образовывалось.
В обсуждаемой статье ученым удалось убедить культивируемые клетки сформировать такие структуры. Дело в том, что обычно клетки мезенхимальной природы культивируются в двумерном слое (2D-культивирование). Их выращивают в специальной адгезивной пластиковой посуде. Клетки прикрепляются ко дну и распластываются, сверху на них наливается жидкая питательная среда. Такое двумерное состояние неестественно для клеток. Показано, что при этом меняется уровень активности многих генов. Однако есть другой давно известный способ культивирования – метод висячей капли (3D-культивирование). Капля среды для культивирования с определенным количеством диссоцированных клеток в ней наносится на пластиковую крышку, например, чашки Петри. Чтобы поддерживалась влажность, и среда не испарялась, на дно наливается вода. Если размер капли подобран правильно, то она будет довольно долго висеть и не падать. А клетки в ней под действием силы тяжести и, не имея адгезивной поверхности, чтобы к ней прикрепиться, будут формировать трехмерные структуры – сфероиды. Эти структуры сами по себе довольно похожи на те, которые образовывались в дерме в экспериментах с мышами и крысами. А профиль активности генов у таких клеток оказался изменен заметно меньше.
Для проверки эффективности трансплантации сфероидов использовались довольно сложная система. Кусочки человеческой кожи (примерно половина квадратного сантиметра), полученные в госпитале в ходе операции обрезания, обрабатывались специальным образом и трансплантировались иммунодефицитным (чтобы не происходило отторжения) мышам. В это место инъецировались сфероиды. Оказалось, что они в определенной мере способны вызывать формирование волосяного фолликула.
Далее исследователи попытались установить, различие в активности каких именно генов приводит к такой разнице между 2D- и 3D-культивирумыми клетками. 2D-культивирование повлияло на активность 4000 тысяч генов, если сравнивать с клетками, живущими непосредственно в организме человека. Из этих 4000 активность чуть больше 1000 генов восстанавливалась при 3D-культивировании. Среди этой тысячи – гены, про которые и раньше было известно, что они связаны с ростом волос. Например, ген Wnt. Этот ген кодирует белок, задействованный в важнейшем сигнальном пути. По Wnt-пути внутрь клетки проходят внеклеточные сигналы, и формируется ответ клетки на них. Он играет одну из наиболее ключевых ролей в эмбриональном развитии и формировании органов и других структур в организме.
Авторы работы сами удивлены, насколько простым оказалось решение проблемы, которую безуспешно решали 40 лет.
