Вчені оприлюднили «молекулярний рецепт» для людської шкіри

Новий атлас людської шкіри та шкірний органоїд можуть зробити революцію в лікуванні шкірних захворювань і вдосконалити методи регенеративної медицини. Група дослідників створила перший одноклітинний атлас пренатальної шкіри людини, щоб зрозуміти, як формується шкіра і що йде не так при захворюваннях.

Команда, що складається з дослідників з Інституту Велкома Сенгера, Університету Ньюкасла та їхніх колег, використовувала секвенування одноклітинних клітин та інші методи геноміки для створення атласу і виявлення того, як формується шкіра людини, включаючи волосяні фолікули. Ці результати можуть бути використані для створення нових волосяних фолікулів у регенеративній медицині та трансплантації шкіри для жертв опіків.

Розробка та застосування органоїду шкіри

У дослідженні, нещодавно опублікованому в журналі Nature, команда також створила «міні-орган» шкіри в посудині зі здатністю рости волосся. Використовуючи органоїд, вони показали, як імунні клітини відіграють важливу роль у відновленні шкіри без рубців, що може призвести до клінічних застосувань для запобігання утворенню рубців після хірургічних операцій або загоєнню ран без рубців.

В рамках проекту «Атлас клітин людини»[1], який картографує всі типи клітин в організмі людини, щоб змінити уявлення про здоров’я і хвороби, дослідники пропонують молекулярний «рецепт» побудови шкіри і нову органоїдну модель для вивчення вроджених захворювань шкіри.

Шкіра — найбільший орган людського тіла, що має площу в середньому два квадратних метри. Вона забезпечує захисний бар’єр, регулює температуру тіла і здатна до саморегенерації. Шкіра розвивається в стерильному середовищі утроби матері, причому всі волосяні фолікули формуються ще до народження — після народження відбувається циклічна зміна фолікулів, але нові фолікули не утворюються. До народження шкіра має унікальну здатність загоюватися без утворення рубців.

Вивчити, як розвивається людська шкіра, було складно, оскільки тваринні моделі мають ключові відмінності. В рамках проекту «Атлас клітин людини» команда дослідників зосередилася на вивченні того, як побудована людська шкіра. Розуміння того, як розвивається шкіра, де знаходяться клітини у просторі та часі, а також роль генетики допоможе з’ясувати, як певні мутації спричиняють вроджені захворювання шкіри, такі як пухирчатка та луската шкіра.

У цьому новому дослідженні вчені з Інституту Велкома Сенгера Університету Ньюкасла та їхні колеги створили перший одноклітинний і просторовий атлас пренатальної шкіри людини.

Команда використовувала зразки пренатальної тканини шкіри[2], які вони розрізали, щоб розглянути окремі клітини в підвішеному стані, а також клітини на місці в тканині. Вчені використовували передові методи секвенування одноклітинних клітин і просторової транскриптоміки[3] для аналізу окремих клітин у просторі та часі, а також клітинних змін, які регулюють розвиток шкіри та волосяних фолікулів. Вони описали етапи формування волосяних фолікулів людини та визначили відмінності від волосяних фолікулів миші.

Використовуючи стовбурові клітини дорослої людини,[4] дослідники також створили «міні-орган» шкіри в посудині, відомий як органоїд, зі здатністю рости волосся. Вони порівняли молекулярні характеристики органоїдів шкіри з пренатальною шкірою і виявили, що модель органоїда шкіри більше нагадує пренатальну шкіру, ніж шкіру дорослої людини.

Команда виявила, що кровоносні судини не формуються в органоїді шкіри так само, як і в пренатальній шкірі. Додавши до органоїду імунні клітини, відомі як макрофаги, вони виявили, що макрофаги сприяють утворенню кровоносних судин, і команда провела 3D-візуалізацію, щоб оцінити формування кровоносних судин у тканині.

Роль макрофагів у розвитку шкіри

Відомо, що ці імунні клітини захищають шкіру від інфекцій. Однак вперше було показано, що макрофаги відіграють ключову роль у формуванні шкіри людини на ранніх стадіях розвитку, підтримуючи ріст кровоносних судин. Це дає можливість покращити васкуляризацію інших тканинних органоїдів.

Команда також проаналізувала відмінності в типах клітин між пренатальною шкірою та шкірою дорослої людини. Вони показали, що макрофаги відіграють важливу роль у відновленні шкіри без рубців у пренатальній шкірі, що може призвести до клінічних застосувань для уникнення рубців після хірургічних втручань або поранень.