Из плюрипотентных стволовых клеток человека вырастили кожу с волосами

«Это первое исследование, которое показывает, что человеческие волосы можно полностью вырастить из стволовых клеток в чашке, что было целью биологии кожи на протяжении десятилетий», — говорит ведущий автор работы Карл Келер (Гарвардская медицинская школа и Бостонская детская больница).

В 2013 году та же группа исследователей из университета Индианы и Гарвардского университета создала ткани внутреннего уха из эмбриональных стволовых клеток мыши с использованием трехмерного метода культивирования. В 2017 году они разработали метод выращивания ткани внутреннего уха из плюрипотентных стволовых клеток человека, а в 2018 году впервые вырастили из стволовых клеток мыши кожу, покрытую шерстью.

Используя метод трехмерного культивирования, проверенный в предыдущих экспериментах, команда инкубировала стволовые клетки человека в среде с ключевыми факторами, способствующими развитию эпидермиса, на протяжении 4–5 месяцев. В результате они получили органоиды кожи — шарообразные скопления клеток диаметром около 500–1000 мкм, внутренние слои которых представляют собой верхний слой кожи (эпидермис), а снаружи развивается нижний слой кожи (дерма). Органоид содержит волосяные фолликулы с сальными железами и осязательными клетками Меркеля, к которым подходят нервные окончания, состоящие из сенсорных нейронов и шванновских клеток. Возможно, из таких органоидов удастся вырастить кожу, чувствительную к прикосновениям. В них также присутствовали меланоциты — клетки, отвечающие за пигментацию.

Секвенирование РНК единичных клеток и сравнение транскриптомов с эмбриональными образцами позволяет предположить, что органоиды кожи сходны с кожей лица человеческих эмбрионов во втором триместре развития.

«Мы разработали новый рецепт приготовления кожи человека, которая производит волосяные фолликулы примерно за 70 дней культивирования, — сказал Келер. (На таком же сроке развиваются фолликулы человеческого волоса во время беременности.) «Когда волосяные фолликулы растут, корни распространяются в радиальном направлении. Это причудливая структура, которая выглядит почти как глубоководное существо с щупальцами», — добавил он.

После инкубационного периода исследователи пересадили органоиды кожи бесшерстным мышам в разрезы длиной 1-2 мм. Органоиды успешно образовали плоскую кожу, в местах пересадки половины трансплантатов выросли пучки волос.

Такой результат предполагает потенциальное применение для реконструкции повреждений кожи. Органоиды кожи могут стать материалом для трансплантации вместо лоскутов кожи, удаленных с других участков тела, и полностью изменить эту область медицины.

Есть и множество других возможных применений, например, в экспериментах, — от разработки лекарственной или генной терапии врожденных кожных заболеваний до воссоздания ранних стадий образования рака кожи. Кроме того, необходимы дополнительные исследования сенсорной функции участков кожи, образовавшихся из органоидов. «Мы проводим эксперименты, в которых покачиваем волосы и видим, активируются ли нейроны, — сказал Келер, — как доказательство того, что наша кожа может реагировать на прикосновения».