Возможно ли однажды полностью восстановить поврежденную кожу без образования рубцов? Новое исследование гарвардских биологов, опубликованное в журнале Cell, раскрывает способ, позволяющий полностью регенерировать кожу за счет снятия блокировки эмбрионального механизма заживления, который отключается после рождения. Эксперименты на мышах указывают на возможность разработки аналогичных методов терапии для людей.
Кожу часто называют главным примером органа, способного к самовосстановлению. Однако на самом деле процесс заживления не затрагивает все слои в полной мере. После повреждения эпидермальные стволовые клетки восстанавливают поверхностный слой, а фибробласты откладывают плотную рубцовую ткань. Между тем кожа содержит множество других типов клеток — от десяти до пятидесяти в зависимости от классификации, включая волосяные фолликулы, кровеносные и лимфатические сосуды, потовые железы, клетки пигмента, иммунные клетки, жировые клетки и нервы. Большинство этих структур не регенерируют, поэтому рубцовая кожа остается глубоко измененной.
Предыдущие исследования показали, что эмбриональные раны способны заживать без образования рубцов. Однако новое открытие идет значительно дальше. После повреждения эмбриональная кожа восстанавливает все типы клеток, но эта способность быстро утрачивается после рождения. Исследование раскрывает молекулярные механизмы этого переключения и то, как его можно обратить вспять.
«Наши данные позволяют предположить, что некоторые органы сохраняют присущий им регенеративный потенциал, который просто находится в подавленном состоянии, и устранение этого блока может оказаться достаточным для запуска регенерации. Иными словами, регенерацию, возможно, не нужно создавать заново, достаточно просто высвободить ее», — отметила Я-Чи Сюй, ведущий автор исследования.
Для изучения процессов заживления ран исследователи использовали биопсийный инструмент для удаления участка кожи на всю толщину, после чего сравнивались регенерация органа у эмбриональных и новорожденных мышей в разных временных отрезках. Одной из сложностей было отслеживание мест эмбриональных повреждений, поскольку они заживали настолько полно, что становились неотличимы от здоровой кожи. Ученые пометили зоны травм флуоресцентными микросферами и хной.
Исследователи обнаружили, что способность кожи к регенерации неуклонно снижалась в первые дни после рождения. Наиболее драматичный сдвиг произошел в интервале от трех дней до рождения до пяти дней после. У мышей, получивших травму за три дня до рождения, кожа регенерировала разнообразные типы клеток и практически не отличалась от неповрежденной. Однако при повреждении на пятый день после рождения место травмы покрывалось эпителиальными клетками, заполнялось коллагеновой рубцовой тканью, а также аномально плотными нервными волокнами и иммунными клетками. Многие другие типы клеток кожи не восстанавливались.
Команда попыталась выявить механизмы, лежащие в основе различий в регенерации. Выяснилось, что места постнатальных повреждений становились плотно пронизаны нервными волокнами. Эта «гипериннервация» возникает потому, что фибробласты в постнатальных ранах усиливают экспрессию гена Cxcl12, который привлекает избыточное количество нервов к месту травмы и нарушает восстановление других типов клеток кожи.
Когда исследователи подавили активность Cxcl12 в ранах у новорожденных мышей, гипериннервация уменьшилась, и кожа стала регенерировать разнообразные типы клеток. Блокирование локальной нервной сигнализации с помощью ботулотоксина (ботокса) дало похожие результаты.
На полпути исследования команда «столкнулась с препятствием», поскольку предполагала, что в процессе регенерации так или иначе участвуют иммунные клетки. Прорыв произошел, когда ученые обнаружили, что реальным барьером служит сигнальный механизм, вызывающий гипериннервацию, и что, отключив его, можно восстановить полноценную регенерацию кожи.
«Удивительным оказалось то, что мы идентифицировали блокирующий механизм. И этот барьер опосредован взаимодействием фибробластов и нервов. Отношения между этими двумя типами клеток не были в фокусе исследований заживления ран. Я полагаю, что это очень полезно для научного сообщества, поскольку теперь мы можем рассматривать их как реально взаимодействующие структуры», — отмечают исследователи.
Ранее Специалисты из Южно-Австралийского института медицинских исследований обнаружили новый тип клеток, ускоряющий заживление ран.