Розкриття секретів загоєння шкіри без рубців

Кассандра Вілліард

Шукати цього автора в:

секретів

Кредит: Марко Мелграті

Найбільший орган в організмі може здатися ледь більше, ніж клітинний обгортковий папір, але шкіра має ролі, які варіюються від відбивання мікроорганізмів до регулювання температури тіла. У нього також є значний недолік: сильно пошкоджена шкіра може зажити, але не може регенерувати. Натомість утворює шрами. Ці позначки - це не просто косметичні дефекти. Тканина рубців може стримувати рух людини і через відсутність потових залоз перешкоджає охолодженню тіла. Хоча шрами здаються товщі звичайної шкіри, тканина насправді слабша.

Здається, рубцювання є неминучою частиною людства. Але три десятиліття тому стало ясно, що наймолодші пацієнти не страждають. Коли Майкл Гаррісон, дитячий хірург Каліфорнійського університету в Сан-Франциско, почав робити перші в історії операції на плодах, він помітив щось цікаве щодо немовлят, які вижили. Зрізи, які він зробив у них в утробі матері, здавалося, загоюються без рубців.

Гаррісон попросив Майкла Лонгакера, докторського дослідника в його лабораторії, дослідити явище. Лонгакер був скептично налаштований. Оскільки його начальник був єдиним лікарем, який виконував операції на плоді, він каже: «Моя перша реакція:« Боже, це не здається великою проблемою охорони здоров’я, бо ти єдиний робиш [плодові] рани. '"Але довго Longaker зрозумів потенційні наслідки: розшифрувавши, що рухає цим внутрішньоутробно зцілюючись, він може виявити способи, як спонукати зцілення без шрамів поза матки. "Мій неохочий рік у лабораторії став чотирма", - каже Лонгакер. "Я став одержимий рубцями".

Лонгакер, нині пластичний хірург із акцентом на регенеративній медицині в Стенфордському університеті в Каліфорнії, ще не розгадав таємницю повністю. Як і інших дослідників. Хоча багато досліджень дали цінну інформацію про те, як виникають рубці, вони дали кілька клінічно корисних методів лікування. "Дещо покращилися", - каже Стівен Бадилак, заступник директора Інституту регенеративної медицини Макгоуана при Університеті Пітсбурга в штаті Пенсільванія. Але це ще далеко від сподівань, викликаних ажіотажем на роботу, розпочату у 1980-х.

Проте багато дослідників обережно оптимістичні щодо того, що краще розуміння механізмів, що призводять до утворення рубців, відкриє шлях до інноваційних стратегій зменшення утворення рубцевої тканини. У вересні Адміністрація США з питань харчових продуктів і медикаментів затвердила першу процедуру, яка включала "спрей", а в клінічних випробуваннях проходять численні інші продукти, що загоюють шкіру. Поле регенерації шкіри рухається в іншому напрямку, говорить Бадилак. Замість того, щоб вирощувати шкіру в чашках Петрі в лабораторії, а потім пересаджувати її людям, дослідники використовують тіло як біореактор і заохочують шкіру робити те, що вона робила під час внутрішньоутробного розвитку - регенерувати. Вони хочуть дізнатись більше про те, як виникають рубці, а також про те, як їх можна зупинити.

Еволюційна перевага

Зріжте шкіру, і вона буде кровоточити. І тоді воно заживе. Спочатку утворюється згусток, щоб стримувати кровотік, що починає масивну запальну реакцію. Імунні клітини затоплюють регіон, щоб очистити бактерії та сміття, тоді як клітини, звані кератиноцитами у зовнішньому шарі шкіри, швидко діляться в гонці, щоб закрити рану та запобігти зараженню. Далі рана починає заповнюватися. Веретеноподібні клітини, відомі як фібробласти, мігрують на пошкоджену ділянку і виводять колаген та інші білки, що забезпечують структуру тканини. Протягом трьох тижнів після травми рана зажила.

Але таке швидке загоєння має головний мінус. Цей швидкий ремонт часто призводить до рубців, особливо коли рана глибока. У здоровій шкірі колагенові волокна утворюють решітку. Але під час загоєння ран фібробласти кладуть колагенові волокна паралельно один одному, що створює жорстку і слабку тканину. Це тому, що еволюція вибирала швидкість над досконалістю: до відкриття антибіотиків повільне загоєння, мабуть, означало б зараження інфекцією або переживання тривалої кровотечі. "Це справді питання виживання проти естетики", - говорить Джефф Бірнаскі, біолог із стовбурових клітин з Університету Калгарі в Альберті, Канада.

Коли такі ремонти шкіри невеликі, вони не становлять великих проблем. Але великі шрами можуть змінити життя. Тканина рубців «не має такого розтягування, рухливості та діапазону рухів, як у звичайної шкіри», - каже Анджела Гібсон, хірург-опік, який вивчає загоєння ран в Університеті Вісконсинської школи медицини та громадського здоров’я в Медісоні. Це може бути особливо проблематично, коли рубці покривають суглоби. Уявіть, - каже Гібсон, - не в змозі тримати виделку або піднімати руки для миття волосся.

Але утворення рубців може бути неминучим. Шкіра плода починає рубцюватися лише пізніше терміну вагітності, що говорить про те, що шкіра людини має принаймні деякі регенеративні можливості. Все, що потрібно зробити дослідникам, - це розробити, як їх розблокувати.

Фантастичні фібробласти

Рани плода - не єдині рани, стійкі до рубцювання. Томас Леунг, дерматолог Медичної школи Перельмана при Університеті Пенсільванії у Філадельфії, зауважив, що у людей старшого віку часто виникають тонкі шрами, ніж у молодих людей. Щоб зрозуміти чому, Леунг звернувся до мишей. Він та його колеги порівняли загоєння ран у молодих та старих мишей, пробивши отвори у вухах гризунів 1. У одномісячних тварин такі рани загоювались товстим шрамом і ніколи не закривались повністю - подібно до дірок на сережках у людей, каже Леунг. У 18-місячних мишей, які приблизно еквівалентні 65-річним людям, загоєння зайняло більше часу, але отвори закрилися повністю і з меншими рубцями. Ті самі спостереження проводились щодо ран на спинах мишей.

Флуоресцентна мікрофотографія фібробластів шкіри людини. Кредит: Всюкова/SPL

Леунг та його колеги задалися питанням, чи сприяє компонент крові молодих мишей утворенню рубців. Щоб перевірити цю ідею, вони об’єднали старих і молодих мишей, надавши їм спільну систему кровообігу за допомогою хірургічної техніки, яка називається парабіоз. Команда виявила, що вплив крові молодих тварин призвів до поранення у літніх мишей ран 1. Подальші експерименти виявили ймовірного винуватця: Cxcl12, ген, який кодує білок, який називається стромальним клітинним фактором 1 (SDF1). Коли команда вибила SDF1, навіть рани у молодих тварин зажили з мінімальними рубцями. Це відкриття пропонує шлях до загоєння без рубців у людей: придушення активності CXCL12.

Насправді на ринку вже є препарат, який перешкоджає шляху SDF1 - плериксафор. Препарат застосовується для мобілізації стовбурових клітин з кісткового мозку у людей з певними типами раку. Леунг та його колеги сподіваються перевірити, чи може плериксафор мінімізувати рецидив келоїдів - товстих, підвищених рубців, які, як правило, постійно зростають - в ході клінічного випробування. Команда також розглядає, як SDF1 сприяє початковому утворенню рубців.