Pirmą kartą mokslininkai sukūrė vienos ląstelės prenatalinės žmogaus odos atlasą, kad suprastų, kaip formuojasi oda ir kas negerai sergant ligomis.
Niukaslio universiteto Wellcome Sanger instituto mokslininkai ir jų bendradarbiai naudojo pavienių ląstelių seką ir kitus genomikos metodus, kad sukurtų atlasą ir atskleistų, kaip formuojasi žmogaus oda, įskaitant plaukų folikulus. Šios įžvalgos galėtų būti panaudotos kuriant naujus plaukų folikulus regeneracinėje medicinoje ir persodinant odą nudegimų aukoms.
Tyrime, paskelbtame spalio 16 d Gamtakomanda taip pat sukūrė mažą odos organą lėkštelėje su galimybe auginti plaukus. Naudodami organoidą, jie parodė, kaip imuninės ląstelės vaidina svarbų vaidmenį atkuriant odą be randų, o tai gali paskatinti klinikinius pritaikymus, kad būtų išvengta randų susidarymo po operacijos arba be randų gijimo po žaizdos.
Kaip dalį Žmogaus ląstelių atlaso, kuris atvaizduoja visus žmogaus kūno ląstelių tipus, kad pakeistų supratimą apie sveikatą ir ligas, mokslininkai pateikia molekulinį „receptą“, kaip sukurti odą, ir naują organoidinį modelį, skirtą įgimtoms odos ligoms tirti.
Oda yra didžiausias žmogaus kūno organas, kurio dydis vidutiniškai yra du kvadratiniai metrai. Jis suteikia apsauginį barjerą, reguliuoja mūsų kūno temperatūrą ir gali pats atsinaujinti. Oda vystosi sterilioje gimdos aplinkoje, visi plaukų folikulai susiformuoja prieš gimdymą – po gimimo vyksta folikulų ciklas, tačiau naujų folikulų neatsiranda. Prieš gimimą oda turi unikalų gebėjimą išgyti be randų.
Buvo labai sunku ištirti, kaip vystosi žmogaus oda, nes gyvūnų modeliai turi esminių skirtumų. Kaip žmogaus ląstelių atlaso dalis, tyrėjų komanda daugiausia dėmesio skiria žmogaus odos kūrimo būdui. Supratimas, kaip vystosi oda, kur ląstelės yra erdvėje ir laike, ir genetikos vaidmuo padės atskleisti, kaip specifinės mutacijos sukelia įgimtus odos sutrikimus, tokius kaip pūslių atsiradimas ir pleiskanojanti oda.
Šiame naujame tyrime Niukaslio universiteto Wellcome Sanger instituto tyrėjai ir jų bendradarbiai sukūrė pirmąjį žmogaus prenatalinės odos vienos ląstelės ir erdvinį atlasą.
Komanda naudojo prenatalinio odos audinio pavyzdžius, kuriuos jie suskaidė, kad apžiūrėtų atskiras suspensijos ląsteles, taip pat ląsteles, esančias audinyje. Mokslininkai naudojo pažangiausią vienos ląstelės sekos nustatymą ir erdvinę transkriptomiką, kad analizuotų atskiras ląsteles erdvėje ir laike bei ląstelių pokyčius, kurie reguliuoja odos ir plaukų folikulų vystymąsi. Jie apibūdino žingsnius, nusakančius, kaip formuojasi žmogaus plaukų folikulai, ir nustatė skirtumus nuo pelių plaukų folikulų.
Naudodami suaugusiųjų kamienines ląsteles, mokslininkai taip pat sukūrė mažą odos organą lėkštelėje, žinomą kaip organoidą, turintį galimybę auginti plaukus. Jie palygino odos organoidų molekulines savybes su prenataline oda ir nustatė, kad odos organoidų modelis labiau primena prenatalinę odą nei suaugusiųjų odą.
Komanda nustatė, kad kraujagyslės nesusidarė odos organoidinėje ir prenatalinėje odoje. Į organoidą įtraukę imunines ląsteles, žinomas kaip makrofagai, jie atrado, kad makrofagai skatina kraujagyslių formavimąsi, o komanda atliko 3D vaizdą, kad įvertintų kraujagyslių susidarymą audinyje.
Yra žinoma, kad šios imuninės ląstelės apsaugo odą nuo infekcijos. Tačiau tai pirmas kartas, kai makrofagai vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant žmogaus odą ankstyvojo vystymosi metu, nes palaiko kraujagyslių augimą. Tai suteikia galimybę pagerinti kitų audinių organoidų vaskuliarizaciją.
Komanda taip pat išanalizavo ląstelių tipų skirtumus tarp prenatalinės odos ir suaugusiųjų odos. Jie parodo, kaip makrofagai atlieka svarbų vaidmenį berandų odos atstatyme prenatalinėje odoje, o tai gali paskatinti klinikinį pritaikymą, kad būtų išvengta randų po operacijos ar žaizdų.
Atlikus šį tyrimą, komanda pateikia molekulinį „receptą“, kaip kuriama žmogaus oda ir kaip formuojasi plaukų folikulai. Šios įžvalgos galėtų būti panaudotos kuriant naujus plaukų folikulus regeneracinei medicinai, pvz., persodinant odą nudegimų aukoms arba tiems, kuriems yra randinė alopecija.
Prenatalinis žmogaus odos atlasas taip pat bus naudojamas siekiant nustatyti, kuriose ląstelėse yra aktyvūs arba išreikšti genai, kurie, kaip žinoma, sukelia įgimtus plaukų ir odos sutrikimus, tokius kaip pūslių susidarymas ir pleiskanojanti oda. Tyrėjai nustatė, kad su šiais sutrikimais susiję genai yra išreikšti prenatalinėje odoje, o tai reiškia, kad jie atsiranda gimdoje. Šiame tyrime sukurti odos organoidai siūlo naują, tikslų šių ligų tyrimo modelį.
Dr. Elena Winheim, bendraautorė iš Wellcome Sanger instituto, sakė: „Su mūsų prenataliniu žmogaus odos atlasu pateikėme pirmąjį molekulinį žmogaus odos „receptą“ ir atskleidėme, kaip žmogaus plaukų folikulai formuojasi prieš gimimą. Šios įžvalgos turi nuostabų klinikinį potencialą ir gali būti panaudotos regeneracinėje medicinoje, siūlant odos ir plaukų persodinimą, pavyzdžiui, nudegimų aukoms arba tiems, kuriems yra randų alopecija.
Dr. Hudaa Gopee, pirmasis autorius iš Niukaslio universiteto, sakė: „Džiaugiamės, kad sukūrėme organoidinį odos modelį, kuris augina plaukus. Šiame procese mes atskleidėme naują, svarbų imuninių ląstelių vaidmenį skatinant augimą. Atrodo, kad šios imuninės ląstelės, vadinamos makrofagais, atlieka svarbų vaidmenį odos atstatyme prieš gimdymą, o tai gali padėti pagerinti kitus organoidinius modelius.
Profesorius Muzlifah Haniffa, Wellcome Sanger instituto vienas iš pirmaujančių autorių ir laikinasis ląstelių genetikos vadovas, sakė: „Mūsų prenatalinis žmogaus odos atlasas ir organoidinis modelis suteikia mokslinių tyrimų bendruomenei laisvai prieinamas priemones, skirtas tirti įgimtas odos ligas ir ištirti regeneracinės medicinos galimybes. Mes žengiame įdomius žingsnius kurdami Žmogaus ląstelių atlasą, suprantame biologinius žmonių kūrimo žingsnius ir tiriame, kas blogai serga sergant ligomis.