Используя репрограммированные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), исследователи из Центра Биологии Развития RIKEN (RIKEN Center for Developmental Biology, CDB) совместно с коллегами из Токийского Университета Наук (Tokyo University of Science) и других японских институтов успешно вырастили сложную ткань кожи совместно с волосяными фолликулами и сальными железами. Им также удалось имплантировать эту трехмерную структуру живым мышам, после чего в имплантированной ткани сформировались соответствующие связи с другими системами органов: нервами и мышечными фибриллами. Эта работа открывает широкие возможности для создания функциональных трансплантатов кожи для пациентов с ожогами и другими поражениями, требующими пересадки кожи.
Исследования в области биоинженерных тканей в последние годы привели к значительным достижениям: создано множество различных типов тканей, однако все еще существует ряд проблем, которые необходимо решить. При инженерии кожи эпителиальные клетки успешно образуют имплантируемые пласты, однако они не содержат соответствующих придатков – сальных и потовых желез, позволяющих коже функционировать как полноценная ткань.
Для проведения работы, результаты которой опубликованы в журнале Science Advances, исследователи получили клетки буккального эпителия мышей и использовали химические соединения для трансформации их в ИПСК, подобные стволовым. В культуре эти клетки соответствующим образом развивались в эмбриоидные тельца – трехмерные скопления клеток, частично похожие на настоящий развивающийся эмбрион. Исследователи получили такие эмбриоидные тельца из ИПСК, используя сигналинг Wnt10b, и затем имплантировали клеточные скопления иммунодефицитным мышам, где они постепенно развились в дифференцированную ткань, следуя плану развития настоящего эмбриона. С момента дифференцировки ткани ученые переносили их из первой мыши на кожу второй мыши, где фрагменты развивались как покровная ткань, разграничивающая наружную среду и внутреннюю часть, выполняя при этом множество функций, от подъема стержня волоса до выделения жира. Немаловажно, что исследователи установили, что имплантированные ткани формируют нормальные связи с окружающими нервами и мышечной тканью, позволяя коже нормально функционировать.
Важным фактором в этой разработке стала обработка клеток Wnt10b – сигнальной молекулой, приведшей к формированию большего числа волосяных фолликулов, что сделало биоинженерную ткань более похожей на настоящую.
«До настоящего времени разработка искусственной кожи сдерживалась тем фактом, что в коже отсутствовали важные структуры, такие как волосяные фолликулы и экзокринные железы, позволяющие ей играть столь важную роль в регуляторной функции организма, – говорит Такаши Тсуджи (Takashi Tsuji) из Центра RIKEN, руководитель исследования, – Благодаря новому методу мы успешно вырастили ткань, воспроизводящую функции нормальной кожи. Мы еще ближе подошли к мечте о воссоздании в лаборатории настоящих органов для трансплантации и также полагаем, что выращенную таким образом ткань можно использовать в качестве альтернативы тестированию различных веществ на животных».
