Алхимия исцеления – ученые превращают открытые раны в здоровую кожу

Ученые из Института биологических исследований Солка разрабатывают новую методику для лечения крупных кожных язв путем перепрограммирования клеток тканей раны в клетки здоровой кожи.

Сообщество LA JOLLA: пластическая хирургия для лечения крупных кожных язв, в том числе и у людей с глубокими ожогами, пролежнями или хроническими заболеваниями – такими как, например, сахарный диабет, – может уйти в прошлое. Ученые из Института Солка разработали метод прямого преобразования клеток открытой раны в новые клетки кожи. Этот метод основан на перепрограммировании клеток в состояние, подобное состоянию стоволовых клеток, и может быть полезен при лечении повреждений кожи, для противодействия последствиям старения, а также для лучшего понимания процессов, происходящих при раке кожи.

«Результаты наших наблюдений представляют собой первоначальное доказательство принципа регенерации in vivo (на живом организме) всей полноценной, оформленной ткани, такой как кожа, а не только отдельных типов клеток, как было доказано ранее, – говорит профессор из Института Солка Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, ведущий автор новой статьи, опубликованной в журнале «Nature» в начале сентября текущего года. – Эти знания могут быть не только полезны для усовершенствования методик восстановления кожи, но также могут служить и в качестве гайдлайна по регенеративными стратегиями in vivo в других патологических ситуациях, а также использоваться для препятствия процессу старения, во время которого восстановление тканей ухудшается».

Кожные язвы – раны, которые могут захватывать несколько слоев кожи – обычно лечатся хирургически, путем пересаживания здорового лоскута кожи, который покрывает рану. Однако когда язва особенно велика, хирургам может оказаться сложно провести трансплантацию достаточно большого кожного лоскута. В этих случаях ученые могут изъять стволовые клетки кожи у пациента, вырастить их в лаборатории и пересадить обратно пациенту. Однако такая процедура требует большого количества времени, что может поставить под угрозу жизнь пациента, и иногда бывает неэффективна.

Изписуа Бальмонте и приглашенный научный сотрудник Института Солка Масакадзу Курита, который имеет богатый опыт работы в пластической хирургии, знали, что критической стадией восстановления раны является миграция (или трансплантация) базальных кератиноцитов в рану. Эти клетки, подобные стволовым клеткам, действуют как предшественники различных типов клеток кожи. Но большие, тяжелые раны, при которых теряется несколько слоев кожи, лишены базальных кератиноцитов. И даже когда эти раны заживают, клетки, размножающиеся в этой области, в основном участвуют в закрытии раны и процессе воспаления, а не в восстановлении здоровой кожи.

Изписуа Бельмонте и Курита хотели напрямую преобразовать эти оставшиеся клетки в базальные кератиноциты, не изымая их из организма. «Мы намеревались вырастить кожу в месте, на котором коже было не из чего расти», – говорит Курита.

Сначала исследователи сравнили уровни различных белков у двух типов клеток (клеток, участвующих в процессах воспаления, и у кератиноцитов), чтобы понять, что им нужно изменить, чтобы перепрограммировать идентификаторы клеток. Они выявили 55 «факторов перепрограммирования» (белки и молекулы рибонуклеиновой кислоты), которые потенциально были связаны с определением различной идентичности базальных кератиноцитов. Затем, посредством метода проб и ошибок, а также дальнейших экспериментов, касающихся каждого возможного фактора перепрограммирования, они сузили список до четырех факторов, которые могли бы опосредовать превращение клеток в базальные кератиноциты.

После этого группа исследователей локально зарастила кожные язвы у мышей при помощи этих четырех факторов; язвы зарастали здоровой кожей (так называемым эпидермисом) в течение 18 дней. Со временем эпидермис разрастался и соединялся с окружающей кожей даже в случаях обширных язвенных поражений. Через три и шесть месяцев в ряде молекулярных, генетических и клеточных тестов сгенерированные клетки демонстрировали поведение здоровых клеток кожи.

Ученые планируют провести больше исследований, чтобы оптимизировать технику и начать ее тестирование на дополнительных моделях язвы.

«Прежде чем внедрять метод в клиническое использование, нам нужно провести больше исследований, касающихся проверки долгосрочности и безопасности нашего подхода, а также максимально повысить его эффективность», – говорит Курита.

Кроме Куриты и Изписуа Бельмонте, авторами новой статьи стали: Тосикадзу Араока, Томоаки Хисида, Дэвид Д. О'Киф, Юта Такахаси, Акихиса Сакамото, Масахиро Сакурай, Кэйитиро Судзуки, Юнь Ву, Мако Ямамото, Рейна Эрнандес-Бенитес, Алехандро Окампо, Прадип Редди и Шокирев Максим Николаевич из Института Солка; Пьер Магистретти из Университета науки и техники короля Абдуллы; Эстрелла Нуньес Деликато из Universidad Católica San Antonio de Murcia (Католический университет Сан-Антонио-де-Мурсия); а также Хитоми Это и Киёнори Харии с медицинского факультета Университета Кёрин.

Работа и ученые были поддержаны грантами Японского министерства образования, культуры, спорта, науки и техники (MEXT), Университета Кёрин, Японского общества содействия развитию науки, Мемориального Фонда Уэхары, Национального института рака, Благотворительного фонда им. Г. Гарольда и Лейлы Ю. Матерс, Благотворительного фонда Леона М. и Гарри Б. Хэлмсли, Фонда  Мокси, Фонда Эвергрин, Фонда доктора Педро Гильен, а также Католического университета Сан-Антонио-де-Мурсия.