Луис Гарса, более десяти лет проработавший врачом-ученым в медицинской школе Университета Джона Хопкинса, заметил распространенную проблему при лечении людей с ампутациями конечностей в своей клинике. У них часто появлялись высыпания и порезы в местах ампутации, где кожа не выдерживала высокого механического давления при ношении протезов. Болезненные рваные раны удерживали пациентов от использования протезов, что значительно ухудшало качество их жизни.

“Это вызвало интерес к поиску способа помочь людям, испытывающим давление в тех местах, где их тело не должно было испытывать давления”, - сказал Гарза.

Волярная кожа на ладонях и подошвах ног толще, чем кожа на руках и ногах, и может выдерживать более высокое механическое давление. В недавнем исследовании Гарза и его коллеги показали, что введение фибробластов из волярной кожи добровольцев повышало чувствительность их кожи, не связанной с волярной кожей, к давлению, что сохранялось в течение нескольких месяцев. Результаты, опубликованные в журнале Science, демонстрируют терапевтический потенциал волярных фибробластов для изменения структуры кожи, предлагая подход к предотвращению повреждения кожи, вызванного давлением.

Приятно видеть, что исследование показывает, что трансплантация изменяет свойства кожи, - сказал Райан Дрискелл, биолог-кожевник из Университета штата Вашингтон, который не принимал участия в исследовании. “Само по себе это меня не удивляет, потому что теория была всегда”.

Эксперименты, проведенные в 1960-х годах, показали, что дермальный слой кожи, содержащий фибробласты, определяет идентичность самого внешнего слоя кожи, эпидермиса у млекопитающих. Когда исследователи смешали дерму хомяков и эпидермис морских свинок и пересадили их хозяину, они обнаружили, что трансплантат обладает свойствами кожи хомяка.

В своем текущем исследовании Гарза и его команда опирались на эту и более позднюю работу, в которой сообщалось, что фибробласты обладают позиционной памятью. “Мы поняли, что можем извлечь фибробласты из человека, и они сохранят свою идентичность в культуре”, - сказал Гарза. “И когда мы вставим их обратно, они должны стать более доминирующим элементом, контролирующим идентичность тканей”.

Прежде чем исследователи смогли пересадить фибробласты, они охарактеризовали различия в волярных и неволярных фибробластах под давлением. Они выделили и вырастили фибробласты, собранные с волосистой части головы добровольцев (кожа без волосков) и подошв (кожа без волосков), и подвергли эти клетки высокому давлению, добавив вязкое химическое вещество. Они обнаружили, что фибробласты из подошв показали более высокую скорость миграции и активации различных генов, особенно тех, которые помогают выдерживать механическое давление, по сравнению с фибробластами из кожи головы.

Установив, что волярные и неволярные фибробласты ведут себя по-разному под давлением, ученые исследовали, влияют ли фибробласты на идентичность эпидермиса в кожных конструкциях. Они создали трехмерные каркасы, содержащие фибробласты кожи головы или подошвы. При объединении их с эпидермальными клетками из кожи, не являющейся волярной, фибробласты подошвы индуцировали волярные особенности, такие как утолщение эпидермиса и экспрессия волярных эпидермальных маркеров.

Воодушевленная этими наблюдениями, команда решила протестировать терапевтический потенциал волярных фибробластов в ходе клинического испытания 1-й фазы. Они вводили фибробласты, выделенные из кожи головы или подошв участников, в неволярную кожу их бедер. Введение клеток человека в его собственный организм предотвращает осложнения, связанные с отторжением трансплантата, отметил Гарза.

Гистологический анализ биопсии кожи, взятой через пять месяцев после инъекции фибробластов из подошв, показал, что кожа имеет характерные особенности, в том числе увеличенную толщину эпидермиса, длину кожных коллагеновых волокон и экспрессию кожного эластина.

Чтобы лучше охарактеризовать изменения, произошедшие в коже, исследователи провели секвенирование РНК биоптатов тканей, взятых в период между двумя неделями и 17 месяцами после инъекций фибробластов. Это подтвердило экспрессию генов, связанных с идентичностью кожи в местах инъекции фибробластов.

“Мы были очень взволнованы, потому что никогда не знаешь наверняка, насколько точна вся эта фундаментальная работа. Но никто никогда по-настоящему не пробовал это, особенно на людях, да и на мышах тоже”, - сказал Гарза.

“Именно так можно было бы мечтать использовать фибробласты”, - сказал Дрискелл. “Но это имеет значение не только для кожи”. Другие органы, такие как легкие, кишечник и почки, также содержат фибробласты.6 Понимание гетерогенности популяции фибробластов в таких органах может стать основой для новых методов лечения, отметил Дрискелл.

Ближайшая цель Гарзы и его команды - оптимизировать терапию, чтобы улучшить качество кожи после инъекции фибробластов, и перейти к следующему этапу клинических испытаний. По словам Гарзы, клеточная и генная терапия — это новое направление медицины после хирургии и фармакологии. “Наша работа является частью усилий, направленных на то, чтобы превратить это третье направление медицины в реальность”.