В одном из первых исследований по изучению популяционного поведения большого пула стволовых клеток в тысячах волосяных фолликулов ?? в отличие от стволовой клетки одного волосяного фолликула ?? Согласно статье, опубликованной 29 апреля в журнале Science, ученые из Медицинской школы Университета Южной Калифорнии расшифровали, как стволовые клетки волос у мышей и кроликов могут общаться друг с другом и способствовать взаимно скоординированной регенерации.
Команда ученых сотрудничала с биологами-математиками из Оксфордского университета над статьей, "Самоорганизация и стохастическое поведение при регенерации стволовых клеток волос," который только что был назван журналом “Выбор редакции” журнала Science Signaling.
Исследователи проанализировали в течение многих месяцев изменения в структуре роста волос у выбритых мышей и кроликов, которые указывают на циклический переход стволовых клеток в волосяные фолликулы между активным и спокойным состояниями.
"Результаты совершенно удивительны. Сложная координация не видна невооруженным глазом," сказал Ченг-Мин Чуонг, профессор патологии в школе Кек и главный исследователь исследования, финансируемого Национальными институтами здравоохранения.
В "сложная координация" Чуонг имеет в виду способность большой популяции стволовых клеток волос взаимодействовать друг с другом для достижения устойчивого роста волос, что проявляется в постоянно меняющемся узоре волосков, который часто выглядел как произведение абстрактного искусства "нарисованный" на коже кролика.
Ученые обнаружили, что стволовые клетки волос координируют свою регенерацию друг с другом с помощью пары молекулярного активатора WNT и ингибитора BMP. Когда сигналы WNT и BMP многократно используются среди населения из тысяч волосяных фолликулов по всей поверхности кожи, в процессе самоорганизации возникает сложное регенеративное поведение роста волос.
Исследование имеет потенциал для поиска лекарства от алопеции или выпадения волос за счет улучшения среды для общения. Облысение у людей возникает частично из-за того, что стволовые клетки волосяных фолликулов человека, в отличие от клеток мышей и кроликов, утратили способность общаться друг с другом.
"Когда каждый волосяной фолликул человека хочет восстановиться, он может рассчитывать только на себя; ему не помогают другие фолликулы," Чыонг сказал. "Но когда волосяной фолликул кролика регенерируется, он может рассчитывать на два входа: свою собственную активацию и сигнал активации от своих соседей. У кроликов очень активный рост шерсти, что очень важно для их выживания в дикой природе."
Если механизм стволовых клеток "коммуникация" может пробудиться в стволовых клетках человека, можно будет значительно увеличить долю человеческих волос в фазе роста, – сказал Максим Пликус, ведущий автор статьи, ныне научный сотрудник постдокторского исследования в Университете Пенсильвании. Во время проведения исследования Пликус работал в школе Кека и получил грант на постдокторскую подготовку Калифорнийского института регенеративной медицины.
Результаты исследования достаточно многообещающие, поэтому Институт инноваций Стивенса при Университете Южной Калифорнии уже подал заявку на патент на композицию и метод модуляции роста волос.
Полученные данные также дают представление о потенциальном поведении стволовых клеток в других органах, что имеет разветвления для исследований в области регенеративной медицины. Тот факт, что большая популяция стволовых клеток волосяного покрова кролика может побуждать друг друга к регенерации и по очереди отдыхать, подразумевает, что это возможно для стволовых клеток других органов ?? в том числе и у человека ?? аналогичным образом общаться и стимулировать рост с высокой эффективностью.
"Эта работа должна стимулировать поиск аналогичного поведения на популяционном уровне среди стволовых клеток в других ключевых регенеративных системах, таких как желудочно-кишечный тракт и костный мозг," Пликус сказал.
Исследование основано на более ранней статье, которую команда под руководством Пликуса и Чуонга опубликовала три года назад в журнале Nature. В этом исследовании изучались модели роста волос у мышей и было обнаружено, что макросреда, которая включает подкожную жировую ткань и изменения гормонов организма, может влиять на регенеративное поведение отдельных волосяных фолликулов. Он также обнаружил новые функционально отличные, но морфологически неотличимые фазы на стадиях роста и покоя волосяного фолликула.
"В совокупности наши статьи Nature 2008 и Science 2011 года выводят наше понимание регенеративных процессов во взрослом органе на новый уровень," Пликус сказал.