Az őssejtkutatás egyik aranykorát éljük és ennek köszönhetően egyre közelebb jön az az időszak, amikor a kültakaró sérülés utáni pótlása rutinfeladattá válhat.
Nem oly rég volt szerencsém egy konferencián meghallgatni Michele De Luca egy kiváló előadását egy lenyűgöző orvosi bravúrról. A történet főszereplője egy Németországban élő, ám közel-keleti származású hét esztendős fiú, Hassan volt, akit egy ritka, örökletes betegséggel, epidermolízis bullózával diagnosztizáltak. A betegség hátterében olyan mutáció, vagy mutációk állnak, amelyek a felhámban lévő sejtkapcsoló struktúrák dezorganizációját, ezáltal a felhám egyre nagyobb területre kiterjedő fekélyes elváltozását és leválását eredményezi. Hassan bőrfelületének hozzávetőleg 80% veszítette el a hámrétegét, amikor az őt kezelő orvosgárda a Ruhr Egyetem gyermekgyógyászati klinikáján úgy döntött, hogy egy kísérleti kezelésnek vetik alá az immár életveszélyes állapotban lévő kisfiút. Bőrbiopsziát vettek tőle, majd az így nyert keratinocitákat sejtkultúrába vonták, és retrovirális vektort használva a Laminin-332 alaphártya komponenst kódoló génnek egy működőképes „vad” típusát juttatták a sejtekbe (Hassan esetében ennek a génnek a mutációja okozta a betegséget). Az ily módon kijavított sejtekből egy úgynevezett oligoklonális sejtvonalat alapítottak, majd akkora mennyiségben szaporították föl azokat, hogy 2015 októbere és 2016 januárja között (na, ezzel elárultam, hogy nem a legfrissebb szenzációról számolok be) több műtéti beavatkozás során Hassan teljes levált, vagy sérült bőrfelületén lecserélték a hámréteget a génsebészeti eljárással korrigált, új, mesterséges felhámra [1; 2].
Amint ámuldozva hallgattam a technikai részleteket eszembe ötlött egy kérdés, amit nagyon udvariasan senki nem tett fel az előadónak: mi a helyzet az epidermisz származékaival, mint a verejték és faggyúmirigyek, vagy a szőrszálak? Marginálisnak tűnik a kérdés, hogy Hassan teste szőrös-e, ha egyszer életben maradt. Mindazonáltal tény, hogy a bőr fentemlített képleteinek van némi élettani szerepe, így nem ártana, ha olyan mesterséges bőrt is képesek lennénk előállítani, ami mindezeket a képleteket tartalmazza.
Nos, a szőrtüszőkkel kapcsolatban épp a napokban akadt a kezembe egy igen érdekes cikk, amelyről az alábbiakban fogok röviden megemlékezni.
A szőrtüsző egy meghatározott képletében, az úgynevezett dermális papillában egy őssejtkészlet ücsörög, amelyből a szőrszál velő és kéregállománya is származik. A kopaszodás elleni küzdelemben e sejtkészlet terápiás célú felhasználása komoly ígéretekkel kecsegtet, azonban van egy eddig leküzdetlen nehézség: a dermális papilla őssejtjeinek drasztikusan megváltozik a génexpressziós profilja, ha tenyészetbe vonják őket és ezzel együtt elveszítik szőrtüsző iniciáló és szőrszálképző képességüket, amivel a frissen izolált sejtek még rendelkeznek. Ez nem meglepő, annak ismeretében, hogy a sejtek őssejtszerű viselkedése nagyban függ a szöveti környezetből származó szignáloktól (az ökológiából kölcsönzött kifejezéssel: az őssejt niche-től) [3].
Logikus lépés lenne hát modellezni az eredeti őssejt niche-t, hogy abban az őssejteket kívánt képességeik megőrzése mellett szaporítsuk fel. Ezt nyilván könnyebb mondani, mint kivitelezni, azonban a legmodernebb 3D szövetmérnöki megoldások erre is kínálnak megoldási lehetőséget. Egy liverpooli kutatócsoport 3D nyomtatással olyan „öntőformákat” hozott létre, amelyek segítségével I-es típusú kollagénbe ágyazott bőr-eredetű fibroblaszt kultúrában (tekintsük ezt az irharéteg megfelelőjének) lehet kialakítani szőrtüsző formájú csövecskéket. Ha ezekbe a „csövekbe” telepítik be a dermális papilla eredetű őssejteket, azok spontán aggregálódnak kis gömbszerű képletekké (szferoid), és újra kifejeznek olyan markereket, amelyeket in vivo igen, de hagyományos, 2D tenyésztési körülmények között nem képesek kifejezni (verzikán és alkalikus foszfatáz). A 2D tenyésztés során nagymennyiségben kifejeződő SMA (simaizom aktin, a mezenhimális sejtek egy jellemző markere) szintje a szferoidokban nullára csökkent, ahogy normálisan a dermális papillákban sincs jelen ez a fehérje. Ha kontrollként fibroblasztokat helyeztek a mikrocsövecskékbe, akkor a fenti változások egyike sem volt megfigyelhető, sem morfológiai, sem génexpressziós szinten.
Az igazán izgalmas dolgok azonban csak a következő kísérleti beállításoknál következtek! A fibroblasztok és dermális papilla eredetű őssejtek közös tenyészetét hámsejtekkel (keratinocitákkal) fedték be. Nevezzük ezt innentől kezdve mesterséges bőrnek. A keratinociták az általuk kifejezett markerek alapján diszkrét populációkra kezdtek differenciálódni: azok a hámsejtek, amelyek a „mikrocsövek” falára tapadtak ki több rétegbe rendeződtek, és az in vivo viszonyoknak megfelelő térbeli mintázat szerint kezdték kifejezni a külső gyökérhüvely (Keratin-5), a belső gyökérhüvely (AE13/15 és Keratin-71) és a szőrszál velőállományának (Keratin-75) specifikus markereit. A „mikrocsövek” egyre nyilvánvalóbban hasonlítottak a valódi szőrtüszőkre. Mi több, az eredeti, a felszínre merőleges állásuk is megváltozott. A tenyésztés 3. hetére mindegyik szőrtüsző szerű képlet kb. 120°-os szögben állt, ami sokkal jobban megfelel a valós anatómiai viszonyoknak. A szőrtüsző szerű képletekhez kapcsolódva faggyúmirigyet, vagy annak kezdeményét egyetlen esetben sem figyeltek meg.
Elég menő, mi? Hát lehet még fokozni! Ezt az egész mesterséges bőrkonstrukciót beültették csupasz egerekbe. Ha az irhának megfelelő mixtúrába endotélium (az erek falát alkotó hámsejtek) eredetű sejteket is kevertek, akkor a recipiens állatban a mesterséges bőrt gyönyörűen benőték a hajszálerek, és rövidesen pigmentálatlan hajszálak kunkorodtak a csupasz kis egérkék hátán [4].
Amellett, hogy ez az eredmény önmagában is lenyűgöző, a tanulmány szerzői azt remélik, hogy rövidesen terápiás célokat is szolgálhat az általuk fejlesztett mesterséges bőr. Erre nem csak a bevezetésben említett epidermolízis bullózához hasonló ritka, genetikai betegségek kapcsán lenne igény, hanem az ennél nagyságrendekkel gyakoribb, bőrátültetést igénylő harmadfokú égési sérülések esetében is. De legrosszabb esetben megveszi majd a szépségipar, és piacra dobja a kopaszodó, ám hiú férfiak pénztárcájának kiürítése céljából. Valószínűleg nem kell sokat várjunk, hogy ilyennel találkozzunk.
(A borítókép az NIH-NIAMS Flickr oldaláról származik.)
[1] https://www.bbc.com/news/health-41914101
[2] “Regeneration of the entire human epidermis using transgenic stem cells” Nature volume 551, pages327–332(2017) URL:https://www.nature.com/articles/nature24487
[3] “Microenvironmental reprogramming by three-dimensional culture enables dermal papilla cells to induce de novo human hair-follicle growth” URL: https://www.pnas.org/content/110/49/19679.long
[4] “Tissue engineering of human hair follicles using a biomimetic developmental approach” Nature Communications volume 9, Article number: 5301 (2018) URL: https://www.nature.com/articles/s41467-018-07579-y