Стволовые клетки для кожи головы

Нехватка белка FOXC1 приводит к ослаблению волосяного фолликула, что может стать причиной потери волос и облысения. Стволовые клетки – это действенные строительные основы всего организма, они способны заполнить собой поврежденные ткани, постоянно обновляя организм. С годами количество стволовых клеток уменьшается, что негативно влияет на свойства регенерации. В органах и тканях, требующих постоянного омоложения, таких как стенки кишечника и кожные покровы, стволовые клетки содержатся в достаточном количестве. В других системах организма, где нет потребности в постоянном омоложении, такие клетки прибывают в спокойном состоянии, размножаются редко и неактивно, ожидая сигнала для начала быстрой регенерации. Волосяной фолликул относится к зоне слабой активности стволовых клеток, следовательно, их активизация может привести к активному росту волос.

Стволовые клетки в лечение облысения – быстро и эффективно

На данный момент ученые не получили однозначного ответа в области изучения стволовых клеток, ценный ресурс для всего организма остается до конца не исследованным. Однако недавно проведенные лабораторные работы, позволили по-новому взглянуть на свойства и функциональные возможности стволовых клеток, заставить их работать над восстановлением функций волосяного фолликула, активизации обменных процессов. Появилась возможность активизировать работу стволовых клеток, перевести их из состояния покоя к функции регенерации. Опытным путем удалось достигнуть существенного увеличения активности стволовых клеток в волосяном фолликуле. Ученым удалось выделить ген стволовой клетки, а также выявить фактор сдерживания, побуждающий клетку пребывать в состоянии покоя.

В чем суть терапевтического метода?

Стволовые клетки для роста волос активизируют неразвитые фолликулы, начинается активный рост, даже в местах полного облысения. Восстанавливается структура волос, седые и тонкие волосы выпадают, а их место занимает новая природная растительность, естественного цвета и густоты. Проведенные опыты доказали эффективность использования данного метода, активизация стволовых клеток активирует обменные процессы в волосяной луковице, побуждая к быстрому росту волос. Другим важным фактором роста является наличие в фолликуле белка FOXC1, наличие которого позволяет увеличить скорость роста новых волос в семь раз. Опыты, проведенные на мышах, показали, что отсутствие белка в волосяном фолликуле дает способность появиться лишь одному волосу, в то время, как его наличие обеспечивает рост одновременно четырех волос. Также наличие белка существенно снизило возможность потери волоса, он становится более крепким.

Седина и лысина – эффективные методы борьбы

Наличие белка FOXC1 в стволовых клетках волосяного фолликула позволило достигнуть небывалого роста волос, шевелюра становится более пышной, пропадает седина. Проведенные на мышах опыты, показали высокую эффективность применения данной методики. Стволовые клетки от выпадения волос не только стимулируют быстрый рост, но и насыщают волос меланином, восстанавливая его природный цвет. В юном возрасте активность стволовых клеток достаточно высокая, однако с течением лет она постепенно ослабевает, что негативно сказывается на росте волос, являясь провоцирующим фактором для облысения. На текущий момент ученые заканчивают свои исследования, что позволит в ближайшее время получить действенный и эффективный препарат лечения облысения и седины. Стволовые клетки способны дать новую жизнь росту волос, стимулировать их рост естественным путем, без вреда для организма.

: 11.02.2016

Стволовые клетки способны регенерировать в течение всей жизни организма и производить специализированные клетки разных типов. Правда, со временем стволовые клетки тоже стареют и их репликативная способность снижается. В отличие от стволовых клеток крови или слизистой оболочки кишечника, стволовые клетки волосяных фолликулов функционируют циклически, за активной фазой следует неактивная, в которой они перестают делиться и «строить» волосы. По данным ученых из Колорадского университета, за эту цикличность отвечает транскрипционный фактор Foxc1, который экспрессируется (активируется) только в активных стволовых клетках волосяных фолликулов. Это подтвердили эксперименты на мышах, лишенных Foxc1, у которых активированные стволовые клетки не возвращаются в бездействующее состояние. Ученые пришли к выводу, что активные клетки производят Foxc1 для того, чтобы потом временно прекратить делиться, контролируя таким образом активность процесса.

Чтобы выяснить, почему волосы редеют в старости, ученые из Токийского университета медицины и стоматологии сначала провели исследования на мышах. Они обнаружили, что под влиянием накопленных с возрастом ошибок в ДНК в волосяных фолликулах происходит разрушение белка, называемого коллаген 17A1. В отсутствие этого белка стволовые клетки волосяных фолликулов трансформируются в клетки кожи – эпидермальные кератиноциты, которые легко отшелушиваются от поверхности кожи. Со временем это происходит со все большим числом стволовых клеток, соответственно, волосяные фолликулы уменьшаются и, в конце концов, исчезают. 

Такое превращение клеток было впервые показано в связи с процессами старения, и это очень интересно, что стареющие клетки изменяют свой тип, а не совершают самоубийство путем апоптоза (запрограммированной гибели клеток) или просто не прекращают делиться.

Далее ученые проанализировали волосяные фолликулы в коже головы женщин в возрасте от 22 до 70 лет и обнаружили, что фолликулы у женщин старше 55 лет были меньше и в них обнаруживался более низкий уровень коллагена 17A1. Видимо, и у людей к истончению и выпадению волос, связанному с возрастом, приводят процессы, аналогичные обнаруженным у мышей. Возможно, коллаген 17A1 может стать мишенью для лечения возрастного выпадения волос.

По: https://www.sciencemag.org

Фото: ZEISS Microscopy https://www.flickr.com

Подготовила Мария Перепечаева

: 11.02.2016

Волосяной покров — отличительная черта млекопитающих, однако молекулярный механизм, лежащий в основе роста волос, остаётся мало изученным. Волосяной фолликул формируется эпителиальными стволовыми клетками под действием биохимических «стимулов» со стороны клеток волосяного сосочка (ВС-клеток), «населяющих» волосяную луковицу и управляющих процессами развития волоса. Недавнее исследование показало, что, будучи изъятыми из ткани и помещёнными на питательную среду, ВС-клетки теряют способность индуцировать образование фолликула. Оказалось, эту способность ВС-клеткам придают костные морфогенетические белки (в частности, КМБ-6), управляя экспрессией «профильных» генов в клетках волосяного сосочка.

Клетки волосяного сосочка — пункт управления ростом волос

Практически все клетки в организме человека идентичны с генетической точки зрения, а характерные черты строения и функциональные особенности они приобретают за счет различной активности генов, которая и приводит к специализации клеток — «настройке» их на выполнение конкретной работы в составе определенной ткани и органа. Исключение — конечно, только подтверждающее правило, — составляют высокоспециализированные клетки, которые в процессе развития вообще утрачивают ядро со всем генетическим материалом, а заодно и некоторые другие органеллы. К ним относятся некоторые клетки крови (эритроциты, тромбоциты), а также ороговевшие клетки кожи — корнеоциты.

«Жизненный цикл» клетки, как правило, ограничен строго заданным числом клеточных делений, а способностью к неограниченному делению в здоровой ткани обладают лишь стволовые клетки, являющиеся неспециализированными предшественниками плеяды клеток-«специалистов». (Впрочем, стволовые клетки тоже обладают определенной специализацией — например, из стволовых гемопоэтических клеток могут получаться только различные клетки крови, а «последователи» эндотелиальных полипотентных клеток образуют ткани, выстилающие полости внутренних органов.) Дифференциация стволовых клеток, как и процесс эмбрионального развития, находится под сложнейшим контролем биохимического «фона» тех тканей, в которых эти клетки развиваются. Этот «фон» составляют многочисленные факторы роста и дифференцировки, имеющие, главным образом, белковую природу.

Рост волос, являющихся неотъемлемой частью покровов тела млекопитающих, во многом обязанных своим теплокровием именно строению кожи и ее способностью к оволосению, также является следствием дифференцировки стволовых клеток — полипотентных клеток кожи. Волосяной фолликул — «корень» волоса — образуется из эпителиальных стволовых клеток, дифференцировкой которых «руководят» клетки волосяного сосочка (ВС-клетки, Dermal papilla cells), выделяя в межклеточную среду определенные морфогенетические факторы. Считается, что ВС-клетки управляют стадиями развития фолликула и, следовательно, ростом и обновлением волос. Однако этот механизм весьма запутан, — ведь работа ВС-клеток тоже подчиняется управляющим воздействиям со стороны других клеток! Недавняя работа, выполненная в Лаборатории дифференцировки клеток млекопитающих Медицинского института имени Ховарда Хьюза в США, проливает немного света на этот сложный процесс [1].

Выделенные из ткани, клетки волосяного сосочка теряют уникальные качества

Клетки волосяного сосочка — это воистину сигнальный центр, координирующий работу эпителиальных и мезенхимальных клеток различных типов. Уникальные свойства ВС-клеток определяются активностью генов и биохимическими факторами, которые ВС-клетки выделяют в среду, «командуя парадом» роста волос и дифференцировки клеток кожи. В 2005 году та же группа ученых определила «профиль активности» генов в ВС-клетках и их биохимический «портрет», ориентируясь, главным образом, на синтезируемые ими факторы роста [2]. (Аналогичные «профили» были получены и для ряда других клеток волосяного фолликула.) Для такой высокоиндивидуальной характеристики исследователи использовали оригинальную методику, основанную на проточной цитометрии, позволяющую разделять различные типы клеток, «протекающие» в потоке жидкости через оптический детектор. Ведь быть уверенным, что тот или иной фактор роста выделяется определенным типом клеток, можно только в случае работы с однородным образцом!

Выяснилось, что среди 184 генов, составляющих «генетический профиль» ВС-клеток, восемь являются рецепторами и восемь — факторами роста, специфичными только для этого типа клеток, и еще примерно столько же оказались общими для ВС-клеток и некоторых других клеток волосяного фолликула. Однако если выделенные клетки волосяного сосочка перенести на питательную среду, чтобы они образовали культуру (рис. 1), через какое-то время они теряют свои уникальные качества: из среды исчезают выделяемые ими факторы роста и, будучи «пересаженными» обратно в кожу, эти клетки уже не могут запустить образование волосяного фолликула. Это означает, что активность «профильных» генов регулируется какими-то веществами, выделяемыми другими клетками, образующими волосяную луковицу.

Костный морфогенетический белок определяет «портрет» ВС-клеток

Белком, во многом определяющим биохимический «портрет» клеток волосяного сосочка, оказался один из членов семейства костных морфогенетических белков (КМБ или BMP, “Bone morphogenic protein”) — цитокинов, главной функцией которых является регулировка развития костной и хрящевой ткани. Как выяснилось, кроме участия в формировании опорно-двигательной системы, эти белки играют роль в управлении дифференцировкой и пролиферацией эпителиальных стволовых клеток — как во взрослом организме, так и в эмбриогенезе.

Роль костного морфогенетического белка 6 (КМБ-6) была установлена в результате экспериментального сканирования активности 23 соединений, в норме присутствующих в тканевой «нише» волосяного фолликула (рис. 1). В качестве отличительной черты биохимического «портрета» ВС-клеток выбрали активность щелочной фосфатазы, которая сохранялась длительное время только под действием костных морфогенетических белков, но не любого другого из 23 протестированных. Аналогично КМБ-6 восстанавливает активность ряда других генов, также специфичных для ВС-клеток и прекращающих работать при переносе в культуру, в которой отсутствует направляющее воздействие, имеющееся в ткани.

Тонкость регуляции активности генов заставляет удивляться: при обработке костным морфогенетическим белком других клеток (например, дермальных фибробластов или остеобластов), также содержащих активную щелочную фосфатазу и другие «характерные» для ВС-клеток белки, активность этих генов практически не изменяется! Зато КМБ-6 в этих клетках «чувствуют» другие гены, не меняющие активности в ВС-клетках под действием этого фактора роста.

КМБ возвращает ВС-клеткам способность управлять ростом волос

Поддержание активности «профильных» генов в культуре — это, конечно, очень интересный результат. Однако насколько интереснее было бы проверить, действительно ли ВС-клетки, обработанные фактором дифференцировки КМБ-6, могут индуцировать образование волосяного фолликула — и, в конечном счете, запустить рост волос!

Проверку этого предположения проводили способом, от которого у защитников прав животных, наверное, зашевелились бы волосы. Суспензию, приготовленную из фрагмента кожи трансгенной мыши, кератиноциты которой производили зеленый флуоресцентный белок, «сдобренный» ВС-клетками другой мыши, переносили в вырезанные углубления на спине третьей мыши — абсолютно «голой» (безволосой) по причине генетической мутации. «Голая» мышь была выбрана по нескольким причинам. Во-первых, у нее нет волосяного покрова. А во-вторых, её отличает слабый иммунитет, из-за чего она практически не отторгает пересаженные ей органы и ткани. («Голая» мышь — распространенная лабораторная линия (nude), на которой исследуют рак, заболевания иммунитета и др.) Флуоресцентный белок в кератиноцитах, окрашивающий их изумрудным цветом под объективом флуоресцентного микроскопа, понадобился в данном случае, чтобы наблюдать за эффективностью «трансплантации» и за процессами, связанными с образованием волосяных фолликулов.

В случае если рану на спине «голой» мыши заполняли одними только кератиноцитами, она затягивалась, но роста волос не наблюдалось. Если к кератиноцитам добавляли клетки волосяного сосочка из культуры, на заросшей ранке начинали расти редкие волосы. Наконец, максимальный эффект с ростом густых волос достигался, если культуру ВС-клеток обрабатывали фактором роста КМБ-6, в полной мере сохранявшим способность клеток к индукции образования волосяного фолликула (рис. 2).

Но и на этом фантазия ученых не исчерпалась. Чтобы установить роль костного морфогенетического белка в росте волос еще более надежно, они получили мутантную линию мышей, в которых был удален ген рецептора Bmpr1, отвечающего за способность реагировать на КМБ-6. Вследствие потери рецептора ВС-клетки переставали «чувствовать» КМБ-6 и теряли способность индуцировать рост волос — что также было подтверждено в хитроумном трансплантационном эксперименте (рис. 3). Утрата рецептора, конечно, изменяла биохимический «портрет» клеток — синтез практически всех характерных белков останавливался — за исключением… самого КМБ-6, ген которого начинал экспрессироваться намного сильнее. Этот факт, скорее всего, свидетельствует о наличии отрицательной обратной связи в биохимии этого цитокина. А кроме того, это подтверждает, что роль КМБ-6 заключается не в прямой инициации роста волос, а в том, чтобы «подтолкнуть» ВС-клетки к запуску «строительства» — дифференцировке эпителиальных стволовых клеток с целью образования нового волосяного фолликула.

Объединив выводы, полученные в различных экспериментах, ученые смогли точно установить, что «чувствительность» ВС-клеток к морфогену КМБ-6 является необходимой для способности «дирижировать» процессом формирования волосяного фолликула и, значит, определять рост волос.

«То, что мы открыли, по-настоящему интересно, — говорит Майкл Рендл (Michael Rendl), первый автор публикации в Genes & Development [1], ученый из лаборатории Элейн Фукс (Elaine Fuchs), где проводилась работа. — Такое ощущение, что разные метаболические пути, комбинируясь между собой, регулируют работу разных наборов генов, придавая каждой клетке в составе волосяного фолликула неповторимые, свойственные только ей качества!»

Фукс добавляет к словам своего сотрудника: «Сложная схема с использованием КМБ-6, используемая клетками для обмена информацией и командами друг с другом, может оказаться частью молекулярного механизма, управляющего циклом развития волосяного фолликула. Если это и правда так, то мы оказались на один шаг ближе к пониманию секрета роста волос» [3].

Радикальный лосьон для роста волос?

Конечно, сейчас еще очень рано говорить о новом средстве против облысения — ведь пока результаты, полученные в исследовательских лабораториях, дойдут до стадии воплощения в медицинских препаратах, и пока эти препараты доберутся до рынка, пройдет не один год. Однако, скорее всего, настанет такой момент, когда с облысением будут бороться не с помощью пересадки собственных волосяных фолликулов с мест, где они содержатся в избытке, на облысевший участок головы, а с помощью какого-нибудь искусственно созданного фактора роста. Главное, чтобы после этого вместе с волосами не выросли и роговые пластины — так что лучше пока не торопиться!

Первоначально статья опубликована в журнале «Косметика и медицина» № 2 за 2008 г. [4].

1. M. Rendl, L. Polak, E. Fuchs. (2008). BMP signaling in dermal papilla cells is required for their hair follicle-inductive properties. Genes & Development. 22, 543-557;
2. Michael Rendl, Lisa Lewis, Elaine Fuchs. (2005). Molecular Dissection of Mesenchymal–Epithelial Interactions in the Hair Follicle. PLoS Biol. 3, e331;
3. Protein maintains cross talk between cells that control hair growth. (2008). ScienceDaily;
4. Чугунов А. (2008). «Растишка» для волос, или новые подробности из жизни волосяного фолликула. «Косметика и медицина». 2, 16–19.