Volledig volwassen haarzakjes gegenereerd in het laboratorium als gekweekte „follicloïden“

Een team van onderzoekers uit Japan dat de processen van haarfollikelgroei en haarpigmentatie bestudeert, heeft met succes haarzakjes in culturen gegenereerd door epitheliale-mesenchymale interacties (EMI) en de rangschikking van epitheliale en mesenchymale cellen in drie dimensies, in vitro, te beheersen. De wetenschappers, onder leiding van Tatsuto Kageyama, PhD, een assistent-professor met de faculteit engineering aan de Yokohama National University, suggereren dat het haarzakjesmodel nieuwe inzichten zal bieden in de ontwikkeling van haarzakjes, wat zou kunnen wijzen op de ontwikkeling van nieuwe benaderingen voor de behandeling van haar verliesstoornissen, en mogelijk ook relevant zijn voor dierproeven en het screenen van geneesmiddelen.

Hun werk melden in wetenschappelijke vooruitgangin een paper getiteld „Herprogrammering van driedimensionale micro-omgevingen voor in vitro haarfollikel-inductie“, concludeerden Kageyama en collega’s: „Deze benadering kan niet alleen nuttig zijn voor het begrijpen van de basis van EMI’s bij haarfollikel-inductie, maar ook voor toepassingen zoals alternatieven voor dierproeven, regeneratie van haarzakjes en screening van geneesmiddelen.”

Naarmate een embryo zich ontwikkelt, treden er interacties op tussen de buitenste laag van de huid, de epidermale laag, en het bindweefsel dat mesenchym wordt genoemd. Deze epitheliale-mesenchymale interacties werken als een soort boodschappersysteem om de ontwikkeling van verschillende weefsels en organen op gang te brengen, waaronder de morfogenese van de haarzakjes. Morfogenese is het proces in een organisme waarbij cellen zijn georganiseerd in weefsels en organen.

In de afgelopen decennia hebben wetenschappers diermodellen gebruikt om kritische mechanismen te onderzoeken die betrokken zijn bij de ontwikkeling van haarzakjes. Maar het volledig begrijpen van de processen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van haarzakjes blijft een uitdaging, en tot op heden is de morfogenese van haarzakjes niet met succes gereproduceerd in een laboratoriumkweekschaal. „Hoewel knock-out- en knockdown-muismodellen kunnen worden gebruikt om sleutelgenen en signalen met betrekking tot de ontwikkeling van haarzakjes te identificeren op basis van het verschijnen van lichaamsharen, blijft het volledig ophelderen van moleculaire mechanismen voor EMI’s een uitdaging vanwege de drukke in vivo-omgeving“, legde het team uit.

Het gebruik van organoïde culturen in onderzoek heeft recentelijk veel aandacht gekregen. Als kleine, eenvoudige versies van een orgaan produceren en gebruiken wetenschappers organoïden om weefsel- en orgaanontwikkeling en pathologie te bestuderen in een laboratoriumkweekschaal. „Organoïden waren een veelbelovend hulpmiddel om de mechanismen in de morfogenese van haarzakjes in vitro op te helderen,“ zei Kageyama.

Er was eerder enige vooruitgang gemeld met de reconstructie van haarfollikelkiem (HFG)-achtige aggregaten in cultuur, met behulp van gedissocieerde embryonale epitheel- en mesenchymale cellen, vervolgde het team. „Wanneer HFG’s werden getransplanteerd in de huid van naakte muizen, genereerden de novo haarzakjes, wat impliceert dat HFG’s haarneogenese vermogen hebben.“ De onderzoekers wezen er echter op dat het induceren van het genereren van gerijpte haarzakjes en haarneogenese in culturen een uitdaging is gebleven.

Voor hun gerapporteerde studie vervaardigden onderzoekers haarzakjes-organoïden door de structuur te beheersen die wordt gegenereerd door epitheliale en mesenchymale embryonale cellen, met behulp van een vrij lage concentratie extracellulaire matrices. De extracellulaire matrices pasten de afstand tussen de twee soorten embryonale cellen aan van een haltervorm naar een kern-schaalconfiguratie. Nieuw gevormde haarzakjes met typische kenmerken ontstonden in kern-schaal-vorm groepen. Deze kern-schaalvormige groepen vergroten het contactoppervlak tussen twee celgebieden om de mechanismen te versterken die bijdragen aan de groei van haarzakjes.

Een representatieve lange ontspruitende haarfollikel gegenereerd uit haarzakjes na een lange kweekperiode. [Yokohama National University]

Het nieuw ontwikkelde organoïde kweeksysteem van het team genereerde haarzakjes en haarschachten met bijna 100% efficiëntie. De organoïden van de haarzakjes produceerden volledig volwassen haarzakjes met lange haarschachten (ongeveer 3 mm lang na 23 dagen kweken), „… wat nog niet eerder is bereikt”, aldus het team. Toen deze groei plaatsvond, konden de onderzoekers de morfogenese van de haarzakjes en haarpigmentatie in vitro volgen en de signaalroutes begrijpen die bij de processen betrokken zijn.

Het team onderzocht bovendien de haalbaarheid van het gebruik van organoïden van haarzakjes voor het screenen van geneesmiddelen en regeneratieve geneeskunde. Ze voegden ook een melanocyt-stimulerend medicijn aan het kweekmedium toe dat een sleutelrol speelt bij het produceren van haarkleurpigmentatie. Met de toevoeging van dit medicijn verbeterden de onderzoekers de pigmentatie van de haarachtige vezels aanzienlijk. Bovendien bereikten ze, door de organoïden van de haarzakjes te transplanteren, een efficiënte regeneratie van de haarzakjes met zich herhalende haarcycli.

De wetenschappers zijn van mening dat dit in vitro haarzakjesmodel wetenschappers zou kunnen helpen een beter begrip te krijgen van de inductie van haarzakjes, haarpigmentatie en haargroeimedicijnen te evalueren en mogelijk hoe haarzakjes te regenereren.

De methode is ook schaalbaar, merkten ze op, wat het potentieel opent voor aanvullende onderzoeksmethoden. „De grootschalige bereiding van haarzakjes kan worden gecombineerd met genetische manipulatietechnologie (met behulp van CRISPR-Cas9, kort interfererend RNA en signaalremmer) om een ​​uitgebreide analyse uit te voeren van de belangrijkste genen die verband houden met de ontwikkeling van haarzakjes, haarpigmentatie en haarzakjes. ziekten.”

De bevindingen kunnen ook relevant blijken te zijn voor andere orgaansystemen en bijdragen aan het begrip van hoe fysiologische en pathologische processen zich ontwikkelen. „Omdat EMI’s cruciaal zijn voor de morfogenese van andere weefsels en organen, kan dit een veelzijdige benadering bieden voor de bereiding van andere organoïden“, suggereerden de wetenschappers.

Het gerapporteerde onderzoek gebruikte muiscellen, maar vooruitlopend op toekomstig onderzoek is het team van plan om hun organoïde kweeksysteem te optimaliseren met behulp van menselijke cellen. „Onze volgende stap is om cellen van menselijke oorsprong te gebruiken en een aanvraag in te dienen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen en regeneratieve geneeskunde“, zegt co-auteur Junji Fukuda, PhD, een professor aan de faculteit engineering aan de Yokohama National University. In hun paper merkten de auteurs op: „… we onderzoeken momenteel onze aanpak met behulp van cellen van menselijke weefselstamcellen van haarzakjesdonoren of cellen die zijn geïnduceerd uit menselijke pluripotente stamcellen.“

Toekomstig onderzoek zou uiteindelijk kunnen wijzen op nieuwe therapeutische strategieën voor haarverliesaandoeningen zoals androgene alopecia, die zowel bij mannen als bij vrouwen voorkomt. „Dit in vitro haarzakjesmodel kan waardevol zijn voor een beter begrip van de inductie van haarzakjes, het evalueren van haargroei en remming van haargroei door medicijnen en het modelleren van grijze haren in een goed gedefinieerde omgeving“, suggereerden de onderzoekers.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert