Команда исследователей из Японии, изучающих процессы роста волосяных фолликулов и пигментации волос, успешно генерировала волосяные фолликулы в культурах. Их модель волосяных фолликулов in vitro дополняет понимание развития волосяных фолликулов, что может способствовать разработке полезных приложений для лечения расстройств выпадения волос, тестирования на животных и скрининга лекарств.

Их выводы были опубликованы в журнале Science Advances 21 октября.

По мере развития эмбриона происходит взаимодействие между наружным слоем кожи, называемым эпидермальным слоем, и соединительной тканью, называемой мезенхимой. Эти взаимодействия работают как система обмена сообщениями, запускающая морфогенез волосяных фолликулов. Морфогенез - это процесс в организме, при котором клетки организуются в ткани и органы.

В течение последних нескольких десятилетий ученые исследовали важнейшие механизмы, связанные с развитием волосяных фолликулов, используя модели на животных. Поскольку полное понимание этих механизмов развития волосяных фолликулов остается сложной задачей, морфогенез волосяных фолликулов не был успешно воспроизведен в лабораторной чашке для культивирования.

Совсем недавно органоидные культуры получили широкое внимание. Органоиды — это крошечные, простые версии органа, которые ученые производят и используют для изучения развития тканей и органов и патологии в лабораторной чашке для культивирования. "Органоиды были многообещающим инструментом для выяснения механизмов морфогенеза волосяных фолликулов in vitro", - сказал Тацуто Кагеяма, доцент инженерного факультета Йокогамского национального университета.

Исследовательская группа изготовила органоиды волосяных фолликулов, контролируя структуру, полученную из двух типов эмбриональных клеток, используя довольно низкую концентрацию внеклеточных матриц. Внеклеточный матрикс - это каркас в организме, который обеспечивает структуру клеток и тканей. Внеклеточные матрицы регулировали расстояние между двумя типами эмбриональных клеток от формы гантели до конфигурации ядро-оболочка. Новообразованные волосяные фолликулы с типичными признаками появились в группах в форме сердцевины и оболочки. Эти группы в форме ядра и оболочки увеличивают площадь контакта между двумя клеточными областями для усиления механизмов, способствующих росту волосяных фолликулов.

Система культивирования органоидов, разработанная исследовательской группой, генерировала волосяные фолликулы и стержни волос почти со 100-процентной эффективностью. Органоиды волосяных фолликулов образовали полностью зрелые волосяные фолликулы с длинными стержнями волос (длина примерно 3 мм на 23 день культивирования). Поскольку этот рост происходил, исследователи могли отслеживать морфогенез волосяных фолликулов и пигментацию волос in vitro и понимать сигнальные пути, участвующие в этих процессах.

Исследователи изучили возможность использования органоидов волосяных фолликулов для скрининга лекарств и регенеративной медицины. Затем они добавили в питательную среду препарат, стимулирующий меланоциты, который играет ключевую роль в формировании пигментации цвета волос. С добавлением этого препарата исследователи значительно улучшили пигментацию волосяных волокон. Кроме того, путем пересадки органоидов волосяных фолликулов они добились эффективной регенерации волосяных фолликулов с повторяющимися циклами роста волос. Они считают, что модель волосяных фолликулов in vitro может оказаться ценной для лучшего понимания индукции волосяных фолликулов, для оценки пигментации волос и препаратов для роста волос, а также для регенерации волосяных фолликулов.

Выводы исследователей также могут оказаться актуальными для других систем органов и способствовать пониманию того, как развиваются физиологические и патологические процессы. Заглядывая в будущее, команда планирует оптимизировать свою систему культивирования органоидов с использованием клеток человека. "Наш следующий шаг - использовать клетки человеческого происхождения и применить их для разработки лекарств и регенеративной медицины", - сказал Дзюнджи Фукуда, профессор инженерного факультета Йокогамского национального университета.

Их будущие исследования могут в конечном итоге открыть новые исследовательские возможности для разработки новых стратегий лечения расстройств выпадения волос, таких как андрогенная алопеция, которая часто встречается как у мужчин, так и у женщин.