Пересадка волос убрала шрамы на голове

Исследователи запустили ремоделирование рубцовой ткани, пересадив в нее волосяные фоликулы. Уже спустя два месяца можно было наблюдать структурные изменения — увеличение толщины эпидермиса, рост сосудов в дерме и снижение количества коллагена. Транскриптомный анализ помог определить факторы, регуляция которых влияет на фиброз. Работа опубликована в npj Regenerative Medicine.

Шрамы, образующиеся на месте ран, — результат регенерации, которая больше заточена под скорость и эффективность, чем под функциональность и красоту. Чтобы предотвратить образование рубцов, на раны накладывают глубокие швы и повязки, а во время операций делают разрезы по линиям Лангера. Уже сформировавшиеся рубцы пытаются удалять лазером или с помощью других косметических процедур, эффективность которых под вопросом.

Фиброзная ткань, которая и формирует рубцы, почти лишена сосудов, нервов, потовых желез, жировых клеток и волосяных фолликулов, зато в ней много коллагеновых волокон и клеток, которых их синтезируют — миофибробластов. Ученые исследовали и молекулярные механизмы фиброза, и даже выделили несколько новых терапевтических мишеней. Например, ингибирование цитокинов и факторов роста, характерных для рубцующейся ткани. Или введение молекул, которые запускают рост сосудов и образование новых клеток кожи. Но однокомпонентная терапия, основанная на каких-то ключевых молекулах или их ингибиторах, оказалась не слишком эффективна. К тому же, введенные в рану или шрам белки быстро деградируют. Поэтому воздействие должно быть комплексным и долговременным, чтобы запустить процесс ремоделирования фиброзной ткани.

Ремоделирование здоровой кожи происходит постоянно во время стадии роста (анаген) волосяного фолликула. Несколько лет назад исследователи обнаружили, что ремоделирование ткани вызывают факторы роста из группы костных морфогенетических белков BMP, которые вырабатывают волосяные луковицы. Эксперименты на мышах и на культурах человеческих клеток показали, что BMP перепрограммирует миофибробласты в клетки жировой ткани — и рубцевания ткань становится более похожей на нормальную кожу.

Теперь ученые из Имперского колледжа Лондона под руководством Клэра Хиггинса (Claire Higgins) исследовали, как пересадка волосяных фолликулов в шрамы на голове людей влияет на рубцовую ткань. Они работали вместе с с доктором Франциско Хименесом (Francisco Jiménez), ведущим хирургом по пересадке волос в клинике Mediteknia. В исследовании участвовали три мужчины, на головах которых были зрелые шрамы от операций. Все участники проходили процедуру пересадки волос на шрам, а ученые провели биопсию ткани шрама непосредственно перед трансплантацией, а затем еще три раза — через два, четыре и шесть месяцев после нее. Спустя два месяца фолликулы как раз снова должны были вступить в анаген.

Помимо того, что шрамы участников за полгода заросли волосами, были и другие изменения. Толщина эпидермиса — верхнего слоя кожи — увеличилась спустя шесть месяцев вдвое (p < 0,0001) и стала соответствовать толщине этого слоя здоровой кожи головы. Количество делящихся клеток увеличилось с 4 процентов до трансплантации до 15 процентов — через полгода (p < 0,0001). Также спустя полгода увеличилась толщина базальной мембраны, которая отделяет эпидермис от дермы, в 1,6 раз (p < 0,0001), и экспрессия ее основного компонента — коллагена IV типа — в 1,2 раза (p < 0,001). Дерма стала плотнее в 1,5 раза через 2 месяца (p < 0,0001) и в 2 раза через 6 (p < 0,0001). Плотность сосудов за полгода выросла с 6% до обычных 10% (p < 0,0001) — как в здоровой коже головы.

Внеклеточный матрикс рубцов обычно состоит из плотных толстых волокон коллагена COL1. Исследователи измерили общее количество коллагена и долю толстых волокон. Общая фракция коллагена снизилась в 1,5 раза за 6 месяцев (p = 0,0006), а доля толстых волокон за это же время снизилась с 52 до 35 процентов (p < 0,0001). Эти волокна коллагена в здоровой коже расположены хаотично, а в рубцах — ориентированы параллельно эпидермису. После трансплантации фолликулов коллагеновый волокна стали более дезорганизованными, а ткань в результате стала менее жесткой.

Также авторы проверили, что будет, если трансплантировать фолликулы не в кожу головы, где шрам окружает множество других фолликулов, а в рубец менее волосистой части тела. Они использовали толсто-расщепленный кожный трансплантат и обнаружили, что ремоделирование фиброзной ткани произошло и в нем спустя два месяца. Однако через шесть месяцев изменения в структуре коллагена не сохранились.

В конце исследователи провели транскриптомный анализ дермы участников и идентифицировали 719 генов, регуляция которых изменилась после трансплантации. В частности, активировались транскрипты, участвующие в пролиферации фибробластов и ангиогенезе — это объясняет повышение плотности клеток дермы и рост сосудов. Изменилась и экспрессия цитокинов после трансплантации: снизилась экспрессия трансформирующего фактора роста бета-1 (TGF-β1), фактора роста гепатоцитов (HGF), интерлейкинов (IL-13, IL-6) и матриксной металлопротеиназы 12 (MMP-12), а экспрессия интерлейкина IL-5, наоборот, увеличилась. Экспрессия TGF-β1, IL-13 и IL-6 напрямую связана с фиброзом, поэтому ее снижение указывает на ремоделирование.

На модели рубца in vitro исследователи показали, что присутствие волосяных фолликулов и TGF-β1 приводит к снижению экспрессиии молекул коллагена I и III типов, ɑ-SMA и фибронектина. Это подтвердило полученные результаты.

Авторы пришли к выводу, что трансплантация волосяных фолликулов действительно изменяет морфологию и транскрипционный профиль рубцовой ткани, приближая ее к нормальной. Однако такой способ избавления от шрамов не подойдет для неволосистых тканей, например, рубцов на внутренних органах. Возможно, удастся придумать, как и в каком количестве вводить в рубцы не сами фолликулы, а лишь какие-то факторы, стимулирующие ремоделирование ткани.

А если шрам еще не сформировался, можно попробовать заживить рану без рубца. Для этого авторы одного исследования активировали болевые рецепторы.