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La creazione dell'interfaccia umana del capelli-cuscinetto si trasforma in in una realtà

Per più di 40 anni, gli scienziati e le società commerciali stanno ricreando l'interfaccia umana in laboratori intorno al mondo. Eppure tutti questi prodotti mancano degli aspetti importanti di interfaccia normale--capelli, nervi e grasso.

Nella nuova ricerca, le cellule epiteliali umane coltivate incluse con grasso ed i nervi e capaci di coltura dei capelli sono una realtà. Il risultato rappresenta più di cinque anni di studio che hanno cominciato nel laboratorio di Karl Koehler, Ph.D. (poi alla scuola di medicina di Indiana University) e completato nel nuovo laboratorio di Koehler all'ospedale pediatrico di Boston nei dipartimenti la ricerca di potenziamento di comunicazione e dell'otorinolaringoiatria e della chirurgia odontostomatologica di plastica e. La tecnica compare in un documento pubblicato questa settimana in natura.

“In questo ultimo lavoro, abbiamo scoperto un modo coltivare insieme entrambi i livelli di interfaccia umana,„ dice Koehler, riferendosi ai livelli del basso e dell'alto di interfaccia umana (l'epidermide ed il derma, rispettivamente). “Quelle celle parlano l'un l'altro in cultura organoid dell'interfaccia - o peli in un piatto che abbiamo creato - e follicoli piliferi del germoglio accompagnati dalle celle grasse e dai neuroni.„

Intraprendendo alla scoperta un'azione più ulteriormente, il gruppo ha trapiantato l'interfaccia pelosa umana nei mouse. I mouse finalmente hanno germogliato i follicoli piliferi umani al sito di trapianto. Le applicazioni potenziali comprendono i cosmetici di prova, le droghe ed i trattamenti dell'ustione.

L'interfaccia in un piatto comprende i mini organi

L'interfaccia in un piatto modella non è nuova. E come molti, Koehler ed i suoi colleghi hanno pensato che la sfida di crescita completamente - le cellule epiteliali funzionali e pelose, lungamente erano state risolte. Le cellule epiteliali sono alcune delle prime celle svilupparsi nelle culture fuori dell'organismo e dell'incubatrice.

Ma l'interfaccia che la gente fa in un piatto non ha mai i mini organi o annessi, come i follicoli piliferi o le ghiandole sudoripare, incassati nell'interfaccia. Questi mini organi sono importanti per la termoregolazione, la sensazione di tocco e l'aspetto.

Nel 2018, il gruppo ha pubblicato una rappresentazione che del documento potrebbero generare l'interfaccia pelosa dalle cellule staminali del mouse. Per creare le cellule epiteliali pelose umane, il gruppo ha cominciato con le cellule staminali pluripotent incitate essere umano, che sono cellule epiteliali adulte umane che sono persuase di nuovo ad un modulo embrionale.

“Così abbiamo applicato un cocktail dei fattori di crescita e piccole molecole, genere di ricetta di cottura per le cellule staminali pluripotent umane,„ dice Koehler.

Il gruppo in primo luogo ha notato lo co-sviluppo dell'epidermide dell'interfaccia e del derma. L'interazione e la segnalazione fra i due livelli di tessuto piombo al germogliamento dei follicoli piliferi ai 70 giorni, che allinea bene con la sincronizzazione dello sviluppo dei capelli nel feto umano.

Oltre a capelli crescenti, i organoids producono le celle grasse e del tipo di muscolo dell'interfaccia come pure, nervi simili a quelli che mediano la sensazione di tocco.

Il grasso è un eroe non lodato dell'interfaccia e gli studi recenti suggeriscono che svolga un ruolo critico nella guarigione della ferita.„

Jiyoon Lee, PhD, primo autore sul documento e socio di ricerca nel dipartimento di otorinolaringoiatria all'ospedale pediatrico di Boston

I organoids egualmente producono le celle di Merkel, celle rispondenti specializzate di tocco dell'interfaccia che egualmente sono state implicate nelle malattie quale carcinoma delle cellule di Merkel. “L'inclusione di questi altri tipi delle cellule probabilmente amplia gli impieghi potenziali del modello organoid dell'interfaccia ricercare sui disordini sensitivi e cancro,„ aggiunge.

I mouse hanno coltivato i capelli umani pigmentati

Per vedere se la tecnica funzionasse in un animale vivo, il gruppo ha coltivato i organoids per oltre quattro mesi e poi li ha impiantati sul retro dei mouse sviluppati specialmente per non rifiutare gli innesti. “Abbiamo notato che entro un mese, i capelli marroni minuscoli si sono generati dal sito del trapianto,„ spieghiamo Lee. “Questo ci ha mostrati, stupefacente, che le celle del pigmento egualmente si sono sviluppate nei organoids.„

Hanno paragonato l'interfaccia trapiantata ai campioni umani adulti dell'interfaccia osservando parecchie funzionalità uniche di interfaccia umana nei trapianti. Uno include “le creste del rete„ o le valli nel profilo ondulato dell'epidermide umana che aiuta l'ancora nelle membrane dell'interfaccia. E, i capelli trapiantati hanno sviluppato le ghiandole sebacee elaborate che hanno prodotto il sebo, il petrolio naturale che lubrifica l'interfaccia umana.

Una scoperta inattesa e fortuita

Questa nuova scoperta è letteralmente una conseguenza di lavoro Koehler ha cominciato all'Indiana University quando lavora ad un sistema di ricapitolazione dell'orecchio interno. Il suo scopo allora era di creare le celle che percepiscono gli stimoli uditivi - suono - per modellare i disordini di perdita dell'udito e per verificare le terapie geniche a disordini del bilanciamento e di perdita dell'udito.

Là, ha manipolato le cellule staminali pluripotent incitate essere umano con lo stesso cocktail dei prodotti chimici e delle proteine usati durante lo sviluppo embrionale normale che li guidano per trasformarsi in in strutture dell'orecchio interno.

Nella produzione di questa tecnica, come le celle dell'orecchio interno stavano germogliando durante lo sviluppo iniziale, il gruppo ha trovato che tessuto dell'interfaccia formato come sottoprodotto.

“Questo era sorprendente ed inizialmente abbiamo provato a liberarci del tessuto dell'interfaccia, pensante che fosse un tessuto fastidioso dell'fuori obiettivo, come un'erbaccia in un giardino,„ richiami Koehler. “Una volta che vedessimo il valore scientifico di coltura dell'interfaccia pelosa in piatto, abbiamo passato le tattiche, provanti ad eliminare i organoids dell'orecchio interno a favore di interfaccia crescente.„

Nella loro depurazione tenta, hanno scoperto che il tessuto dell'interfaccia ha contenuto entrambi i livelli di interfaccia, di epidermide e di derma. Nella cultura, l'interfaccia ha formato il sorpasso dei follicoli piliferi.

Un proof of concept

La traduzione del tutto lo studio del mouse sugli esseri umani è una lunga strada. “Ma pensiamo che abbiamo sviluppato una rappresentazione del proof of concept che le celle integrano in interfaccia e formano il sorpasso dei follicoli piliferi,„ diciamo Koehler.

Il gruppo spera quello a lungo termine, essi può usare la tecnologia per seminare i letti della ferita con interfaccia coltivata per ricostruire l'interfaccia, quali nel caso di estese ustioni o cicatrici.

E mentre potrebbe tentare di pensare all'approccio come “maturazione„ per calvizile, Koehler avverte che molte sfide si situano avanti. “Ora abbiamo una tecnica che potrebbe generare i follicoli piliferi quasi illimitati per trapianto„ che dice. “Ma il rifiuto immune è una transenna importante e generare i follicoli adeguati a una persona sarà incredibilmente costosa e richiederà un anno o più.„ Per incontrare queste sfide, il gruppo sta lavorando ai modi accelerare lo sviluppo in un piatto, costruire i organoids per eludere la rilevazione immune, o produrre i simili organoids dell'interfaccia dall'adulto paziente-ha derivato le celle.

Source:
Journal reference:

Lee, J., et al. (2020) Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2352-3.