Где начинается красота: рост волосяной луковицы проследили в формате 4D
Ученые превратили застывшие снимки кожи в «мультфильм» о рождении волос. Оказалось, лысина начинается с нарушения клеточного тайминга.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Ученые из медицинского подразделения Института Джона Хопкинса (Johns Hopkins Medicine) нашли способ буквально прокрутить назад время и посмотреть, как формируется волосяной фолликул. Для этого они создали трехмерные молекулярные карты кожи мышей, а затем выстроили сотни фолликулов по степени их развития. Получившаяся последовательность превратилась в своеобразную покадровую анимацию — только вместо пластилиновых героев в ней работают миллионы клеток. Исследование опубликовано в научном журнале Cell.
Волос начинается… не с волоса
Волосяной фолликул — один из самых маленьких и одновременно самых многочисленных органов человеческого тела. Несмотря на микроскопический размер, он проходит вполне серьезный путь развития.
По данным исследователей, сначала клетки-предшественники собираются в определенной конфигурации и задают будущему фолликулу пространственную ось — перпендикулярно поверхности кожи. Затем они начинают превращаться в разные специализированные типы клеток. На последнем этапе эти клетки растут, меняют форму и собираются в зрелую структуру, из которой уже может появиться волос.
Главная проблема для ученых заключалась в том, что обычный снимок показывает лишь один момент. Наблюдать за развитием органа в реальном времени сложно: процесс одновременно идет в огромном количестве клеток и зависит от их точного взаимодействия.
Команда инженеров-биомедиков решила обойти эту проблему. Исследователи разработали технологию 3DEEP — 3D DNase-Enhanced Expression Profiling. Она позволяет работать с достаточно крупными фрагментами ткани и одновременно фиксировать положение миллионов молекул РНК.
Из полученной информации ученые определяли типы клеток и их «молекулярный возраст». После этого фолликулы выстроили от самых молодых к самым зрелым. Так набор отдельных застывших состояний превратился в трехмерную реконструкцию развития во времени.
Когда клеточный оркестр сбивается с ритма
Особенно интересной стала часть эксперимента с мышами, у которых отсутствует ген Foxn1. Он имеет критическое значение для роста волос.
У обычных мышей фолликулы последовательно проходят стадии формирования. У животных с мутацией развитие задерживалось. Причем клетки вовсе не бездействовали: наоборот, они делились даже активнее. Проблема заключалась в другом — клетки хуже созревали и не вовремя принимали необходимые специализированные роли.
В результате нарушалась тонкая координация между клетками. Исследователи установили, что из-за сбоя в коммуникации и времени происходящих процессов развивающийся фолликул терял структуру еще до того, как успевал сформировать волос.
Именно поэтому авторы рассматривают новую технологию не просто как способ изучить волосы. Такая «карта в пространстве и времени» потенциально поможет разобраться в механизмах врожденных заболеваний, нарушений развития органов и некоторых форм выпадения волос.
Пока речь идет об исследованиях на мышах. Но в перспективе ученые хотят адаптировать метод для человеческих тканей. Тогда, по их замыслу, можно будет получать гораздо больше информации из образцов конкретного пациента и искать индивидуальные причины проблем с ростом волос.
Тема волосяных фолликулов уже не первый раз оказывается на пересечении биологии и технологий. Недавно Hi-Tech Mail рассказал, как ученые впервые напечатали волосы на 3D-принтере. Исследователи создали волосяные фолликулы внутри лабораторной модели человеческой кожи с помощью клеточной 3D-печати. В той системе клетки смешивали с белками и другими компонентами, превращая их в биочернила, а затем наносили тонкой иглой слой за слоем.
Другой злободневный материал Hi-Tech Mail посвящен исследованию того, как стволовые клетки влияют на цвет волос. Там ученые выяснили, что клетки, отвечающие за пигментацию волос, с возрастом могут застревать в определенной области фолликула и переставать получать сигналы, необходимые для производства пигмента. Волосы в результате седеют.
БиологияПоделиться
