USC-forskning afslører overraskende spor om kommunikation i hårstamcellepopulationer
USC-forskning afslører overraskende spor om kommunikation i hårstamcellepopulationer
Anonim

I en af ​​de første undersøgelser, der så på populationsadfærden for en stor pulje af stamceller i tusindvis af hårsække – i modsætning til stamcellen i en enkelt hårsæk – dechifrerede Keck School of Medicine fra USC-forskere, hvordan hårstamceller i mus og kaniner kan kommunikere med hinanden og tilskynde til gensidigt koordineret regenerering, ifølge en artikel offentliggjort i 29. april-udgaven af ​​tidsskriftet Science.

Holdet samarbejdede med matematiske biologer fra University of Oxford om artiklen "Self-Organizing and Stochastic Behaviors Under the Regeneration of Hair Stem Cells", som netop blev udnævnt til et Editor's Choice in Science Signaling-tidsskrift (3. maj, AM VanHook, Regeneration) Waves. Sci. Signal. 4, ec123, 2011).

Forskerne analyserede over mange måneder ændringerne i hårvækstmønstrene på barberede mus og kaniner, som indikerer cyklisk progression mellem aktive og hvilende tilstande af stamceller i hårsækkene.

"Resultaterne er fuldstændig overraskende. Der er kompleks koordination, der ikke er synlig for det blotte øje," sagde Cheng-Ming Chuong, professor i patologi ved Keck School og hovedforsker af undersøgelsen finansieret af National Institutes of Health.

Den "komplekse koordination", Chuong refererer til, er evnen hos den store hårstamcellepopulation til at kommunikere med hinanden for at opnå robust hårvækst, hvilket manifesterer sig i et konstant skiftende hårbølgemønster, der ofte lignede et stykke abstrakt kunstværk "malet" på kaninens hud.

Forskerne fandt ud af, at hårstamceller koordinerer deres regenerering med hinanden ved hjælp af et par molekylær aktivator WNT og inhibitor BMP. Når WNT- og BMP-signaler bruges gentagne gange blandt en befolkning på tusindvis af hårsække på tværs af hele hudoverfladen, opstår kompleks regenerativ hårvækstadfærd via selvorganiseringsprocessen.

Forskningen rummer potentiale for at finde en kur mod alopeci eller hårtab ved at forbedre miljøet for kommunikation. Alopeci forekommer hos mennesker delvist, fordi stamceller i menneskelige hårsække, i modsætning til dem hos mus og kaniner, har mistet evnen til at kommunikere med hinanden.

"Når hver menneskelig hårsæk ønsker at regenerere, kan den kun regne med sig selv; den får ikke hjælp fra andre hårsække," sagde Chuong. "Men når en kaninhårsæk regenererer, kan den regne med to input: sin egen aktivering og aktiveringssignalet fra dens naboer. Kaniner har en meget aktiv hårvækst, og det er afgørende for deres overlevelse i naturen."

Hvis mekanismen for stamcelle-"kommunikation" kan vækkes i menneskelige stamceller, vil det være muligt at øge andelen af ​​menneskehår væsentligt i en voksende fase, sagde Maksim Plikus, papirets hovedforfatter, nu postdoktoral forskningsmedarbejder ved University of Pennsylvania. Mens han udførte undersøgelsen, var Plikus hos Keck School og blev støttet af postdoc-uddannelsesstipendiet fra California Institute for Regenerative Medicine.

Undersøgelsens resultater er lovende nok til, at USC Stevens Institute for Innovation allerede har ansøgt om patent på sammensætningen og metoden til at modulere hårvækst.

Resultaterne giver også indsigt i potentiel stamcelleadfærd i andre organer, hvilket har konsekvenser for forskning i regenerativ medicin. Det faktum, at en stor population af en kaninhårstamceller kan tilskynde hinanden til at regenerere og skiftes til at hvile, betyder, at det kan være muligt for andre organers stamceller – også hos mennesker – at kommunikere på samme måde og anspore vækst med høj effektivitet.

"Dette arbejde bør stimulere søgningen efter lignende adfærd på populationsniveau blandt stamceller i andre vigtige regenerative systemer, såsom mave-tarmkanalen og knoglemarv," sagde Plikus.

Undersøgelsen bygger på et tidligere papir, som et hold ledet af Plikus og Chuong offentliggjorde for tre år siden i tidsskriftet Nature. Denne undersøgelse så på hårvækstmønstrene på mus og fandt ud af, at makromiljøet, som inkluderer subkutane fedtvæv og kropshormonændringer, kunne påvirke den regenerative adfærd af individuelle hårsække. Den fandt også nye funktionelt adskilte, men morfologisk uadskillelige faser i hårsækkens vækst- og hvilestadier.

"Kombineret sammen skubber vores 2008 Nature og 2011 Science-artikler vores forståelse af de regenerative processer i et voksent organ til et nyt niveau," sagde Plikus.

Populær af emne.