Группа учёных из Колумбийского университета (Columbia University) в ходе двух исследований нашла новые способы борьбы с выпадением волос.
В первом исследовании учёные под руководством доктора медицинских наук Анжелы Кристиано (Angela Christiano), профессора дерматологии, обнаружили ранее неизвестные клетки, поддерживающие фолликулы у мышей в состоянии покоя, и показали, что подавляющее воздействие на эти клетки может пробудить спящие волосяные фолликулы.
Во втором исследовании группа под руководством Кристиано создала способ выращивания человеческих волос «в пробирке» (на самом деле — в среде, созданной с использованием 3D-печати), открывающий новый путь для операций по восстановлению волос и улучшению методов поиска новых лекарств для роста волос.
***
При облысении многие волосяные фолликулы сохраняются, но находятся в состоянии покоя. Поиск новых препаратов, пробуждающих фолликулы и стимулирующих рост волос, был ограничен тем, что исследования были сосредоточены на препаратах, работающих теми же способами, что уже известные и доступные сегодня для мужчин с облысением мужского типа финастерид (подавление образования дигидротестостерона) и миноксидил (улучшение кровоснабжения волосяных фолликулов).
Неудовлетворённые таким положением дел, Кристиано и её коллеги поставили перед собой цель — разобраться непосредственно с биохимическим механизмом облысения. Ранее они уже показали, что ингибиторы янус-киназы, применённые у мышей, могут быть мощным средством пробуждения волосяных фолликулов, пребывавших в состоянии покоя. В новом исследовании учёные хотели получить подробную картину процессов, удерживающих фолликулы в спящем состоянии. Они предположили, что в удержании стволовых клеток волосяных фолликулов в спящем состоянии задействован сигнальный путь JAK-STAT, действующий внутри клетки и передающий сигналы активирующему транскрипцию белку семейства STAT от цитокинов, в частности от белка онкостатин М, который ранее уже связывали с ухудшением роста волос. В ходе работы они секвенировали РНК одиночной клетки волосяного фолликула и выяснили, что она не кодирует производство онкостатина М, то есть этот цитокин является по отношению к клетке фолликула внешним, привнесённым.
В процессе поиска источника данного белка учёные выяснили, что онкостатин М производится ранее неизвестным типом макрофагов, иммунных клеток, которые обогащаются в спящей стволовой клетке волосяного фолликула и умирают в ней, оставляя гостеприимному хозяину в наследство онкостатин М, удерживающий стволовую клетку фолликула в спящем состоянии и не позволяющий запуститься её пролиферации и росту волос.
«Редкое подмножество иммунных клеток было трудно обнаружить в коже, но работу облегчило то, что мы можем секвенировать ДНК и РНК отдельных клеток и точно определить среди них те, что производят онкостатин М», — говорит доктор наук Этьен Ван (Etienne Wang), ведущий автор исследования. Эти клетки больше всего похожи на макрофаги, падальщики клеток иммунной системы, группа учёных обнаружила их тесную связь с состоянием покоя волосяных фолликулов.
Исследователи назвали эти клетки трихофагами, от греческого слова θρίξ (thríx) — волос.
Нацелившись на трихофаги, можно запустить цикл роста волос. Используя антитела и малые молекулы — ингибиторы для блокировки рецептора Csf1R, участвующего в образовании и функционировании макрофагов, исследователи могут блокировать поступление в фолликулы онкостатина М и возобновить цикл роста волос.
«Наши предыдущие исследования показали, что JAK-STAT-сигналинг — это потенциально ещё один путь терапии нарушения роста волос, и он направлен в сторону стволовых клеток волосяных фолликулов и ингибиторов янус-киназы, — говорит Кристиано. — Здесь мы показываем, что блокировка источника сигнала активации янус-киназы за пределами волосяного фолликула — это ещё один способ воздействия на данный механизм».
Генетическое удаление рецептора онкостатина М или STAT5, отмечают авторы исследования, также может стимулировать рост волос.
Большинство разработок лекарственных препаратов сфокусировано на лечении выпадения волос у мужчин, именно на них проводится большая часть клинических испытаний. «Открытые нами пути могут привести к новым методам лечения как мужчин, так и женщин, страдающих от выпадения волос, поскольку действует независимо от мужских гормональных путей, — говорит Кристиано. — Важно, что это поможет избежать побочных эффектов, замеченных при применении финастерида и миноксидила. Особенно если лечение будет проводиться местно».
***
В ходе второго исследования учёные из Колумбийского университета создали способ выращивания волос в пробирке. Он, возможно, позволит проводить операции по восстановлению волос многим людям, включая женщин, а также упростит поиск новых лекарств, обеспечивающих рост волос.
Впервые фолликулы человеческого волоса были полностью сформированы в пробирке без имплантации в кожу.
В течение многих лет было возможно выращивать волосы мышей или крыс, культивируя клетки, взятые из существующих фолликулов. «Клетки крыс и мышей позволяют выращивать прекрасные волосы, — говорит Кристиано. — Но, по неясным нам причинам, клетки человека сопротивлялись».
Чтобы преодолеть сопротивление клеток человеческого волоса, Кристиано пытается создать условия, имитирующие среду, обычную для волосяных фолликулов человека. Вначале лаборатория попыталась создать небольшие сферы клеток внутри капель жидкости. Но когда эти сферы были имплантированы в мышей, результаты оказались непредсказуемо нестабильными: одни человеческие клетки образовали новые волосы, а другие — нет.
В своём исследовании группа под руководством Кристиано использовала возможности 3D-принтеров для создания естественной микросреды для роста волосяного фолликула.
Исследователи использовали 3D-печать для создания пластиковых пресс-форм с длинными, тонкими наростами шириной всего полмиллиметра. «Предыдущие технологии изготовления не позволяли создать такие тонкие выросты, наша работа была значительно облегчена благодаря трёхмерной печати», — говорит ведущий автор данного исследования Эрбил Абачи (Erbil Abaci).
После того, как человеческая кожа была спроектирована так, чтобы она могла расти вокруг муляжа, фолликуловые волосяные клетки добровольцев были помещены в углубления и покрыты клетками, вырабатывающими кератин. Клеткам были созданы различные условия для роста — они подпитывались различными ингредиентами, включая ингибиторы янус-киназы, стимулирующие рост волос, по данным лаборатории.
Через три недели появились волосяные фолликулы, начавшие создавать волосы.
Хотя подобный метод нуждается в оптимизации, созданные таким образом человеческие волосяные фолликулы могут неограниченно генерировать источник новых волосяных фолликулов для пациентов, проходящих роботизированную операцию по восстановлению волос.
Подобная операция требует переноса примерно 2000 волосяных фолликулов с затылка на лоб и макушку.
«Мы показали, что можем создать ферму по производству волос — сетку волос, правильно структурированных таким образом, что их можно пересадить обратно в кожу головы того же пациента, — говорит Кристиано. — Это расширяет доступ к услугам по восстановлению волос для всех пациентов, включая женщин, испытывающих истончение волос, и молодых мужчин, у которых волосы редеют. Операция по восстановлению больше не будет ограничена количеством донорских волос».
Созданные фолликулы также могут быть использованы фармацевтической промышленностью для поиска новых лекарств для роста волос. Это важно, так как до этого момента высокопроизводительный прямой поиск новых лекарств был затруднён из-за невозможности выращивания человеческих волосяных фолликулов в пробирке. Строго говоря, ни одно лекарство для роста волос не было найдено путём целевого скрининга — даже финастерид и миноксидил, одобренные сегодня для лечения алопеции, были открыты и исследованы как лекарства против других заболеваний.