Дермальный фибробласт
Дермальные фибробласты — это клетки в дермы слое кожи , которые отвечают за образование соединительной ткани и позволяют коже восстанавливаться после травм. [1] Используя органеллы (особенно шероховатую эндоплазматическую сеть ), дермальные фибробласты создают и поддерживают соединительную ткань , объединяющую отдельные слои клеток. [2] Кроме того, эти дермальные фибробласты производят белковые молекулы, включая ламинин и фибронектин, которые составляют внеклеточный матрикс . Создавая внеклеточный матрикс между дермой и эпидермисом, фибробласты позволяют прикреплять матрикс эпителиальным клеткам эпидермиса , тем самым позволяя эпидермальным клеткам эффективно соединяться вместе, образуя верхний слой кожи.
Клеточные предшественники и аналоги
[ редактировать ]Дермальные фибробласты происходят из мезенхимальных стволовых клеток организма. [3] Как и фибробласты роговицы, пролиферация фибробластов дермы может стимулироваться присутствием фактора роста фибробластов (FGF). [3] Фибробласты не кажутся полностью дифференцированными или специализированными. Изучив маркеры CD фибробластов, исследователи из BioMed Central обнаружили, что у этих клеток отсутствуют «отличительные маркеры», подтверждающие возможность дальнейшей дифференцировки этих клеток. [3]
Одним из примеров дальнейшей дифференцировки дермальных фибробластов является то, что при повреждении дермальные фибробласты могут давать начало миофибробластам , клеткам фибробластов с гладкомышечными характеристиками. Дермальные клетки дифференцируются в миофибробласты путем изменения экспрессии гена актина (который подавляется в дермальных фибробластах). [4] Когда дермальные фибробласты экспрессируют актин, клетки могут медленно сокращаться. Это сокращение играет решающую роль в заживлении ран и фиброзе . Затягивая ткани, дифференцированные миофибробласты запечатывают кожу после травмы (тем самым предотвращая инфекцию, но вызывая образование рубцов). [4] Миофибробласты также могут происходить из нефибробластных источников. Судя по данным об экспрессии α-SMA при травмах легких, миофибробласты могут «возникать de novo» непосредственно из мезенхимальных стволовых клеток. [5]
Функция и характеристики клеток
[ редактировать ]В отличие от других типов клеток фибробластов, дермальные фибробласты с гораздо меньшей вероятностью превращаются в другие типы клеток. [4] Например, когда дермальные фибробласты и фибробласты роговицы помещают в одинаковые концентрации фактора роста фибробластов, дермальные фибробласты не будут дифференцироваться или изменяться. Как отмечают д-р Дж. Льюис и д-р А. Джонсон, авторы книги «Микробиология клетки» , «фибробласты кожи разные» и ведут себя иначе, чем другие фибробласты, при воздействии идентичных химических раздражителей. [4]
Более того, дермальные фибробласты с меньшей вероятностью будут реплицироваться в средах in vivo и in vitro, чем другие типы фибробластов. Для репликации клеток дермальным фибробластам требуются гораздо более высокие концентрации фактора роста фибробластов (FGF). [4]
Дермальные фибробласты ответственны за создание ЕСМ, который организует многослойные плоские эпителиальные клетки эпидермиса в единую ткань. Кроме того, дермальные фибробласты создают длинные волокнистые полосы соединительной ткани, которые прикрепляют кожу к фасциям тела. Поэтому без дермальных фибробластов самый большой и тяжелый орган не смог бы плотно прилегать к телу.
Клинические применения
[ редактировать ]Поскольку дермальные фибробласты играют решающую роль в заживлении ран, исследователи пытаются создать зрелые дермальные фибробласты для лечения ожогов второй и третьей степени. [6] Когда тело получает ожог третьей степени, дермальный слой кожи полностью разрушается под воздействием тепла (и все клетки фибробластов в месте раны погибают). Без фибробластов место раны не может регенерировать внеклеточный матрикс, а клетки эпидермиса кожи не могут пролиферировать на месте раны. [6] Следовательно, без дермальных фибробластов кожа не может должным образом восстановиться после травм. Тем не менее, дифференцируя мезенхимальные стволовые клетки из других участков тела и вводя их в место раны, ученые могут восстановить дермальные фибробласты в обожженных участках тела. Восстанавливая фибробласты в обожженных участках, организм может восстановить ЕСМ в месте раны и восстановиться после травмы. [7] Как уже отмечалось, «поврежденная дерма также восстанавливается за счет привлечения и пролиферации фибробластов, продуцирующих внеклеточный матрикс и факторы, способствующие росту кератиноцитов». [7]
Аналогичным образом, FGF вводится в фибриновые герметики для улучшения долгосрочного восстановления и герметизации тканей. [6] Экспериментально было показано, что FGF-1 стимулирует развитие собственной клейкой ткани организма и эффективно закрывает рану (тем самым блокируя инфекцию и уменьшая образование рубцов). [6] Использование FGF для стимуляции активности фибробластов является более эффективным средством герметизации ткани, чем современные тканевые герметики, благодаря прочной природе коллагена , из которого состоит соединительная ткань. Исследование, проведенное исследователями из Университета Алабамы, изучало адгезионные свойства фибриновых тканевых клеев. Испытания показали, что фибриновые клеи даже при предполагаемой медицинской концентрации (29 мг/мл в месте раны) имели прочность на сдвиг всего 17,6 кПа. [8] Кроме того, другое исследование, проведенное в Калифорнийском университете, показало, что модуль упругости (напряжение/деформация) фибриновых клеев составляет в среднем 53,56 кПа. [9] Для скрепления тканей человеческое тело использует коллаген и эластин, чтобы получить превосходную прочность на сдвиг. Коллаген типа I, который включает нити коллагена, связанные в прочные фибриллы, имеет уникальную трехспиральную структуру, которая увеличивает структурную целостность белков. Фактически, исследование, проведенное медицинским факультетом Университетского колледжа Лондона, экспериментально установило, что чистый коллаген типа I имеет модуль упругости от 5 до 11,5 ГПа. [10] Таким образом, чистый коллаген типа I имеет почти в миллион раз большую структурную целостность, чем фибрин. Поэтому коллаген гораздо труднее деформировать, чем фибрин, а волокна коллагена создают гораздо более прочные связи между тканями, чем нити полимера фибрина.
Стволовые клетки
[ редактировать ]Создавая адгезивные белки, такие как фибронектин, фибробласты используются в исследовательских лабораториях для культивирования клеток, которые обычно демонстрируют низкую выживаемость in vitro. Например, фибробласты использовались для увеличения выживаемости стволовых клеток человека, которые легко подвергаются клеточному апоптозу . Как отмечают исследователи из Гарвардского института стволовых клеток, дермальные клетки «человеческие кератиноциты [стволовые клетки] могут размножаться in vitro при культивировании на фидерных клетках фибробластов». [7]
Помимо улучшения культуры и пролиферации стволовых клеток, дермальные фибробласты также могут стать стволовыми клетками. Хотя дермальные клетки демонстрируют меньшую пластичность, чем другие типы клеток фибробластов, исследователи все же могут превратить эти клетки в индуцированные плюрипотентные клетки (IPC). [7]
Как отмечают исследователи из Гарвардского института стволовых клеток, исследователи получили фибробласты от мышей с серповидноклеточной анемией и с помощью вируса «перепрограммировали эти клетки в плюрипотентные [стволовые клетки], исправили генетический дефицит путем гомологичной рекомбинации и перенаправили эти плюрипотентные клетки». клетки к гемопоэтическим линиям и трансплантировали эти сконструированные клетки смертельно облученным мышам». [7] Животные, получившие лечение стволовыми клетками фибробластов, продемонстрировали повышенный уровень активности, что указывает на выздоровление от расстройства. [7]
См. также
[ редактировать ]- Фибробласты
- Кератоцит роговицы
- Стволовые клетки
- Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
- Кластер дифференциации
- внеклеточный матрикс
- дерма
- гиподерма
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Раны и исцеление» . Наука о коже . Лореаль. Архивировано из оригинала 25 апреля 2012 г. Проверено 2 октября 2011 г.
- ^ Дарлинг, Дэвид (10 сентября 2011 г.). «Гиподерма» . Энциклопедия науки .
- ^ Jump up to: а б с Шамис, Юлия; Хьюитт, Кайл Дж; Карлсон, Марк В.; Маргвелашвилли, Мариам; Донг, Шумин; Куо, Кэтрин К; Дахерон, Лоуренс; Эглс, Кристоф; Гарлик, Джонатан А. (2011). «Фибробласты, полученные из эмбриональных стволовых клеток человека, направляют развитие и восстановление трехмерных эквивалентов человеческой кожи» . Исследования и терапия стволовыми клетками . 2 (1): 10. дои : 10.1186/scrt51 . ПМК 3092150 . ПМИД 21338517 .
- ^ Jump up to: а б с д и Альбертс, Б.; А. Джонсон; Дж. Льюис (2002). «Фибробласты и их трансформации: семейство клеток соединительной ткани» . Микробиология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science.
- ^ Хинц, Борис; Фан, Сем Х.; Танникал, Виктор Дж.; Галли, Андреа; Бошатон-Пиала, Мари-Люс; Габбиани, Джулио (2007). «Миофибробласт» . Американский журнал патологии . 170 (6): 1807–16. дои : 10.2353/ajpath.2007.070112 . ПМК 1899462 . ПМИД 17525249 .
- ^ Jump up to: а б с д Акита, Саданори; Акино, Козо; Имаидзуми, Тосифуми; Хирано, Акиёси (2008). «Основной фактор роста фибробластов ускоряет и улучшает заживление ожоговых ран второй степени». Заживление и регенерация ран . 16 (5): 635–41. дои : 10.1111/j.1524-475X.2008.00414.x . ПМИД 19128258 . S2CID 24954846 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Лапуж, Гаэль; Бланпен, Седрик (2008). Зильберштейн, Лесли (ред.). «Медицинское применение эпидермальных стволовых клеток» . СтемБук . дои : 10.3824/stembook.1.27.1 . ПМИД 20614607 .
- ^ Сьерра, Дэвид Х.; Фельдман, Дейл С.; Сальц, Ренато; Хуан, Шу (1992). «Метод определения прочности сцепления фибриновых герметиков на сдвиг». Журнал прикладных биоматериалов . 3 (2): 147–51. дои : 10.1002/jab.770030210 . ПМИД 10147711 .
- ^ Азадани, Али Н.; Мэтьюз, Питер Б.; Ге, Лян; Шен, Е; Джун, Чун-Сик; Гай, Т. Слоан; Ценг, Элейн Э. (2009). «Механические свойства хирургических клеев, используемых при замене корня аорты». Анналы торакальной хирургии . 87 (4): 1154–60. дои : 10.1016/j.athoracsur.2008.12.072 . ПМИД 19324142 .
- ^ Венгер, Марко П.Е.; Божец, Лоран; Хортон, Майкл А.; Мескида, Патрик (2007). «Механические свойства коллагеновых фибрилл ☆» . Биофизический журнал . 93 (4): 1255–63. Бибкод : 2007BpJ....93.1255W . дои : 10.1529/biophysj.106.103192 . ЧВК 1929027 . ПМИД 17526569 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан, ред. (2002). «Фибробласты и их трансформации: семейство клеток соединительной ткани» . Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3 .
- Акита, Саданори; Акино, Козо; Имаидзуми, Тосифуми; Хирано, Акиёси (2008). «Основной фактор роста фибробластов ускоряет и улучшает заживление ожоговых ран второй степени». Заживление и регенерация ран . 16 (5): 635–41. дои : 10.1111/j.1524-475X.2008.00414.x . ПМИД 19128258 . S2CID 24954846 .
- Фан, С.Х. (2008). «Биология фибробластов и миофибробластов» . Труды Американского торакального общества . 5 (3): 334–7. дои : 10.1513/pats.200708-146DR . ПМЦ 2645244 . ПМИД 18403329 .
- Лапуж, Гаэль; Бланпен, Седрик (18 сентября 2008 г.). Зильберштейн, Лесли (ред.). «Медицинское применение эпидермальных стволовых клеток» . Стебель . дои : 10.3824/stembook.1.27.1 . ПМИД 20614607 .