Im Labor gezüchtete Hautorganoide liefern neue Einblicke in die Pathologie von Blutgefäßen

Neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass einzelne Blutgefäßzellen, die in den frühesten Stadien von im Labor gezüchteten Hautorganoiden auftreten, die Fähigkeit besitzen, komplexe mikrovaskuläre Netzwerke zu bilden, die mit der Zeit wachsen und reifen. Diese selbstorganisierenden Strukturen funktionieren ähnlich wie diejenigen in natürlicher menschlicher Haut, da sie angemessen auf Verbindungen reagieren können, die unser Körper bei Entzündungen freisetzt, und nach einer Verletzung wieder nachwachsen können. Die Studie in Das American Journal of Pathologyveröffentlicht von Elsevier, ist das erste, das mithilfe dieses Systems mikrovaskuläre Reaktionen auf Entzündungsreize und Verletzungen zeigt, was große Auswirkungen auf das Verständnis der entscheidenden Rolle von Hautblutgefäßen bei Entzündung, Reparatur, Regeneration und Alterung hat.

Die Haut ist ein hochkomplexes Organ, wie ihre einzigartige mikroskopische Anatomie zeigt, die eine Vielzahl von Zelltypen umfasst, die zusammenarbeiten, um ihre Schutzfunktionen zu erfüllen. Weltweit leben Millionen von Menschen mit entzündungsbedingten Hauterkrankungen wie Psoriasis sowie mit Erkrankungen, die die Heilung von Hautwunden beeinträchtigen, wie etwa Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes.

Vor einigen Jahren entwickelten Forscher am Boston Children’s Hospital ein hochinnovatives Verfahren, bei dem Stammzellen in einer Schale haarbildende menschliche Haut erzeugen, was einen großen Fortschritt auf den Gebieten der Hautbiologie und der regenerativen Medizin darstellte. Als Hautpathologen und Stammzellbiologen wollten wir diese „Organoide“ der Haut – die Bezeichnung für solche kleinen, selbstorganisierenden vielzelligen Systeme, die viele der anatomischen Merkmale und biologischen Funktionen eines im Körper wachsenden Organs nachbilden – in unserem Labor verwenden, um die Entwicklung und Krankheit der Haut zu untersuchen.“

George F. Murphy, MD, leitender Forscher der aktuellen Studie, vom Programm für Dermatopathologie, Abteilung für Pathologie, Brigham and Women’s Hospital, Boston

Die Forscher fanden heraus, dass sich vaskuläre Endothelzellen bereits nach sechs Tagen im Organoid-Differenzierungsprozess entwickeln und über Monate bestehen bleiben. Sie entdeckten, dass Hautorganoide mehrere Moleküle produzieren, die für die Initiierung und Aufrechterhaltung des Wachstums kleiner Blutgefäße wichtig sind. Mit zunehmender Größe und Komplexität der Organoide reifen auch ihre Gefäße und werden nach und nach von Wandzellen umgeben, die sie unterstützen und stabilisieren, ähnlich wie in der natürlichen menschlichen Haut.

Molekulare Auslöser von Entzündungen führten dazu, dass Hautorganoide ihre Blutgefäße und umgebenden Gewebe aktivierten, um Proteine ​​zu exprimieren, die für die Ansiedlung von Immunzellen (die Führung von Immunzellen zum Infektionsort) und ihre Funktion in entzündeten Geweben notwendig sind. Diese Auslöser führten auch zur Freisetzung zusätzlicher Entzündungsmediatoren aus den Organoiden selbst. Schließlich zeigten die Forscher, dass organoide Blutgefäße der Haut nach traumatischen Verletzungen durch scharfe Gegenstände nachwachsen können.

„Wir waren fasziniert zu sehen, dass die organoiden Gefäße der Haut eine molekulare Signatur von kleinen Arterien, aber nicht von Venen oder Lymphgefäßen zeigten. Obwohl dieses System also in vielerlei Hinsicht stark der natürlichen menschlichen Haut ähnelt, bleibt es dennoch unvollkommen. Allerdings ist die Mikrovaskulopathie, die kleine Arteriolen betrifft, wie sie bei Diabetes auftritt, eine potenziell fruchtbare zukünftige Anwendung für unser Modell. Unsere Ergebnisse bieten spannende Möglichkeiten, zusätzliche Faktoren zu erforschen, die die Gefäßentwicklung in der Haut steuern, und gleichzeitig das System weiter zu verfeinern“, bemerkt Erstautor Anthony R. Sheets, MD, PhD, vom Programm für Dermatopathologie, Abteilung für Pathologie, Brigham and Women’s Hospital, Boston.

Das NIH und die FDA haben kürzlich Initiativen angekündigt, um die Entwicklung ausgefeilter Modelle zu unterstützen, die menschliche Krankheiten genauer widerspiegeln. Diese Arbeit trägt zur Abkehr von Tiermodellen bei und demonstriert die funktionellen Ähnlichkeiten zwischen aus Stammzellen gewonnenen Hautorganoiden und natürlicher menschlicher Haut.

Insgesamt deuten die Ergebnisse der Studie darauf hin, dass das Organoidsystem der Haut genutzt werden kann, um die Wege weiter zu untersuchen, die das Wachstum und die Funktion von Hautblutgefäßen bei Gesundheit und Krankheit steuern. Die therapeutische Modulation dieser Signale wird in Zukunft das Potenzial haben, entzündliche Hauterkrankungen zu beheben und die Heilungsfähigkeit bei Patienten mit chronischen Wunden wiederherzustellen.

Dr. Murphy kommt zu dem Schluss: „Unsere Arbeit liefert ein neuartiges Modell für die Untersuchung der Pathologie von Blutgefäßen.“ in vitro innerhalb einer räumlich intakten dreidimensionalen Mikroumgebung. Die Fähigkeit, jetzt zu verhören ex vivo Die Bildung, Physiologie und Pathologie äußerst wichtiger Hautblutgefäße in der Umgebung einer intakten Gewebemikroumgebung ist möglicherweise von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Pathobiologie unseres größten und wichtigsten Schutzorgans.“

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