Ученые создали модель биологической кожи человека
Инженеры и биологи из Университета Шеффилда показали, как последнее предположение (что кожа имеет "спящие" стволовые клетки, которые можно 'разбудить' по мере необходимости) лучше всего объясняет, как наша кожа постоянно вырастает. Исследование, проведенное в сотрудничестве с компанией ' The Procter & Gamble Company' (P & G), производителями Olay, и опубликованное в журнале 'Nature Scientific Reports', имеет значение для борьбы с последствиями старения и, возможно, даже рака кожи.
Команда ученых Шеффилд/P&G разработала "силиконовую" (компьютерную) модель биологической кожи человека, выяснив, как устроены внешние слои кожи и как они поддерживаются в течение долгого времени. Затем эта имитационная модель или "виртуальная" кожа была использована в течение трехлетнего периода для тестирования 3 наиболее популярных теорий о том, как функционируют клетки кожи, чтобы восстановить нашу кожу - крупнейший человеческий орган.
"Предположение, вероятнее всего наилучшее, говорит, что кожа имеет заселение "спящими" стволовыми клетками, которые находятся в нижнем слое кожи, но не делятся постоянно, чтобы производить новые клетки," - сказал д-р Ли. "Тем не менее, эти пассивные клетки можно назвать активными, когда кожа повреждена, или число других типов более зрелых клеток кожи уменьшается, гарантируя, что кожа может постоянно регенерироваться при любых условиях".
Модель показала, что мы постепенно теряем эти стволовые спящие клетки с течением времени. Это объяснило бы, почему наши способности к регенерации кожи уменьшаются, поскольку мы стареем. "Каждый раз, когда мы 'будим' эти клетки, чтобы исцелить раны или пополнить запасы других клеток, некоторые из них не возвращаются в спящий режим, так что заселение медленно снижается",- говорит д-р Ли. "Это объясняет, почему старая кожа медленнее излечивается и отчасти поэтому наша кожа изменяется, когда мы стареем. Понимая этот механизм лучше, возможно будут найдены способы борьбы с последствиями старения нашей кожи".
Компьютерное моделирование биологической кожи является последним шагом в эволюции науки о коже. Это позволяет ученым проецировать активность таких тканей как кожа, которые трудно отслеживать в живых системах в течение длительных периодов времени. В настоящее время 3-хмерные возделывания инженерной человеческой кожи жизнеспособны только в течение нескольких недель, и клинические исследования на людях - только осуществимы в течение нескольких месяцев. С развитием силиконовых моделей ученые впервые могут предсказать, что происходит в коже, по мере того, как она стареет с каждым годом, ровно как она стареет десятилетие за десятилетием.
Возможность следить за виртуальными моделями кожи в течение десятилетий может быть особенно важной для исследования рака кожи. Ущерб окружающей среде, причиненный ультрафиолетовым излучением или постоянным ранением, может привести к тому, что спящие клетки будут укрывать мутации, которые вызывают рак кожи, такие как очень агрессивный тип рака - базально-клеточная карцинома кожи.
"Стволовые клетки могут скрывать мутации на протяжении многих лет, но без эффекта, если они все еще в спящем режиме", - объясняет д-р Ли. "Однако, когда они начинают делиться, например чтобы излечить раны, это может спровоцировать рак. Если было бы возможно изучить это явление в течение длительного периода времени, то возможно будут найдены способы предотвращения активации мутированных клеток и, следовательно, снижения риска развития болезни".
Это исследование является отличным примером того, как компьютерное моделирование может улучшить наше длительное изучение сложных процессов, таких как старение кожи. Доктор Upadhyay, физик и биолог, черпал вдохновение у великого физика Ричарда Фейнмана. Подводя итоги исследования, он отметил, что: "Вы действительно чего-то не поймете, пока не построите его с нуля. Превращая виртуальную модель кожи из нескольких клеток в ткань, способную к самообновлению, мы сделали большой шаг в нашем понимании стволовых клеток и восстановлении кожи".