Ein Forscherteam aus Japan, das die Prozesse des Haarfollikelwachstums und der Haarpigmentierung untersucht, hat erfolgreich Haarfollikel in Kulturen erzeugt. Ihr In-vitro-Haarfollikelmodell trägt zum Verständnis der Haarfollikelentwicklung bei, was zur Entwicklung nützlicher Anwendungen bei der Behandlung von Haarausfallerkrankungen, Tierversuchen und Arzneimittelscreenings beitragen könnte.
Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte am 21. Oktober.
Während der Entwicklung eines Embryos kommt es zu Wechselwirkungen zwischen der äußeren Hautschicht, der sogenannten Epidermisschicht, und dem Bindegewebe, das als Mesenchym bezeichnet wird. Diese Interaktionen funktionieren wie ein Botenstoffsystem, um die Morphogenese der Haarfollikel auszulösen. Morphogenese ist der Prozess in einem Organismus, bei dem Zellen zu Geweben und Organen organisiert werden.
In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler die entscheidenden Mechanismen im Zusammenhang mit der Haarfollikelentwicklung anhand von Tiermodellen erforscht. Da das vollständige Verständnis dieser Mechanismen für die Haarfollikelentwicklung eine Herausforderung bleibt, wurde die Haarfollikelmorphogenese nicht erfolgreich in einer Laborkulturschale reproduziert.
In jüngerer Zeit haben organoide Kulturen breite Aufmerksamkeit erhalten. Organoide sind winzige, einfache Versionen eines Organs – Wissenschaftler stellen sie her und verwenden sie, um die Entwicklung und Pathologie von Gewebe und Organen in einer Laborkulturschale zu untersuchen. „Organoide waren ein vielversprechendes Werkzeug, um die Mechanismen der Haarfollikelmorphogenese in vitro aufzuklären“, sagte Tatsuto Kageyama, Assistenzprofessor an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der Yokohama National University.
Das Forschungsteam stellte Haarfollikel-Organoide her, indem es die Struktur, die von den beiden Arten von embryonalen Zellen erzeugt wurde, unter Verwendung einer recht geringen Konzentration von extrazellulären Matrizen kontrollierte. Die extrazelluläre Matrix ist das Gerüst im Körper, das die Struktur für Zellen und Gewebe bereitstellt. Die extrazellulären Matrizen passten den Abstand zwischen den beiden Arten embryonaler Zellen von einer Hantelform zu einer Kern-Hülle-Konfiguration an. Neu gebildete Haarfollikel mit typischen Merkmalen entstanden in Kern-Schale-Form-Gruppen. Diese kern-schalenförmigen Gruppen vergrößern die Kontaktfläche zwischen zwei Zellregionen, um die Mechanismen zu verbessern, die zum Wachstum der Haarfollikel beitragen.
Das vom Forscherteam entwickelte organoide Kultursystem erzeugte Haarfollikel und Haarschäfte mit nahezu 100-prozentiger Effizienz. Die Haarfollikel-Organoide produzierten voll ausgereifte Haarfollikel mit langen Haarschäften (ca. 3 mm Länge an 23 Kulturtagen). Während dieses Wachstum auftrat, konnten die Forscher die Haarfollikelmorphogenese und Haarpigmentierung in vitro überwachen und die an den Prozessen beteiligten Signalwege verstehen.
Die Forscher untersuchten die Machbarkeit von Haarfollikel-Organoiden für das Wirkstoff-Screening und die regenerative Medizin. Dann fügten sie dem Kulturmedium ein Melanozyten-stimulierendes Medikament hinzu, das eine Schlüsselrolle bei der Erzeugung der Haarfarbpigmentierung spielt. Durch die Zugabe dieses Medikaments verbesserten die Forscher die Haarpigmentierung der haarähnlichen Fasern deutlich. Darüber hinaus erreichten sie durch die Transplantation der Haarfollikel-Organoide eine effiziente Regeneration der Haarfollikel mit sich wiederholenden Haarzyklen. Sie glauben, dass sich das In-vitro-Haarfollikelmodell für ein besseres Verständnis der Haarfollikeleinduktion, für die Bewertung von Haarpigmentierungs- und Haarwachstumsmedikamenten und für die Regeneration von Haarfollikeln als wertvoll erweisen könnte.
Die Erkenntnisse der Forscher könnten sich auch für andere Organsysteme als relevant erweisen und zum Verständnis der Entstehung physiologischer und pathologischer Prozesse beitragen. Mit Blick auf die zukünftige Forschung plant das Team, sein organoides Kultursystem mit menschlichen Zellen zu optimieren. „Unser nächster Schritt ist die Verwendung von Zellen menschlichen Ursprungs und die Anwendung für die Arzneimittelentwicklung und regenerative Medizin“, sagte Junji Fukuda, Professor an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der Yokohama National University.
Ihre zukünftige Forschung könnte schließlich neue Forschungswege für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien für Haarausfallerkrankungen eröffnen, wie z. B. androgenetische Alopezie, die sowohl bei Männern als auch bei Frauen auftritt.
Tatsuto Kageyama et al, Neuprogrammierung dreidimensionaler Mikroumgebungen für die In-vitro-Haarfollikeleinduktion, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add4603. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add4603
Zur Verfügung gestellt von der Yokohama National University