Σε συνέχεια του προηγούμενου άρθρου, ο Δρ. Αναστασάκης εξηγεί τις προκλήσεις που εμφανίζουν τα βλαστοκύτταρα και η κλωνοποίηση τριχοθυλακίων για την Ανδρογενετική Αλωπεκία.
Το μέγεθος των τριχοθυλακίων, το πλήθος τους και το γεγονός ότι εξυπηρετούν μια λειτουργία που δεν είναι απαραίτητη για τη ζωή, είχε ως αποτέλεσμα η μελέτη τους να θεωρηθεί εσφαλμένα ως η μελέτη μιας απλής δομής. Αυτή η υποτιθέμενη απλότητα είναι, όμως, εξαιρετικά παραπλανητική.
Στην πραγματικότητα, μερικές από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις επιθηλιακών και μεσεγχυματικών κυττάρων όπως και της δημιουργίας οργάνων μετεμβρυϊκά έχουν χρησιμοποιήσειως μοντέλο το τριχοθυλάκιο. Το τριχοθυλάκιο αποτελεί έναν ελκυστικό στόχο της βιοϊατρικής μηχανολογίας, δεδομένου ότι πρόκειται για ένα εύκολα προσβάσιμο, σύνθετο και πολυκύτταρο οργανίδιο που εμφανίζει, όμως, τη βιολογική πολυπλοκότητα μεγαλύτερων οργάνων ζωτικής σημασίας.
Τα επιστημονικά ερωτήματα και τα εμπόδια που πρέπει να υπερνικηθούν για να δημιουργηθεί ένα τριχοθυλάκιο μέσω της βιοϊατρικής μηχανολογίας δεν υστερούν από τις προκλήσεις και τα εμπόδια που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές προκειμένου να κατασκευαστούν άλλοι ιστοί και όργανα.
Πρόκληση και θεωρητικές απαιτήσεις για την κλωνοποίηση τριχοθυλακίων
Προκειμένου να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία βλαστοκύτταρα για να αναπτυχθούν de novo τριχοθυλάκια σε μοντέλα ζώων και τελικά στον άνθρωπο, δύο σημαντικά κρίσιμα «σημεία συμφόρησης» (bottlenecks) πρέπει να ξεπεραστούν:
- Το πρώτο εμπόδιο είναι η κατανόηση των μοριακών σημάτων που ρυθμίζουν τον προσδιορισμό της κυτταρικής «τύχης». Στα τριχοθυλάκια η μοριακή σηματοδότηση είναι ιδιαίτερα περίπλοκη, διότι πρέπει να ληφθούν υπόψη οι τύποι κυττάρων που προέρχονται από δύο βλαστικές στοιβάδες (germ layers)
- Το δεύτερο εμπόδιο είναι η καλύτερη κατανόηση του σχηματισμού της αρχιτεκτονικής των ιστών με την κατάλληλη διάταξη, την αναλογία και τον προσανατολισμό κάθε κυτταρικού συστατικού. Πρέπει να ξέρουμε πώς οργανώνεται ο αριθμός, το μέγεθος και η χωροταξική θέση των τριχοθυλακίων και πώς συμβαίνει αυτό με συνέπεια και κατ’ επανάληψη στα θηλαστικά.
Για να υπερνικηθούν αυτά τα εμπόδια είναι απαραίτητη η βαθιά κατανόηση και εκτίμηση πολλών βιολογικών λειτουργιών:
- της βιολογίας των βλαστοκυττάρων
- των αλληλεπιδράσεων επιθηλιακών-μεσεγχυματικών κυττάρων
- της προσκόλλησης κυττάρων (cell adhesion)
- του σχηματισμού του κυτταροσκελετού και των ενδιάμεσων ινιδίων
- του ελέγχου του σχηματισμού των βλαστοκυττάρων και της διαφοροποίησής τους
- της κυτταρικής σύνδεσης, του κυτταρικού σχηματισμού και της κυτταρικής θραύσης
- της κινητικότητας των κυττάρων
- της διακυτταρικής επικοινωνίας
- της κυτταρικής απόπτωσης
- της ορμονο-ευαισθησίας των κυττάρων
- των αλληλεπιδράσεων νευρο-χυμικής ανοσίας
- της χρώσης των κυττάρων.
Ο συγκερασμός όλων αυτών των πεδίων της Βιολογίας, όπως είναι αναμενόμενο, έχει αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολος μέχρι σήμερα.
Μελέτη των βασικών αρχών της βιολογίας
Τα εξωδερμικής προέλευσης εξαρτήματα του δέρματος στα διάφορα είδη ζώων, δηλαδή τα δόντια, τα φτερά, οι τρίχες, οι αδένες και τα λέπια, διαφέρουν στο σχήμα, το μέγεθος και τη λειτουργία. Όλα, όμως, προέρχονται από το ίδιο συγκεκριμένο υπόβαθρο, την αλληλεπίδραση μεταξύ των επιθηλιακών και μεσεγχυματικών κυττάρων.
Αν και τα κύτταρα της περιοχής διόγκωσης φαίνεται να είναι τα μόνα προγονικά κύτταρα επιθηλιακής προέλευσης στο κατώτερο τριχοθυλάκιο, η ικανότητα σχηματισμού τριχοθυλακίων δεν υπάρχει αποκλειστικά στα κύτταρα της περιοχής διόγκωσης. Τα επιδερμικά κύτταρα στο εσωτερικό του τριχοθυλακίου διατηρούν κάποια ικανότητα παραγωγής νέων τριχοθυλακίων, τόσο in situ όσο και έπειτα από απομόνωση και καλλιέργεια.
Ωστόσο, η ικανότητα των κυττάρων της περιοχής διόγκωσης να σχηματίζουν τριχοθυλάκια φαίνεται να είναι η υψηλότερη, γεγονός που υποδηλώνει ότι, ξεκινώντας με έναν αμιγή πληθυσμό βλαστοκυττάρων από την περιοχή διόγκωσης, η αποτελεσματικότητα των κυτταρικών θεραπειών θα ήταν και αυτή αυξημένη. Τα κύτταρα της περιοχής διόγκωσης δεν είναι, όμως, τα μόνα κύτταρα με επαγωγική ικανότητα. Στα τριχοθυλάκια των ενηλίκων, τα δερματικά βλαστοκύτταρα έχουν και αυτά επαγωγικές ιδιότητες.
Σε μία από τις πρώτες μελέτες για τη de novo δημιουργία των τριχοθυλακίων (1966), ο Oliver απέδειξε πως αν παραμείνουν τα 2/3 της χοριακής θηλής ή τα ανώτερα 2/3 του ανώτερου τριχοθυλακίου, επανασχηματίζεται νέα χοριακή θηλή, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα δερματικά βλαστοκύτταρα συνέβαλαν στην ανασύσταση της νέας χοριακής θηλής.
Η επαγωγική ικανότητα των δερματικών βλαστοκυττάρων έχει αποδειχθεί σε αρκετές μελέτες στις οποίες ακρωτηριάστηκαν τριχοθυλάκια σε διαφορετικά σημεία και αποδείχθηκε πως αναγεννώνται πλήρως όταν ο ακρωτηριασμός αυτός είναι εντός συγκεκριμένων ορίων. Συνολικά, οι παραπάνω παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα δερματικά βλαστοκύτταρα έχουν τριχογενετικό δυναμικό, όπως ακριβώς και η χοριακή θηλή.
Αν και δεν έχει ακόμη επαναληφθεί από άλλους ερευνητές, σε μια μελέτη ορόσημο, οι Reynolds et al. εμφύτευσαν μόνο τους επιθηλιακούς χιτώνες από ανθρώπινα τριχοθυλάκια τριχωτού στο χέρι μιας γυναίκας και ανέφεραν το σχηματισμό νέων τριχοθυλακίων. Το πείραμα ετερόλογης μεταμόσχευσης των Reynolds et al. αφήνει ενδείξεις πως τα δερματικά βλαστοκύτταρα και η χοριακή θηλή θα μπορούσαν να αποφύγουν την ανοσολογική απόρριψη και πως αυτές οι μεσεγχυματικές δομές μπορούν να έχουν μια σχετική «προνομιακή» αντιμετώπιση σε επίπεδο ανοσοποιητικού συστήματος, παρόλο που είναι απίθανο να αντιπροσωπεύουν έναν αμιγώς ανοσολογικά προνομιακό ιστό.
Μελέτες έχουν δείξει πως επιθήλια, καλλιεργημένα επιθηλιακά κύτταρα, το επιθήλιο του κερατοειδούς ή το αμνιακό υγρό έχουν επίσης τη δυνατότητα δημιουργίας τριχοθυλακίων όταν έρθουν σε επαφή με επαγωγικά δερματικά κύτταρα. Στην πραγματικότητα, πολλά είδη βλαστοκυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των εμβρυϊκών, νευρικών και μεσεγχυματικών κυττάρων του μυελού των οστών, έχουν την ικανότητα να σχηματίσουν δέρμα και τριχοθυλάκια όταν εισαχθούν σε βλαστοκύστεις (blastocysts). Αυτό εγείρει την ενδιαφέρουσα πιθανότητα ότι και άλλα είδη βλαστοκυττάρων θα μπορούσαν να οδηγήσουν στο σχηματισμό τριχοθυλακίων σε συνδυασμό με τα κατάλληλα επαγωγικά κύτταρα. Η πιθανότητα αυτή απομένει να ερευνηθεί περαιτέρω.
Τριχογενετικές καλλιέργειες κυττάρων (Trichogenic cell assays)
Παρά την ποικιλία των τριχογενετικών κυτταρικών καλλιεργειών (trichogenic cell assays) που αναφέρονται στη βιβλιογραφία, όλες βασίζονται στην ίδια αρχή: συνδυάζονται επιθηλιακά κύτταραδέκτες (responders) με μεσεγχυματικά κύτταρα-πομπούς (inducers) τα οποία τοποθετούνται σε κατάλληλο περιβάλλον.
Τα επιδερμικά βλαστοκύτταρα μπορούν να προέλθουν από πολλές πηγές: εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, καλλιεργημένα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα ή κυτταρικές σειρές, επιδερμικά βλαστοκύτταρα του τριχοθυλακίου, βλαστοκύτταρα της περιοχής διόγκωσης ή ακόμη και βλαστοκύτταρα μυελού των οστών. Η τριχογενετική ικανότητα των DPCs στα μετεμβρυϊκά τριχοθυλάκια έχει πειραματικά αποδειχθεί σε καλλιέργειες τριχοθυλακίων στις μελέτες-ορόσημο των Jahoda et al., με τη χρήση τριχοθυλακίων από μουστάκια (vibrissae) ενήλικων αρουραίων.
Επίσης, πολλά ζωικά μοντέλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της αναγέννησης τριχοθυλακίων έχουν αναφερθεί μέχρι στιγμής. Στη δεκαετία του 1960, τα DPCs είχαν αναγνωριστεί από ανεξάρτητους ερευνητές ως συστατικά μεσοδέρματος με τη δυνατότητα δημιουργίας τριχοθυλακίων. Από τότε έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές τριχογενετικές αναλύσεις.
Σε γενικές γραμμές, κάθε τεχνική τριχογενετικής ανάλυσης μπορεί να διακριθεί ανάλογα με:
- την προέλευση του πειραματικού δείγματος (νεογνικό χόριο, μετεμβρυϊκά DPCs, δερματικά βλαστοκύτταρα κτλ.)
- την κατάσταση του υπό δοκιμή δερματικού πληθυσμού (ομάδα κυττάρων ή μεμονωμένα κύτταρα, ύπαρξη ή απουσία καλλιέργειας κτλ.)
- τα επιθηλιακά ομόλογα που χρησιμοποιούνται για το συνδυασμό (π.χ. ακρωτηριασμένα τριχοθυλάκια, ολόκληρη επιδερμίδα, τμήματα επιθηλίου ή μεμονωμένα κερατινοκύτταρα κτλ.)
- το περιβάλλον γύρω από το ανασυστημένο δείγμα (a. in vivo, π.χ. κάτω από τον υποδόριο ιστό ή τη νεφρική κάψα ή σε πολύπλοκες τεχνητές συνθήκες, π.χ. σε grafted silicone chamber, b. in vitro, π.χ. σε υγρή καλλιέργεια ή 3D καλλιέργεια με στήριξη (scaffold)
- τις παραμέτρους ελέγχου που χρησιμοποιούνται (π.χ. επιμήκυνση του στελέχους της τρίχας, πλήρης ή μερική ανασύσταση τριχοθυλακίου, πλήρης ή μερική τριχοθυλακιονεογένεση).
Οι υπάρχουσες τριχογενετικές καλλιέργειες μέχρι σήμερα παρουσιάζονται παρακάτω συνοπτικά:
- Η wound assay, που περιλαμβάνει μια μικρή τομή στο δέρμα, χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία από τους Jahoda et al. για τη τριχοθυλακιονεογένεση. Σε αυτή τη μέθοδο, πρόσφατα καλλιεργημένα DPCs εισάγονται στην τομή με λαβίδα ή με ένεση, κάτω από την επιδερμίδα.
- Στην chamber assay, που αναπτύχθηκε αρχικά από τους Lichti et al. και Weinberg et al., χρησιμοποιείται εναιώρημα «φρέσκων» ή καλλιεργημένων DPCs σε συνδυασμό με νεογνικά επιδερμικά κύτταρα, που έχουν μεταμοσχευθεί σε ένα στρογγυλό θάλαμο (round chamber) τοποθετημένο στη ραχιαία επιφάνεια άτριχων ποντικών (nude mice). Επειδή η ανάπτυξη του στελέχους της τρίχας είναι εμφανής οπτικά, η τεχνική αυτή έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για να αποδειχθεί η ικανότητα των επιθηλιακών ή/και των μεσεγχυματικών κυττάρων να επάγουν την ανάπτυξη τριχοθυλακίων.
- Στη sandwich assay, δημιουργείται ένα σύμπλεγμα, εισάγοντας DPCs μεταξύ ενζυμικώς κατεργασμένων κλασμάτων επιδερμίδας και χορίου και στη συνέχεια το σύμπλεγμα μεταμοσχεύεται υποδορίως ή κάτω από τη νεφρική κάψα.
- Στη flap assay, η οποία αντιπροσωπεύει μια πρόσφατα τροποποιημένη εκδοχή της sandwich assay, χρησιμοποιείται ένα τμήμα επιδερμίδας που λαμβάνεται μέσω επεξεργασίας εμβρυϊκού δέρματος ποντικιού- και το χοριακό τμήμα προσωρινά ανασηκωμένου δερματικού κρημνού. Με αυτή τη μέθοδο, καλλιεργημένα ανθρώπινα DPCs μετά από οκτώ «περάσματα» έδειξαν ότι διατηρούν τη δυνατότητα να επάγουν αναδομημένα τριχοθυλάκια.
- Στη hair patch assay, ένα μείγμα επιθηλιακών κυττάρων και DPCs ενίονται υποδόρια ή κάτω από τη νεφρική κάψα.
- Μια παραλλαγή της hair patch assay, που έχει εφαρμοστεί από τουλάχιστον δύο ερευνητικές ομάδες, έχει καταδείξει ότι προσφάτως απομονωμένα κύτταρα της περιοχής διόγκωσης από ενήλικα ποντίκια, όταν συνδυάζονται με νεογνικά δερματικά κύτταρα, σχηματίζουν τριχοθυλάκια μετά από υποδόρια ένεση σε ανοσοανεπαρκή ποντίκια.
Αυξητικοί παράγοντες και βλαστοκύτταρα
Αρκετοί αυξητικοί παράγοντες σχετίζονται με τη μοριακή σηματοδότηση μεταξύ των κυττάρων που εμπλέκονται στην τριχοθυλακιακή μορφογένεση. Ο IGF-1 και ο FGF-7 έχουν προταθεί ως μεσολαβητές στην επαγωγή των σηματοδοτικών μονοπατιών από τα DPCs προς τα επιθηλιακά κύτταρα του τριχοθυλακίου.
Η σηματοδότηση Wnt έχει αποδειχθεί ότι διατηρεί την τριχο-παραγωγική δραστηριότητα των DPCs. Ο TGF-β2 εκφράζεται στα DPCs, αλλά όχι στους χοριακούς ινοβλάστες. Η δραστηριότητα της αλκαλικής φωσφατάσης διατηρείται στα DPCs, ενώ η έκφραση του versican και η δραστηριότητα της αλκαλικής φωσφατάσης σταδιακά χάνεται κατά τον πολλαπλασιασμό των DPCs.
Σε κάθε μορφογενετικό στάδιο όλα τα παραπάνω μόρια ευθύνονται για την αμοιβαία σηματοδότηση μεταξύ των επιθηλιακών και μεσεγχυματικών στοιχείων του τριχοθυλακίου. Ωστόσο, στο πλαίσιο της τριχοθυλακιονεογένεσης δεν είναι σαφές ποια σηματοδοτικά μόρια σε αυτές τις οδούς συμμετέχουν στην ανάπτυξη των τριχών σε μεταμοσχευμένα DPCs. Μέχρι στιγμής, συγκεκριμένα σηματοδοτικά μόρια, όπως η bone morphogenetic protein (BMP)-6, έχουν αποδειχθεί ότι ενισχύουν την τριχοθυλακιονεογένεση στα ποντίκια. Η σηματοδότηση Wnt3a από τα επιθηλιακά στοιχεία είναι επίσης απαραίτητη για τη διατήρηση της επαγωγικής ικανότητας των DPCs και για τη δημιουργία τριχοθυλακίων
Οι παράγοντες αυτοί έχουν προσδιοριστεί ως υποψήφια μόρια για τη μορφογένεση των τριχοθυλακίων με τη χρήση εξελιγμένων διαγονιδιακών (transgenic) προσεγγίσεων, όπως η απενεργοποίηση (knockout) ή η υπερέκφραση (overexpression) in vivo. Στον άνθρωπο, όμως, η δυσκολία εφαρμογής διαγονιδιακών προσεγγίσεων δεν έχει επιτρέψει μελέτες για την ειδική in vivo γονιδιακή λειτουργία.
Παρά τα ευρήματα αυτά, εξακολουθεί να μην υπάρχει αξιόπιστος βιολογικός δείκτης της τριχοπαραγωγικής ικανότητας των ανθρώπινων DPCs και ως εκ τούτου τα in vivo μοντέλα πειραματόζωων είναι ο μόνος τρόπος επιβεβαίωσης για την αξιολόγηση της επαγωγικής ικανότητας των ανθρώπινων DPCs προς το παρόν. Συνεπώς, αν και έχουν αναφερθεί διάφοροι βιολογικοί δείκτες που εκφράζονται ειδικά στα ανθρώπινα DPCs, οι λειτουργίες τους βρίσκονται προς διερεύνηση.
Τριχογενετικές ιδιότητες βλαστοκυττάρων του λιπώδους ιστού
Όσον αφορά τη βιολογία των τριχοθυλακίων, αρκετές έρευνες έχουν καταδείξει ότι αυξητικοί πα ράγοντες από το τριχοθυλακιακό μικρο-περιβάλλον ενεργοποιούν την ανάπτυξη των τριχοθυλακίων ex vivo, αλλά και in vivo σε μοντέλα ζώων. Ορισμένοι ερευνητές έχουν αναγνωρίσει τους εκκριτικούς παράγοντες στα βλαστοκύτταρα που προέρχονται από το λιπώδη ιστό (adipose tissue- derived stem cells, ADSCs) με ELISA και proteo- mics, συμπεριλαμβανομένων των PDGF, KGF, HGF, VEGF και fibronectin. Αυτοί οι παράγοντες τεκμηριωμένα σχετίζονται με την ενεργοποίηση της ανάπτυξης των τριχοθυλακίων. Τα ADSCs εμφανίζουν multilineage πλαστικότητα και έχουν κοινά χαρακτηριστικά με τα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα του μυελού των οστών.
Επιπλέον, τα ADSCs εκκρίνουν κυτοκίνες με θετικές παρακρινικές επιδράσεις στα παρακείμενα κύτταρα και στους ιστούς. Πρόσφατα, η παρακρινική λειτουργία τους αποδείχθηκε ως μια από τις πιο σημαντικές θεραπευτικές παραμέτρους της χρήσης τους. Πρόσφατη δημοσίευση των Park et al. κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα ADSCs μπορεί να προάγουν την ανάπτυξη των τριχοθυλακίων μέσω ενός παρακρινικού μηχανισμού που ενισχύεται από την υποξία.
Σε πρόσφατη in vitro μελέτη των Won et al., ανθρώπινα ADSCs συλλέχθηκαν με λιποαναρρόφηση, καλλιεργήθηκαν σύμφωνα με τα ισχύοντα αποδεκτά πρωτόκολλα και χρησιμοποιήθηκαν για την καλλιέργεια ανθρώπινων DPCs και immortalized κερατινοκυττάρων. Η τεχνική αυτή όντως ενίσχυσε τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, αλλά τα αποτελέσματα ήταν κατώτερα από εκείνα της ομάδας ελέγχου, που καλλιεργήθηκαν με προσθήκη Minoxidil 1mΜ.
Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές δεν είναι σίγουροι αν ορισμένοι εκκριτικοί παράγοντες από τα ADSCs θα μπορούσαν να έχουν περισσότερες ή λιγότερες θεραπευτικές δυνατότητες για την ανάπτυξη των τριχοθυλακίων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ADSCs προάγουν την ανάπτυξη των τριχοθυλακίων ενισχύοντας τον πολλαπλασιασμό των DPCs και ενδεχομένως των επιθηλιακών κυττάρων, μέσω της διαφοροποίησης του κυτταρικού κύκλου και της ενεργοποίησης της αναγενούς φάσης.
Ως εκ τούτου, η ορθολογική χρήση των ADSCs μπορεί να είναι ένα υποσχόμενο εργαλείο για την ενίσχυση της ανάπτυξης των τριχοθυλακίων, αλλά όχι προτού τα αποτελέσματα αποδειχθούν σημαντικά πιο αποτελεσματικά από τη δράση των υπαρχόντων φαρμακευτικών αγωγών όπως το Minoxidil.
Ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν για την κλωνοποίηση τριχοθυλακίων
Μέχρι το 2012, όλα τα πειράματα που έχουν διεξαχθεί για την κλωνοποίηση τριχοθυλακίων και αφορούν το δυναμικό των τριχοθυλακιακών βλαστοκυττάρων στην τριχοθυλακιονεογένεση, έχουν εφαρμοστεί σε τριχοθυλάκια τρωκτικών, με πιο σημαντικό ίσως το πείραμα ορόσημο των Jahoda et al., κατά το οποίο ακρωτηριασμένα ανθρώπινα τριχοθυλάκια που μεταμοσχεύτηκαν σε ανοσοανεπαρκή ποντίκια, παρήγαγαν φυσιολογικά τριχοθυλάκια.
Όμως, υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ανθρώπινων τριχοθυλακίων (και ιδίως εκείνων του τριχωτού) και των τριχοθυλακίων των τρωκτικών. Τα κυτταρικά και μοριακά χαρακτηριστικά των βλαστοκυττάρων στα ανθρώπινα τριχοθυλάκια πιθανόν να είναι εντελώς διαφορετικά από εκείνα των τρωκτικών, καθότι τα ανατομικά χαρακτηριστικά διαφέρουν σημαντικά: τα ανθρώπινα τριχοθυλάκια του τριχωτού είναι πολύ μεγαλύτερα, φτάνοντας σε μήκος τα 5mm, σε σύγκριση με αυτά των ποντικών, τα οποία είναι μόλις 1mm.
Επίσης, τα τριχοθυλάκια vibrissae -που έχουν μελετηθεί εκτενώς- είναι μεν μεγαλύτερα από τα τριχοθυλάκια του τριχώματος και συνεπώς ομοιάζουν κάπως με τα ανθρώπινα τριχοθυλάκια, αλλά είναι εξαιρετικά ασυνήθιστα ως προς τη δομή τους και τις ιδιότητες του κύκλου ζωής τους και δεν ομοιάζει η «συμπεριφορά» τους με των ανθρώπινων τριχοθυλακίων.
Η αποτελεσματικότητα της χρήσης τρωκτικών για την κατανόηση της ανθρώπινης βιολογίας έχει επιβεβαιωθεί από πολλές μελέτες, πάντοτε, όμως, με την επιφύλαξη ότι τα πορίσματα απαιτούν επιβεβαίωση σε ανθρώπινα συστήματα. Ενώ τα πειραματικά μοντέλα είναι ικανοποιητικά για την κατανόηση της βιολογίας των ανθρώπινων τριχοθυλακίων, σχεδόν όλα τα in vivo μοντέλα ζώων που έχουν χρησιμοποιηθεί όσον αφορά την τριχοθυλακιονεογένεση είναι αναξιόπιστα και απρόβλεπτα λόγω τεχνικών δυσκολιών.
Για παράδειγμα, στο μοντέλο που hDPCs μεταμοσχεύθηκαν υποδόρια στα ωτικά πτερύγια αρουραίου μέσω μικρών δερματικών τομών, ήταν αδύνατο να διακριθούν οι αρχικές τρίχες από τις –όποιες- «αναγεννημένες» τρίχες, διότι οι αρχικές τρίχες του πτερυγίου του ωτός ποικίλουν σε μέγεθος. Επίσης, τα πειραματικά μοντέλα απαιτούν αρκετό χρόνο για να ολοκληρωθεί η αξιολόγηση της ικανότητας παραγωγής τριχών από τη χρήση ανθρώπινων DPCs, ενώ κανένα πειραματικό μοντέλο δεν είναι πρακτικό για χρήση σε κλινικό επίπεδο.
Μερικές τεχνικές καλλιέργειας έχουν ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη τριχοθυλακίων κάτω από το δέρμα, ενώ άλλες τεχνικές είναι πολύ επεμβατικές ή πολύπλοκες προκειμένου να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως θεραπείες σε μια μη απειλητική για τη ζωή κατάσταση, όπως είναι η AA. Σε άλλες έρευνες έχει δοκιμαστεί η έγχυση hDPCs με σύριγγα στο δέρμα των ποντικών, αλλά οι προσπάθειες για παραγωγή ανθρώπινων τριχοθυλακίων με αυτή την τεχνική δεν έχει αποδώσει ακόμα.
Μέχρι σήμερα, η επιτυχία των πειραμάτων έχει παρεμποδιστεί από ζητήματα που δεν μπορούν να γίνουν πλήρως κατανοητά:
- Αν και έχουν χρησιμοποιηθεί ανοσο-ανεπαρκή ποντίκια ως δέκτες, τα ποντίκια πιθανόν να μην είναι τελικά κατάλληλα για αλλο-μεταμόσχευση ανθρώπινων hDPCs ειδικότερα. Σε αυτά τα πειραματικά μοντέλα έχει παρατηρηθεί ότι τα μεταμοσχευμένα hDPCs σταδιακά αντικαθίστανται από αναπλαστικά κύτταρα επιδερμίδας ποντικού
- Τα hDPCs που χρησιμοποιούνται ως πηγή μεσεγχυματικών κυττάρων, κατά την καλλιέργειά τους, χάνουν την επαγωγική τους ικανότητα και κατ’ επέκταση την ικανότητα παραγωγής τριχοθυλακίων. Τα μόρια, καθώς και οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στο φαινόμενο αυτό δεν είναι ακόμη γνωστά
- Τα επιδερμικά στοιχεία των ανθρώπινων ιστών, συνήθως τα καλλιεργημένα κερατινοκύτταρα, δεν διατηρούν επαρκή δυνατότητα διαφοροποίησης, δηλαδή μπορεί να υπάρχει ανεπαρκής αριθμός τριχοθυλακιακών βλαστοκυττάρων. Στοιχεία από την έρευνα των βλαστοκυττάρων του επιδερμικού ιστού υποδηλώνουν διαφορές μεταξύ του ανθρώπου και των τρωκτικών στα χαρακτηριστικά, στη συμπεριφορά και στις δυνατότητες διαφοροποίησης των βλαστοκυττάρων. Ωστόσο, δεν είναι εύκολο να διευκρινιστεί πώς αυτοί οι παράγοντες συμβάλλουν στη νεογένεση των τριχοθυλακίων στον άνθρωπο, επειδή η επαγωγικότητα των μεσεγχυματικών πηγών και η δυνατότητα διαφοροποίησης των επιδερμικών στοιχείων είναι στενά συνδεδεμένες μεταξύ τους.
- Επιπλέον, η δυσκολία απομόνωσης επαρκούς αριθμού επαγωγικών hDPCs και συστατικών των αδιαφοροποίητων επιδερμικών βλαστοκυττάρων καθιστά το όλο εγχείρημα ακόμα δυσκολότερο. Οι Zheng et al. έχουν επιτύχει in vitro τριχοθυλακιονεογένεση με ενδοδερμική ένεση νεογνικών επιθηλιακών και μεσεγχυματικών κυττάρων από ποντίκια. Οι ίδιοι βρήκαν ότι η αναλογία των επιθηλιακών κυττάρων του δέρματος επηρεάζει την ικανότητα σχηματισμού των τριχοθυλακίων. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις τους, 5.000 δερματικά κύτταρα και 2.500 επιδερμικά κύτταρα απαιτούνται για την παραγωγή ενός και μόνο τριχοθυλακίου, αριθμοί που καθιστούν την τριχοθυλακιονεογένεση εξαιρετικά δαπανηρή.
- Με δεδομένο ότι τα ανθρώπινα τριχοθυλάκια δεν έχουν συγχρονισμένη ανάπτυξή και αφού το αναγενές στάδιο στα ανθρώπινα τριχοθυλάκια διαρκεί πολλά χρόνια, καθέ αναγενές τριχοθυλάκιο ξεχωριστά, που αναλύεται για την ικανότητα δημιουργίας καλλιέργειας (colony forming efficiency CFE), μπορεί να αποδώσει πολύ διαφορετικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, ένα τριχοθυλάκιο που βρίσκεται σε αναγενή φάση για έναν μόλις μήνα είναι πιθανό να οδηγήσει σε μεγαλύτερο αριθμό αποικιών σε σύγκριση με ένα άλλο που είναι σε αναγενή φάση για 40 μήνες. Πρόσφατα, ωστόσο, οι Roh et al. βρήκαν ένα τέχνασμα προκειμένου να ελαχιστοποιήσουν την επίδραση του κύκλου του τριχοθυλακίου στη CFE απομονώνοντας τελογενή θυλάκια με καλά σχηματισμένη περιοχή διόγκωσης.
Ο πιθανός ρόλος των βλαστοκυττάρων στην ογκογένεση
Με βάση τη θεώρηση ότι τα επιθηλιακά βλαστοκύτταρα έχουν διάρκεια ζωής τουλάχιστον ίση με αυτή του οργανισμού, πιστεύεται ότι είναι επιρρεπή σε πιθανές γενετικές μεταλλάξεις (genetic hits), οι οποίες αθροιστικά μπορεί να οδηγήσουν στο σχηματισμό όγκων. Ένα μεγάλο μέρος δεδομένων από πειράματα σε ποντίκια υποδεικνύει πως πολλοί δερματικοί όγκοι προέρχονται από τα τριχοθυλάκια και τα βλαστοκύτταρά τους. Τα βλαστοκύτταρα των κερατινοκυττάρων φαίνεται ότι αποτελούν στόχο καρκινογόνων ουσιών και δεδομένου ότι αναπαράγονται αργά, τα βλαστοκύτταρα αυτά κατακρατούν καρκινογόνους παράγοντες για μεγάλα χρονικά διαστήματα και έτσι είναι πιο επιρρεπή στη δημιουργία όγκων.
Συγκεκριμένα, υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις ότι τα βασικοκυτταρικά καρκινώματα (BCCs) μπορεί να προέρχονται από βλαστοκύτταρα του τριχοθυλακίου. Τα BCCs έχει αποδειχθεί ότι εκφράζουν το bcl-2, ένα δείκτη των μόνιμων τμημάτων του τριχοθυλακίου, συμπεριλαμβανομένης και της περιοχής διόγκωσης.
Δεδομένου ότι τα BCCs είναι αργά αναπτυσσόμενοι όγκοι που αποτελούνται από κύτταρα χαμηλής διαφοροποίησης με την ικανότητα να διαφοροποιούνται προς διάφορα εξαρτήματα, έχει προταθεί ότι το κύτταρο προέλευσης είναι ένα πολυδύναμο βλαστοκύτταρο που αναπαράγεται αργά και έχει υψηλό δυναμικό πολλαπλασιασμού.
Επιπλέον, η υπερέκφραση του sonic hedgehog (Shh) στην επιδερμίδα του ποντικού προκαλεί όγκους παρόμοιους με BCC, μέσω της εκκόλπωσης τριχοθυλακίων. Αντίθετα, το Shh έχει μικρή επίδραση στην επιδερμίδα ανάμεσα στα τριχοθυλάκια, κάτι που ενισχύει την υπόθεση της τριχοθυλακιακής προέλευσης των BCC.
Το τριχοεπιθηλίωμα (TE) είναι ένας καλοήθης όγκος του τριχοθυλακίου, που έχει παρόμοια κλινική και ιστολογική εικόνα με το BCC. Οι δύο τύποι όγκων μπορούν να αναπτυχθούν ταυτόχρονα σε ορισμένους ασθενείς. Έχει, μάλιστα, προταθεί ότι οι όγκοι αυτοί προέρχονται από έναν κοινό τύπο πρόδρομου κυττάρου εντός του τριχοθυλακίου.Τα ευρήματα που δείχνουν ότι τα σποραδικά TEs και τα BCCs περιέχουν μεταλλάξεις του patched (ptc) γονιδίου , παρέχουν πειστικές ενδείξεις ότι οι όγκοι αυτοί έχουν έναν κοινό μηχανισμό καρκινογένεσης και συνδέονται με το τριχοθυλάκιο.
Η κανονική έκφραση του γονιδίου ptc στο αναπτυσσόμενο τριχοθυλάκιο και η παρουσία των ptc μεταλλάξεων σε σποραδικά ΤΕs, καθώς και τα κληρονομικά και σποραδικά BCCs, δείχνουν ότι οι όγκοι αυτοί προέρχονται από έναν κοινό τύπο κυττάρου μέσα στο τριχοθυλάκιο. Η εξέταση των ΤΕs, BCCs και άλλων όγκων του τριχοθυλακίου με επιπρόσθετους δείκτες για τα βλαστοκύτταρα των τριχοθυλακίων θα οδηγήσει σε νέες γνώσεις σχετικά με το ρόλο των βλαστοκυττάρων στη δημιουργία αυτών των όγκων. Μέχρι τότε, η χρήση βλαστοκυττάρων για τριχοθυλακιονεογένεση δεν φαίνεται να είναι μακροπρόσθεσμα ασφαλής.
0
