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新技術用重新編程的皮膚細胞治癒傷口

腿部潰瘍患者。 柴科姆/Shutterstock.com患有嚴重燒傷、褥瘡或糖尿病等慢性疾病的人有患上稱為皮膚潰瘍的傷口的風險，這種傷口可以延伸到皮膚的多層。 除了極度疼痛之外，這些傷口還可能導致嚴重的、有時是致命的感染或截肢。 通常，這些潰瘍通過手術移植現有皮膚以覆蓋傷口來治療。 然而，當潰瘍特別大時，移植足夠多的皮膚可能具有挑戰性。 在這種情況下，研究人員可能會從患者身上分離出皮膚幹細胞，在實驗室中培養牠們並將它們移植回患者體內。 但該過程耗時、對患者有風險且不一定有效。 患有皮膚潰瘍的糖尿病足。 這種潰瘍會破壞多層皮膚，導致感染。 如果不治療，組織損傷可能需要截肢腳趾或整個足部。 阿麗拉醫療媒體/Shutterstock.com 僅糖尿病發病率急劇上升就表明迫切需要開發新的、有效的治療皮膚潰瘍的方法。 我在索爾克研究所的實驗室專注於開發基於乾細胞的方法，將細胞從一種類型“重編程”為另一種類型，以用於再生醫學。 在《自然》雜誌的一篇報告中，我們描述了一種新技術，通過將受傷細胞重新編程為乾細胞樣狀態，直接將開放性傷口中自然存在的細胞轉化為新的皮膚細胞，在這種狀態下，細胞恢復到更早的狀態，更靈活的狀態，它們可以從中發育成不同的細胞類型。 我實驗室的博士後研究員栗田正和（Masakazu Kurita）擁有整形外科背景，他知道傷口癒合的關鍵步驟是將稱為基底角質形成細胞的干細胞樣細胞從附近未受損的皮膚遷移到傷口中。 基底角質形成細胞是許多不同類型皮膚細胞的前體。 但大而嚴重的傷口（如皮膚潰瘍）不再有任何基底角質形成細胞。 此外，隨著這些傷口的癒合，在該區域繁殖的細胞（稱為間充質細胞）主要參與閉合傷口和炎症，但它們無法重建健康的皮膚。 我們想將這些間充質細胞轉化為基底角質形成細胞，而無需將它們帶出體外。 為此，我們比較了兩種細胞類型（間充質細胞和角質形成細胞）中不同蛋白質的水平，以找出它們之間的區別，並找出我們需要改變什麼才能將一種細胞類型重編程為另一種細胞類型。 我們鑑定了 55 種蛋白質，我們稱之為“重編程因子”，它們可能參與確定和維持基底角質形成細胞的細胞特性。 我們對每個潛在的重編程因子進行了進一步的實驗，並將列表縮小到四個因子，這些因子將在體外培養皿中將間充質細胞轉化為基底角質形成細胞。 然後這些角質形成細胞形成了健康新皮膚中存在的所有細胞。 該圖像是再生皮膚的橫截面，具有不同的細胞類型，用熒光標籤表示。 綠色是角質形成細胞，紅色是間充質細胞，藍色是細胞核，洋紅色標記皮膚上皮的最內層。 胡安·卡洛斯·伊茲皮蘇亞·貝爾蒙特CC BY-SA 然後，我們測試了這四種因素治療小鼠皮膚潰瘍的能力。 在我們將含有這四種因子的外用溶液直接塗抹在潰瘍上僅 18 天后，我們就看到癒合發生了。 這四個因素將傷口中的間充質細胞重新編程為角質形成細胞，然後生長成多種細胞類型，構成健康的皮膚，閉合和治愈瘡。 這些細胞繼續生長並加入周圍的皮膚，即使在大潰瘍中也是如此。 當我們在 3 個月和 6 個月後檢查小鼠時，我們發現新生成的細胞的功能就像健康的皮膚一樣。