Дермальные фибробласты — это клетки в слое дермы кожи , которые отвечают за образование соединительной ткани и позволяют коже восстанавливаться после травм. [1] Используя органеллы (в частности, шероховатый эндоплазматический ретикулум ), дермальные фибробласты создают и поддерживают соединительную ткань , которая объединяет отдельные слои клеток. [2] Кроме того, эти дермальные фибробласты вырабатывают белковые молекулы, включая ламинин и фибронектин, которые составляют внеклеточный матрикс . Создавая внеклеточный матрикс между дермой и эпидермисом, фибробласты позволяют эпителиальным клеткам эпидермиса прикреплять матрикс, тем самым позволяя эпидермальным клеткам эффективно соединяться вместе, образуя верхний слой кожи.
Дермальные фибробласты происходят из мезенхимальных стволовых клеток в организме. [3] Подобно фибробластам роговицы, пролиферация дермальных фибробластов может стимулироваться присутствием фактора роста фибробластов (FGF). [3] Фибробласты, по-видимому, не полностью дифференцированы или специализированы. После изучения маркеров CD фибробластов, исследователи из BioMed Central обнаружили, что эти клетки не имеют «отличительных маркеров», подтверждающих, что эти клетки могут быть дополнительно дифференцированы. [3]
Одним из примеров дальнейшей дифференциации дермальных фибробластов является то, что при травме дермальные фибробласты могут давать начало миофибробластам , фибробластным клеткам с характеристиками гладких мышц. Дермальные клетки дифференцируются в миофибробласты, изменяя экспрессию гена актина (которая подавляется в дермальных фибробластах). [4] Когда дермальные фибробласты экспрессируют актин, клетки могут медленно сокращаться. Это сокращение играет важную роль в заживлении ран и фиброзе . Закрывая ткани, дифференцированные миофибробласты запечатывают кожу после травмы (тем самым предотвращая инфекцию, но вызывая образование рубцов). [4] Миофибробласты также могут быть получены из нефибробластных источников. Основываясь на доказательствах экспрессии α-SMA при травмах легких, миофибробласты могут «возникать de novo» непосредственно из мезенхимальных стволовых клеток. [5]
В отличие от других типов клеток фибробластов, дермальные фибробласты гораздо менее склонны изменяться в другие типы клеток. [4] Например, когда дермальный фибробласт и роговичный фибробласт помещаются в одинаковые концентрации фактора роста фибробластов, дермальный фибробласт не будет дифференцироваться или изменяться. Как отметили д-р Дж. Льюис и д-р А. Джонсон, авторы книги «Микробиология клетки» , «фибробласты кожи отличаются» и ведут себя иначе, чем другие клетки фибробластов, на идентичные химические стимулы. [4]
Кроме того, дермальные фибробласты менее склонны к репликации в условиях in vivo и in vitro , чем другие типы фибробластов. Дермальным фибробластам требуются гораздо более высокие концентрации фактора роста фибробластов (FGF) для того, чтобы пройти репликацию клеток. [4]
Дермальные фибробласты отвечают за создание ECM, который организует стратифицированные плоские эпителиальные клетки эпидермиса в единую ткань. Кроме того, дермальные фибробласты создают длинные волокнистые полосы соединительной ткани, которые прикрепляют кожу к фасции тела. Таким образом, без дермальных фибробластов самый большой и тяжелый орган не смог бы плотно прилегать к каркасу тела.
Поскольку дермальные фибробласты играют важную роль в заживлении ран, исследователи пытаются создать зрелые дермальные фибробласты для восстановления ожогов второй и третьей степени. [6] Когда организм получает ожог третьей степени, дермальный слой кожи полностью разрушается под воздействием тепла (и все клетки фибробластов в месте раны погибают). Без фибробластов место раны не может регенерировать внеклеточный матрикс, а клетки эпидермиса кожи не могут размножаться в месте раны. [6] Следовательно, без дермальных фибробластов кожа не может должным образом восстановиться после травмы. Тем не менее, дифференцируя мезенхимальные стволовые клетки из других областей тела и вводя их в место раны, ученые могут восстановить дермальные фибробласты в обожженных областях тела. Восстанавливая фибробласты в обожженных областях, организм может восстановить ВКМ в месте раны и восстановиться после травмы. [7] Как уже отмечалось, «поврежденная дерма также восстанавливается путем набора и пролиферации фибробластов, продуцирующих внеклеточный матрикс и факторы, способствующие росту кератиноцитов». [7]
Аналогичным образом, FGF вводится в фибриновые герметики для улучшения долгосрочного восстановления и герметизации тканей. [6] Экспериментально показано, что FGF-1 стимулирует развитие собственной адгезивной ткани организма и эффективно запечатывает рану (тем самым предотвращая инфекцию и смягчая образование рубцов). [6] Использование FGF для стимуляции активности фибробластов является более эффективным средством герметизации тканей, чем существующие тканевые герметики, из-за прочной природы коллагена , который составляет соединительную ткань. Исследование, проведенное исследователями из Университета Алабамы, изучало адгезивные свойства фибриновых тканевых клеев. Испытания показали, что фибриновые клеи даже при предполагаемой медицинской концентрации (29 мг/мл в месте раны) имели прочность на сдвиг всего 17,6 килоПаскалей. [8] Кроме того, другое исследование, проведенное в Калифорнийском университете, определило, что модуль (напряжение/деформация) фибриновых клеев в среднем составлял 53,56 кПа. [9] Для склеивания тканей организм человека использует коллаген и эластин для получения превосходной прочности на сдвиг. Коллаген I типа, который включает коллагеновые нити, связанные в прочные фибриллы, имеет уникальную трехспиральную структуру, которая увеличивает структурную целостность белков. Фактически, исследование, проведенное кафедрой медицины в Университетском колледже Лондона, экспериментально определило, что чистый коллаген I типа имеет модуль от 5 ГПа до 11,5 ГПа. [10] Следовательно, чистый коллаген I типа имеет почти в миллион раз большую структурную целостность, чем фибрин. Поэтому коллаген гораздо сложнее деформировать, чем фибрин, и коллагеновые волокна создают гораздо более прочные связи между тканями, чем нити фибринового полимера.
Генерируя адгезивные белки, такие как фибронектин, фибробласты используются в исследовательских лабораториях для помощи в культивировании клеток, которые обычно демонстрируют низкую выживаемость in vitro. Например, фибробласты использовались для повышения выживаемости человеческих стволовых клеток, которые легко подвергаются апоптозу клеток . Как отметили исследователи из Гарвардского института стволовых клеток, дермальные клетки «человеческие кератиноциты [стволовые клетки] могут быть размножены in vitro при культивировании на фидерных клетках фибробластов». [7]
Помимо улучшения культуры и пролиферации стволовых клеток, дермальные фибробласты также могут стать стволовыми клетками. Хотя дермальные клетки демонстрируют меньшую пластичность, чем другие типы фибробластных клеток, исследователи все еще могут превратить эти клетки в индуцированные плюрипотентные клетки (ИПК). [7]
Как отметили исследователи из Гарвардского института стволовых клеток, ученые получили фибробласты от мыши с серповидноклеточной анемией и, используя вирус, «перепрограммировали эти клетки в плюрипотентные [стволовые клетки], исправили генетический дефицит путем гомологичной рекомбинации и перенаправили эти плюрипотентные клетки в гемопоэтические линии, а затем трансплантировали эти сконструированные клетки мышам, подвергшимся летальному облучению». [7] Животные, прошедшие лечение фибробластными стволовыми клетками, продемонстрировали повышенный уровень активности, что указывает на выздоровление от заболевания. [7]