Die Alchemie der Heilung: Forscher verwandeln offene Wunden in Haut

Die Alchemie der Heilung: Forscher verwandeln offene Wunden in Haut

Salk-Wissenschaftler entwickeln eine neue Technik zur Heilung großer Geschwüre, indem sie Wundzellen in Hautzellen umprogrammieren

LA JOLLA – Plastische Chirurgie zur Behandlung großer Hautgeschwüre, einschließlich solcher, die bei Menschen mit schweren Verbrennungen, Dekubitus oder chronischen Krankheiten wie Diabetes auftreten, könnte eines Tages der Vergangenheit angehören. Wissenschaftler am Salk Institute haben eine Technik entwickelt, um die Zellen in einer offenen Wunde direkt in neue Hautzellen umzuwandeln. Der Ansatz basiert auf der Neuprogrammierung der Zellen in einen stammzellähnlichen Zustand und könnte zur Heilung von Hautschäden, zur Bekämpfung der Auswirkungen des Alterns und zum besseren Verständnis von Hautkrebs beitragen.

„Unsere Beobachtungen stellen einen ersten Beweis des Prinzips für die In-vivo-Regeneration eines gesamten dreidimensionalen Gewebes wie der Haut dar und nicht nur einzelner Zelltypen, wie zuvor gezeigt“, sagt Salk-Professor Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Inhaber des Roger Guillemin Chair und leitender Autor des neuen Artikels, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur am 5. September 2018. „Dieses Wissen könnte nicht nur für die Verbesserung der Hautreparatur nützlich sein, sondern könnte auch als Leitfaden für In-vivo-Regenerationsstrategien in anderen pathologischen Situationen des Menschen sowie während des Alterns dienen, in denen die Gewebereparatur beeinträchtigt ist.“

Hautgeschwüre – Wunden, die sich über mehrere Hautschichten erstrecken können – werden in der Regel chirurgisch behandelt, indem vorhandene Haut transplantiert wird, um die Wunde abzudecken. Wenn das Geschwür jedoch besonders groß ist, kann es für den Chirurgen schwierig sein, genügend Haut zu transplantieren. In diesen Fällen können Forscher Hautstammzellen von einem Patienten isolieren, sie im Labor züchten und wieder in den Patienten transplantieren. Allerdings erfordert ein solcher Eingriff viel Zeit, kann das Leben des Patienten gefährden und ist manchmal nicht wirksam.

Izpisua Belmonte und Salk Research Associate Masakazu Kurita, der über Erfahrung in der plastischen Chirurgie verfügt, wussten, dass ein entscheidender Schritt bei der Wundheilung die Migration – oder Transplantation – von Basalkeratinozyten in Wunden ist. Diese stammzellähnlichen Zellen fungieren als Vorläufer der verschiedenen Arten von Hautzellen. Aber große, schwere Wunden, bei denen mehrere Hautschichten verloren gegangen sind, weisen keine basalen Keratinozyten mehr auf. Und selbst wenn diese Wunden heilen, sind die Zellen, die sich in diesem Bereich vermehren, hauptsächlich am Wundverschluss und an der Entzündung beteiligt und nicht am Wiederaufbau gesunder Haut.

Izpisua Belmonte und Kurita wollten diese anderen Zellen direkt in basale Keratinozyten umwandeln – ohne sie jemals aus dem Körper zu entfernen. „Wir wollten dort Haut herstellen, wo vorher keine Haut war“, sagt Kurita.

Die Forscher verglichen zunächst die Konzentrationen verschiedener Proteine ​​der beiden Zelltypen (Entzündung und Keratinozyten), um ein Gefühl dafür zu bekommen, was sie ändern müssten, um die Identität der Zellen neu zu programmieren. Sie identifizierten 55 „Reprogrammierungsfaktoren“ (Proteine ​​und RNA-Moleküle), die möglicherweise an der Definition der eindeutigen Identität der basalen Keratinozyten beteiligt waren. Dann grenzten sie durch Versuch und Irrtum und weitere Experimente zu jedem potenziellen Umprogrammierungsfaktor die Liste auf vier Faktoren ein, die die Umwandlung in basale Keratinozyten vermitteln könnten.

Als das Team Hautgeschwüre bei Mäusen topisch mit den vier Faktoren behandelte, bildeten die Geschwüre innerhalb von 18 Tagen gesunde Haut (sogenannte Epithelien). Mit der Zeit dehnte sich das Epithel aus und verband sich auch bei großen Geschwüren mit der umgebenden Haut. Drei und sechs Monate später verhielten sich die erzeugten Zellen in einer Reihe molekularer, genetischer und zellulärer Tests wie gesunde Hautzellen.

Die Forscher planen weitere Studien, um die Technik zu optimieren und mit der Erprobung an weiteren Ulkusmodellen zu beginnen.

„Bevor wir in die Klinik gehen, müssen wir weitere Studien zur langfristigen Sicherheit unseres Ansatzes durchführen und die Effizienz so weit wie möglich steigern“, sagt Kurita.

Autoren des neuen Papiers waren neben Kurita und Izpisua Belmonte Toshikazu Araoka, Tomoaki Hishida, David D. O'Keefe, Yuta Takahashi, Akihisa Sakamoto, Masahiro Sakurai, Keiichiro Suzuki, Jun Wu, Mako Yamamoto, Reyna Hernandez-Benitez, Alejandro Ocampo, Pradeep Reddy und Maxim Nikolaievich Shokhirev vom Salk Institute; Pierre Magistretti von der King Abdullah University of Science and Technology; Estrella Núñez Delicado von der Universidad Católica San Antonio de Murcia; und Hitomi Eto und Kiyonori Harii von der Kyorin University School of Medicine.

Die Arbeit und die beteiligten Forscher wurden durch Zuschüsse des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT) unterstützt; Kyorin-Universität; die Japanische Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaft; die Uehara Memorial Foundation; das Nationale Krebsinstitut; die G. Harold und Leila Y. Mathers Charitable Foundation; Der Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust; Die Moxie Foundation; Die Evergreen Foundation; Fundacion Dr. Pedro Guillen; und Universidad Católica San Antonio de Murcia.