לראשונה, חוקרים יצרו אטלס תא בודד של עור אנושי טרום לידתי כדי להבין איך עור נוצר, ומה משתבש במחלה.
חוקרים ממכון Wellcome Sanger, אוניברסיטת ניוקאסל ומשתפי הפעולה שלהם השתמשו בריצוף של תא בודד ובטכניקות גנומיות אחרות כדי ליצור את האטלס ולחשוף כיצד נוצר עור אנושי, כולל זקיקי שיער. ניתן להשתמש בתובנות אלו ליצירת זקיקי שיער חדשים ברפואה רגנרטיבית והשתלות עור לנפגעי כוויות.
במחקר, שפורסם היום (16 באוקטובר) ב טֶבַעהצוות גם יצר 'מיני איבר' של עור בצלחת עם יכולת להצמיח שיער. באמצעות האורגנואיד, הם הראו כיצד תאי חיסון ממלאים תפקיד חשוב בתיקון עור ללא צלקות, מה שעלול להוביל ליישומים קליניים למניעת צלקות לאחר ניתוח, או ריפוי ללא צלקות לאחר פצע.
כחלק מ-Human Cell Atlas, הממפה את כל סוגי התאים בגוף האדם כדי לשנות את ההבנה של בריאות ומחלות, החוקרים מספקים 'מתכון' מולקולרי לבניית עור ומודל אורגנואידי חדש לחקר מחלות עור מולדות.
העור הוא האיבר הגדול ביותר בגוף האדם, בממוצע שני מטרים רבועים. הוא מספק מחסום הגנה, מווסת את טמפרטורת הגוף שלנו ויכול לחדש את עצמו. העור מתפתח בסביבה הסטרילית של הרחם, כאשר כל זקיקי השיער נוצרים לפני הלידה – יש מחזוריות של זקיקים לאחר הלידה, אך לא נוצרים זקיקים חדשים. לפני הלידה, לעור יש את היכולת הייחודית להחלים ללא צלקות.
היה קשה מאוד ללמוד כיצד העור האנושי מתפתח, שכן למודלים של בעלי חיים יש הבדלים מרכזיים. כחלק מאטלס התא האנושי, צוות חוקרים מתמקד במחקר כיצד בנוי עור אנושי. הבנה כיצד העור מתפתח, היכן נמצאים התאים במרחב ובזמן, ותפקידה של הגנטיקה יסייעו לחשוף כיצד מוטציות ספציפיות גורמות להפרעות עור מולדות, כגון הפרעות שלפוחיות ועור קשקשי.
במחקר חדש זה, חוקרים ממכון Wellcome Sanger, אוניברסיטת ניוקאסל ומשתפי הפעולה שלהם יצרו את התא היחיד והאטלס המרחבי הראשון של עור טרום לידתי אנושי.
הצוות השתמש בדגימות של רקמת עור טרום לידתי, שאותן פירקו כדי להסתכל על תאים בודדים בהשעיה, כמו גם בתאים שנמצאים בתוך הרקמה. מדענים השתמשו ברצף חד תא בודד ובתעתיק מרחבי כדי לנתח תאים בודדים במרחב ובזמן, ואת השינויים התאיים המווסתים את התפתחות זקיקי העור והשיער. הם תיארו את השלבים המתארים כיצד נוצרים זקיקי שיער אנושיים וזיהו הבדלים מזקיקי שיער עכברים.
באמצעות תאי גזע בוגרים, החוקרים יצרו גם 'מיני איבר' של עור בצלחת, המכונה אורגנואיד, עם יכולת להצמיח שיער. הם השוו את המאפיינים המולקולריים של אורגנואידים בעור עם עור טרום לידתי ומצאו שהמודל האורגני של העור דומה יותר לעור טרום לידתי מאשר לעור בוגר.
הצוות מצא שכלי דם לא נוצרו בעור האורגני כמו גם בעור לפני הלידה. על ידי הוספת תאי חיסון המכונים מקרופאגים לאורגנואיד, הם גילו שהמקרופאגים מקדמים את היווצרותם של כלי דם, והצוות ביצע הדמיה תלת מימדית כדי להעריך את היווצרות כלי הדם בתוך הרקמה.
זה ידוע שתאי חיסון אלה מגנים על העור מפני זיהום. עם זאת, זו הפעם הראשונה שהוכח כי מקרופאגים ממלאים תפקיד מפתח בהיווצרות עור אנושי במהלך התפתחות מוקדמת על ידי תמיכה בצמיחה של כלי דם. זה מציע אפשרות לשפר את כלי הדם של אורגנואידים אחרים של רקמות.
הצוות גם ניתח הבדלים בסוגי התאים בין עור טרום לידתי לעור בוגר. הם מראים כיצד מקרופאגים ממלאים תפקיד חשוב בתיקון עור ללא צלקות בעור טרום לידתי, מה שעלול להוביל ליישומים קליניים כדי למנוע צלקות לאחר ניתוח או פצע.
כתוצאה ממחקר זה, הצוות מספק 'מתכון' מולקולרי לאופן שבו העור האנושי בנוי וכיצד נוצרים זקיקי שיער. ניתן להשתמש בתובנות אלו ביצירת זקיקי שיער חדשים לרפואה רגנרטיבית, כגון השתלות עור לנפגעי כוויות, או כאלו עם התקרחות מצטלקות.
אטלס העור האנושי לפני הלידה ישמש גם כדי לזהות באילו תאים הגנים פעילים, או מתבטאים, הידועים כגורמים להפרעות שיער מולדות ולעור, כמו הפרעות שלפוחיות ועור קשקשי. החוקרים מצאו שגנים המעורבים בהפרעות אלו מתבטאים בעור טרום לידתי, כלומר מקורם ברחם. אורגני העור שנוצרו במחקר זה מציעים מודל חדש ומדויק לחקר מחלות אלו.
ד"ר אלנה ווינהיים, מחברת ראשונה ממכון Wellcome Sanger, אמרה: "עם אטלס העור האנושי שלנו לפני הלידה, סיפקנו את ה'מתכון' המולקולרי הראשון להכנת עור אנושי וחשפנו כיצד נוצרים זקיקי שיער אנושיים לפני הלידה. לתובנות הללו יש פוטנציאל קליני מדהים ויכולות לשמש ברפואה רגנרטיבית, כאשר מציעים השתלות עור ושיער, כמו למשל לנפגעי כוויות או לאלו עם התקרחות צלקות".
אנחנו נרגשים שיצרנו דגם אורגני עור שמצמיח שיער. בתהליך זה, חשפנו תפקיד חדש וחשוב של תאי מערכת החיסון בקידום הצמיחה של כלי דם בפיתוח רקמת עור, מה שיכול לעזור לשפר מודלים אורגנואידים אחרים. נראה כי תאי חיסון אלה, הנקראים מקרופאגים, ממלאים גם תפקיד מרכזי בתיקון עור ללא צלקות בעור טרום לידתי. הממצאים שלנו יכולים להודיע על התקדמות קלינית כדי למנוע צלקות לאחר ניתוח."
ד"ר Hudaa Gopee, מחבר ראשון, אוניברסיטת ניוקאסל
פרופסור מוזליפה הניפה, סופר מוביל וראש זמני של גנטיקה סלולרית במכון Wellcome Sanger, אמר: "אטלס העור האנושי לפני הלידה והמודל האורגנואידי שלנו מספקים לקהילת המחקר כלים זמינים באופן חופשי לחקור מחלות עור מולדות ולחקור אפשרויות של רפואה רגנרטיבית. אנו מתקדמים בצעדים מרגשים לקראת יצירת אטלס התא האנושי, הבנת הצעדים הביולוגיים של איך בני אדם בנויים, וחוקרים מה משתבש במחלה".
