Guarire la pelle ferita senza lasciare cicatrici? La ricerca preclinica si dimostra promettente. / Healing wounded skin without scarring? Preclinical research shows promise

Guarire la pelle ferita senza lasciare cicatrici? La ricerca preclinica si dimostra promettente. / Healing wounded skin without scarring? Preclinical research shows promise

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La guarigione della pelle senza cicatrici potrebbe essere possibile, grazie ai ricercatori che sono riusciti a sbloccare un meccanismo di rigenerazione embrionale che si disattiva dopo la nascita nei topi.

Nuove scoperte condotte da biologi specializzati in cellule staminali di Harvard (Massachusetts, USA) suggeriscono che in futuro potrebbe essere possibile rigenerare la pelle ferita senza lasciare cicatrici.

Il nuovo studio, pubblicato il 20 marzo sulla rivista Cell, rivela un modo per rigenerare completamente la pelle sbloccando un meccanismo di guarigione embrionale che si disattiva dopo la nascita. Dimostrata sui topi, questa strategia potrebbe essere utile per lo sviluppo di terapie simili per i pazienti umani.

"In sostanza, abbiamo trovato un modo per migliorare notevolmente il processo di guarigione delle ferite, imparando come gli embrioni riescono a farlo così bene", ha spiegato Ya-Chieh Hsu, professore di biologia delle cellule staminali e rigenerativa, membro principale della facoltà dell'Harvard Stem Cell Institute e autore senior del nuovo studio. "Sono entusiasta perché abbiamo fatto un passo avanti davvero importante. Quando abbiamo una ferita, la maggior parte dei tipi di cellule della pelle non riesce a rigenerarsi e si forma una cicatrice. Ma ora credo che abbiamo trovato un modo per cambiare questa situazione, in modo che molti tipi di cellule possano rigenerarsi ed evitare la formazione di cicatrici."

La pelle viene spesso citata come l'esempio per eccellenza di un organo capace di rigenerarsi. In realtà, la guarigione non è del tutto superficiale.

In seguito ad una lesione, le cellule staminali epidermiche risigillano la superficie ed i fibroblasti depositano un denso tessuto cicatriziale di collagene.

Ma la pelle contiene anche una serie di altre cellule (da dieci a cinquanta tipi, a seconda di come vengono classificate), tra cui follicoli piliferi, vasi sanguigni e linfatici, ghiandole sudoripare, cellule pigmentate, cellule immunitarie, cellule adipose e nervi.

La maggior parte di questi altri tipi non riesce a rigenerarsi, quindi la pelle cicatrizzata rimane fondamentalmente alterata.

Studi precedenti avevano dimostrato che le ferite embrionali potevano guarire senza lasciare cicatrici, ma il nuovo studio rivela molto di più. Dopo una lesione, la pelle embrionale rigenera tutti i tipi di cellule, ma questa capacità svanisce rapidamente dopo la nascita. Lo studio svela i meccanismi molecolari alla base di questo processo e come riattivarli.

"I nostri risultati suggeriscono che alcuni organi conservano un potenziale rigenerativo intrinseco che viene semplicemente tenuto sotto controllo, e che la rimozione di questo blocco potrebbe essere sufficiente a consentire la rigenerazione", ha aggiunto Hsu. "In altre parole, la rigenerazione potrebbe non dover essere ricostruita da zero, ma semplicemente liberata."

I nuovi risultati sono il culmine di 5 anni di ricerca condotta dall'autrice principale Hannah Tam, laureata presso la Harvard Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences nel programma di scienze biologiche e biomediche della Harvard Medical School. Ha imparato a praticare la microchirurgia su minuscoli embrioni e neonati di topo al microscopio da dissezione.

Per studiare la guarigione delle ferite, Tam ha utilizzato uno strumento per biopsia per rimuovere un campione di pelle contenente tutti i suoi strati e ha poi confrontato la rigenerazione dell'organo in topi embrionali ed in topi postnatali in diversi momenti.

Una delle difficoltà consisteva nel tenere traccia della posizione delle ferite embrionali, poiché guarivano così completamente da diventare indistinguibili dalla pelle normale. Gli scienziati hanno contrassegnato i punti delle lesioni con perline fluorescenti ed inchiostro di henné.

Hanno scoperto che la capacità di rigenerare la pelle diminuiva costantemente nei giorni successivi al parto. Il cambiamento più drastico si verificava da 3 giorni prima del parto a 5 giorni dopo, in un arco di tempo di soli 8 giorni.

Nei topi feriti 3 giorni prima della nascita, la pelle si rigenerava con diversi tipi di cellule ed assomigliava molto alla pelle sana. Ma quando la ferita veniva inflitta 5 giorni dopo la nascita, la zona veniva ricoperta da cellule epiteliali e si riempiva di tessuto cicatriziale di collagene, fibre nervose e cellule immunitarie anormalmente dense. Molti altri tipi di cellule cutanee non riuscivano a rigenerarsi.

In seguito, il gruppo ha cercato di identificare i fattori chiave alla base di queste differenze.

Hanno scoperto che le ferite postnatali si riempiono densamente di nervi. Questa "iperinnervazione" si verifica perché i fibroblasti nelle ferite postnatali aumentano l'espressione del gene Cxcl12, che recluta un numero eccessivo di nervi nella zona e compromette la rigenerazione di altri tipi di cellule cutanee.

Quando i ricercatori hanno ridotto i livelli di Cxcl12 nelle ferite di topi in fase postnatale, l'iperinnervazione è stata limitata e la pelle ha rigenerato diversi tipi di cellule. Il blocco della segnalazione nervosa locale con la tossina botulinica A (Botox) ha prodotto effetti simili.

Tam ha affermato che il gruppo si è trovato di fronte ad un ostacolo insormontabile a metà della sua ricerca, perché presumeva che il processo di rigenerazione coinvolgesse in qualche modo le cellule immunitarie. La svolta è arrivata quando hanno scoperto che il vero problema era la segnalazione alla base dell'iperinnervazione e che potevano disattivarla per ripristinare la piena rigenerazione.

"L'aspetto sorprendente è che abbiamo identificato un blocco", ha continuato Tam, ora ricercatore post-dottorato presso lo Scripps Research (California, USA). "E questo blocco è dovuto all'interazione tra fibroblasti e nervi. La relazione tra questi due diversi tipi di cellule non è stata finora al centro degli studi sulla guarigione delle ferite. Credo che questo sia molto utile per il settore, perché ora possiamo davvero considerare questi due tipi di cellule come veri e propri elementi di comunicazione."

Prima dello studio, Hsu si aspettava che la chiave per la guarigione delle ferite fosse ricreare una serie di "fattori che promuovono la rigenerazione" per imitare la guarigione embrionale. La soluzione si è rivelata molto più semplice.

"Non pensavo che avremmo dovuto ritrarre un freno, il che in realtà è una buona notizia: è molto più semplice", ha riferito. "Questo mi fa sperare che possa essere applicabile al miglioramento della guarigione delle ferite negli esseri umani."

ENGLISH

Healing skin without scarring may be possible, as researchers unblock an embryonic regrowth mechanism that shuts down after birth in mice.

New findings by Harvard (MA, USA) stem cell biologists suggest it may be possible in the future to regrow wounded skin without scarring.

The new study, published March 20 in Cell, reveals a way to fully regenerate skin by unblocking an embryonic healing mechanism that shuts off after birth. Demonstrated on mice, the strategy may help guide the development of similar therapies for human patients.

“Essentially, we found a way to make the wound healing outcome a lot better by learning how embryos do this so well,” explained Ya-Chieh Hsu, professor of stem cell and regenerative biology, principal faculty member at the Harvard Stem Cell Institute, and senior author of the new study. “I’m excited because we pushed the needle in a really important direction. When we have a wound, most skin cell types cannot regenerate, and we get a scar. But now I think we’ve found a way to change that, so that many cell types can regenerate, and we don’t get a scar.”

Skin is often touted as the prime example of an organ that can regenerate itself. In truth, the healing is not entirely skin deep.

After injury, epidermal stem cells reseal the surface and fibroblasts deposit dense collagen scar tissue.

But skin also contains an array of other cells (somewhere between ten and 50 types, depending on how they are classified) including hair follicles, vascular and lymphatic vessels, sweat glands, pigment cells, immune cells, fat cells and nerves.

Most of these other types fail to regenerate so the scarred skin remains fundamentally altered.

Earlier studies had shown that embryonic wounds could heal without scarring, but the new study reveals far more. After injury, embryonic skin restores all cell types, but this ability fades quickly after birth. The study reveals the molecular mechanisms behind this switch – and how to turn them back on.

“Our findings suggest that some organs retain an inherent regenerative potential that is simply held in check – and that removing this block may be sufficient to allow regeneration to occur,” Hsu added. “In other words, regeneration may not need to be built anew but simply set free.”

The new findings culminated 5 years of research by lead author Hannah Tam, a graduate of the Harvard Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences in the biological and biomedical sciences program at Harvard Medical School. She learned to do microsurgery on tiny mouse embryos and newborns under a dissection microscope.

To investigate wound healing, Tam used a biopsy punch tool to remove a sample of skin containing all its layers and then compared how the organ regenerated in embryonic mice and postnatal mice at several timepoints.

One challenge was keeping track of the locations of the embryonic wounds because they healed so completely that they became indistinguishable from normal skin. The scientists marked the injury sites with fluorescent beads and henna ink.

They found that the ability to regenerate skin steadily decreased in the days after birth. The most dramatic shift occurred from 3 days before birth to 5 days afterward – a window of only 8 days.

In mice wounded 3 days before birth, the skin regenerated diverse cell types and closely resembled unwounded skin. But when wounded at 5 days after birth, the site was covered by epithelial cells and became packed with collagen scar tissue and abnormally dense nerve fibers and immune cells. Many other skin cell types failed to regrow.

Next, the team sought to identify the key drivers behind these differences.

They found that postnatal wound sites became densely packed with nerves. This ‘hyperinnervation’ occurs because fibroblasts in postnatal wounds upregulate the gene Cxcl12, which recruits excessive nerves to the area and impairs the regrowth of other skin-cell types.

When researchers depleted Cxcl12 in wounds in postnatal mice, ‘hyperinnervation’ was curtailed, and the skin regrew diverse cell types. Blocking local nerve signaling with botulinum toxin A (Botox) produced similar effects.

Tam said the team ‘hit a wall’ midway through her research because they assumed the regeneration process somehow involved immune cells. A breakthrough came when they discovered the real roadblock was the signaling behind the hyperinnervation – and that they could switch it off to restore full regeneration.

“The surprising part is that we identify a block,” continued Tam, now a postdoc at Scripps Research (CA, USA). “And this block is through fibroblast–nerve interaction. The relationship between those two different cell types has not been the focus in wound-healing studies. I feel that this is very helpful to the field, because now we can really consider these two as actual communicators.”

Before the study, Hsu expected that the key to wound healing would be recreating a series of ‘regeneration-promoting factors’ to mimic embryonic healing. The solution turned out to be much simpler.

“I didn’t think that we’d have to retract a brake, which actually is good news – it’s a lot easier,” she reported. “It gives me hope that this might be applicable to improving wound healing in humans.”

Da:

https://www.biotechniques.com/cell-and-tissue-biology/healing-wounded-skin-without-scarring-preclinical-research-shows-promise/