Komórki macierzyste

Odkrycia naukowe – laboratoryjne oraz kliniczne – w kosmetologii i trychologii translacyjnej znajdują zastosowanie w procesach diagnostycznym i pielęgnacyjnym, jak również w formulacji innowacyjnych preparatów w nurcie biotech beauty.

Komórki macierzyste są komórkami niewyspecjalizowanymi, wyróżniającymi się dwiema właściwościami: potencjałem wieloliniowości oraz zdolnością do samoodnowy. Prowadzone obecnie badania nad komórkami macierzystymi skóry mają na celu:

• wyróżnienie ich cech, odkrycie pełnego potencjału w leczeniu dermatoz, łysień,
• spowolnienie procesu starzenia się skóry. 

Komórki te mogą dać początek nowym, wyspecjalizowanym typom komórek. Jedną z kluczowych ich cech jest bowiem transdyferencjacja, określana również jako plastyczność. 

Trochę podstaw, trochę wiedzy

Komórki macierzyste lokalizowane są w skórze właściwej, naskórku oraz w mieszkach włosowych. Wśród nich wyróżnia się komórki:

• mezenchymalne, 
• multipotencjalne, 
• grzebienia nerwowego, 
• melanocytowe, 
• śródbłonkowe, 
• hametopoetyczne. 

Badania poświęcone określeniu właściwości komórek macierzystych wykazują, że okolica mieszka włosowego ma wyjątkowy profil immunologiczny. Między innymi, jak wskazuje publikacja „The Hair Follicle and Immune Privilege” (Paus R. et al., Investig Dermatol Symp Proc., 2003), w tej okolicy wytwarzane są takie immunosupresanty, jak hormon stymulujący alfa-melanocyty (alfa-MSH), transformujący czynnik wzrostu beta 1 (TGF-beta1) czy interleukina 10 (IL-10). W tym zakresie – w myśl from bench to bedside (z ang. od stołu laboratoryjnego do łóżka chorego) – znajduje zastosowanie koncepcja nauki translacyjnej. Na potrzeby książki „Rola komórek macierzystych we współczesnej medycynie estetycznej i kosmetologii” (Musiał C., PZWL Wydawnictwo Lekarskie, 2023) po raz pierwszy zastosowano termin kosmetologia i trychologia translacyjna. Nurt ten obejmuje badania:

• laboratoryjne in vitro, 
• przedkliniczne, 
• kliniczne i implementacyjne (wdrożeniowe), w których kolejne wyniki eksperymentów znajdują zastosowanie bezpośrednio w zdrowiu publicznym.

Synergia nauk

Nauka translacyjna działa dwukierunkowo, co oznacza analizy laboratoryjne w odpowiedzi na potrzeby kliniczne. Odkrycia naukowe (laboratoryjne i kliniczne) w kosmetologii i trychologii translacyjnej znajdują zastosowanie w procesach diagnostycznym i pielęgnacyjnym, jak również w formulacji innowacyjnych preparatów w nurcie biotech beauty. Ten ostatni stanowi połączenie:

• biologii molekularnej, 
• biotechnologii, 
• biochemii, 
• inżynierii, 
• kosmetologii, 
• nauk pokrewnych. 

Stanowi też odpowiedź na potrzeby środowiska i konsumentów w postaci „zrównoważonych” kosmetyków. W tym zakresie niezwykle istotną rolę odgrywa biomimetyka, naśladująca naturalnie występujące procesy biologiczne, w tym przypadku – w tkance skórnej. Zalicza się do nich między innymi działanie przeciwzapalne czy syntezę kolagenu.

Holistyczne podejście 

Zaczyna się ono od biologii komórki. Bo choć na zagadnienie komórek macierzystych w kosmetologii i trychologii można spojrzeć wielotorowo, najistotniejsze jest zrozumienie mechanizmów na poziomach komórkowym i molekularnym. Niezwykle istotną funkcję pełnią substancje aktywne w preparatach pielęgnacyjnych, takie jak ekstrakty z roślinnych komórek macierzystych czy składniki wspierające ich aktywność. Przy czym ekstrakty z komórek macierzystych pochodzenia roślinnego nie są komórkami żywymi. 

Wykazują one działanie przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwstarzeniowe oraz fotoochronne. W trychologii jednym z wiodących składników aktywujących komórki macierzyste mieszka włosowego jest opatentowany NcPA, pozyskiwany z soi cykliczny kwas fosfatydowy. 

W zakresie dermatologii estetycznej i medycyny estetycznej na szczególną uwagę zasługują autologiczne komórki macierzyste w zabiegach regeneracyjnych. 

W kontekście skóry wyróżnia się komórki macierzyste mieszków włosowych oraz te zlokalizowane powyżej, w tkance skórnej. W przypadku mieszków włosowych zlokalizowanych w obszarze wybrzuszenia nisza odpowiada za wzrost włosów ze względu na reagowanie z głównym szlakiem sygnalizacyjnym Wnt. Rola szlaku Wnt/beta-katenina w cyklu wzrostu włosów została opisana na łamach książki „Trychologia kosmetologiczna i lekarska” (Musiał C., PZWL Wydawnictwo Lekarskie, 2022). 

Komórki macierzyste zlokalizowane nad obszarem wybrzuszenia mieszka włosowego są niezależne od szlaku sygnalizacyjnego Wnt (nie mają dla niego odpowiednich receptorów). Oznacza to, że wspierają inne funkcje niż regulacja cyklu wzrostu włosów – biorą udział między innymi w procesach regeneracji naskórka. Kluczowe okazują się komórki macierzyste LGR6+ w obszarze mieszka włosowego, które przez większość czasu są w stanie uśpienia. Ich aktywacja następuje wskutek uszkodzenia skóry. 

Uszkodzenie tkanki

W tym momencie dochodzi do wytwarzania defensyny alfa oraz beta, które stanowią grupę peptydów przeciwdrobnoustrojowych, o których wspomniano na łamach książki „Rola komórek macierzystych we współczesnej medycynie estetycznej i kosmetologii” (Musiał C., PZWL Wydawnictwo Lekarskie, 2023). 

Peptydy przeciwdrobnoustrojowe – defensyna w postaci beta – wysyłają sygnały celem aktywacji komórek macierzystych LGR6+. Następnie dochodzi do aktywacji procesu wytwarzania komórek naskórka w obszarze przerwania jego ciągłości. Mechanizm działania defensyny w formie beta jest zupełnie odmienny aniżeli czynników wzrostu (poprzez kierunkowe działanie w komórki macierzyste LGR6+). 

Zasadniczą cechą starzenia się skóry jest ograniczenie aktywności populacji endogennych komórek macierzystych. W tym zakresie na szczególną uwagę zasługuje senescencja komórkowa. 

Komórki senescencyjne

To inaczej komórki starzejące się, znane także jako zombie cells. Z upływem lat komórki gromadzą się, co kolejno prowadzi do indukcji stanów zapalnych. W następstwie tego zjawiska metabolizm i funkcje komórek macierzystych ulegają diametralnym zmianom. W trakcie procesu starzenia komórkowego następuje uwolnienie czynników zapalnych, na skutek których dochodzi do stymulacji odpowiedzi immunologicznej. 

Pojawienie się czynników zapalnych wywołuje z kolei powstanie fenotypu wydzielniczego związanego ze starzeniem (SASP, ang. Senescence-Associated Secretory Phenotype). Proces ten może indukować normalne komórki w komórki uszkodzone, starzejące się. Mechanizm ten ogranicza także pulę komórek macierzystych. 

Co istotne, w zakresie komórek starzejących się wyróżnia się trzy potencjalne mechanizmy komórkowe: apoptozę (czyli programowaną śmierć komórki), nieaktywność mitotyczną oraz onkogenezę (czyli proces zezłośliwienia). 

Beta-galaktozydazy i inne związki

Z biologicznego punktu widzenia na poziomie molekularnym wyróżnia się regulację w górę metaloproteinaz macierzy (MMP), regulację w górę czynników wzrostu, zwiększenie wydzielania czynnika martwicy nowotworu (TNF alfa) czy aktywację wydzielania interleukin, takich jak IL-6 czy IL-8. 

W zakresie nauki translacyjnej niezwykle istotna jest beta-galaktozydaza, związana ze starzeniem się (SABG, ang. Senescence-Associated B-Galactosidase) i występująca w lizosomach komórek senescencyjnych. W tych ostatnich nadmierną aktywność wykazuje gen p16. Stąd też, w zakresie badań laboratoryjnych, może on stanowić marker ukierunkowany na przedstawienie lokalizacji komórek senescencyjnych w świetle ultrafioletowym z zastosowaniem zielonego białka fluorescencyjnego (GFP, ang. Green Fluorescent Protein).

Komórki senescencyjne mogą pojawiać się z wielu powodów, a jednym z wiodących są indukatory stresogenne w postaci czynników ekspozomalnych. Jak wskazano w książce „Rola komórek macierzystych we współczesnej medycynie estetycznej” (Musiał C., PZWL Wydawnictwo Lekarskie, 2023), ekspozom stanowi „skumulowaną miarę wpływów środowiska i powiązanych reakcji biologicznych, w tym narażenia środowiskowego, diety, zachowania i procesów endogennych”. 

W książce przedstawiono także holistyczne koło zdrowia skóry, na które składają się czynniki biologiczne, stylu życia i środowiskowe. Należy podkreślić, że wspomniane indukatory stresogenne występują w naturalnym cyklu biochemicznym organizmu człowieka, jak również pochodzą z czynników ekspozomalnych. 

Stresory mogą indukować pęknięcia pojedynczej nici w DNA (SSB, ang. Single-Strand Break). Niemniej każdy z indukatorów wywołuje zmiany genomu komórki. SASP wpływa na ograniczenie puli komórek macierzystych poprzez ograniczenie tempa ich proliferacji. Utrzymanie homeostazy skóry na poziomie komórkowym w zakresie połączenia skórno-naskórkowego (DEJ, ang. Dermal-Epidermal Junction) okazuje się wiodące. 

Zmiany w strukturze DEJ

Na skutek procesów molekularnych i komórkowych dochodzi do zmian w strukturze DEJ, co prowadzi do zaburzeń komunikacji w obszarze fibroblastów, a także keratynocytów. To jeden z powodów starzenia się skóry. 

Odkrycia w nurcie medycyny translacyjnej skłoniły do rozpoczęcia badań w zakresie leków senolitycznych, redukujących komórki senescencyjne. Komórki senescencyjne, określane również jako wspomniane zombie cells, rozwijają się w obszarze środowiska prooksydacyjnego. Jednak zbyt duże stężenie przeciwutleniaczy również może wytworzyć takie środowisko, a więc powstaje błędne koło. Źródłem senolityków może być kwercetyna (flawonoid), dazatynib (inhibitor kinazy tyrozynowej) czy teaflawiny pochodzące z czarnej herbaty. Senoterapeutyki w postaci senolityków oraz senomorfów potencjalnie mogą znaleźć zastosowanie również w leczeniu chorób związanych z wiekiem. 

W zakresie terapii autologicznych w dermatologii i medycynie estetycznej na szczególną uwagę zasługują multipotencjalne komórki macierzyste pochodzące z tkanki tłuszczowej, komórki macierzyste pochodzące z krwi obwodowej CD34+, technologia mikroprzeszczepów autologicznych czy zabiegi indukujące aktywność komórek macierzystych w postaci skoncentrowanych czynników wzrostu, a także fibryny i osocza bogatopłytkowego. 

Terapie egzosomalne

Egzosomy są pęcherzykami zewnątrzkomórkowymi (EcV, ang. Extracellular Vesicles), pochodzącymi z komórek macierzystych. Ich główną funkcją jest komunikacja międzykomórkowa. Egzosomy odkryto w latach 60. XX wieku, jednak czynne zastosowanie w medycynie znajdują od czterech dekad, między innymi w postaci znaczących nośników dostarczania leków w skali nano. Jak wskazuje publikacja naukowa „Antisenescence Effect of Exosomes from Human Adipose-Derived Stem Cells on Skin Fibroblasts” (Guo J.A. et al., BioMed Research International, 2022), egzosomy pozyskane z ludzkich komórek macierzystych pochodzących z tkanki tłuszczowej (ADSCs, ang. Human Adipose-Derived Stem Cells) wykazują działanie antysenescencyjne wobec fibroblastów. Przeprowadzone badania wskazują ograniczenie beta–galaktozydazy związanej z senescencją (SA-beta-Gal, Senescence-Associated beta-Galactosidase) oraz reaktywne formy tlenu (ROS, ang. Reactive Oxygen Species), jak również zwiększenie ekspresji kolagenu typu I. 

Egzosomy w terapiach estetycznych wykazują także zdolność angiogenną, a także regulują procesy zapalne. 
Nowoczesna kosmetologia, trychologia i dermatologia estetyczna opierają się na zrozumieniu procesów na poziomach komórkowym oraz molekularnym, z bezpośrednim przełożeniem na zastosowanie praktyczne. Dzięki postępom w nauce translacyjnej czy w nurcie biotech beauty mamy dostęp do nowych strategii pielęgnacyjnych oraz terapeutycznych.