Обнаружены факторы, определяющие заживление ран и формирование шрамов

20.12.200734560
Новые исследования выявили механические факторы, которые играют ключевую роль в дифференцировке и функционировании фибробластов, – клеток соединительной ткани, активно участвующих в заживлении повреждений и формировании рубцовой ткани шрама.

При повреждении фибробласты, находящиеся в коже, начинают активно продуцировать протеины внеклеточного матрикса, в основном коллаген. Этот матрикс не структурирован и содержит множество различных ростовых факторов. Фибробласты медленно мигрируют («ползут») через матрикс, осуществляя его ремоделирование и структурирование. По мере увеличения жесткости матрикса фибробласты прекращают миграцию и прикрепляются к матриксу. При этом у фибробластов реорганизуется их собственный цитоскелет, и они становятся способны к сильному сокращению, благодаря чему стягивают края раны.

Исследование, проведенное в Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Франция), впервые показало, какие механические факторы необходимы для превращения мигрирующих фибробластов в неподвижные клетки, способные к сильному сокращению. Для такого превращения фибробласт должен встретиться с комплексом определенных ростовых факторов, присоединенным к протеинам внеклеточного матрикса. При отщеплении комплекса от матрикса он стимулирует продукцию белков гладкой мускулатуры. Ранее считалось, что, обнаружив специфический ростовой фактор, фибробласты начинают продуцировать ферменты, расщепляющие матрикс, таким образом высвобождая ростовые факторы в межклеточное пространство. Однако Борис Хинц (Boris Hinz) и его коллеги выяснили, что ростовые факторы могут открепляться от внеклеточного матрикса благодаря механическому воздействию. В экспериментах in vitro при варьировании жесткости матрикса, на котором культивировали фибробласты, обнаружилось, что в определенный момент жесткость матрикса достигает такого уровня, что само движение фибробластов приводит к высвобождению ростовых факторов.

Как только ростовые факторы открепляются от матрикса, они активируются и вызывают в фибробластах ответный синтез сократительных протеинов. Фибробласты сокращаются, стягивая фибриллы матрикса и приводя к его дальнейшему уплотнению. При этом от матрикса отщепляются все новые молекулы ростовых факторов, стимулирующие остальные фибробласты к сокращению. Таким образом, процесс характеризуется положительной обратной связью и начало его определяется механическими свойствами внеклеточного матрикса.

Несмотря на то, что при этом заживление раны происходит достаточно быстро, при этом формируется большое количество фиброзной ткани, что приводит к формированию рубца. При ранениях таких жизненно важных органов, как сердце, легкие, печень и почки чрезмерная активность фибробластов может привести к образованию рубца, нарушающего функции органа. Это явление, называемое фиброзом, часто оказывается несовместимым с жизнью пациента. Активированные фибробласты могут также приводить к фиброзу после трансплантаций органов и тканей, формировать рубцы после косметических операций и проч.

Этот процесс может также играть негативную роль при культивировании стволовых клеток на различных субстратах. Если плотность субстрата слишком высока, это нередко приводит к дифференцировке стволовых клеток в фибробласты. В связи с этим очень важен контроль механических свойств используемых в клеточном культивировании субстратов.

Новое понимание процесса заживления ран и механической природы активации фибробластов позволяет по-новому взглянуть на препятствование фиброзу, не требующее инактивации ростовых факторов, что приводит к большому числу нежелательных побочных эффектов. Существует несколько возможных подходов к решению этого вопроса. «Мы можем регулировать взаимодействие фибробластов с внеклеточным матриксом, можем изменять свойства самого матрикса…», говорит Хинц.


Фибробласты, секретирующие и организующие фибриллы внеклеточного матрикса (синий цвет), к которым крепятся комплексы ростовых факторов (зеленый цвет). Сократимые белки гладкой мускулатуры в клетках покрашены красным, ядра клеток – желтым цветом (фотография: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)

По материалам:
ScienceDaily

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей