Einem Team von Forschern der Universität von Südkalifornien in Los Angeles ist es gelungen, Haar aus Stammzellen zu züchten, wichtige molekulare Ereignisse aufzudecken, die beim Haarwachstum eine Rolle spielen, und es in erwachsenen Mäusen zu stimulieren.
Die neue Forschung – die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde – bietet eine schrittweise Erklärung des Prozesses, durch den Haare wachsen. Die Ergebnisse ebnen den Weg für die Stimulation des Haarwachstums bei Patienten mit Alopezie oder Haarausfall.
Ein Team von Forschern begann zu untersuchen, wie Follikel aus der Haut wachsen und wie sie Haare produzieren, indem sogenannte Organoide verwendet werden. Dabei handelt es sich um Cluster aus in vitro gezüchteten Stammzellen, die sich selbst zu einer organähnlichen Struktur organisieren können.
Sie nutzten die 3-D-Struktur von Organoiden, um ein bestimmtes Organ besser zu verstehen, da sie ähnliche Eigenschaften wie das Organ, das sie imitiert, haben – was in diesem Fall die menschliche Haut ist.
Der erste Autor der Studie ist Mingxing Lei, ein Postdoc am Stem Cell Labor der University of Southern California (USC).
Der sechsstufige Prozess des Haarwachstums
Lei und Team verwendeten Hautorganoide, die sowohl von neugeborenen als auch von erwachsenen Hautzellen stammten. Insbesondere verwendeten sie Vorläuferzellen, die eine Art von Zelle sind, die differenzierter als Stammzellen ist. Sie dissoziierten diese von der Haut von Neugeborenen und Erwachsenen und transplantierten sie dann in Nacktmäuse.
Die Forscher nahmen dann detaillierte Zeitrafferaufnahmen der 3-D-Kulturen, um zu sehen, wie sich die Zellen verhalten und wie die Haarentwicklung abläuft.
Lei und seine Kollegen konnten sehen, dass die neugeborenen Zellen in einem sechsstufigen Prozess hautähnliche Organoide bildeten, die mit den dissoziierten Vorläuferzellen begannen (Schritt eins), die sich schnell ansammelten (Schritt zwei).
Diese aggregierten Zellen wandelten sich dann in polarisierte Zysten um (Schritt drei), die sich dann in sogenannte koaleszierte Zysten (Schritt vier) umwandelten, die fortfuhren, eine planare Haut zu bilden (Schritt fünf).
Im letzten Schritt des Prozesses bildete die Haut Follikel (Schritt sechs), die in eine Maus transplantiert wurden. Hier produzierten sie Haare.
Im Gegensatz dazu fanden die Forscher heraus, dass dissoziierte Vorläufer-Hautzellen von einer adulten Maus weder das Aggregationsstadium überschritten noch Haare produzierten.
Lei und seine Kollegen untersuchten die molekularen und biophysikalischen Ereignisse, die diesen Prozess des Haarwachstums in sechs Schritten untermauerten, und erklärten, dass die Forscher "eine Kombination aus Bioinformatik und molekularem Screening" benutzten, um diese Mechanismen zu entschlüsseln.
Sie fanden erhöhte Aktivität in verschiedenen Genen, einschließlich derer, die an der Produktion von Kollagen beteiligt sind – dem faserigen Protein, das in der Haut und anderen Bindegeweben zu finden ist – und Insulin, das das Hormon reguliert, das die Zuckermenge in unserem Blut reguliert.
Stimulierendes Haarwachstum
Durch die Hemmung der Aktivität bestimmter Gene in verschiedenen Entwicklungsstadien des Organoids konnten die Wissenschaftler ihre Rolle beim Übergang von einer Phase zur nächsten aufklären.
"Unsere Untersuchung erhellt eine Abfolge von molekularen Ereignissen und biophysikalischen Prozessen im Kern des Selbstorganisationsprozesses während der Gewebemorphogenese", schreiben die Autoren. "Moleküle, die für den mehrstufigen morphologischen Übergang entscheidend sind, werden identifiziert und können hinzugefügt oder inhibiert werden, um den Stillstand in adulten Zellen wiederherzustellen."
Tatsächlich haben Lei und Kollegen dieses neu erworbene molekulare und genetische Wissen auf Organoide angewendet, die aus adulten Hautzellen hergestellt wurden, um den Haarwachstumsprozess zu beschleunigen.
Bezeichnenderweise konnten Lei und Team erfolgreich das Haarwachstum in diesen Organoiden stimulieren. Erwachsene Organoide gelang es, 40 Prozent so viel Haar wie die Organoide von Neugeborenen zu produzieren.
"Normalerweise wachsen viele ältere Menschen nicht gut, weil adulte Zellen allmählich ihre Regenerationsfähigkeit verlieren", erklärt Seniorautor Prof. Cheng-Ming Chuong von der USC Keck School of Medicine. Er erklärt jedoch, dass die Ergebnisse seines Teams Auswirkungen haben, die dies ändern könnten.
"Mit unseren neuen Erkenntnissen können wir adulte Mäusezellen wieder zur Haarproduktion befähigen. Diese Arbeit kann in Zukunft eine Strategie zur Stimulierung des Haarwachstums bei Patienten mit Alopezie bis hin zu Haarausfall anregen."
Prof. Cheng-Ming Chuong
