Антимикробные свойства некоторых белков стволовых клеток могут быть эффективны для лечения инфекции в кожных ранах

A new study has found the antimicrobial properties of certain stem cell proteins could offer a potential treatment to reduce infection in skin wounds.

Новое исследование Корнеллского университета (Cornell University, США) показало, что антимикробные свойства некоторых белков стволовых клеток говорят об их потенциальной эффективности в лечении инфекции в кожных ранах. Результаты были представлены в Stem Cells Translational Medicine в сентябре 2021 года.

Согласно исследованию группы ученых из Бейкеровского института здоровья животных (Baker Institute for Animal Health), входящего в состав Колледжа ветеринарной медицины (CVM), обработка ран секретомом одного из видов стволовых клеток эффективно снижала жизнеспособность метициллин-резистентного золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), известного как MRSA. Более того, исследователи обнаружили, что секреция стимулировала окружающие клетки кожи для создания защиты от бактериального захватчика.

«Результаты показали, что секретируемые факторы из мезенхимальных стромальных клеток лошадей (MSCs, тип стволовых клеток), значительно снижали жизнеспособность MRSA в новой модели кожи», – отмечает автор исследования доктор Шарлотта Маркс. – «Более того, мы продемонстрировали, что секреция MSC у лошадей повышает антимикробную активность клеток кожи, стимулируя иммунные реакции окружающих резидентных клеток».

В 2017 году более 119 тысяч человек в США пострадали от инфекций кровотока, вызванных MRSA, и почти 20 тысяч умерли, согласно последним статистическим данным Центров по контролю и профилактике заболеваний. MRSA стала серьезной проблемой здравоохранения, потому что эти бактерии могут быть опасными при определенных обстоятельствах, например, для пациентов с ослабленным иммунитетом или в инфицированных ранах, а также потому, что они повысили устойчивость ко многим антибиотикам – единственным лекарствам, доступным в настоящее время для лечения бактериальных инфекций.

Исследование может указать на возможный новый подход к лечению MRSA. В то время как многие люди переносят MRSA без серьезных последствий, для тех, чье здоровье под угрозой, этот «супербактериоз» может быть смертельным. Ключ к решению – MSCs – стволовые клетки, которые можно выделить из костного мозга, жира, крови и других тканей. «Первоначально использование MSCs для регенерации тканей было основано на их способности дифференцироваться в различные типы тканей», – отмечает соавтор исследования доктор Ван де Валле. – «По этой причине предполагалось, что введенные MSCs колонизируют место повреждения, дифференцируются в соответствующий тип ткани и регенерируют поврежденную ткань».

Однако исследования показывают, что только небольшая часть введенных MSCs фактически внедряется в поврежденные ткани. “По этой причине становится общепризнанным, что благотворное воздействие на восстановление и регенерацию тканей, скорее всего, является косвенным, в зависимости от воздействия того, что выделяют эти клетки», – добавляет Ван де Валле. «Такие бесклеточные методы лечения могут оказаться безопасными и потенциально более выгодными альтернативами, преодолевая риски и препятствия, связанные с использованием самих клеток».

Хотя в нескольких исследованиях было показано, что MSCs уменьшают воспаление, ученые пошли дальше, изучая влияние секреции MSC, чаще именуемой секретомом, на механизмы противомикробной защиты клеток кожи и проверяя ее эффективность на биопленках в физиологически значимой модели кожи лошади.

«Для исследования использовались лошади, потому что как у лошадей, так и у людей определенные типы хронических ран часто устойчивы к терапии и вызывают различные осложнения, приводящие к высокой заболеваемости и смертности», – говорит Ван де Валле.

Команда начала с создания модели биопленки кожи лошади. Биопленки – это сообщества микроорганизмов, которые развиваются на поверхностях. В этом состоянии бактерии хорошо защищены от антибиотиков, даже если они не устойчивы. Образцы кожи культивировались в течение трех дней из кожи лошадей, которых пришлось усыпить по причинам, не связанным с исследованием. В течение периода культивирования гибель клеток и толщина эпидермиса оставались стабильными.

Затем исследовательская группа создала модель инфицированной раны, сделав однородные раны в образцах кожи и привив их либо MRSA, либо чувствительным к антибиотикам аналогом MSSA – чувствительным к метициллину S. aureus. Затем раны обрабатывали в течение 24 часов либо антибиотиками, обычной средой (которая действовала в качестве контроля в эксперименте), либо секретомом MSC. В конце периода лечения исследователи измерили бактериальную нагрузку, оценив колониеобразующие единицы на грамм ткани.

«Полученные результаты способствуют пониманию антимикробных свойств секретома MSC и еще больше подтверждают ценность лечения на его основе инфицированных ран», – отмечает ла Маркс. – «Подбирая дополнительные эффективные методы лечения, мы можем способствовать сокращению использования антибиотиков как в ветеринарии, так и в медицине человека, что важно для борьбы с резистентностью к антибиотикам».

Источник:

Charlotte Marx, Sophia Gardner, Rebecca M. Harman, Bettina Wagner, Gerlinde R. Van de Walle. Mesenchymal stromal cell secreted CCL2 promotes antibacterial defense mechanisms through increased antimicrobial peptide expression in keratinocytes. STEM CELLS Translational Medicine, 2021; DOI: 10.1002/sctm.21–0058.

Эффективность глицерина на модели псориаза

Patients with psoriasis have reported that glycerin, which ranks first in the list of ingredients in many skin lotions, is effective in combating psoriasis. And now scientists have objective evidence to support their reports.

Доктор Венди Боллаг, физиолог и исследователь кожи, работающий в Медицинском колледже штата Джорджия (Medical College of Georgia; MCG) и Медицинском центре Чарли Норвуда (Charlie Norwood VA Medical Center), и ее коллеги изучали использование глицерина на пациентах, страдающих псориазом. Полученные данные они представили в International Journal of Molecular Sciences. Пациенты сообщали, что глицерин (недорогая, безвредная, слегка сладковатая жидкость), занимающий первое место в списке ингредиентов многих лосьонов для кожи, эффективен в борьбе с псориазом, и теперь у ученых есть объективные доказательства, подтверждающие эти заявления. Они обнаружили, что глицерин (глицерол), независимо от местного применения или употребления с питьевой водой, помогает успокоить классические чешуйчатые, красные, приподнятые и зудящие пятна в модели псориаза.

Исследования также предоставляют доказательства различных способов, которыми глицерин способствует здоровому созреванию клеток кожи в четыре этапа, в результате чего образуется гладкий защитный слой кожи. Псориаз – это иммуноопосредованное явление, которое обычно проявляется у молодых людей, когда клетки кожи образуют воспаленные участки.

«Теперь у нас есть экспериментальные данные, наглядно показывающие то, о чем сообщают пациенты с псориазом», – говорит Боллаг, которая почти 20 лет назад впервые сообщила в The Journal of Investigative Dermatology, что глицерин – «природный аттрактор» спирта и воды, известный тем, что помогает коже выглядеть лучше, также способствует ее безопасному функционированию и помогает клеткам кожи правильно созревать.

Ранний отчет Боллаг привел ко многим анекдотическим сообщениям отдельных лиц, и они в конечном итоге привели к этому новому исследованию.

Известно, что местное применение глицерина оказывает успокаивающее, смягчающее действие. Но еще одним из его чудо-свойств, которые охарактеризовала доктор Боллаг, является его трансформация в липид или жир, фосфатидилглицерин, который в конечном счете регулирует функцию кератиноцитов, основного типа клеток эпидермиса, и подавляет воспаление в коже. Глицерин проникает в кожу через такие каналы, как аквапорин 3, канал, экспрессируемый в клетках кожи. Ученые из MCG показали, что, оказавшись внутри, аквапорин 3 направляет глицерин в фосфолипазу D2 – фермент, который преобразует жиры во внешней клеточной мембране в клеточные сигналы, в итоге превращая глицерин в фосфатидилглицерин.

Еще в 2018 году Боллаг и ее команда сообщили, что местное применение фосфатидилглицерина уменьшило воспаление и характерные приподнятости участков кожи на модели псориаза у мыши. На этот раз они решили посмотреть влияние его широко доступного предшественника – глицерина.

Для новых исследований они использовали имикви мод (имихимод или imiquimod), который, как известно, вызывает появление бляшек, похожих на псориаз, у людей, использующих его для лечения таких проблем, как остроконечные кондиломы и некоторые виды рака кожи. Исследования проводили на модели животных. Ученые поили мышей сладким натуральным спиртом или наносили его на кожу. В обоих случаях, как отмечают исследователи, глицерин помог уменьшить развитие характерных поражений кожи. И это открытие доказывает, что может быть несколько путей работы глицерина для улучшения состояния кожи.

Внешне глицерин проявлял свое действие как смягчающее средство, потому что даже для мышей, у которых отсутствовала фосфолипаза D2, он был полезен. Кроме того, при местном применении он, по-видимому, конкурирует с перекисью водорода за пространство внутри канала аквапорина 3. Перекись водорода широко известна как мягкий антисептик и при низких уровнях играет роль клеточной сигнальной молекулы. Но при высоких уровнях перекись водорода вызывает разрушительный окислительный стресс, который на самом деле может вызвать псориаз. Ученые обнаружили, что при местном применении глицерин снижает уровень перекиси водорода, поступающей в клетки кожи. Когда они одновременно добавили глицерин и перекись водорода непосредственно к клеткам кожи, обнаружили, что глицерин защищает от окислительного стресса от перекиси водорода.

«Глицерин в основном превосходит перекись водорода в проникновении внутрь и предотвращает ее поступление и усиление окислительного стресса», – говорит Боллаг. Масло и вода не смешиваются, поэтому еще одна способность, благодаря которой глицерин может быть полезен, это поддержание главной роли кожи в качестве барьера для проницаемости воды, позволяющая, например, принимать ванну», – отмечают авторы исследования.

«С другой стороны, когда глицерин принимался мышами, у которых отсутствовала фосфолипаза D2, преобразующая жиры или липиды в клеточной мембране в сигналы, это просто не сработало», – уточняет Боллаг. Это подтвердило более ранние выводы о том, что внутри в любом случае глицерин соединяется с ферментом для получения сигнала, необходимого для созревания клеток кожи. В некоторых других последних работах авторов исследования подробно описывается, как фосфатидилглицерин уменьшает воспаление.

Боллаг хотела бы, чтобы следующие шаги в этом направлении также включали клинические испытания с участием дерматологов и пациентов, и она работает над поиском специалиста по рецептурам, который сможет создать, по ее мнению, оптимальную комбинацию: глицерина и фосфатидилглицерина в одном и том же креме для местного применения.

«Добавление самого фосфатидилглицерина, а не только глицерина, который его образует, по сути, является резервным, поскольку есть некоторые доказательства того, что при псориазе существенное превращение глицерина в фосфатидилглицерин не является оптимальным. Лаборатория Боллага и другие показали снижение уровня аквапорина 3 при псориазе, что, вероятно, означает меньшее количество фосфатидилглицерина, поэтому увеличение доступности глицерина может помочь, хотя и не так эффективно, повысить доступность этого липида, необходимого для нормальной пролиферации клеток кожи.

Быстрый переход к клиническим испытаниям должен быть сравнительно легким, поскольку, как и в случае с глицерином, уже имеется опыт применения фосфатидилглицерина у людей. Например, это компонент некоторых высококачественных косметических средств», – говорит Боллаг.

Она подозревает, что такая комбинация может помочь сдержать ранние проявления псориаза и, при более запущенной болезни, использовать существующие методы лечения, чтобы контролировать состояние кожи, а затем начать применять глицерин.

Боллаг и ее коллеги сообщили в 2018 году в журнале Investigative Dermatology, что на модели псориаза мыши фосфтидилглицерин уменьшал воспаление и характерные повышенные поражения кожи при псориазе. Хотя его точная причина неясна, у пациентов наблюдается более высокий уровень воспаления, а также слишком много клеток кожи, которые вырабатываются, а затем созревают ненормально. Повышенное воспаление также подвергает их повышенному риску возникновения таких проблем, как болезни сердца. Биопрепараты, используемые для лечения псориаза, работают по-разному, чтобы остановить этот гиперактивный иммунный ответ, но в дополнение к их высокой стоимости могут подвергнуть пациента риску возникновения таких проблем, как тяжелые инфекции и рак. Единственный побочный эффект, который она наблюдала примерно за 20 лет работы с глицерином и его клинического и косметического применения, заключается в том, что он может оставлять кожу слегка липкой.

Источник:

1.Vivek Choudhary, Ismail Kaddour-Djebbar, Victoria E. Custer, Rawipan Uaratanawong, Xunsheng Chen, Elyssa Cohen, Rong Yang, Etsubdenk Ajebo, Sarah Hossack, Wendy B. Bollag. Glycerol Improves Skin Lesion Development in the Imiquimod Mouse Model of Psoriasis: Experimental Confirmation of Anecdotal Reports from Patients with Psoriasis. International Journal of Molecular Sciences, 2021; 22 (16): 8749 DOI: 10.3390/ijms22168749.

Заживление ран связано со способностью стволовых клеток кожи двигаться к месту повреждения

Researchers from Tokyo Medical and Dental University have found that the ability of skin stem cells to heal wounds is linked with their ability to move towards the injury. Their study identified the signaling pathway of EGFR and COL17A1 as a key player in the regulation of motility.

С возрастом многое в организме человека меняется, в том числе и способность кожи к регенерации. Возрастной коже труднее справляться с заживлением ран, однако молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе процесса заживления, в значительной степени были неизвестны. Теперь же японские ученые определили механизм, объясняющий, почему это происходит, а также возможность его исправления.

Работа была опубликована в октябре 2021 г. в Journal of Cell Biology. Исследователи из Токийского медицинского и стоматологического университета (TMDU) показали способность стволовых клеток кожи восстанавливать кожу после травмы и предположили, что это связано с их способностью двигаться к месту повреждения.

Стволовые клетки кожи, также известные как стволовые клетки кератиноцитов, отвечают за регенерацию кожи и закрытие ран посредством процесса, называемого реэпителизацией. «Эксперименты с визуализацией в реальном времени и компьютерным моделированием показали, что подвижность стволовых клеток кожи человека связана с их пролиферативным и регенеративным потенциалом, а старые стволовые клетки кожи имеют значительно сниженную подвижность», – отмечает Дайсуке Нанба, ведущий автор исследования.

Чтобы понять механизмы, лежащие в основе снижения подвижности старых стволовых клеток, исследователи сравнили способность к заживлению ран и пролиферации стволовых клеток кожи, полученных от молодых мышей (12 недель) и старых мышей (возраст 19–25 месяцев). Эксперименты показали, что специфическая молекула – EGFR (рецептор эпидермального фактора роста) управляет подвижностью стволовых клеток кожи и что передача сигналов EGFR снижена в старых стволовых клетках. EGFR действует, предотвращая деградацию определенного типа коллагена, COL17A1, который необходим для удерживания слоев кожи вместе.

Интересно, что COL17A1 координирует движение стволовых клеток кожи в направлении места повреждения, регулируя сети актиновых и кератиновых филаментов в клетках. Исследователи обнаружили, что с возрастом происходит снижение передачи сигналов EGFR, что приводит к снижению уровня COL17A1 и подвижности стволовых клеток кожи, а значит, и их способности к реэпите- лизации.

С возрастом снижение способности кожи к заживлению ран связано с развитием так называемых хронических незаживающих осложнений, таких как диабетические язвы и пролежни. «Хотя дальнейшие исследования все еще необходимы, стабилизация COL17A1 путем регулирования его протеолиза – перспективный терапевтический подход для предотвращения снижения регенерации кожи, наблюдаемого с возрастом, что часто приводит к серьезным проблемам, таким как язвы», – говорит Эми Нисимура, один из авторов работы. Проведенное исследование проливает дополнительный свет на механизмы, лежащие в основе заживления ран, и может привести к разработке новых терапевтических методов лечения для улучшения регенеративной способности кожи.

Источник:

Daisuke Nanba, Fujio Toki, Kyosuke Asakawa, Hiroyuki Matsumura, Ken Shiraishi, Koji Sayama, Kyoichi Matsuzaki, Hiroshi Toki, Emi K. Nishimura. EGFR-mediated epidermal stem cell motility drives skin regeneration through COL17A1 proteolysis. Journal of Cell Biology, 2021; 220 (11) DOI: 10.1083/jcb.202012073.