Реконструированный эпидермис человека in vitro — модель для фундаментальных и прикладных исследований кожи человека
- Авторы: Бейлин А.К.1,2, Риппа А.Л.1, Шаробаро В.И.2, Гурская Н.Г.2,1, Воротеляк Е.А.1
-
Учреждения:
- Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН
- РНИМУ им. Пирогова
- Выпуск: Том 96, № 2 (2020)
- Страницы: 24-34
- Раздел: НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
- URL: https://ogarev-online.ru/0042-4609/article/view/117495
- DOI: https://doi.org/10.25208/vdv1107
- ID: 117495
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Реконструированный эпидермис человека (РЭ) — тканеинженерная конструкция in vitro, подобная нативному эпидермису.
Цель исследования. Разработать полнослойный РЭ. Охарактеризовать его структуру: определить наличие всех слоев эпидермального компонента, в том числе базального, шиповатого, гранулярного и рогового слоев эпидермиса; детектировать базальную мембрану, границу между эпидермальным и мезенхимальным компонентом.
Материалы и методы. Выделение кератиноцитов и фибробластов из донорской кожи человека. Культивирование кератиноцитов и фибробластов в 2D-условиях in vitro, пересев клеток и формирование 3D-модели РЭ, получение криосрезов, гистологическая окраска, иммуногистохимическое (ИГХ) исследование с антителами к цитокератинам 14 и 10, белку Ki67, лорикрину, ламинину 5 и плектину.
Результаты. Разработана методика формирования РЭ. Гистологическое исследование показало, что при формировании РЭ происходит стратификация слоев кератиноцитов. Формируются слои базальных, шиповатых, гранулярных и ороговевающих кератиноцитов. С помощью ИГХ-исследования показали пролиферативную активность кератиноцитов базального слоя и детектировали наличие белков-маркеров, характерных для кератиноцитов на разных стадиях дифференцировки. Базальные кератиноциты РЭ подобно нативным формируют гемидесмосомы и синтезируют белки базальной мембраны.
Заключение. Получен отвечающий всем характеристикам нативного эпидермиса полнослойный РЭ человека in vitro, пригодный для фундаментальных и практических исследований в области биологии кожи, дерматологии и косметологии.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Аркадий Константинович Бейлин
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН; РНИМУ им. Пирогова
Email: arkadii.beilin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9868-5623
аспирант лаборатории клеточной биологии; младший научный сотрудник отдела регенеративной медицины НИИ трансляционной медицины
Россия, МоскваАлександра Леонидовна Риппа
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН
Email: rippa86@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7300-8466
ResearcherId: I-2103-2014
к.б.н., научный сотрудник лаборатории клеточной биологии
Россия, МоскваВалентин Ильич Шаробаро
РНИМУ им. Пирогова
Email: sharobarovi@mail.ru
проф. РАН, д.м.н., профессор, профессор кафедры пластической, реконструктивной хирургии, косметологии и клеточных технологий
Россия, МоскваНадежда Георгиевна Гурская
РНИМУ им. Пирогова; Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН
Email: ngurskaya@mail.ru
к.б.н., старший научный сотрудник отдела регенеративной медицины НИИ трансляционной медицины; научный сотрудник лаборатории клеточной биологии
Россия, МоскваЕкатерина Андреевна Воротеляк
Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: vorotelyak@yandex.ru
чл.-корр. РАН, д.б.н., заведующий лабораторией клеточной биологии
Россия, МоскваСписок литературы
- Vorotelyak E.A., Tsitrin E.B., Vasiliev A.V., Terskikh V.V. Cultured human keratinocytes retaining label for a long time. Dokl Biol Sci. 2005; 402:221-223. doi: 10.1007/s10630-005-0094-x.
- Chermnykh E.S., Vorotelyak E.A., Tkachenko S.B., Vasiliev A.V., Terskikh V.V. Proliferation of K19+ human epidermal keratinocytes in vitro. Dokl Biol Sci. 2007; 416: 406—408. doi: 10.1134/s0012496607050250.
- Blanpain C., Fuchs E. Epidermal homeostasis: a balancing act of stem cells in the skin. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009; 10 (3): 207—217. doi: 10.1038/nrm2636.
- Воротеляк Е.А., Терских В.В. Стволовые клетки эпителиальных тканей. Биология стволовых клеток и клеточные технологии. 2009; 2: 53—74. ISBN 5-225-03377-6. [Vorotelyak E.A., Terskikh V.V. Stem cells of epithelial tissues. Stem cell biology and cell technology. 2009; 2: 53—74.]
- Chermnykh E.S., Vorotelyak E.A., Gnedeva K.Y. et al. Dermal papilla cells induce keratinocyte tubulogenesis in culture. Histochem Cell Biol. 2010; 133 (5): 567—576. doi: 10.1007/s00418-010-0691-0.
- Terskikh V.V., Vasiliev A.V., Vorotelyak E.A. Label retaining cells and cutaneous stem cells. Stem Cell Rev Rep. 2012; 8 (2): 414—425. doi: 10.1007/s12015-011-9299-6.
- Vorotelyak E., Terskikh V., Vasiliev A.V. Epithelial-to-mesenchymal transition in epidermal keratinocytes. Keratinocytes: Structure, Molecular Mechanisms and Role in Immunity. January 2013; 69—107.
- Takeo M., Lee W., Ito M. Wound healing and skin regeneration. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015; 5 (1): a023267. doi: 10.1101/cshperspect.a023267.
- Kalabusheva E.P., Chermnykh E.S., Terskikh V.V., Vorotelyak E.A. Hair Follicle Reconstruction and Stem Cells. Hair and Scalp Disorders. 2017. doi: 10.5772/66707.
- Rognoni E., Watt F.M. Skin Cell Heterogeneity in Development, Wound Healing, and Cancer. Trends Cell Biol. 2018; 28 (9): 709—722. doi: 10.1016/j.tcb.2018.05.002.
- Potten C.S. The epidermal proliferative unit: the possible role of the central basal cell. Cell Tissue Kinet. 1974; 7 (1): 77—88. doi: 10.1111/j.1365-2184.1974.tb00401.x.
- Slack J.M. Stem cells in epithelial tissues. Science. 2000; 287 (5457): 1431—1433. doi: 10.1126/science.287.5457.1431.
- Терских В.В., Васильев А.В., Воротеляк Е.А. Структурно-функциональные единицы эпидермиса. Известия РАН. Сер. Биол. 2003; 6: 645—649. [Terskikh V.V., Vasiliev A.V., Vorotelyak E.A. Structural-Functional Units of Epidermis. Biol. Bull. 2003; 30 (6): 535—539 (Russia).]
- Kulukian A., Fuchs E. Spindle orientation and epidermal morphogenesis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2013; 368 (1629): 20130016. doi: 10.1098/rstb.2013.0016.
- Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E. et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 2012; 9 (7): 676—682. doi: 10.1038/nmeth.2019.
- Ando M., Kawashima T., Kobayashi H., Ohkawar A. Immunohistological Detection of Proliferating Cells in Normal and Psoriatic Epidermis Using Ki-67 Monoclonal Antibody. J Dermatol Sci. 1990; 1 (6): 441—446. doi: 10.1016/0923-1811(90)90014-5.
- Watt F.M. Role of integrins in regulating epidermal adhesion, growth and differentiation. EMBO J. 2002; 21 (15): 3919—26. doi: 10.1093/emboj/cdf399.
- Fuchs E., Raghavan S. Getting under the skin of epidermal morphogenesis. Nat Rev Genet. 2002; 3 (3): 199—209. doi: 10.1038/nrg758.
- Риппа А.Л., Воротеляк Е.А., Васильев А.В., Терских В.В. Роль интегринов в формировании и гомеостазе эпидермиса и придатков кожи. Acta Naturae. 2013; 5 (4 (19)): 24—36. [Rippa A.L., Vorotelyak E.A., Vasiliev A.V., Terskikh V.V.THE ROLE OF INTEGRINS IN THE DEVELOPMENT AND HOMEOSTASIS OF THE EPIDERMIS AND SKIN APPENDAGES. Acta Naturae 2013. Т. 5. № 4. С. 22—33.]
- Vig K., Chaudhari A., Tripathi S., et al. Advances in Skin Regeneration Using Tissue Engineering. Int J Mol Sci. 2017; 18 (4). doi: 10.3390/ijms18040789.
- Pedrosa T. do N., Catarino C.M., Pennacchi P.C. et al. A new reconstructed human epidermis for in vitro skin irritation testing. Toxicol In Vitro. 2017; 42: 31—37. doi: 10.1016/j.tiv.2017.03.010.
- Kallis P.J., Friedman A.J., Lev-Tov H. A Guide to Tissue-Engineered Skin Substitutes. J Drugs Dermatol. 2018; 17 (1): 57—64.
- Rippa A.L., Kalabusheva E.P., Vorotelyak E.A. Regeneration of Dermis: Scarring and Cells Involved. Cells. 2019; 8 (6). doi: 10.3390/cells8060607.
- Chermnykh E., Kalabusheva E., Vorotelyak E. Extracellular Matrix as a Regulator of Epidermal Stem Cell Fate. Int J Mol Sci. 2018; 19 (4). doi: 10.3390/ijms19041003.
- Алпеева Е.В., Сидоренкова А.Ф., Воротеляк Е.А. Экспериментальные клеточные системы: от органов в чашке Петри до «органов-на-чипах». Вестник Московского ун-та. Серия 16. Биология. 2017. [Alpeeva E.V., Sidorenkova A.F., Vorotelyak E.A. OVERVIEW OF CELL MODELS: FROM ORGANS CULTURED IN A PETRI DISH TO “ORGANS-ON-CHIPS”. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2017;72(4):187—198]
- Di W.-L., Larcher F., Semenova E., et al. Ex-vivo gene therapy restores LEKTI activity and corrects the architecture of Netherton syndrome-derived skin grafts. Mol Ther. 2011; 19 (2): 408—416. doi: 10.1038/mt.2010.201.
- Takashima S., Shinkuma S., Fujita Y., et al. Efficient Gene Reframing Therapy for Recessive Dystrophic Epidermolysis Bullosa with CRISPR/Cas9. J Invest Dermatol. 2019; 139 (8): 1711—1721. e4. doi: 10.1016/j.jid.2019.02.015.
- March O.P., Lettner T., Klausegger A., et al. Gene Editing-Mediated Disruption of Epidermolytic Ichthyosis-Associated KRT10 Alleles Restores Filament Stability in Keratinocytes. J Invest Dermatol. 2019; 139 (8): 1699—1710. e6. doi: 10.1016/j.jid.2019.03.1146.
- Woodley D.T., Keene D.R., Atha T., et al. Injection of recombinant human type VII collagen restores collagen function in dystrophic epidermolysis bullosa. Nat Med. 2004; 10 (7): 693—695. doi: 10.1038/nm1063.
- Gómez-Grau M., Garrido E., Cozar M. et al. Evaluation of Aminoglycoside and Non-Aminoglycoside Compounds for Stop-Codon Readthrough Therapy in Four Lysosomal Storage Diseases. PLoS One. 2015; 10 (8). doi: 10.1371/journal.pone.0135873.
- Matalonga L., Arias Á., Tort F. et al. Effect of Readthrough Treatment in Fibroblasts of Patients Affected by Lysosomal Diseases Caused by Premature Termination Codons. Neurotherapeutics. 2015; 12 (4): 874—886. doi: 10.1007/s13311-015-0368-4.
- Woodley D.T., Cogan J., Hou Y. et al. Gentamicin induces functional type VII collagen in recessive dystrophic epidermolysis bullosa patients. J Clin Invest. 2017; 127 (8): 3028—3038. doi: 10.1172/JCI92707.
- Lincoln V., Cogan J., Hou Y. et al. Gentamicin induces LAMB3 nonsense mutation readthrough and restores functional laminin 332 in junctional epidermolysis bullosa. Proc Natl Acad Sci USA. 2018; 115 (28): E6536—E6545. doi: 10.1073/pnas.1803154115.
- Yuki T., Tobiishi M., Kusaka-Kikushima A., Ota Y., Tokura Y. Impaired Tight Junctions in Atopic Dermatitis Skin and in a Skin-Equivalent Model Treated with Interleukin-17. PLoS ONE. 2016; 11 (9): e0161759. doi: 10.1371/journal.pone.0161759.
- Barker C.L., McHale M.T., Gillies A.K. et al. The development and characterization of an in vitro model of psoriasis. J Invest Dermatol. 2004; 123 (5): 892—901. doi: 10.1111/j.0022-202X.2004.23435.x.
- Jung J.P., Lin W.-H., Riddle M.J., Tolar J., Ogle B.M. A 3D in vitro model of the dermoepidermal junction amenable to mechanical testing. J Biomed Mater Res A. 2018; 106 (12): 3231—3238. doi: 10.1002/jbm.a.36519.
- Swope V.B., Supp A.P., Schwemberger S., Babcock G., Boyce S. Increased expression of integrins and decreased apoptosis correlate with increased melanocyte retention in cultured skin substitutes. Pigment Cell Res. 2006; 19 (5): 424—433. doi: 10.1111/j.1600-0749.2006.00325.x.
- Nissan X., Larribere L., Saidani M., et al. Functional melanocytes derived from human pluripotent stem cells engraft into pluristratified epidermis. Proc Natl Acad Sci USA. 2011; 108 (36): 14861—14866. doi: 10.1073/pnas.1019070108.
- Facy V., Flouret V., Régnier M., Schmidt R. Reactivity of Langerhans cells in human reconstructed epidermis to known allergens and UV radiation. Toxicol In Vitro. 2005; 19 (6): 787—795. doi: 10.1016/j.tiv.2005.03.018.
- Meier F., Nesbit M., Hsu M.Y., et al. Human melanoma progression in skin reconstructs : biological significance of bFGF. Am J Pathol. 2000; 156 (1): 193—200. doi: 10.1016/S0002-9440(10)64719-0.
- Kiesewetter L., Littau L., Walles H., Boccaccini A.R., Groeber-Becker F. Reepithelialization in focus: Non-invasive monitoring of epidermal wound healing in vitro. Biosens Bioelectron. 2019; 142:111555. doi: 10.1016/j.bios.2019.111555.
- Netzlaff F., Lehr C.-M., Wertz P.W., Schaefer U.F. The human epidermis models EpiSkin, SkinEthic and EpiDerm: an evaluation of morphology and their suitability for testing phototoxicity, irritancy, corrosivity, and substance transport. Eur J Pharm Biopharm. 2005; 60 (2): 167—178. doi: 10.1016/j.ejpb.2005.03.004.
- Chakrabarty K.H., Heaton M., Dalley A.J., et al. Keratinocyte-driven contraction of reconstructed human skin. Wound Repair Regen. 2001; 9 (2): 95—106. doi: 10.1046/j.1524-475x.2001.00095.x.
- Portes P., Pygmalion M.J., Popovic E., Cottin M., Mariani M. Use of human reconstituted epidermis Episkin for assessment of weak phototoxic potential of chemical compounds. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 2002; 18 (2): 96—102. doi: 10.1034/j.1600-0781.2002.180207.x.
- Чаплин А.В., Ребриков Д.В., Болдырева М.Н. Микробиом Человека. Вестник Росс. гос. мед. ун-та. 2017; (2): 5—13. [Chaplin AV, Rebrikov DV, Boldyreva MN. The human microbiome. Bulletin of RSMU. 2017; (2): 5–13. doi: 10.24075/brsmu.2017-02-01]
- Hoffmann J., Heisler E., Karpinski S. et al. Epidermal-skin-test 1,000 (EST-1,000)--a new reconstructed epidermis for in vitro skin corrosivity testing. Toxicol In Vitro. 2005; 19 (7): 925—929. doi: 10.1016/j.tiv.2005.06.010.
- Jung K.-M., Lee S.-H., Jang W.-H. et al. KeraSkin-VM: a novel reconstructed human epidermis model for skin irritation tests. Toxicol In Vitro. 2014; 28 (5): 742—750. doi: 10.1016/j.tiv.2014.02.014.
Дополнительные файлы
