Abstract
hårsekken er en hud integument på grensen mellom en organisme og dens nærmiljø. Den menneskelige hårsekkens biologiske rolle har mistet noe av sin forfedre betydning. Imidlertid avslører en grundig undersøkelse av denne miniorgan skjult kompleksitet med stort forskningspotensial. Et viktig hensyn når det gjelder menneskelig forskning er bevisstheten om potensiell skade og dermed det absolutte behovet for ikke å skade—en regel som er passende kvalifisert av det latinske begrepet «primum non nocere» (først gjør ingen skade). Den plukkede hårakselen gir slike fordeler. Bruken av stamceller som finnes i hårsekkene, får fart i regenerativ medisin. Videre inkluderer nåværende diagnostiske og kliniske anvendelser av plukkede hårsekk deres bruk som autologe og / eller tredimensjonale epidermale ekvivalenter, sammen med deres utnyttelse som surrogatvev i farmakokinetiske og farmakodynamiske studier. Følgelig kan bruk av ikke-invasive diagnostiske prosedyrer på hårsekkaksler, som utgjør en surrogatmolekylær modell for indre organer i den enkelte pasient for et spekter av menneskelige sykdomstilstander, muligens bli en realitet i nær fremtid.
1. Innledning
hårsekkelen er et hudintegument ved grensen mellom en organisme og dens umiddelbare miljø. Det er den evolusjonære relative av skalaen, fjær, og spiker, integuments som har tjent en viktig rolle i overlevelsen av organismer . Den menneskelige hårsekkens biologiske rolle har mistet noe av sin forfedre betydning; en grundig undersøkelse av denne miniorgan avslører imidlertid skjult kompleksitet med stort forskningspotensial. Forfatterne Paus og Foitzik beskriver hårsekkelen som å ha en unik pattedyrskarakteristikk med et stamcellerikt, prototypisk nevroektodermal-mesodermal interaksjonssystem. Det er beskrevet som et pattedyrorgan som gjennomgår sykliske transformasjoner fra stadier av rask vekst (anagen) til apoptosedrevet regresjon (katagen) og tilbake til anagen, via en interspersed periode med relativ hvilemodus (telogen) som vedvarer gjennom dyrets levetid .
denne miniorganen har blitt studert både in vitro og in vivo, hos dyr og hos mennesker. Hver tilnærming har fordeler og ulemper, men det er ingen tvil om at menneskelig forskning, som tillater minimal forstyrrelse, gir svært relevante resultater. Et viktig hensyn når det gjelder menneskelig forskning er bevisstheten om potensiell skade, og dermed det absolutte behovet for ikke å skade en regel som er kvalifisert av det latinske begrepet «primum non nocere» (først gjør ingen skade). Den plukkede hårakselen gir slike fordeler.
håraksler er vanlige, små og lett tilgjengelige uten store ubehag for den enkelte som deltar i forskningen. Hårsjakter representerer menneskelig vev som kan samples over forskjellige tidspunkter. Denne miniorgan har både nevroektodermal og mesodermal opprinnelse, samt fungerer som en kilde til stamceller. Dette papiret vil hovedsakelig fokusere på bruken av plukket hårskaft for menneskelig medisinsk forskning og dets fremvoksende potensial.
2. Plukket Hår Aksel Anatomi og Integritet
den intakte hårsekken (Se Figur 1) kan enkelt beskrives fra et histologisk synspunkt som en liten klynge av ensartede epitelceller, ved siden av en tilsvarende størrelse aggregering av ensartede mesenkymale celler. Det er et organ som består av fem eller seks konsentriske sylindere, som hver består av celler av en særegen type, syntetiserer sitt eget særegne sett med proteiner . En detaljert biologi av intakt hårsekken kan bli funnet i artikkelen publisert Av Paus Og Cotsarelis .
Å Skaffe en intakt hårfollikkel er bare mulig ved hjelp av en hudbiopsi. Denne invasive prosedyren begrenser tilgjengeligheten, hovedsakelig til vev oppnådd under andre kirurgiske prosedyrer som hudoverskudd oppnådd under ansiktsløftkirurgi og prøver oppnådd under hårtransplantasjonsprosedyrer. Plukking av håraksler er en alternativ, mindre invasiv teknikk. Det er imidlertid spørsmålet om hvor mange celler som kommer opp med opprøringen av follikkelen og hvilke typer celler som kommer av med en slik metode. Selv om den plukkede hårskaftet er klart dårligere i cellulær mengde og kompleksitet til en intakt hårfollikkel som oppnådd ved en biopsi, bærer den tilstrekkelig cellulær masse for å tillate detaljerte vitenskapelige undersøkelser. Moll benyttet den plukkede hårsekkelen for å identifisere regioner med størst vekstpotensial i kultur, samt analysere genuttrykk og proteinanalyser i de forskjellige segmentene av de plukkede folliklene .
Ved sammenligning av hematoksylin-og eosinfargede hårfollikler avledet fra hudbiopsier og fra plukkede hår ved hjelp av lysmikroskopi, Viste Gho og kollegaer at de fleste epitelstrukturer fra hårsekkelen forblir festet til det plukkede håret . Vedlikehold av integriteten til det ytre rotarket etter hårplukking er et mulig utfall og har blitt dokumentert av Limat og kolleger . Plukking av hårsekkene tillater undersøkelsen av pigmentceller, En tilnærming som Ble gjennomført på 1950-tallet Av Barnicot og kolleger som var blant de første til å studere den plukkede hårakselen under elektronmikroskopi . Human anagen hodebunns hårpærer ble undersøkt ved lysmikroskopi for å undersøke de anatomiske effektene av mekanisk plukking . Interessant viste studien at anagen hårpærer rive av i reproduserbare mønstre . Bortsett fra den «typiske» pause konisk rundt dermal papilla, beskriver forfatterne også fire ekstra bruddformer : (1)ruptur av håret rundt den øvre tredjedel av papilla som resulterer i dysplastiske anagen hår av trichogram, (2)ruptur av håret godt over dermal papilla som resulterer i «brutt» anagen hår, (3)total fjerning av proksimale hårsekken epitel med fjerning av dermal papilla resulterer i såkalte papilla hår av trichogram ;(4)den andre effekten av plukker på hårsekken er endring av mesenkymal skjede, noe som gir opphav til blødninger og ødem øker volumet av både dermal papilla og den underliggende «papilla pute» av pinkus. paustypene Beskrevet Av Bassukas Og Horstein skyldes muligens enten upassende plukkingsteknikker eller på grunn av de forskjellige subfasene i anagenstadiet . Et system for staging plukket hår aksler har blitt beskrevet Av Camidge og kolleger i deres papir om bruk av plukket menneskehår som et vev som kan benyttes for å vurdere de farmakodynamiske endepunktene under legemiddelutviklingsstudier . Hår ble undersøkt ved lysmikroskopi for å evaluere kjernefysisk farging når det gjelder tilstedeværelse / fravær, stedet for farging og hårstadiet . Hvert hår med en synlig pære og rotskjede ble fotografert og iscenesatt (0, 1, 2 eller 3), i henhold til et skreddersydd system basert på avstanden til kappens nedre kant fra pærens base .
Trinn 0 ble definert som skjede som omfatter pæren, trinn 1 < 150 µ, trinn 2 = 150-699 µ og trinn 3 > 700 µ. Hår bemerket å være uten synlige pærer og hylser som ikke hadde blitt ekskludert tidligere ved første øyeundersøkelse ble kassert . de ovenfor beskrevne studiene har lagt grunnlaget for en reproduserbar vitenskapelig klassifisering av plukkede hårsekk, gitt den mulige mangfoldige effekten av plukking på histologien til vevet som undersøkes.
3. Stamceller og Plukket Hår Sjakter
overhuden har to stamceller repositories, en funnet i basal laget av interfollicular epidermis og den andre i hårsekken. Bruken av stamceller som finnes i hårsekkene, får fart i regenerativ medisin. Dette har skapt behovet for å identifisere det nøyaktige stedet i hårsekkelen og å designe enkle metoder for å få tilgang til slike celler som fra plukket hårsekk som er lett tilgjengelige.
Moll utførte studier på lokalisering av kolonidannende celler i humane plukkede håraksler . Undersøkerne benyttet anagen hodebunn plukket hår for å bekrefte tilstedeværelsen av et intakt ytre rotark, samt det proliferative potensialet til de forskjellige keratinocyttene . For å oppnå lokalisering ble fem segmenter av den ytre rotkappen (ORS), B1, B2, B3-1, B3-2 og B4 avgrenset ved hjelp av mikrodisseksjon. Det ble funnet at kolonidannende evne hovedsakelig var merket i mellomdelen (B2) og den nedre halvdelen av den sentrale delen (B3-1) . Den lengste in vitro-levetiden ble funnet i fragmentet B3-2 og den korteste i fragmentet B1 (pære) . Siden de høye kolonidannende evnecellene lokalisert i de nedre sentrale delene AV ors keratinocytter vanligvis fjernes ved plukking, kommenterer forfatterne at de derfor ikke kan representere stamceller, men heller celler som er viktige for hårvekst i løpet av en enkelt syklus . Celler med lang levetid ble lokalisert i sentrale deler av den ytre rotkappen nær buleområdet, mens celler med lang levetid også inkludert i plukket hårsekk kunne være et øyeblikkelig avkom av stamceller som ville bli segregert i buleområdet .Gho og kollegaer undersøkte og bekreftet tilstedeværelsen av stamceller i plukket anagen hårfollikler fra hodebunnen occipital området . Dette ble oppnådd ved testing for cytokeratin 19, en markør hevdet Av Michel et al. å være positiv for stamceller; de indirekte lokaliserte disse cellene . Det ble også hevdet at, siden stamceller krevde beskyttelse mot apoptotisk hår syklus, undersøke apoptose-undertrykke Bcl – 2 protein sammen med fravær av apoptose-fremme Bax ville være en annen pålitelig metode der etterforskerne kunne se etter tilstedeværelsen av stamceller .en annen pålitelig metode for å identifisere keratinocyte stamceller gjør bruk av det faktum at disse cellene er normalt langsom-sykling, derfor kan identifiseres eksperimentelt som «label-beholde celler» (LRCs) . I denne tilnærmingen merker man alle cellene i epitelet ved en gjentatt eller kontinuerlig tilførsel av tritiert tymidin, etterfulgt av en lang jaktperiode hvor etiketten går tapt fra alle syklusforsterkende (ta) celler, slik at bare celler som sykler sakte (stamceller) for å beholde etiketten . Langsomme syklusceller i hårsekkelen ble funnet av Taylor og kolleger for å være utelukkende begrenset til et tidligere ignorert område kalt bulgen, med den delen av den ytre rotkappen som markerer det laveste punktet i den øvre, permanente delen av follikkelen, samt festestedet til arrector pili-muskelen.
Yamauchi Og Kurosaka undersøkte tilstedeværelsen av stamceller i buleområdet av plukket hårsekk fra hodebunnen . Forskerne fokuserte på tilstedeværelsen av glykogensyntasekinase-3 (GSK-3), et protein som ved hemming øker nivåene av β-catenin som er direkte involvert i hårfollikelmorfogenese og stamcelledifferensiering . TILSTEDEVÆRELSEN AV GSK-3 i denne regionen ble bekreftet ved å lete etter dets genetiske uttrykk VED RT-qPCR og ved western blotting med et gsk-3 beta-spesifikt antistoff, Y174 . Sasahara et al. detekterte stamceller i bulgeområdet gjennom tilstedeværelsen AV CD34-uttrykk, som er en stamcellebiomarkør sammen med andre stamcellebiomarkørgener som CD200, Sox2 og NANOG . Morfologi og ekspresjon av keratinfamiliegener i bulge-avledede follikler (BDKs) før og etter differensiering induksjon med kalsiumklorid var lik de for epidermale keratinocytter oppnådd fra hudbiopsier (NHEKs) . De viste også At Bdk var mer motstandsdyktig mot differensiering enn epidermale keratinocytter oppnådd fra hudbiopsier .
3.1. Menneskelige Follikelderiverte Keratinocytter
Yoshikawa et al. undersøkt oppreguleringen av gener som er involvert i keratinocyttdifferensiering, spesielt det nye markørgenet ID2 . De oppnådde dette ved å bruke kontakt sensibilisatorer i kultiverte keratinocytter avledet fra bulgen av plukkede hårfollikler, også kjent som bulge-derived keratinocytter (BDKs) . Deres teknikk var en effektiv og enkel metode for å etablere stammer av humane BDKs, uten bruk av invasive hudbiopsier . BDKs viste primære responser på sensibilisatorer ledsaget av oppreguleringen av genene som orkestrerer keratinocyttdifferensiering, inkludert ID2-genet og NRF2-mediert signalvei . BDKs ble individuelt etablert uten invasive biopsier, muligens bli et kraftig verktøy i å vurdere donor-til-donor variasjoner til sensibilisatorer .
3.2. Stamcellerprogrammering fra Plukket Håraksel
Omprogrammering av somatiske celler til induserte pluripotente stamceller (iPS) kan oppnås gjennom tvungen ekspresjon av spesifikke transkripsjonsfaktorer, spesielt kombinasjonen Av Oct4, Sox2, Klf4 og C-Myc (OSKM) . Disse programmerte cellene ligner på embryonale stamceller og er preget av det ubegrensede selvfornyelsespotensialet og evnen til å skille seg inn i en hvilken som helst celletype . Teknikken for å generere iPS-celler har revolusjonert feltet som undersøker molekylære mekanismer for cellulær pluripotens og tilrettelagt genereringen av pasientspesifikke celler for celleutskiftningsterapi . Etiske og vertsavvisningsproblemer som ofte er forbundet med ES-celleteknologi, har blitt redusert, noe som gir stor interesse og løfte for fremtidige kliniske applikasjoner . Omprogrammering er langsom og ineffektiv, og det fulle omfanget av om iPS-celler kan erstatte ES-celler i alle aspekter diskuteres fortsatt, og delvis omprogrammering eller «over-omprogrammering» gir utfordringer .
Keratinocyte-avledet iPS (KiPS) celler kan etableres fra små mengder biologisk prøve inkludert plukket hår. Et stort antall keratinocytter har blitt vellykket dyrket fra plukket hår . Et enkelt hår plukket fra en 30 år gammel kvinne har blitt brukt Av Aasen et al. å generere keratinocyte induserte pluripotente stamceller . En eksperimentell modell for å undersøke basene for cellulær omprogrammering og potensielle fordeler ved bruk av keratinocytter for å generere pasientspesifikke ips-celler er beskrevet . Aasen og Belmonte beskriver en metode som bruker plukket hår ORS keratinocytter og sier at direkte plukking av hår vil isolere hovedsakelig transittforsterkende celler med kortsiktig kulturpotensial .Stamceller avledet fra plukkede hårsekk har blitt omprogrammert i to svært viktige og relativt utilgjengelige vev, nevrale celler og hjerteceller . Omprogrammering ble oppnådd ved bruk av en enkelt polycistronic excisable lentiviral vektor . Novak et al. viste at alle koloniene var sanne iPSCs, hadde typiske egenskaper hos humane embryonale stamceller, og differensiert i alle de tre kimlagene både in vitro og in vivo . Følgelig ble funksjonelle hjertemyocytter vellykket avledet og preget av keratinocytter FRA humane hårsekkekeratinocytter HFKT-iPSCs og viste godt koordinerte intracellulære Ca2 + transienter og sammentrekninger .i En annen Studie Av Petit og kolleger ble keratinocytter som ble isolert fra hårsekkene funnet å være en ideell kilde til pasientceller for omprogrammering . De brukte bare et lite antall plukket menneskelige hårsekk fra to friske givere for å omprogrammere keratinocytter til pluripotente stamceller . Gruppen klarte også å skille disse programmerte stamceller ytterligere til nevrale progenitors, inkludert forebrain neurons og funksjonelle dopaminerge nevroner .
gjennomgang papir Av Muller et al. nevner modellering av menneskelige kanalopatier plukket hårsekkene som en lett tilgjengelig kilde til iPSCs. Genererte iPSCs anses som et nyttig verktøy for å belyse patofysiologiske mekanismer i ulike sykdomstilstander, blant annet nevnt diabetes, blodsykdommer, definerte nevrologiske lidelser og genetisk leversykdom . Linta et al. brukt human keratinocyte avledet indusert pluripotente stamceller (hiPSCs) for å se på mRNA uttrykk nivåer av ionekanalgener mellom slike celler og deres somatiske cellekilde, keratinocytter fra plukket menneskehår .
4. Gene expression profiling
Gene expression profiling (GEP) Er en viktig forskning avenue for å forstå hvordan celler og vev fungerer under normale forhold, karakteriserer responsen på toksikologiske eller farmasøytiske eksponeringer og belyse molekylære mekanismer knyttet til aldring, sykdomsutvikling og progresjon. FLERE forfattere har brukt RT-qPCR til å analysere uttrykket av et begrenset antall gener i voksne plukket menneskelige hårsekk . Kim et al. fremhev det FAKTUM AT rna av tilstrekkelig mengde og kvalitet som skal brukes i mikroarray hybridiseringer, kan oppnås fra en enkelt plukket menneskelig hårfollikkel . Gjennomsnittlig kvantifiserbart utbytte AV rna / follikkel var 112,5 ng . Ribosomal ratio var lavere enn normalt forventet, men undersøkelsen indikerte at RNA var intakt . De fulle registreringene av gener uttrykt i hårsekkene til hver av de 10 fagene som ble undersøkt i studien, ble deponert med genuttrykket omnibus (GEO, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/).
Ohyama et al. viste at human bulge cellebiologi kunne lettes ved analyse av globale genuttrykksprofiler og identifisering av unike celleoverflatemarkører . Studier av bule celler har blitt hemmet av mangel på karakteristiske bule morfologi i menneskelige hårsekker . Ved hjelp av navigert laserfangst mikrodisseksjon bestemte forfatterne fordelingen av etikettholdende celler for å definere den menneskelige anagenbukken . Genutskrifter som koder for inhibitorer AV wnt og aktivin / benmorfogen proteinsignal var overrepresentert i utbulningen, mens gener som er ansvarlige for celleproliferasjon var underrepresentert, i samsvar med eksistensen av hvilende, ikke-syklende Ksc i anagene follikler .
Sammenlignende genuttrykk profilering har blitt brukt til å skille atopisk eksem fra nonatopic eksem . Human hair follicle-derived keratinocytes (FDKs) ble dyrket fra plukket hår tatt fra de to gruppene . Mikroarray analyse og kvantitativ RT-PCR ble brukt til å generere genuttrykk signaturer som kan skille atopisk dermatitt fra nonatopic kontroller uten hudbiopsier . Pasientavledet FDKs, individuelt etablert uten invasive biopsier, kan være en ideell cellekilde for å studere hudsykdommer in vitro .
5. Diagnostiske Og Kliniske Anvendelser Av Plukket Hår
Plukket hår aksler blir et nyttig diagnostisk verktøy i dermatologiske forhold. Direkte immunfluorescens (DIF) av perilesional hud er gullstandarden i diagnosen pemphigus . Rao et al. har brukt ORS av plukket anagen hår sjakter for å oppdage pemfigus spesifikke immunfluorescens mønster og konkluderte MED AT DIF av plukket hår er en enkel, ikke-invasiv test som i fremtiden kan lindre behovet for hud biopsier hos pasienter med pemfigus .
5.1. Autolog Epidermal Ekvivalent
Keratinocytter av ytre rotskjede av plukket anagen hårfollikler ble ansatt Av Tausche et al. å generere fullt differensierte autologe epidermale ekvivalenter . De rapporterer resultater fra en multisenter, randomisert fase II studie For EpiDex, et varemerke for en vevskonstruert, fullt differensiert autolog epidermal ekvivalent som var like effektiv som split-tykkelse hudautografting i fremme av helbredelse og fullstendig lukning av tilbakevendende vaskulære bensår . Limat et al. brukt autologe in vitro rekonstruerte epidermale ekvivalenter og viste at etter 2 måneder kunne en tredjedel av tilbakevendende bensår bli helbredet . Bruken av autologe keratinocytter isolert fra plukket menneskelige hodebunnshårfollikler ble vist å tilby en rekke fordeler, inkludert den enkle, ikke-invasive isoleringen AV ors keratinocytter fra plukket anagen hårfollikler og deres evne til å opprettholde en høy proliferativ kapasitet i kultur, selv når de er avledet fra svært gamle donorer .
5.2. Tredimensjonale Hudekvivalenter
tredimensjonale hudekvivalenter (SE) har blitt brukt i farmakologisk og toksikologisk forskning for å erstatte dyreforsøk og cellemonokulturer . Videre er de vellykkede verktøy for podning av kroniske sår eller brent hud og i transplantasjonsmedisin. Hoeller et al. utviklet en forbedret og rask metode for å konstruere autologe SEs fra menneskelige plukket hårsekker og fibroblaster . Ved å bruke anagen fase plukket hår aksler som ble valgt av lysmikroskopi og implantere dem i dermal ekvivalenter, ble prosessen med å generere autolog SE forkortet fra 30 til 20 dager .
5.3. Surrogatvev i Farmakokinetiske/Farmakodynamiske Studier
Plukket hårfollikler har sluttet seg til listen over surrogatvev for kreftforskning sammen med perifere blodmononukleære celler (Pbmcer), blodplaterikt plasma, hudbiopsier og orale bukkale swaps. Vevsbaserte tilnærminger for å studere farmakodynamiske endepunkter i tidlig fase onkologi kliniske studier har utvidet seg siden utviklingen av målrettede legemiddelterapier hvor optimal biologisk dose ville bli foretrukket til maksimalt tolerert dose. Definisjonen av optimal dose kan etableres basert på farmakokinetiske endepunkter eller fortrinnsvis ved å demonstrere ønsket effekt på målmolekylet.
Forfatterne Camidge et al. har beskrevet bruken av plukkede hårsekk og muligheten til å oppdage og kvantifisere cellesyklus og DNA-reparasjonsrelaterte faktorer, Som Ki67, pRb, p27 og fosforylert p27, pRb og histon . Effekten av antitumorinhibitorer av fosfatidylinositol-3-kinase (PI-3-K)/akt (proteinkinase B) signalering hos kreftpasienter har blitt målt Av Williams et al. . Plukket hodebunnen hårsekkene ble brukt som surrogat normalt vev for å måle effekten av hemmere Av PtdIns-3-kinase og Akt På PtdIns-3-kinase signalering . Studien viste at fosfoser473-Akt-farging i keratinocyttene i den ytre kappen av hår ble hemmet av En PtdIns-3-kinasehemmer innen kultivert menneskehår . Resultatene av studien tyder på at individuelle menneskehår kan gi en minimal invasiv måte å måle effekten Av PtdIns-3-kinase-signalhemmere hos pasienter som reflekterer inhibering av tumorfosfo-Akt .
Plukket hår aksler ekstrahert fra øyenbrynene samt perifer-blod mononukleære celler har blitt brukt Av Fong et al. som surrogatvev for å teste hypotesen om at pasienter med svulster assosiert MED BRCA1-eller BRCA2-mutasjoner ville vise en objektiv antitumorrespons på olaparib, en ny og potent, oralt aktiv poly(adenosindifosfat-ribose) polymerase (PARP) – hemmer . I en fase 1 klinisk studie ble sikkerhet, bivirkningsprofil, dosebegrensende toksisitet, maksimal tolerert dose, DOSEN DER PARP er maksimalt hemmet og dets farmakokinetiske og farmakodynamiske profiler undersøkt . Plukket øyenbryn hårsekker sammen med perifert blod mononukleære celler ble brukt til å bekrefte PARP hemming i disse surrogatprøver . Tilsvarende, Ang et al. gjennomgått begrunnelsen, fordeler og ulemper, og de praktiske betraktninger av vev – baserte tilnærminger for å utføre farmakodynamiske studier i tidlig fase onkologi kliniske studier ved hjelp av sakshistorier av molekylære målretting agenter SOM PI3K, m-TOR, HSP90, HDAC, OG PARP hemmere .
6. Perspectives
den plukkede hårskaftet har blitt brukt i medisinsk forskning de siste 60 årene. Dette» mini » orgelet blir et viktig testområde i biomedisinsk forskning. En mest spennende rolle for plukket hårskaft utvikler seg innen stamcellerprogrammering og utvikling av autologe epidermale ekvivalenter. Bruken av plukket hårskaft som surrogatvev i fase 1-studier for kjemoterapeutisk legemiddelutvikling, samt bruk som en surrogatvævsmodell i systembiologiske tilnærminger til medisinsk forskning, vil bli viktigere i nær fremtid.
Bekreftelse
forfatterne vil gjerne takke Mr. Anton Abela (Institutt For Klinisk Farmakologi og Terapi, Fakultet For Medisin Og Kirurgi, University Of Malta) for å designe figuren presentert i dette papiret.