A study of primary culture and stem cell identification staining of human dermal papilla cells

Tief unter der Haut, dort, wo die Haarfollikel wurzeln, liegt ein winziger Zellhaufen, der als dermale Papilla bekannt ist. Diese Zellen fungieren als Kommandozentrale für das Haarwachstum, indem sie Signale aussenden, die dem Follikel mitteilen, wann er mit dem Wachstum eines neuen Strangs beginnen und wann er ruhen soll. Über die bloße Verwaltung des Haarkreislaufs hinaus besitzen diese Zellen eine besondere Eigenschaft: Sie verhalten sich wie Stammzellen, dem Rohmaterial des Körpers, das in der Lage ist, sich in viele verschiedene Arten von Gewebe zu verwandeln. Aufgrund dieser einzigartigen Fähigkeit waren Wissenschaftler lange Zeit bestrebt, sie in einer Laborumgebung zu züchten. Wenn es Forschern gelingt, diese Zellen zu isolieren und zu vermehren, könnten sie neue Wege eröffnen, um Haarausfall zu behandeln oder geschädigte Haut zu reparieren. Das Herauslösen dieser Zellen aus der Haut, ohne sie dabei zu beschädigen, war jedoch traditionell ein langsamer und schwieriger Prozess, der oft ein präzises manuelles Schneiden erforderte, was das Risiko einer Kontamination barg und nur sehr wenige Zellen lieferte.

Ein Forschungsteam in China setzte sich zum Ziel, diesen Prozess zu verbessern. Sie entwickelten eine neue Methode, um diese dermalen Papillazellen aus menschlichem Kopfhautgewebe zu extrahieren, und beobachteten anschließend genau, wie sich die Zellen verhielten, sobald sie in einer Kulturschale wuchsen. Das Team begann mit kleinen Hautstücken, die Haarfollikel enthielten und die sie mit Erlaubnis von sechs verschiedenen Spendern erhalten hatten. Anstatt zu versuchen, die winzigen Zellen von Hand herauszuschneiden, verwendeten sie ein spezifisches Enzym, eine Art von Protein, das wie ein biologisches Lösungsmittel wirkt, um das Gewebe sanft zu lockern. Sie legten die Hautstücke in eine Lösung, die dieses Enzym enthielt, für zwei Stunden, um das Gewebe aufzuweichen. Um sicherzustellen, dass sich die Haarfollikel vollständig vom umliegenden Fett und der Haut trennten, schüttelten sie die Mischung fünf Minuten lang vorsichtig. Dieser Schritt war entscheidend; er half dabei, die dermalen Papillen aus dem restlichen Gewebe zu befreien, ohne sie zu schädigen.

Sobald das Gewebe gelockert war, nutzten die Forscher eine Maschine, um die Mischung mit hoher Geschwindigkeit zu rotieren, wodurch die schwereren Haarfollikel und Papillen am Boden des Röhrchens absanken, während das leichtere Fett und die Trümmer nach oben schwammen. Sie wiederholten diesen Wasch- und Zentrifugationsprozess, um die Probe gründlich zu reinigen. Unter einem Mikroskop konnten die Forscher die dermalen Papillen als kleine, birnenförmige oder ovale Strukturen sehen. Sie pickten diese vorsichtig mit feiner Pinzette heraus und platzierten sie in eine Kulturschale. Um das Wachstum der Zellen zu unterstützen, fügten sie eine nährstoffreiche Flüssigkeit hinzu, die spezifische Wachstumsfaktoren enthielt, einschließlich Substanzen, die die Zellen dazu anregen, sich zu teilen und jung zu bleiben. Sie überwachten die Schale dann über einen Zeitraum von siebenundzwanzig Tagen und beobachteten, wie sich die Zellen bewegten und vermehrten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die neue Methode gut funktionierte. Innerhalb weniger Tage nach dem Platzieren der Papillen in der Schale begannen die Zellen, aus dem zentralen Cluster nach außen zu wandern. Diese Zellen wuchsen in einem radialen Muster und breiteten sich wie die Speichen eines Rades aus. Die Zellen, die sich am nächsten an der ursprünglichen Papilla befanden, waren klein und eng zusammengepresst, während jene, die weiter entfernt waren, sich zu langen, spindelförmigen Gestalten streckten. Im Laufe des Monats flachte der zentrale Cluster von einer dreidimensionalen Form in eine zweidimensionale Schicht ab, doch die ursprüngliche Papilla blieb selbst am siebenundzwanzigsten Tag sichtbar und deutlich erkennbar. Dieses stetige Wachstum deutete darauf hin, dass die Zellen gesund und aktiv waren.

Um zu bestätigen, dass es sich bei diesen wachsenden Zellen tatsächlich um die Stammzellen handelte, die sie zu finden hofften, setzten die Forscher verschiedene Färbetechniken ein, die wie chemische Textmarker wirken und bestimmte Zellmerkmale zum Leuchten bringen oder die Farbe verändern. Zuerst suchten sie nach Alkalische Phosphatase, einem Enzym, das häufig in aktiven Stammzellen vorkommt. Sie fanden, dass die Zellen, die mit diesem Marker leuchteten, dicht um das Zentrum herum gruppiert waren, wo die Papilla saß, wobei nur sehr wenige am Rand erschienen. Sie verwendeten eine zweite Methode, einen speziellen Fluoreszenzfarbstoff, der lebende Stammzellen anvisiert, und sahen ein ähnliches Muster: Die leuchtenden Zellen waren im Zentrum konzentriert, mit nur wenigen, die in der Peripherie verstreut waren. Die Konsistenz zwischen diesen zwei verschiedenen Tests gab den Forschern starke Beweise dafür, dass die Stammzellen im Zentrum der Kultur vorhanden und gesund waren.

Das Team überprüfte auch zwei weitere Marker. Einer war ein Protein namens Sox2, das essenziell dafür ist, Stammzellen in ihrem ursprünglichen, undifferenzierten Zustand zu halten. Als sie nach diesem Protein suchten, sahen sie es im Zellkern der Zellen leuchten, was bestätigte, dass die Zellen ihre stammzellähnlichen Eigenschaften behielten. Der letzte Marker, den sie testeten, war Versican, ein Strukturprotein, das am Haarwachstum beteiligt ist. Interessanterweise wurden die Zellen, die für Versican leuchteten, hauptsächlich an den äußeren Rändern des wachsenden Clusters gefunden, statt im Zentrum. Dies deutet darauf an, dass, während der Kern der Kultur die potentesten Stammzellen enthielt, die Zellen an der Außenseite reiften und andere Rollen übernahmen, während sie sich ausbreiteten.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass diese verbesserte Isolationsmethode ein effektiver Weg ist, um eine große Anzahl gesunder dermaler Papillazellen zu gewinnen, die ihre Stammzellfähigkeiten behalten. Durch die Kombination einer sanften enzymatischen Verdauung mit einem spezifischen Schüttelschritt konnten die Forscher die Zellen effizienter trennen als zuvor. Die Tatsache, dass diese Zellen gut wuchsen und mehrere Anzeichen von Stammzellen zeigten, bestätigt, dass die dermale Papilla in der Tat eine reiche Quelle dieser kraftvollen Zellen ist. Dieser Befund bietet eine solide Grundlage für zukünftige Arbeiten und bietet einen zuverlässigen Weg, um die Zellen zu sammeln, die benötigt werden, um das Haarwachstum zu untersuchen und potenziell neue Behandlungen für Haut- und Haarerkrankungen zu entwickeln.