Influența benefică a culturii în interfața aer-lichid asupra dezvoltării foliculilor piloși în organoizii cutanați

Generarea unor modele de piele umană relevante din punct de vedere fiziologic reprezintă un obiectiv de lungă durată în cercetarea biomedicală. Sistemele clasice, bazate pe culturi bilayer de keratinocite și fibroblaste, nu reușesc să reproducă structurile avansate din piele, precum foliculii piloși, glandele sebacee și cele sudoripare. O soluție promițătoare a venit odată cu dezvoltarea organoizilor cutanați (skin organoids, SKO) din celule stem pluripotente induse (hiPSC), care se pot diferenția în multiple linii celulare și pot forma structuri asemănătoare pielii embrionare, inclusiv foliculi piloși.  

De la organoizi cutanați la interfața aer-lichid (ALI)

Metoda clasică de cultură a organoizilor cutanați se bazează, în mare parte, pe menținerea acestora în suspensie (cultură „plutitoare”). În studiul de față s-a testat însă eficacitatea transferului timpuriu (ziua 12 de diferențiere) al SKO pe un sistem transwell, care asigură o interfață aer-lichid (air-liquid interface, ALI). În acest setup, organoizii sunt plasați pe o membrană poroasă, având partea superioară expusă aerului și partea inferioară în contact cu mediul de cultură.  

Rezultate

Accelerarea dezvoltării foliculilor piloși

Organitele de tip placode pilos și, ulterior, foliculii piloși maturi s-au format mai devreme și mai eficient în condiții ALI decât în cultura clasică plutitoare. În plus, foliculii ALI aveau lungimi mai mari și o structură mai complexă (inclusiv formarea stratului extern și a papilei dermale evidențiate prin markerul SOX2).  

Stratificarea epidermei și diferențiere celulară îmbunătățite: Expunerea timpurie la aer a potențat maturarea epidermei, cu expresie robustă a markerilor de keratinizare (KRT10, loricrin), precum și formarea structurilor caracteristice - glande sebacee și glande sudoripare.  

Creșterea structurii tridimensionale

Organoizii aflați în ALI au putut ajunge la dimensiuni mai mari decât cei menținuți în plutire. Acest lucru sugerează o arhitectură internă mai bine susținută, cu o zonă dermică îngroșată și prezența unor țesuturi adipoase, esențiale pentru funcționalitatea pielii și ciclul foliculilor piloși.  

Formarea unor elemente suplimentare

Studiul a identificat prezența musculaturii arrector pili asociate foliculilor (marcată de α-SMA), cât și indicii de rețea neuronală (TUJ1). Aceste constatări subliniază faptul că organoizii se apropie mai mult de anatomia și funcția pielii umane.  

Provocări și direcții viitoare

Deși ALI a favorizat maturarea și diversificarea țesuturilor, s-au observat încă zone de țesut cartilaginos formate prin diferențiere „off-target”. În plus, lipsa vascularizației și a componentelor imune limitează dimensiunea și funcționalitatea completă a organoidelor. Cercetări ulterioare vizează integrarea de celule vasculare și imune, reducerea timpului prelungit de cultură (peste patru luni) și optimizarea condițiilor de hipoxie pentru a obține rezultate mai apropiate de cele in vivo.  

Concluzii

Prin utilizarea unui mediu transwell care asigură interfața aer-lichid, autorii au demonstrat că organoizii cutanați (SKO) pot dezvolta mai rapid și mai complex foliculi piloși, epidermă stratificată și glande accesorii. Această abordare oferă un prototip avansat pentru studiul biologiei pielii, inclusiv a mecanismelor implicate în regenerarea capilară, în procesele de vindecare și în studiul afecțiunilor cutanate. Totodată, organoizii obținuți prin ALI ar putea fi utili ca grefe cutanate de nouă generație, cu potențial de a reduce cicatrizarea și de a îmbunătăți recuperarea post-traumă. Astfel, integrarea condițiilor ALI în protocoalele de diferențiere deschide calea către noi soluții de reconstruire și regenerare a pielii umane.