Dlaczego włosy rosną i wypadają
Naukowcy wciąż odkrywają nowe mechanizmy sterujące wzrostem włosów. Być może już niedługo rozwiążą zagadkę zarówno łysienia, jak i nadmiernego owłosienia.
Co drugi człowiek , niezależnie od płci, już przed ukończeniem 50 roku życia ma problemy z nadmiernym wypadaniem włosów. Na ogół cofa się wtedy przednia granica owłosienia i powstają zakola, a także przerzedzają się włosy na szczycie głowy. U kobiet występuje również łysienie rozlane. Wielu osobom nie podoba się z kolei nadmierne owłosienie różnych okolic ciała.
Istnieją obecnie rozmaite sposoby leczenia chorób włosów, chociaż nie są one zbyt skuteczne. Najlepiej było by stosować leki, które wybiórczo wpływają na decydujące o wzroście włosów cząsteczki, najpierw należałoby dokładnie poznać ich strukturę.
Pięć lat temu biolodzy wciąż poruszali się po omacku, obecnie zaczęto jednak odkrywać molekularne mechanizmy odpowiedzialne za rozwój włosa. Kiedy pozna się dokładnie, będzie można określić, które z nich, działają wadliwie. Powodując poszczególne schorzenia i jak naprawiać zepsuty system regulacyjny.
Zaskakujący może wydać się fakt, że ludzie cierpiący na poważne schorzenia nie związane z chorobami będą mogli również skorzystać z prowadzonych obecnie badań w tej dziedzinie. Na początku bieżącego roku naukowcy wykryli niszę niezróżnicowanych komórek macierzystych, których pluripotencjalne komórki potomne zastępują komórki zużyte do wytworzenia włosa i stale regenerują naskórek. Jeśli badaczom uda się zmusić je do różnicowania w komórki innych tkanek, zwłaszcza nerwów i mięśni uzyskają łatwo dostępne źródło komórek macierzystych do ewentualnego leczenia chorób Alzheimera, Parkinsona i innych, unikając problemów natury etycznej, związanych z użyciem komórek macierzystych pochodzących z ludzkich zarodków.
Powstawanie mieszka włosowego
Aby prześledzić molekularne mechanizmy kontroli jakiegokolwiek procesu, naukowcy muszą znać podstawowe zasady jakie nimi kierują. Do 1995 roku opracowali schemat niezwykłych przemian prowadzących do wytworzenia mieszka włosowego ( cienkiej kolbki, w której powstaje włos ) w rozwijającym się zarodku. Opisali również cykl włosowy – następujące po sobie fazy wzrostu i spoczynku oraz wypadania włosa – który powtarza się podczas całego życia.
Mieszki włosowe rozwijają się w okresie życia płodowego w wyniku interakcji pomiędzy ektodermą ( wierzchnią warstwą komórek pokrywających zarodek ) a leżącą poniżej mezodermą. Skupisko komórek mezodermalnych daje najpierw sygnał komórkom ektodermalnym do wytworzenia pączka włosowego. W odpowiedzi komórki te gromadzą się, proliferują i wnikają do mezodermy, tworząc wydłużoną strukturę zwaną zawiązkiem włosa.
Ten z Kolei wydaje poniżej leżącym komórkom mezodermalnym rozkaz, aby utworzyły brodawkę włosa. Staje się ona czymś w rodzaju centrum dowodzenia : pobudza komórki zawiązku włosa do podziału i utworzenia w pełni rozwiniętego mieszka włosowego. Na zakończenie jego górna, stała część zostaje wyposażona w gruczoł łojowy oraz wybrzuszenie – uwypuklenie zewnętrznej pochewki włosa, zawierające litą strukturę uznaną za siedlisko większości lub wszystkich komórek macierzystych, w ciągu całego życia człowieka uzupełniających komórki zużyte do produkcji włosa, gruczołu łojowego i naskórka. Dolna część mieszka poniżej wybrzuszenia staje się miejscem wytwarzania włosa i podlega później przemianom cyklu włosowego.
Powstaje ona podczas rozwoju embrionalnego z komórek zawiązku włosa wrastających głęboko w skórę właściwą, gdzie tworzą cebulkowatego kształtu macierz włosa. Obejmuje ona brodawkę, która stymuluje komórki macierzy do podziałów. Gdy zostaną odsunięte od brodawki przez nowo powstające komórki, przestają się dzielić i dojrzewają w procesie zwanym ostatecznym różnicowaniem.
Komórki macierzy znajdujące się dokładnie nad wierzchołkiem brodawki włosa przekształcają się w komórki jego korzenia – to znaczy wytwarzają charakterystyczną dla niego kretynę twardą. Natomiast z komórek położonych bliżej obwodu powstają dwie osłaniające korzeń pochewki: wewnętrzna i zewnętrzna. Nowe komórki wypychają starsze ku górze, tak że pojawiają się one, już martwe i wypełnione keratyną, nad powierzchnią skór w postaci trzonu ( łodygi) włosa. Są niezwykle trwałe, a zbudowane z nich włosy stają się ozdobą naszych głów.
Człowiek przychodzi na świat z 5-6 milionów mieszków włosowych, których rozmieszczenie jest zdeterminowane genetycznie. Nowych już później nie przybywa. Wnętrza dłoni i powierzchnie podeszwowe stóp są właściwie jedynymi miejscami, gdzie nie występują mieszki włosowe; inne pozornie pozbawione owłosienia okolice ciała w rzeczywistości pokryte są krótkimi, cienkimi włoskami mieszkowymi.
Stworzony do zmian
Mieszki rozpoczynają cykl włosowy gdy dziecko ma dwa lub trzy lata. Składa się on z trzech głównych faz – katagenu, telogenu i anagenu. W katagenie leżące poniżej wybrzuszenia komórki nabłonkowe masowo giną i przy użyciu pozostają jedynie brodawka włosa i błona podstawowa, która uprzednio okrywała obumierający obszar. Błona ta kurczy się i pociąga brodawkę do góry w kierunku wybrzuszenia ( w skórze owłosionej głowy jej przemieszczanie się trwa około dwóch tygodni ). Włos traci w tym czasie przyczep znajdujący się głęboko w skórze , w związku z czym może łatwo wypaść w jednej z następnych faz cyklu. Kiedy brodawka zbliży się do wybrzuszenia, mieszek wchodzi w telogen – fazę spoczynkową. W skórze owłosionej głowy trwa on około trzech miesięcy, ale jego długość może się zmieniać pod wpływem wielu czynników, na przykład wyrywania włosów lub uszkodzenia mieszka.
Ostatnią fazą cyklu włosowego jest anagen. We wczesnym jego etapie komórki macierzyste zlokalizowane w wybrzuszeniu dzielą się i przemieszczają się w dół wzdłuż błony podstawnej, stają się komórkami zewnętrznej pochewki korzenia włosa lub komórkami macierzy. Po jej utworzeniu komórki mnożą się i ostatecznie przekształcają w komórki korzenia lub jego wewnętrznej pochewki, odtwarzając etapy powstawania włosa następujące podczas rozwoju zarodkowego. Wynikało by z tego, że procesy zachodzące w anagenie znajdują się pod kontrolą tych samych cząsteczek regulatorowych, które działają podczas embriogenezy.
Odtworzony mieszek skóry owłosionej głowy wytwarza około 1,2 cm włosa na miesiąc i funkcjonuje zwykle od 6-8 lat. O jego długości decyduje czas trwania anagenu. U dwudziestolatka około 90 % mieszków znajduje się w fazie produktywnej ; dziennie wypada mu około 50-100 włosów. O przerzedzeniu włosów nie decyduje na ogół zanikanie mieszków, ale wzrost liczby mieszków nieaktywnych. Dodatkowo u osób łysiejących wiele mieszków ulega postępującej miniaturyzacji, w jej końcowym etapie produkując jedynie bardzo małe, pozbawione barwnika włosy.
Tak jak w rozwoju zarodkowym również podczas anagenu brodawka pobudza komórki macierzy do podziałów i przekształcania się w komórki włosa. Naukowcy są więc bardzo zainteresowani poznaniem natury sygnałów wysyłanych przez brodawkę podczas embriogenezy i cyklu włosowego. Na razie nie wiadomo jak to się dzieje, ale kilka lat temu Elaine Fuchs i jej współpracownicy z University of Chicago odkryli, że prawdopodobnie brodawka przekazuje polecenia, aktywując białka należące do rodziny Wnt, które od dawna uważane są za kluczowe w regulacji różnych procesów rozwojowych u ssaków i innych organizmów.
Ręce na sterze
Sześć lat temu Fuchs zauważyła pierwszy raz, że białka Wnt odgrywają pewną rolę we wzrastaniu włosów. Wówczas interesowała się ( z powodów nie związanych z leczeniem ich chorób ) białkami przekazującymi sygnałym które pobudzają część komórek macierzy do wytwarzania keratyn włosa.
Często komórka podejmuje pewną funkcję, taką jak na przykład produkcja nowych białek po przyłączeniu się jakiejś cząsteczki z otoczenia do znajdującego się na powierzchni błony komórkowej receptora, co wywołuje we wnętrzu komórki kaskadę molekularnych przemian. Prowadzą one zazwyczaj do aktywacji określonych genów, a w rezultacie do produkcji kodowanych przez nie białek. Wiedząc o tym Fuchs rozpoczęła poszukiwanie białek warunkujących przekształcenie komórek macierzy w komórki włosa od próby wykrycia w jądrze cząsteczek odpowiedzialnych za aktywację genów kodujących wytwarzanie keratyn.
W 1995 roku jej grupa badawcza odkryła, że w procesie tym uczestniczy białko regulatorowe zwane LEF1
( lymhocyte enhancer factor 1 ). Pojawiło się ono również podczas tworzenia się mieszka włosowego w trakcie rozwoju zarodkowego (stwierdzono jego obecność w najwcześniej powstających skupiskach komórek ektodermalnych oraz w komórkach z których powstawała następnie brodawka). Prawdopodobnie pod wpływem sygnałów z zewnątrz LEF1 zostaje aktywowane i pomaga włączyć geny niezbędne do utworzenia mieszka czy wzrostu włosa. Idąc tym tropem, Rudy Grosschedl i jego współpracownicy, zatrudnieni wówczas w University of California w San Francisco, odkryli, że myszom pozbawionym LEF1 nie rośnie sierść . A kiedy grupa kierowana przez Fuchs wytworzyła myszy, które w skutek mutacji produkowały w skórze LEF1 w nadmiernej ilości, miały one więcej mieszków włosowych niż zwykłe gryzonie.
Mniej więcej w tym samym czasie inna grupa badawcza wykazała, że LEF1 nie aktywuje samodzielnie genów, a jedynie w połączeniu z beta-kateniną. Jedynym znanym mechanizmem mogącym do tego doprowadzić jest kaskada przekazywania sygnałów, zaczynająca się od połączenia białka Wnt z obecnym na powierzchni komórki receptorem. Beta-katynina służy zwykle do tworzenia połączeń między sąsiadującymi komórkami. Jeżeli Wnt nie przekazuje sygnału, niewykorzystana beta-katenina jest znakowana przez wewnątrz komórkowy enzym jako przeznaczona do zniszczenia. Wnt blokuje jego działanie. Gdy enzym zostaje wyłączony beta-katenina gromadzi się w komórce i wiąże LEF1 lub inne białka z tej rodziny. Po wzięciu pod uwagę wyżej opisanych czynników badań nasuwa się wniosek, że Wnt i beta-katenina mogą odgrywać główną rolę zarówno w rozwoju mieszka włosowego, jak i we wzroście włosa. Kolejne badania na myszach potwierdzają tę tezę. Grupa prowadzona przez Fuchs opracowała na przykład sposób znakowania komórek embrionalnych z genami aktywowanymi przez LEF1 w skutek sygnału otrzymanego przez Wnt.
Wyniki tych eksperymentów wskazują, że białka Wnt przekazują sygnał od komórek mezodermalnych do ektodermalnych stymulujący je do tworzenia przydatka, jak również sygnał wysyłany przez komórki ektodermalne do mezodermalnych by wytworzył brodawkę włosa. Co więcej znacznie później, w rozwoju embrionalnym, gdy mieszki włosowe są już utworzone, Wnt przenoszą sygnał do komórek macierzystych leżących powyżej brodawki, który pobudza je do przekształcania się w komórki korzenia. Mocniejszy dowód na podstawową rolę białek Wnt znalazła grupa kierowana przez Fuchs, która stworzyła myszy, które nie mogły niszczyć beta-kateniny w komórkach naskórka. W efekcie komórki reagowały tak, jakby były nieustannie pobudzane przez to białko.
Gryzonie po dorośnięciu miały niezwykle bujną sierść dzięki tworzeniu się nowych mieszków włosowych pomiędzy tymi, które powstały w życiu płodowym. Tworzenie nowych mieszków jest z pewnością niezwykle interesującym zjawiskiem, ale parę innych odkryć dokonanych na myszach powinno skłonić łysiejących czytelników czy zaczną uganiać się za Fuchs prosząc ją o roztwór Wnt. Gdy mające niezwykle gęstą sierść gryzonie się zestarzały na ich skórze pojawiły się łagodne guzy, które przypominały nabłoniak wapniejący Malherbe'a, pospolity nowotwór rozwijający się u człowieka w skórze owłosionej głowy. Ustalono, że powstanie tego guza u człowieka ma związek z mutacją genu beta-kateniny zapobiegającą rozpadowi tego białka. Wnt i nadmierne ilości beta-kateniny znaleziono również w nowotworach okrężnicy, wątroby, piersi i dróg rodnych. Wszystkie te wyniki łącznie z nowotworami u nieszczęsnych myszy, dostarczyły wartościowych informacji naukowcom zainteresowanym leczeniem chorób włosów. Dowiedzieli się że białka Wnt są głównym czynnikiem regulującym rozwój mieszka i cykl włosowy, ale ich wykorzystanie w leczeniu schorzeń u ludzi nie będzie takie proste z powodu ryzyka nowotworów. Według Fuchs należałoby podawać je raczej w sposób naśladujący naturę lub też manipulować szlakiem przekazywania przez nie sygnału. Aby to osiągnąć naukowcy muszą więcej wiedzieć na temat tego szlaku oraz wpływających nań czynników. Jakie białka z rodziny Wnt i które z ich licznych receptorów są decydujące na poszczególnych etapach rozwoju mieszka i w fazach cyklu włosowego? Jakie cząsteczki regulują powstawanie tych białek i przesądzają o odpowiedzi poszczególnych komórek na sygnały przekazywane przez Wnt, na przykład czy przekształcają się w komórki włosa, czy też w komórki różnych części mieszka? Wyniki badań szlaków sygnalizujących oddziałujących ze szlakiem Wnt niewątpliwie dostarczą pewnych wskazówek ułatwiających znalezienie odpowiedzi na te pytania. Naukowcy zajmujący się różnymi tkankami i organizmami odkryli mnóstwo białek – m.in. Sonic Hedgehog ( “ dźwiękowy jeż “ ), transformujący czynnik wzrostowy beta ( TGF beta – transforming growth factor-beta ), białka morfogenu kości, noggin oraz czynnik wzrostowy fibroblastów – biorących udział w przekazywaniu sygnałów w rozmaitych szlakach.
Białko sonic hedgehog może być szczególnie istotne w wzroście włosa., gdyż podobnie jak Wnt bierze udział w przekazywaniu sygnałów z jednej komórki do drugiej oraz uczestniczy w prawidłowym rozwoju zarodkowym.
Ponadto białko to i szlak przekazywania sygnału Wnt często oddziałują na siebie nawzajem. Udowodniono, że chociaż sonic hedgehog nie jest potrzebne do wytworzenia zawiązku włosa to jest niezbędne do przekształcenia go w całkowicie rozwinięty mieszek. W ubiegłym roku Ronald G. Crystal z Weill Medical College w Cornell University odkrył, że gdy mieszki dorosłych myszy zmuszono do produkcji tego białka w fazie spoczynku ( telogenie ) wówczas przedwcześnie wchodziły w fazę wzrostu włosa ( anagen ). Białko sonic hedgehog może zatem stymulować odpoczywające mieszki do rozpoczęcia produktywnej fazy cyklu włosowego.
Chociaż leczenie białkiem hedgehog wydaje się atrakcyjnym pomysłem na porost włosów, jego nadmiar prowadzi do rozwoju nowotworów podstawnokomórkowych skóry. Aby wykorzystać w celach terapeutycznych białka pobudzające podziały komórkowe, producenci leków musieli by najpierw upewnić się, że można ich cząsteczki stosować w sposób iście kontrolowany.
Trudno jednoznacznie określić wypływ białek morfogenu kości tudzież licznych izoform transformującego czynnika wzrostowego beta na szlak sygnalizujący Wnt. Niektórzy naukowcy przypuszczają, że kiedy to się uda, również te białka mogą okazać się przydatne do zahamowania lub pobudzenia wzrostu włosów.
Terapia na miarę
Poznawanie mnóstwa białek uczestniczących w powstawaniu mieszka i cyklu włosowym jest zajęciem dość żmudnym. Jednak dzięki szybkiemu postępowi technologicznemu naukowcy powinni wkrótce nauczyć się rozróżniać wszystkie geny ulegające aktywacji w poszczególnych populacjach komórek na kolejnych etapach rozwoju mieszka oraz w rozmaitych fazach cyklu. Mając te informacje, prawdopodobnie będą potrafili ustalić, na czym polegają zaburzenia w funkcjonowaniu tych złożonych wzorców aktywności genów u ludzi ze schorzeniami włosów. Wiedza taka powinna również umożliwić biologom zajmującym się skórą odkrycie nowych białek uczestniczących w procesie wzrostu włosów, a także tych, które powodują ich choroby. Teraz, gdy naukowcy wiedzą znacznie więcej na temat sterujących tym procesem mechanizmów molekularnych, mogą rozpocząć testowanie na zwierzętach środków naprawiających roztrojone szlaki regulacyjne i pobudzających do działania uśpione mieszki włosowe. Jeśli testy się powiodą możliwe będzie przeszczepienie ludzkiej skóry owłosionej myszom w celu oceny czy ludzkie i mysie mieszki włosowe reagują podobnie na badane substancje. A jeśli te próby wypadną pomyślnie naukowcy wypróbują zapewne najbardziej obiecujące związki chemiczne w badaniach klinicznych. Trudno przewidzieć kiedy dermatolodzy i koncerny farmaceutyczne wyprodukują nowe leki na porost włosów, ale na pewno nie wcześniej niż za 30 lat. Jeśli jednak tempo badań, wiele informacji niezbędnych do zrozumienia złożonych mechanizmów wzrostu włosów a tym samym opracowania odpowiednich metod leczenia ich chorób – zostanie odkrytych w następnych 30 latach – przewiduje Fuchs.
przypisane tagi dla tego artykułu: Łysienie Mieszki włosowe Wypadanie włosów
