Istnieje wiele rodzajów instrumentów używanych do regeneracji paznokci. Oto kilka przykładów tych instrumentów: Komórki Tomato+, LRCs oraz K15. Każdy z tych typów komórek przyczynia się do regeneracji paznokci. Dodatkowo, ważną rolę w tym procesie odgrywa szlak Wnt.
LRCs
LRCs, czyli labilne komórki regulatorowe, są głównym składnikiem macierzy paznokcia. Są one odpowiedzialne za promowanie regeneracji paznokcia. Są również ważne w regeneracji skóry i włosów. W niniejszej pracy wyizolowaliśmy LRCs z fałdów proksymalnych paznokcia i zbadaliśmy ich profile transkryptomiczne.
LRC z fałdów proksymalnych paznokcia wykazują ekspresję K15 i wykazują Bifunctional Stem Cell Fates, dwa markery, które są zaangażowane w regenerację paznokci. Komórki te są również odpowiedzialne za utrzymanie struktury paznokcia i naskórka okołopaznokciowego. Co więcej, LRCs z fałdu proksymalnego paznokcia wykazują ekspresję tych samych markerów co komórki macierzyste mieszków włosowych i w znacznym stopniu przyczyniają się do ogólnej integralności paznokcia.
Ponadto LRCs występują również w PF paznokcia, gdzie różnicują się w komórki KZ, które tworzą zewnętrzny NP. Podczas gdy wcześniejsze doniesienia mówiły o możliwości występowania LRCs w PF paznokcia, obecne badanie wykazało, że ich liczba jest niska i że istnieje odrębna subpopulacja LRCs w PF. Ponadto, jądrowe immunolabeling Ki67 było zlokalizowane w słabo H2BGFP+ komórkach sąsiadujących z wysoko H2BGFP+ PF LRCs, co sugeruje, że istnieje wysoka proliferacja LRCs w Mx.
LRCs znajdujące się w fałdzie proksymalnym paznokcia są podobne do tych w naskórku. Regulują one sygnalizację BMP, kierując komórki macierzyste w kierunku różnicowania się paznokcia. Ich rola w regeneracji paznokcia jest jednak niepewna.
K15
Komórki macierzyste paznokci są znane z aktywnego udziału w regeneracji paznokci. Posiadają one cechę dwufunkcyjnej komórki macierzystej i przyczyniają się do budowy i syntezy płytki paznokciowej. Komórki pochodzące z K15 pomagają w regeneracji paznokci poprzez aktywny udział w naskórku okołopaznokciowym. Szlak sygnałowy K15 jest aktywowany po urazie płytki paznokciowej i przechyla homeostazę w kierunku różnicowania macierzy paznokcia.
Komórki LRCs zorganizowane są w pierścieniową strukturę otaczającą korzeń paznokcia. Komórki te znajdują się w warstwie podstawnej fałdu proksymalnego paznokcia i wykazują ekspresję lorykryny. PF składa się z wolnokurczliwych LRCs, podczas gdy strefa pośrednia zawiera bardziej aktywne komórki. Wreszcie warstwa Mx zawiera komórki o wysokiej proliferacji.
Dorosłe komórki macierzyste są odpowiedzialne za regenerację narządów i tkanek. Każdy narząd ektodermalny ma odrębny tryb regeneracji. Wolnożyjące SCs zostały zidentyfikowane w gruczołach potowych, mieszkach włosowych i stale rosnących paznokciach. Wykazują one również ekspresję białka K15.
Proliferacja komórek paznokci została potwierdzona w badaniu Zaiasa i Alvareza. Komórki macierzy proksymalnej wyrażały markery K14 i keratyny 17. Posiadały również wysoką zdolność do tworzenia kolonii, co wskazuje, że są one samoodnawiające się i wspierają wzrost paznokcia. Natomiast macierz dystalna nie dała żadnych komórek znakowanych LacZ+.
Komórki pomidorowe+
Dorosłe komórki macierzyste są ważne w utrzymaniu homeostazy narządów i tkanek. Posiadają one odrębne nisze, które regulują ich proliferację i różnicowanie. W tym badaniu wykorzystano podejście LRC (slow-cycling label-retaining cell) do identyfikacji dorosłych komórek macierzystych skóry. Te LRC zostały następnie zidentyfikowane w organach paznokci myszy przy użyciu procedury BrdU pulse-chase.
Poprzednie badania błędnie lokalizowały wolnocyklujące LRC do warstwy podstawnej macierzy paznokcia lub łożyska paznokcia. Stało to w sprzeczności z prześledzeniem przebiegu linii K14+ bazalnych komórek naskórka, które były w przeważającej mierze znakowane przez LacZ. Z kolei badania Sellheyera i Nelsona wykazały, że wolnożyjące LRC znajdowały się przede wszystkim w macierzy paznokcia.
Wyniki te sugerują, że komórki macierzyste macierzy paznokcia są odpowiedzialne za formowanie opuszki palca i płytki paznokciowej. Komórki te odpowiadają również za regenerację opuszki poprzez aktywację sygnalizacji Wnt w dystalnym nabłonku macierzy paznokcia. Ponadto komórki macierzyste fałdu proksymalnego są odpowiedzialne za udział w tworzeniu naskórka okołopaznokciowego i biorą udział w regeneracji paznokcia.
Szlak sygnalizacyjny Wnt jest ważny dla rozwoju narządu paznokciowego w stadiach embrionalnych. Kontroluje również regenerację amputowanych kończyn u kręgowców, wykazując, że dorosłe tkanki zachowują znaczne zdolności regeneracyjne.
Szlak Wnt
Szlak Wnt jest zaangażowany w regenerację paznokcia i uważa się, że aktywuje lokalną sieć sygnalizacyjną. Proces ten jest ważny, ponieważ nabłonek paznokcia zawiera wiele typów komórek i ma specyficzny status immunologiczny. Ponadto nabłonek paznokciowy składa się z wielu typów tkanek, w tym chondrocytów i osteoblastów. Ten układ anatomiczny może sprawiać, że nabłonek paznokci jest podatny na sygnały Wnt.
Naukowcy odkryli, że macierz paznokcia zawiera samoodnawiające się komórki macierzyste. Komórki te znajdują się w tej części łożyska paznokcia, która zawiera naczynia krwionośne i zakończenia nerwowe. Szlak Wnt kontroluje wzrost i różnicowanie tych komórek macierzystych. U myszy zablokowanie ścieżki Wnt zapobiegło regeneracji kości opuszki palca. Odkrycie to może otworzyć możliwość wykorzystania sygnalizacji Wnt do stymulacji regeneracji paznokci w kości i innych tkankach poza opuszką palca.
Ten szlak jest również zaangażowany w regenerację utraconych opuszków palców u myszy. Po aktywacji Wnt przyciąga komórki nerwowe do danego obszaru, co napędza wzrost komórek mezenchymalnych. Komórki te mogą odbudowywać kości, ścięgna i tkankę mięśniową. Proces regeneracji trwa pięć tygodni i odbywa się bez utraty nabłonka paznokci. Jeśli jednak nabłonek zostanie całkowicie utracony, nie udaje się zregenerować palców.
Aktywacja Wnt jest niezbędna do regeneracji paznokcia. Aktywacja tego szlaku prowadzi do powstania blastemy mezenchymalnej, która następnie prowadzi do regeneracji kostnej cyfr. Z tego powodu cyfry amputowane proksymalnie od swoich progenitorów paznokciowych aktywnych pod wpływem Wnt nie regenerują się. Ograniczenie to można jednak przezwyciężyć poprzez wymuszoną aktywację Wnt komórek nabłonkowych. W rzeczywistości, aktywowane przez Wnt komórki nabłonkowe pełnią również funkcję specyficzną dla danej linii, która jest niezbędna dla wzrostu i rozwoju paznokcia.
Komórki nabłonkowe
Szlak Wnt stymuluje regenerację końcówek palców u nóg poprzez sygnalizację komórek macierzystych do produkcji nowych paznokci. Regenerujący się nabłonek paznokcia rekrutuje również komórki nerwowe do miejsca gojenia się rany, aby stymulować uwalnianie czynników wzrostu, które sprzyjają tworzeniu się innych tkanek. Badanie to było wspierane przez National Institutes of Health (NIH), Ellison Medical Foundation oraz New York University School of Medicine.
Aktywacja sygnałów Wnt promuje regenerację paznokci poprzez promowanie wzrostu komórek mezenchymalnych Runx2 + i regulację ekspresji fibroblastów zależnych od nerwów. Jednak w amputacjach usuwana jest tylko proksymalna część nabłonka paznokcia. Nie usuwa się dystalnej macierzy, która wykazuje ekspresję Wntless, a która jest niezbędna dla sygnalizacji Wnt.
Regeneracja paznokci zachodzi na drodze procesów endogennych u gryzoni i naczelnych. U ssaków endogenna regeneracja zachodzi w obszarze proksymalnym paznokcia. Endogenny proces regeneracyjny ma na celu przywrócenie struktury, polarności i funkcji. Regeneracja końcówek palców u rąk obejmuje wzrost różnych komórek, w tym naskórka, nerwów i kości. Regeneracja ta zachodzi po amputacji dystalnej części paliczka, natomiast przedłużona amputacja nie wywołuje analogicznej odpowiedzi regeneracyjnej.
U myszy, naskórek okołopaznokciowy zawiera odrębną populację komórek macierzystych. Te komórki macierzyste szybko reagują na uraz i uczestniczą w procesie różnicowania podczas regeneracji paznokcia. Ponadto, komórki K15+ z młodych paznokci wykazywały silniejszą zdolność do proliferacji niż ich starsze odpowiedniki. Sugeruje to, że komórki macierzyste skóry dorosłego człowieka zawierają odrębną niszę dla komórek macierzystych paznokci.
Nerwy
Regeneracja paznokci i innych końcówek palców wymaga kilku ścieżek sygnalizacyjnych, które promują prawidłową regenerację komórek. Ścieżki te obejmują Wnt i czynniki wzrostu wydzielane przez komórki linii Schwann. Nerwy i kość również odgrywają rolę w promowaniu regeneracji. Ścieżki te są krytyczne dla końcówek cyfr. Jednakże, aby zagwarantować całkowitą regenerację końcówek palców, należy wykonać amputację dystalną. Podczas tego zabiegu usuwa się dwie trzecie paliczka dystalnego, aby zapewnić regenerację płytki paznokciowej, szpiku kostnego i proksymalnej macierzy paznokcia. W przeciwieństwie do tego, przedłużona amputacja nie inicjuje analogicznej odpowiedzi regeneracyjnej.
Naukowcy spekulowali, że nerwy odgrywają krytyczną rolę w regeneracji paznokci i końcówek palców. Zidentyfikowali również, że ścieżka Wnt jest kluczowa dla regulacji regeneracji końcówek palców i tworzenia nowych paznokci z komórek macierzystych. Podczas procesu regeneracji, regenerujący się nabłonek paznokcia przyciąga komórki nerwowe do miejsca rany. Następnie stymulują one uwalnianie czynników wzrostu, co sprzyja wzrostowi innych tkanek.
Proces regeneracji opuszek palców u nóg różni się od gojenia ran w innych miejscach kończyny. Podczas gdy większość urazów skórnych goi się poprzez włóknienie rany, regeneracja końcówek palców nie wiąże się z powstawaniem blizny. Zamiast tego może dojść do zapoczątkowania i wyciszenia stanu zapalnego. Dzieje się tak dlatego, że macierz paznokcia jest stosunkowo uprzywilejowana immunologicznie, pomimo ciągłej ekspozycji na patogeny. W przypadku braku tego przywileju, paznokieć byłby podatny na przewlekły stan zapalny.
Podobne tematy
