Przez wiele lat w podręcznikach dominował stosunkowo prosty model wzrostu włosa. Zgodnie z nim intensywne podziały komórek w obrębie cebulki miały dostarczać nowych komórek, które przemieszczając się i różnicując, wypychają starsze struktury ku górze – w ten sposób miała wydłużać się łodyga włosa. Niemniej badanie przeprowadzone przez naukowców z L’Oréal Research & Innovation oraz Queen Mary University of London, opublikowane w „Nature Communications”, wskazuje, że proliferacja komórek nie wyjaśnia całej mechaniki tego procesu, ponieważ ważną rolę może odgrywać aktywne generowanie sił przez tkanki otaczające rosnący włos.

Badanie na żywym mieszku włosowym

W przeprowadzonym eksperymencie duże znaczenie miało zastosowanie trójwymiarowej mikroskopii poklatkowej żywych ludzkich mieszków włosowych utrzymywanych w hodowli laboratoryjnej. W przeciwieństwie do klasycznych metod opartych na statycznych obrazach technika ta pozwala śledzić zachowanie komórek w przestrzeni i czasie – migrację, kierunek ruchu oraz tempo podziałów. Badacze skupili się na zewnętrznej pochewce korzenia włosa, czyli warstwie tkanki otaczającej jego rosnącą część. Zaobserwowali, że znajdujące się tam komórki przemieszczają się w dół w skoordynowanym, spiralnym układzie. Właśnie w tym obszarze powstaje siła, która działa w przeciwnym kierunku i pomaga przemieszczać włos ku górze. Wyniki sugerują, że mieszek włosowy nie jest jedynie biernym kanałem, w którym kolejne podziały komórkowe wypychają włos, lecz jego otaczające warstwy tworzą układ zdolny do generowania sił mechanicznych. – Nasze wyniki ujawniają fascynującą choreografię wewnątrz mieszka włosowego. Przez dziesięciolecia zakładano, że włos jest wypychany przez dzielące się komórki w cebulce włosa. Odkryliśmy natomiast, że jest aktywnie ciągnięty ku górze przez otaczającą tkankę, działającą niemal jak maleńki silnik – wyjaśnia dr Inês Sequeira z Queen Mary University of London, jedna z głównych autorek badania. 

Eksperyment 1 – zablokowanie podziałów komórkowych 

Aby sprawdzić, czy obserwowane ruchy komórek rzeczywiście mają znaczenie funkcjonalne, badacze przeprowadzili eksperymenty pozwalające rozdzielić wpływ proliferacji od wpływu mechaniki komórkowej. Najpierw zahamowali podziały komórkowe w mieszku – zgodnie z tradycyjnym modelem, w którym proliferacja stanowi główną siłę wypychającą włos, taki zabieg powinien wyraźnie ograniczyć jego wzrost. Tymczasem mieszki nadal wydłużały włosy z szybkością zbliżoną do tej obserwowanej wcześniej. Wynik eksperymentu nie oznacza jednak, że podziały komórkowe nie mają znaczenia – proliferacja jest konieczna do wytwarzania nowych komórek i budowy włosa. Niemniej eksperyment sugeruje, że sama aktywność proliferacyjna nie wystarcza do wyjaśnienia siły odpowiedzialnej za jego przemieszczanie.

Eksperyment 2 – zakłócenie pracy aktyny 

W kolejnym etapie naukowcy zbadali rolę aktyny – jednego z podstawowych składników cytoszkieletu. Układ aktynowy umożliwia komórkom zmianę kształtu, migrację oraz generowanie sił mechanicznych. Po zakłóceniu aktywności aktyny tempo wzrostu włosów spadło o ponad 80% – taki efekt wskazuje, że procesy zależne od cytoszkieletu, w tym ruch komórek i wytwarzanie siły, są ważnymi elementami procesu wzrostu. Wnioski z powyższych eksperymentów potwierdziło modelowanie komputerowe. Symulacje wykazały, że skoordynowane przemieszczenia komórek w zewnętrznych warstwach mieszka mogą generować siły wystarczające do wyjaśnienia obserwowanego ruchu łodygi włosa ku górze. 

Ujawnienie dynamiki wzrostu

Możliwość obserwowania żywych komórek w czasie dzięki obrazowaniu 3D pozwoliła badaczom wykryć wzorce migracji, które byłyby trudne lub niemożliwe do odtworzenia na podstawie pojedynczych obrazów mikroskopowych. – Wykorzystujemy nową metodę obrazowania umożliwiającą trójwymiarową mikroskopię poklatkową w czasie rzeczywistym. Podczas gdy obrazy statyczne dostarczają jedynie odizolowanych migawek, mikroskopia poklatkowa 3D jest niezbędna do rzeczywistego poznania złożonych, dynamicznych procesów biologicznych zachodzących w mieszku włosowym. Ujawnia kluczową kinetykę komórek, wzorce migracji oraz tempo podziałów komórkowych, których nie da się wywnioskować z pojedynczych obserwacji. Takie podejście umożliwiło modelowanie sił generowanych lokalnie – podkreśla dr Nicolas Tissot z zespołu Advanced Research L’Oréal, pierwszy autor badania.

Dotychczas duża część prac koncentrowała się na regulacji cyklu wzrostu włosa, sygnałach molekularnych, hormonach, czynnikach wzrostu, proliferacji i różnicowaniu komórek. Wyniki opisanego badania sugerują jednak, że należy uwzględnić również mechanikę tkanki. – To pokazuje, że wzrost włosa nie jest napędzany wyłącznie przez podziały komórkowe – zewnętrzna pochewka korzenia aktywnie ciągnie włos ku górze. To spojrzenie na mechanikę mieszka włosowego otwiera nowe możliwości badania zaburzeń włosów, testowania leków oraz rozwoju inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej – tłumaczy dr Thomas Bornschlögl z zespołu Advanced Research L’Oréal, jeden z autorów badania. Znaczenie może mieć również sama metoda badawcza. Obrazowanie żywych mieszków w 3D pozwala obserwować, jak poszczególne populacje komórek reagują na potencjalne lek – nie tylko poprzez zmianę tempa podziałów, ale też migracji i mechaniki tkanki.

Ograniczenia badawcze

Badania przeprowadzono na ludzkich mieszkach włosowych utrzymywanych w warunkach laboratoryjnych, nie bezpośrednio w organizmie człowieka. Wyniki wymagają więc dalszej weryfikacji w warunkach fizjologicznych, w których na funkcjonowanie mieszka wpływa wiele różnych czynników, w tym naczynia krwionośne, układ odpornościowy, unerwienie czy hormony. Badanie nie podważa znaczenia podziałów komórkowych, ale pokazuje, że nie tylko one są zaangażowane w proces wzrostu włosa. Nowe komórki tworzą jego strukturę, a skoordynowane ruchy komórek otaczających włos mogą generować siłę, która pomaga przesuwać go ku górze. Odkrycie tego mechanicznego aspektu może być istotne nie tylko dla badań nad włosami, ale też lepszego zrozumienia, jak ruch komórek i siły fizyczne wpływają na rozwój oraz regenerację tkanek.