W tym artykule opisano metodę izolacji fibroblastów brodawkowatych i siatkowatych ze skóry człowieka. CD90 jest szeroko stosowany do identyfikacji lub izolacji fibroblastów skóry 18,20,21. Wykazaliśmy jednak, że oprócz fibroblastów CD90 +, ludzka skóra właściwa zawiera również populację fibroblastów CD90 eksprymujących FAP16, który został ustalony jako marker aktywowanych fibroblastów i fibroblastów związanych z rakiem (CAF)22,23,24,25. Co ważne, udało nam się zidentyfikować trzy subpopulacje fibroblastów FAP+CD90-, FAP+CD90+ i FAP-CD90+ w biopsjach skóry od wszystkich zdrowych dawców. W związku z tym wnioskujemy, że FAP jest nie tylko markerem aktywowanych fibroblastów lub CAF, ale także normalnych fibroblastów tkankowych.
Warto zauważyć, że populacja komórek FAP-CD90 pozostała po zastosowaniu wyżej opisanej strategii wykluczania i bramkowania nie zawiera fibroblastów, ponieważ komórki te nie namnażają się w pożywce do hodowli fibroblastów in vitro, ale najprawdopodobniej w mieszanej populacji komórek, w tym między innymi komórek limfatycznych i perycytów16.
Wydajność komórek uzyskana przy użyciu wyżej opisanego protokołu może się różnić w zależności od części ciała, z której pochodzi fragment skóry użyty do izolacji. Skóra właściwa z różnych części ciała różni się między sobą budową, grubością, a także składem kolagenu. Na przykład skóra na twarzy lub ramieniu jest znacznie cieńsza niż skóra na brzuchu lub udzie, które również często mają grubszą podskórną warstwę tłuszczu. Ponadto wiek i płeć dawców skóry mogą nie tylko wpływać na skuteczność dysocjacji tkanek, ale mogą również wpływać na rozmieszczenie trzech subpopulacji fibroblastów (ryc. 3) po wyizolowaniu ze skóry o pełnej grubości. Wynika to z faktu, że brodawkowata skóra właściwa kurczy się, a całkowita liczba fibroblastów zmniejsza się wraz z wiekiem 11,26,27,28. Co więcej, osad komórkowy z brodawkowatej skóry właściwej będzie prawdopodobnie większy niż z siatkowatej skóry właściwej, ponieważ górna skóra właściwa jest gęściej wypełniona fibroblastami niż siatkowata skóra właściwa. Poza tym dolna część skóry właściwej jest również twardsza i gęściej wypełniona kolagenem, co utrudnia dysocjację tkanki i uwolnienie fibroblastów. Warto zauważyć, że osad komórkowy może wydawać się bardzo czerwony, dlatego zalecana jest liza czerwonych krwinek.
Oprócz identyfikacji trzech subpopulacji w nienaruszonej skórze ludzkiej, pokazujemy również, że w skórze dermatomowej każdy podzbiór fibroblastów jest wzbogacony w brodawkowatą lub siatkowatą skórę właściwą16. Precyzyjne cięcie skóry za pomocą dermatomu ma kluczowe znaczenie dla uzyskania odpowiedniego wzbogacenia każdej subpopulacji z różnych warstw skóry właściwej. Ponieważ brodawkowata skóra właściwa jest bardzo cienka, reprezentujący ją dermatomowy plasterek nie powinien przekraczać grubości 300 μm. Zarówno górne fibroblasty siatkowate, jak i dolne siatkowate reprezentują linię siatkowatą i wykazują podobne funkcje i sygnatury genów, dlatego można również rozważyć ich nierozdzielanie.
Co ważne, wszystkie trzy populacje fibroblastów znajdują się w całej skórze właściwej i nie są obecne wyłącznie w jednej warstwie, dlatego kultury eksplantatów z brodawkowatej lub siatkowatej skóry właściwej skutkują mieszanymi kulturami fibroblastów. Jednak fibroblasty brodawkowate FAP + CD90 są najliczniejsze w brodawkowatej skórze właściwej i podążają gradientem od powierzchownych do dolnych warstw skóry, podczas gdy fibroblasty FAP + CD90 + i FAP-CD90 + podążają za odwrotnym gradientem od niższych do powierzchownych warstw16. Co więcej, większość fibroblastów CD90 + brodawkowatej skóry właściwej znajduje się prawie wyłącznie wokół naczyń krwionośnych i wyraża marker fibroblastów okołonaczyniowych CD14629, a zatem prawdopodobnie wykazuje inne funkcje niż pozostałe fibroblasty siatkowate CD14616. CD146 może być wykorzystany jako dodatkowy marker w strategii bramkowania w celu wykluczenia tej populacji.
Po dysocjacji warstw skóry właściwej, wyizolowane komórki są barwione specjalnie zaprojektowanym koktajlem przeciwciał zawierającym różne przeciwciała w celu wykluczenia komórek odpornościowych, komórek śródbłonka i limfy, komórek naskórka, erytrocytów i MSCs w celu uzyskania czystych populacji fibroblastów. Warto zauważyć, że wybór markera do identyfikacji i wykluczenia MSC może być trudny ze względu na dużą liczbę opublikowanych markerów MSC30,31. Ponieważ MSCs wykazują ekspresję CD90, podobnie jak fibroblasty, dodatkowe markery MSC, takie jak CD105 lub CD271, mogą okazać się przydatne do ich identyfikacji. Jednak MSCs stanowią tylko bardzo niski odsetek wszystkich komórek skóry właściwej, a ponieważ fibroblasty CD90+ wykazują typowe cechy morfologiczne fibroblastów po sortowaniu, można argumentować, że wykluczenie MSCs za pomocą odrębnych markerów powierzchni komórek może być niepotrzebne.
Co ważne, przeanalizowaliśmy ekspresję genów FAP i CD90 po utrzymaniu komórek w hodowli przez 7-14 dni po sortowaniu (dane nie pokazane) i stwierdziliśmy, że ekspresja obu markerów jest regulowana w górę w odpowiednich posortowanych pojedynczych komórkach dodatnich (FAP+CD90- lub FAP-CD90+)16. W związku z tym podkreślamy, że wyżej opisane zestawy markerów i protokół pozwalają na izolację pierwotnych podzbiorów fibroblastów bezpośrednio z tkanki, ale nie z wcześniej hodowanych mieszanych populacji fibroblastów.
Niemniej jednak wykazujemy, że funkcjonalność wszystkich trzech subpopulacji jest zachowana w hodowli komórkowej niezależnie od zmiany ekspresji markerów powierzchniowych komórek, ponieważ fibroblasty posortowane jako FAP+CD90- fibroblasty brodawkowate nie nabywają zdolności do ulegania adipogenezie po dłuższym okresie hodowli, podczas gdy fibroblasty posortowane jako FAP+CD90+ lub FAP-CD90+ Fibroblasty siatkowate zachowują zdolność do różnicowania się w adipocyty 16. Co ważne, odkryliśmy również, że geny specyficzne dla brodawek włosowatych i siateczkowatych są nadal wyrażane w większym stopniu odpowiednio w FAP+CD90 i CD90+.
Podsumowując, ustaliliśmy protokół izolacji funkcjonalnie odrębnych podzbiorów fibroblastów za pomocą FACS, który po raz pierwszy pozwala na izolację i analizę czystych i naiwnych subpopulacji fibroblastów z ludzkiej skóry właściwej. Metoda ta stanowi duży postęp w stosunku do powszechnie stosowanego protokołu izolacji hodowli eksplantatów fibroblastów z górnej i dolnej części skóry właściwej, ponieważ (i) istnieje przeciwstawny gradient fibroblastów brodawkowatych i siatkowatych od powierzchni skóry do tkanki podskórnej oraz (ii) fibroblasty zmieniają swoją sygnaturę genową in vitro.