Die Rolle der Keratinozyten in der dermalen Kollagenbildung

Eine neue Studie mit Axolotl zeigt, dass nicht nur Fibroblasten, sondern auch Keratinozyten eine zentrale Rolle bei der Produktion von Hautkollagen spielen.

Beim Menschen wird Kollagen vor und nach der Geburt gebildet. Bisher ging man davon aus, dass Fibroblasten die alleinige Rolle bei der Kollagenproduktion in der Haut spielen und Keratinozyten nicht zur Kollagenproduktion beitragen. Die Aussage „Die Kollagenproduktion in der menschlichen Haut wird durch Fibroblasten gewährleistet“ war in der Hautforschung eine unausgesprochene Übereinkunft.

In einer neuen Studie, die in „Nature Communications“ veröffentlicht wurde, stellten Wissenschaftler der Universität Okayama, Japan, diese Annahme jedoch infrage. Mithilfe der transparenten Haut von Axolotl entdeckten sie einen anderen Mechanismus der dermalen Kollagenbildung.

Um die Kollagenentwicklung zu verfolgen, untersuchten die Forschenden die Haut von Axolotl in verschiedenen Wachstumsstadien mithilfe fluoreszenzbasierter Mikroskopietechniken. Bei einer Größe von 5 cm bestand die Haut des Axolotls aus einer Epidermis mit Keratinozyten und einer dünnen, fibroblastenfreien Kollagenschicht in der Dermis, die sie Stratum coniunctum nannten. Während des Wachstums des Axolotls verdickte sich die Kollagenschicht, und erst später begannen Fibroblasten in sie einzuwandern, wodurch schließlich drei unterschiedliche Dermis-Schichten unter der Epidermis entstanden: Stratum baladachinum, Stratum spongiosum und Stratum compactum.

Studienergebnisse erfordern ein Umdenken

Jede dieser Schichten hatte eine einzigartige Kollagenstruktur, von denen keine dem ursprünglichen Muster des Stratum coniunctum entsprach. Da Kollagen bereits vorhanden war, bevor Fibroblasten zur dermalen Kollagenbildung beitrugen, suchte das Team nach der Quelle der Kollagenproduktion mithilfe einer neuen Kollagenmarkierungstechnik.

Die Ergebnisse waren überraschend: Starke Fluoreszenzsignale wurden in Kollagenfasern nachgewiesen, die von Keratinozyten und nicht von Fibroblasten gebildet wurden. „Bisher galten Fibroblasten als Hauptlieferanten von Hautkollagen. Alle Bemühungen in der Kosmetik- und Hautmedizinforschung konzentrierten sich auf die Regulierung der Fibroblasten. Die vorliegende Studie erfordert jedoch ein Umdenken. Wir haben klargestellt, dass Keratinozyten in erster Linie für die dermale Kollagenbildung verantwortlich sind“, erklärt Ayaka Ohashi, Doktorandin an der Graduate School of Environmental, Life, Natural Science, and Technology der Universität Okayama.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass Keratinozyten Kollagen in einer strukturierten, gitterartigen Anordnung auf ihrer Unterseite produzieren. Später wanderten Fibroblasten, die eine gitterartige Struktur und fingerartige Fortsätze aufweisen, in diese Kollagenschicht ein und modifizierten und verstärkten sie. Um zu bestätigen, dass dieser Prozess nicht nur bei Axolotl vorkommt, untersuchten die Forschenden andere Wirbeltiermodelle, darunter Zebrafische, Hühnerembryonen und Säugetierembryonen (Mäuse). Ihre Ergebnisse waren bei allen Arten konsistent, was darauf hindeutet, dass die durch Keratinozyten gesteuerte Kollagenproduktion ein evolutionär konservierter Mechanismus ist.

Bedeutung für die dermatologische Forschung

Zu verstehen, wie sich Kollagen vor der Geburt bildet, ist entscheidend, um der Hautalterung entgegenzuwirken und neue Behandlungen für kollagenbedingte Erkrankungen zu entwickeln. „Axolotl können eine gute Hautstruktur und ein gutes Aussehen für eine lange Zeit beibehalten. Sie haben eine Art ewige Jugend“, sagt Prof. Akira Satoh von der Universität Okayama. „Das könnte daran liegen, dass sie noch lange Zeit Kollagen in den Keratinozyten produzieren. Wir Menschen hingegen können die Kollagenproduktion in den Keratinozyten nach der Geburt nicht aufrechterhalten. Wenn wir den Mechanismus aufklären können, der es den Axolotl ermöglicht, die Kollagenproduktion in den Keratinozyten ein Leben lang aufrechtzuerhalten, könnten wir in der Lage sein, genau wie die Axolotl ewige Jugend zu erreichen“.

Diese Entdeckung verändert das Verständnis der Hautbiologie und könnte zu Durchbrüchen in der regenerativen Medizin, der Wundheilung und der Kosmetik führen. Aktuelle Hautpflegeprodukte zielen in erster Linie auf die Fibroblastenaktivität ab, zukünftige Behandlungen müssen sich jedoch möglicherweise stattdessen auf die Stimulierung der keratinozytengesteuerten Kollagenproduktion konzentrieren.