Koordination zwischen Zelltypen in gesunder Haut kartiert

Ein neuer organspezifischer, räumlicher Atlas der menschlichen Haut stellt die zelluläre Zusammensetzung und die funktionellen Mechanismen der Haut an mehr als einem Dutzend anatomisch unterschiedlicher Orte dar.

In einer neuen Studie, veröffentlicht in „Nature Genetics“, erstellten Forschende der Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York (USA) eine umfassende Kartierung von über einer Million Zellen aus normaler, menschlicher Haut und identifizierten 45 verschiedene Zelltypen, deren Zusammensetzung und Anordnung zwischen Körperregionen variiert. Diese detaillierte Analyse wichtiger epidermaler und dermaler Zellfunktionen bringt die Forschung einen Schritt näher an die Entwicklung zielgerichteter Therapien heran.

Bestimmung der molekularen Determinanten

Viele kutane Erkrankungen treten bevorzugt an bestimmten Körperstellen auf. So zeigt sich Psoriasis häufig an Ellbogen, Knien oder der Kopfhaut. In jeder Region organisieren sich Zellen in multizelluläre mikroanatomische Netzwerke, sogenannte multizelluläre Nachbarschaften, bestehend aus verschiedenen Zelltypen, die gemeinsam für Immunüberwachung, Pathogenerkennung, Erfassung geschädigter Zellen oder maligner Transformationen verantwortlich sind. Diese Systeme sind bei Hauterkrankungen häufig gestört und müssen therapeutisch wiederhergestellt werden.

Ziel der Forschenden war es, die molekularen Determinanten dieser multizellulären Nachbarschaften zu identifizieren. Dafür wurden mehr als 1,2 Millionen Zellen aus 15 anatomischen Regionen von 22 Spendern analysiert, um einen räumlichen Atlas der Haut zu erstellen. So entstand eine hochauflösende Karte, die jede einzelne Zelle in ihren genauen Schichten und Positionen in gesunder menschlicher Haut abbildet. Die Wissenschaftler definierten regionenspezifische Zellzusammensetzungen sowie deren Organisation in 10 wiederkehrende multizelluläre Nachbarschaften, die sich in ihrer Häufigkeit über den Körper hinweg unterscheiden.

Perivaskuläre Nachbarschaft als hautassoziiertes lymphatisches Gewebe

Eine dieser Nachbarschaften bestand aus Immunzellen, insbesondere dendritischen Zellen und T‑Lymphozyten, die zusammenarbeiten. Diese Anordnung befand sich um kutane Blutgefäße herum und wurde als „perivaskuläre Nachbarschaft“ bezeichnet. Sie enthielt ebenfalls nicht immunologische Zellen, darunter eine spezialisierte Subpopulation von Fibroblasten des Bindegewebes, die entscheidend für die Organisation und räumliche Positionierung der Immunzellen sind.

Die Forschenden betonen, dass diese perivaskuläre Struktur funktionell an lymphoide Gewebe anderer Organe, etwa die Tonsillen – die die Mundhöhle immunologisch überwachen – erinnert und somit als hautassoziiertes lymphatisches Gewebe betrachtet werden könnte. Innerhalb dieser perivaskulären Nachbarschaft identifizierten sie eine zentrale Rolle des Tumornekrosefaktors (TNF), eines Zytokins, das zwar entzündungsinitiierend wirkt, in gesunder Haut jedoch essenziell für den Erhalt der spezialisierten Fibroblasten ist. Dies unterstreicht die fundamentale Kommunikation zwischen strukturellen Zellen und Zellen des Immunsystems.

Multizelluläre Strukturen im Visier neuer Therapieansätze

Bei Vergleichen molekularer Veränderungen verschiedener Körperregionen und der pathologischen Modifikationen dieser Nachbarschaften fanden die Forschenden Hinweise auf funktionelle Beeinträchtigungen im perivaskulären Netzwerk unter Krankheitsbedingungen, was auf potenzielle therapeutische Zielstrukturen schließen lässt. Die Autoren folgern, dass multizelluläre Nachbarschaften die molekulare und strukturelle Organisation der Haut bestimmen, Zell‑Zell‑Interaktionen koordinieren, physiologische Funktionen steuern und bei Erkrankungen strukturelle Desorganisation aufweisen.

Einen wesentlichen methodischen Fortschritt stellte der Einsatz von räumlicher Transkriptomik dar. Durch die Anwendung dieser Technik auf menschliche Haut gelang es den Forschenden, eine mehrstufige Ansicht zu erzeugen – von der makroskopischen Gesamtstruktur bis auf das molekulare Detailniveau.

Die Entdeckung dieser einzigartigen Zelltypen und räumlichen Organisationen in menschlicher Haut legt den Grundstein für die Entwicklung neuer Therapieansätze, etwa in der Gewebeengineering‑ und Stammzellforschung, um zentrale Strukturen und Funktionen gesunder Haut zu regenerieren. (ins)