Laser frakcyjny a starzenie skóry – rola fibroblastów i regeneracja naskórka

W opisach zabiegów medycyny estetycznej regularnie powraca zdanie: „pobudza fibroblasty do produkcji kolagenu”. Jest zrozumiałe i dobrze oddaje część procesów zachodzących po leczeniu. Z czasem stało się jednak tak powszechne, że zaczęło zastępować wyjaśnienie mechanizmu działania. Z perspektywy histologii ciekawsze jest szersze pytanie: co właściwie chcemy przywrócić starzejącej się skórze? Większą ilość określonego białka, lepszą organizację tkanki, sprawniejsze funkcjonowanie komórek, a może prawidłową współpracę między nimi?

Odpowiedź wymaga spojrzenia na fibroblast także jako na komórkę, która wpływa na zachowanie naskórka. To właśnie na styku tych dwóch warstw rozgrywa się część procesów istotnych dla starzenia skóry i dla jej odpowiedzi na leczenie.

Fibroblast wpływa na keratynocyty

Fibroblasty znajdują się w skórze właściwej, a keratynocyty tworzą zasadniczą populację komórek naskórka. Anatomiczne rozdzielenie tych warstw nie oznacza jednak ich funkcjonalnej niezależności.

Dobrze ilustrują to badania Sorrella i współpracowników. Autorzy porównali fibroblasty z powierzchownej, brodawkowatej części skóry właściwej z komórkami z jej głębszej, siateczkowatej warstwy. Oceniali między innymi, jak obie populacje współpracują z keratynocytami w modelach hodowlanych. Fibroblasty różniły się wydzielaniem czynników wzrostu i cytokin oraz sposobem, w jaki wspierały organizację naskórka. W obecności fibroblastów brodawkowatych keratynocyty tworzyły lepiej zorganizowane struktury. Przy fibroblastach siateczkowatych proces ten przebiegał inaczej, a tworzenie błony podstawnej było opóźnione [1].

Znaczenie tej obserwacji wykracza poza sam podział anatomiczny. Pokazuje ona, że właściwości naskórka zależą również od sygnałów, które otrzymuje on ze skóry właściwej.

Nie istnieje jeden uniwersalny fibroblast

Podział na fibroblasty brodawkowate i siateczkowate pozostaje użyteczny, ale współczesna biologia pokazuje obraz znacznie bardziej złożony. Philippeos i współpracownicy, łącząc profilowanie przestrzenne z analizą ekspresji genów w pojedynczych komórkach, wykazali w ludzkiej skórze obecność funkcjonalnie odmiennych subpopulacji fibroblastów. Komórki z różnych obszarów skóry właściwej zachowywały swoje odrębne właściwości także w hodowli [2].

Dla medycyny estetycznej to ważna korekta języka. Określenie „stymulacja fibroblastów” obejmuje wiele potencjalnie różnych odpowiedzi biologicznych. Sama głębokość działania urządzenia nie dowodzi też, że zabieg wybiórczo aktywuje określoną subpopulację. Taką selektywność trzeba wykazać bezpośrednio, w odpowiednio zaprojektowanych badaniach komórkowych i tkankowych.

Starzejący się fibroblast może gorzej wspierać naskórek

Mine i współpracownicy porównali fibroblasty brodawkowate i siateczkowate pochodzące od dawców w różnym wieku. Analizowali między innymi ich wzrost, wydzielanie wybranych białek oraz zdolność wspierania tworzenia naskórka w modelach skóry rekonstruowanej. Zmiany związane z wiekiem były w tych układach szczególnie widoczne w populacji brodawkowatej. Obejmowały spadek potencjału wzrostowego i zmianę profilu wydzielniczego, a towarzyszyły im różnice w zdolności wspierania morfogenezy naskórka [3].

Nie oznacza to, że głębsza część skóry właściwej jest odporna na starzenie. Wynik pokazuje raczej, że poszczególne populacje fibroblastów mogą starzeć się w różny sposób, a skutki tych zmian obejmują także sąsiednią tkankę. Pogorszenie organizacji naskórka nie musi więc wynikać wyłącznie ze zmian w samych keratynocytach. Częścią problemu może być utrata prawidłowego wsparcia ze strony fibroblastów.

Starzenie jako osłabienie komunikacji między komórkami

Tę perspektywę rozwinęły badania Solé-Boldo i współpracowników. Autorzy przeanalizowali transkryptomy ponad pięciu tysięcy fibroblastów ze skóry chronionej przed słońcem i zidentyfikowali cztery główne subpopulacje. Z wiekiem ich charakterystyczne profile ekspresji stawały się mniej wyraźne. Analiza wskazywała też na zmniejszenie liczby przewidywanych interakcji między fibroblastami a innymi komórkami skóry, w tym niezróżnicowanymi keratynocytami przy granicy skórno-naskórkowej [4].

Trzeba przy tym pamiętać o dwóch zastrzeżeniach. Były to interakcje przewidywane na podstawie ekspresji genów, a nie bezpośredni pomiar przekazywanych sygnałów. Badanie obejmowało ponadto tylko pięciu dawców, a tysiące przeanalizowanych komórek to nie tysiące niezależnych uczestników. Mimo tych ograniczeń praca dostarczyła ważnego obrazu zmian związanych z wiekiem. Starzenie skóry można dzięki niej rozpatrywać również jako stopniowe zacieranie się specjalizacji komórek i osłabienie współpracy między nimi.

Otoczenie fibroblastu także ma znaczenie

Funkcja fibroblastu zależy od warunków, w jakich komórka pracuje. Pokazały to badania Quana i współpracowników przeprowadzone w skórze osób w podeszłym wieku. Po iniekcji usieciowanego kwasu hialuronowego autorzy obserwowali zwiększenie mechanicznego podparcia otaczającej tkanki, wydłużenie fibroblastów i wzrost syntezy prokolagenu typu I. Zmianom tym towarzyszył wzrost ekspresji receptora TGF-β typu II oraz CTGF. Zwiększyła się także grubość naskórka i proliferacja keratynocytów [5].

Badanie dotyczyło konkretnej interwencji, czyli wypełniacza na bazie kwasu hialuronowego. Jego przesłanie jest jednak szersze: zmiana środowiska skóry właściwej może wywołać odpowiedź kilku populacji komórek, również tych w naskórku. To kolejny argument za tym, by oceniać regenerację szerzej niż przez pojedynczy wskaźnik, jakim jest produkcja kolagenu.

IGF-1: konkretny przykład współpracy fibroblastu z keratynocytem

Szczególnie interesującym elementem tej komunikacji jest insulinopodobny czynnik wzrostu 1 (IGF-1). Lewis i współpracownicy wykazali, że stan aktywacji receptora IGF-1 decyduje o tym, jak keratynocyt odpowiada na promieniowanie UVB. Komórki z nieaktywnym receptorem mogły kontynuować podziały mimo uszkodzeń DNA wywołanych przez UVB. Autorzy pokazali również, że senescentne fibroblasty tracą zdolność prawidłowej ekspresji IGF-1, a w skórze osób starszych jego ekspresja jest obniżona [6].

W tym układzie to fibroblast wpływa więc na sposób, w jaki keratynocyt reaguje na uszkodzenie. Znaczenie ma przy tym lokalna sygnalizacja w tkance. Wyniki te nie uzasadniają ogólnego zalecenia zwiększania stężenia IGF-1 w organizmie. Działanie czynników wzrostu zależy od kontekstu biologicznego, rodzaju komórki i stanu tkanki.

Odpowiedź na UVB obejmuje również naprawę DNA

Kolejnego argumentu dostarczyli Loesch i współpracownicy. W ich doświadczeniach zahamowanie aktywności receptora IGF-1 spowalniało lub ograniczało naprawę uszkodzeń DNA po ekspozycji keratynocytów na UVB. Zjawisko to badano w hodowlach komórkowych, w ludzkiej skórze ex vivo oraz w modelu przeszczepów ludzkiej skóry u myszy. W keratynocytach z nieaktywnym receptorem stwierdzono także obniżony poziom transkryptów wybranych genów naprawy przez wycinanie nukleotydów (NER) [7].

To przykład zależności, której nie pokaże żadne zdjęcie „przed i po”. Komórka może wyglądać tak samo, a jednocześnie inaczej reagować na uszkodzenie materiału genetycznego. Dlatego, oceniając wpływ zabiegu na starzenie skóry, nie powinniśmy poprzestawać na efekcie wizualnym. Równie ważne jest jego działanie biologiczne.

Gdzie w tym wszystkim pojawia się laser frakcyjny?

Fototermoliza frakcyjna polega na tworzeniu mikroskopijnych stref uszkodzenia, pomiędzy którymi pozostaje tkanka nieobjęta bezpośrednim działaniem wiązki. Takie rozmieszczenie bodźca uruchamia przebudowę, a jednocześnie zachowuje obszary uczestniczące w odnowie. Już w pracy Mansteina i współpracowników z 2004 roku ocena histologiczna obejmowała zmiany wykraczające poza sam kolagen, w tym bardziej pofałdowaną granicę skórno-naskórkową po leczeniu [8].

Dla osi fibroblast–naskórek szczególnie ważne okazały się jednak późniejsze badania Spandaua i współpracowników. W publikacji z 2012 roku wykazali, że po resurfacingu frakcyjnym skóry osób w podeszłym wieku zmniejsza się udział senescentnych fibroblastów, rośnie ekspresja IGF-1, a odpowiedź naskórka na doświadczalną ekspozycję na UVB ulega poprawie. Oceniano między innymi obecność keratynocytów, które jednocześnie wykazywały cechy proliferacji i zawierały uszkodzone DNA [9].

To istotna zmiana perspektywy: odpowiedź na zabieg można badać także przez to, jak funkcjonuje odbudowana tkanka. Wynik nie dowodzi przy tym, że każda senescentna komórka została „odmłodzona”. Zmniejszenie udziału takich komórek w tkance i odwrócenie senescencji pojedynczego fibroblastu to dwa różne zjawiska.

Czy zmiana biologiczna może mieć znaczenie kliniczne?

W badaniu opublikowanym w 2021 roku w „Journal of Clinical Investigation” Spandau i współpracownicy objęli obserwacją 48 osób po 60. roku życia z nasilonymi zmianami posłonecznymi. U każdego uczestnika leczono jedną kończynę górną, a druga stanowiła kontrolę. Zastosowano ablacyjny laser frakcyjny o długości fali 2790 nm. W opublikowanym okresie obserwacji odnotowano 2 nieczerniakowe raki skóry po stronie leczonej i 24 po stronie kontrolnej. Są to liczby zmian, a nie odsetki pacjentów [10].

Interpretując ten wynik, trzeba uwzględnić niewielką liczebność grupy, wyraźną przewagę mężczyzn (47 spośród 48 uczestników), jasne fototypy, nasilone wyjściowe fotouszkodzenie oraz malejącą w czasie liczbę obserwowanych osób. Wyników nie można automatycznie przenosić na inne lasery ani na młodszych pacjentów estetycznych [10].

Laseroterapia nie zastępuje fotoprotekcji, diagnostyki podejrzanych zmian ani opieki dermatologicznej. Badania te pokazują natomiast, dlaczego biologiczne konsekwencje przebudowy skóry zasługują na dalszą ocenę kliniczną.

Co ta wiedza zmienia w myśleniu o odmładzaniu?

Z przedstawionych badań wyłania się obraz skóry jako układu współpracujących komórek i struktur. Fibroblast wytwarza macierz, reaguje na jej właściwości i wysyła sygnały, które wpływają na naskórek. Z wiekiem każdy z tych elementów może ulec zmianie.

Dla praktyki medycyny estetycznej oznacza to potrzebę precyzyjniejszego opisywania celów terapii. Poprawa wyglądu, wzrost syntezy kolagenu, zmiana organizacji tkanki i modyfikacja odpowiedzi komórkowej to odrębne punkty końcowe. Wykazanie jednego z nich nie potwierdza automatycznie pozostałych. Doprecyzowania wymaga też samo określenie „laser frakcyjny”: przy interpretacji badań znaczenie mają urządzenie, parametry, technika zabiegu i charakterystyka leczonej skóry.

Z perspektywy histologii najciekawsze pytanie brzmi więc: jak funkcjonuje tkanka odtworzona po leczeniu? Ilość kolagenu pozostaje ważna. Pełniejsza ocena obejmuje jednak także jego otoczenie, organizację naskórka i zdolność komórek do prawidłowej odpowiedzi na kolejne bodźce.

Piśmiennictwo

1. Sorrell JM, Baber MA, Caplan AI. Site-matched papillary and reticular human dermal fibroblasts differ in their release of specific growth factors/cytokines and in their interaction with keratinocytes. J Cell Physiol. 2004;200(1):134–145. doi:10.1002/jcp.10474
2. Philippeos C, Telerman SB, Oulès B, et al. Spatial and single-cell transcriptional profiling identifies functionally distinct human dermal fibroblast subpopulations. J Invest Dermatol. 2018;138(4):811–825. doi:10.1016/j.jid.2018.01.016
3. Mine S, Fortunel NO, Pageon H, Asselineau D. Aging alters functionally human dermal papillary fibroblasts but not reticular fibroblasts: a new view of skin morphogenesis and aging. PLoS One. 2008;3(12):e4066. doi:10.1371/journal.pone.0004066
4. Solé-Boldo L, Raddatz G, Schütz S, et al. Single-cell transcriptomes of the human skin reveal age-related loss of fibroblast priming. Commun Biol. 2020;3:188. doi:10.1038/s42003-020-0922-4
5. Quan T, Wang F, Shao Y, et al. Enhancing structural support of the dermal microenvironment activates fibroblasts, endothelial cells, and keratinocytes in aged human skin in vivo. J Invest Dermatol. 2013;133(3):658–667. doi:10.1038/jid.2012.364
6. Lewis DA, Travers JB, Somani AK, Spandau DF. The IGF-1/IGF-1R signaling axis in the skin: a new role for the dermis in aging-associated skin cancer. Oncogene. 2010;29(10):1475–1485. doi:10.1038/onc.2009.440
7. Loesch MM, Collier AE, Southern DH, et al. Insulin-like growth factor-1 receptor regulates repair of ultraviolet B-induced DNA damage in human keratinocytes in vivo. Mol Oncol. 2016;10(8):1245–1254. doi:10.1016/j.molonc.2016.06.002
8. Manstein D, Herron GS, Sink RK, Tanner H, Anderson RR. Fractional photothermolysis: a new concept for cutaneous remodeling using microscopic patterns of thermal injury. Lasers Surg Med. 2004;34(5):426–438. doi:10.1002/lsm.20048
9. Spandau DF, Lewis DA, Somani AK, Travers JB. Fractionated laser resurfacing corrects the inappropriate UVB response in geriatric skin. J Invest Dermatol. 2012;132(6):1591–1596. doi:10.1038/jid.2012.29
10. Spandau DF, Chen R, Wargo JJ, et al. Randomized controlled trial of fractionated laser resurfacing on aged skin as prophylaxis against actinic neoplasia. J Clin Invest. 2021;131(19):e150972. doi:10.1172/JCI150972

Prof. dr hab. n. med. Paweł Surowiak
Dermamed Centrum Medycyny Estetycznej i Laseroterapii, Wrocław, www.dermamed.com.pl