Mesenchymal stem cells in an in vitro reconstructed human skin model: applicability in tissue engineering

A epiderme, camada mais superficial da pele, é composta por queratinócitos, que proliferam na camada basal e, à medida que são impelidos para as camadas mais superficiais, se diferenciam e expressam proteínas estrato-específicas. Em caso de traumas na pele, a homeostase epidérmica é afetada, sendo necessárias abordagens clínicas para seu restabelecimento. A engenharia tecidual é uma importante estratégia para a regeneração da pele, sendo o uso de células-tronco mesenquimais (CTM) do cordão umbilical, interessante na terapia celular. Esse projeto avaliou o potencial de transdiferenciação das CTM do cordão umbilical em queratinócitos em modelos tridimensionais (3D) de pele in vitro , utilizando os equivalentes dérmicos: i) colágeno tipo I e fibroblastos dérmicos, ii) matriz descelularizada, iii) scaffold comercial, iv) tela absorvível comercial. Foi investigada a expressão das proteínas epidermais CQ5, CQ10, involucrina e filagrina, por imunofluorescência e PCR em tempo real, além da atividade das KLK na hidrólise de substratos fluorogênicos. Também foram investigados, por PCR Array , genes envolvidos na cicatrização, expressos em modelos de pele 3D com CTM, além de sua modulação no caso de ferida na pele. Os resultados, apesar de não indicarem uma epiderme tipicamente estratificada, mostraram expressão dos marcadores CQ5, CQ10, involucrina e filagrina, bem como o aumento da atividade de KLK nos equivalentes epidérmicos constituídos de CTM, em todos substitutos dérmicos usados, indicando comprometimento das CTM induzidas com a transdiferenciação epidermal. A análise dos genes colágeno I, III, XIV, além de IGF-1 e TGF- β3, expressos por CTM em modelos de pele 3D sugere seu envolvimento na fase de remodelamento do processo cicatricial. Os modelos propostos, tanto para investigar a transdiferenciação epidermal das CTM, como seu envolvimento no processo de cicatrização, indicam sua aplicabilidade para uso na pesquisa com vistas ao seu aprimoramento e exploração em estratégias de medicina regenerativa.The epidermis, the most superficial layer of the skin, is composed of keratinocytes, which proliferate in the basal layer and, as they are pushed to the more superficial layers, differentiate and express stratum-specific proteins. In case of skin trauma, epidermal homeostasis is affected, requiring clinical approaches to restore it. Tissue engineering is an important strategy for skin regeneration, and the use of mesenchymal stem cells (MSC) from the umbilical cord is interesting in cell therapy. This project evaluated the transdifferentiation potential of umbilical cord MSCs into keratinocytes in three-dimensional (3D) skin models in vitro, using the dermal equivalents: i) type I collagen and dermal fibroblasts, ii) decellularized matrix, iii) commercial scaffold, iv) commercial absorbable mesh. The expression of epidermal proteins cytokeratin 5, 14 and 10, involucrin and filaggrin was investigated by immunofluorescence and/or real-time PCR, in addition to the activity of KLK in the hydrolysis of fluorogenic substrates. Genes involved in healing, expressed in 3D skin models with MSC, were also investigated by array PCR, in addition to their modulation in the skin wounds cases. The results, despite not indicating a typically stratified epidermis, showed expression of epidermal markers CK5, CK14, CK10, involucrin and filaggrin, as well as increased KLK activity in the epidermal equivalents made up of MSC, in all dermal substitutes used, indicating impairment of induced MSC with epidermal transdifferentiation. The analysis of collagen I, III, XIV genes, in addition to IGF-1 and TGF- β3, expressed by MSC in 3D skin models, suggests their involvement in the remodeling phase of the healing process. The proposed models, both to investigate the epidermal transdifferentiation of MSC, and their involvement in the healing process, indicate their applicability for use in research with a view to their improvement and exploration in regenerative medicine strategies