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真皮線維芽細胞は、皮膚の真皮層にある細胞で、結合組織を生成し、皮膚が損傷から回復できるようにする役割を担っています。[ 1 ]真皮線維芽細胞は、細胞小器官（特に粗面小胞体）を用いて、別々の細胞層を結合する結合組織を生成および維持します。 [ 2 ]さらに、これらの真皮線維芽細胞は、細胞外マトリックスを構成するラミニンやフィブロネクチンなどのタンパク質分子を生成します。線維芽細胞は、真皮と表皮の間に細胞外マトリックスを作成することで、表皮の上皮細胞がマトリックスに付着することを可能にし、それによって表皮細胞が効果的に結合して皮膚の最上層を形成できるようにします。
真皮線維芽細胞は、体内の間葉系幹細胞に由来する。 [ 3 ]角膜線維芽細胞と同様に、真皮線維芽細胞の増殖は線維芽細胞増殖因子（FGF）の存在によって刺激される。 [ 3 ]線維芽細胞は完全に分化または特殊化しているようには見えない。BioMed Centralの研究者らは、線維芽細胞のCDマーカーを調べた結果、これらの細胞には「特徴的なマーカー」が欠けていることを発見し、これらの細胞がさらに分化できることを裏付けた。[ 3 ]
真皮線維芽細胞のさらなる分化の一例として、損傷を受けた真皮線維芽細胞は、平滑筋の特徴を持つ線維芽細胞である筋線維芽細胞を生じることがある。真皮細胞は、アクチン遺伝子の発現を変化させることによって筋線維芽細胞に分化する（真皮線維芽細胞ではアクチン遺伝子の発現は抑制されている）。 [ 4 ]真皮線維芽細胞がアクチンを発現すると、細胞はゆっくりと収縮することができる。この収縮は、創傷治癒と線維化において重要な役割を果たす。分化した筋線維芽細胞は、組織を引き寄せて閉じることで、損傷後に皮膚を密封する（それによって感染を防ぐが、瘢痕形成を誘発する）。[ 4 ]筋線維芽細胞は、線維芽細胞以外の供給源からも生じることがある。肺損傷からのα-SMA発現の証拠に基づくと、筋線維芽細胞は間葉系幹細胞から直接「新たに発生する」可能性がある。[ 5 ]
他の線維芽細胞とは異なり、真皮線維芽細胞は他の細胞型に変化する可能性がはるかに低い。[ 4 ]例えば、真皮線維芽細胞と角膜線維芽細胞を同じ濃度の線維芽細胞増殖因子に置いた場合、真皮線維芽細胞は分化も変化もしない。細胞の微生物学の著者であるJ. Lewis博士とA. Johnson博士が指摘しているように、「皮膚由来の線維芽細胞は異なっており」、同じ化学刺激に対して他の線維芽細胞とは異なる挙動を示す。[ 4 ]
さらに、真皮線維芽細胞は、他の線維芽細胞に比べて、生体内環境でも試験管内環境でも複製する可能性が低い。真皮線維芽細胞は、細胞複製を行うために、はるかに高濃度の線維芽細胞増殖因子（FGF）を必要とする。[ 4 ]
真皮線維芽細胞は、表皮の重層扁平上皮細胞を組織化して一つの組織にする細胞外マトリックス（ECM）の生成を担っています。さらに、真皮線維芽細胞は、皮膚を体の筋膜に固定する長い線維状の結合組織を形成します。したがって、真皮線維芽細胞がなければ、体の中で最も大きく重い臓器である皮膚は、体の骨格にしっかりと固定されないでしょう。
真皮線維芽細胞は創傷治癒において重要な役割を果たすため、研究者らは2度および3度の熱傷を修復するために成熟した真皮線維芽細胞を生成しようと試みている。[ 6 ]体が3度の熱傷を負うと、皮膚の真皮層は熱によって完全に破壊され（創傷部位内のすべての線維芽細胞が死滅する）、線維芽細胞がないと創傷部位は細胞外マトリックスを再生できず、表皮細胞は創傷部位で増殖できない。[ 6 ]したがって、真皮線維芽細胞がないと皮膚は損傷から適切に回復できない。しかし、体の他の部位から間葉系幹細胞を分化させて創傷部位に注入することで、科学者らは体の熱傷部位に真皮線維芽細胞を回復させることができる。熱傷部位に線維芽細胞を回復させることで、体は創傷部位内のECMを修復し、損傷から回復することができる。[ 7 ]前述のとおり、「損傷した真皮は、細胞外マトリックスとケラチノサイト増殖促進因子を産生する線維芽細胞の動員と増殖によっても修復される。」[ 7 ]
同様に、FGFは組織の長期的な修復と密封を強化するためにフィブリンシーラントに挿入されています。[ 6 ] FGF-1は、体自身の接着組織が発達し、傷を効果的に密封する（それによって感染を阻止し、瘢痕形成を軽減する）ことを実験的に示しています。[ 6 ] FGFを使用して線維芽細胞の活動を刺激することは、結合組織を構成するコラーゲンの強固な性質により、現在の組織シーラントよりも組織を密封する効果的な手段です。アラバマ大学の研究者によって実施された研究では、フィブリン組織接着剤の接着特性が調べられました。試験では、フィブリン接着剤は、意図された医療濃度（ 傷口で29 mg/mL）であっても、せん断強度がわずか17.6キロパスカルであることがわかりました。[ 8 ]さらに、カリフォルニア大学で行われた別の研究では、フィブリン接着剤の弾性率（応力/ひずみ）は平均53.56 kPaであることがわかりました。[ 9 ]人体は組織を結合するために、コラーゲンとエラスチンを使用して優れたせん断強度を得ています。コラーゲン鎖が強い線維に束ねられたI型コラーゲンは、タンパク質の構造的完全性を高める独特の三重らせん構造を持っています。実際、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの医学部が行った研究では、純粋なI型コラーゲンの弾性率は5 GPaから11.5 GPaであることが実験的に判明しました。[ 10 ]したがって、純粋なI型コラーゲンはフィブリンよりも約100万倍も構造的完全性が高いです。そのため、コラーゲンはフィブリンよりもはるかに変形しにくく、コラーゲン繊維はフィブリンポリマーの鎖よりも組織間の結合をはるかに強くします。
線維芽細胞はフィブロネクチンなどの接着性タンパク質を生成することで、通常、体外での生存率が低い細胞の培養を助けるために研究室で使用されています。たとえば、線維芽細胞は、細胞アポトーシスを起こしやすいヒト幹細胞の生存率を高めるために利用されてきました。ハーバード幹細胞研究所の研究者が指摘しているように、真皮細胞「ヒトケラチノサイト[幹細胞]は、線維芽細胞フィーダー細胞上で培養すると体外で増殖させることができる」[ 7 ] 。
幹細胞の培養と増殖を改善することに加えて、真皮線維芽細胞も幹細胞になることができます。真皮細胞は他の線維芽細胞タイプよりも可塑性が低いものの、研究者はこれらの細胞を誘導多能性細胞（IPC）に変えることができます。[ 7 ]
ハーバード幹細胞研究所の研究者らが指摘したように、研究者らは鎌状赤血球貧血のマウスから線維芽細胞を採取し、ウイルスを用いて「これらの細胞を多能性幹細胞に再プログラムし、相同組換えによって遺伝的欠陥を修正し、これらの多能性細胞を造血系譜へと誘導し、これらの遺伝子操作された細胞を致死量の放射線を照射したマウスに移植した」[ 7 ] 。線維芽細胞幹細胞治療を受けた動物は活動レベルが上昇し、疾患からの回復を示した[ 7 ] 。