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顶尖学术期刊《自然》今天在线发表的一篇研究论文中，美国波士顿儿童医院（Boston Children’s Hospital）主导的一支科研团队带来了利用干细胞制造人类皮肤的重要进展。利用人类多能干细胞（iPSC）培养出的皮肤类器官，经过4-5个月，不但形成了皮肤特有的多层组织，更重要的是包含了毛囊、皮脂腺和神经回路，接近完整的真实皮肤。 研究人员相信，这项发现不仅可以帮助科学家研究人类皮肤的发育，更有望为那些受脱发、疤痕或遗传性皮肤病之苦的人带来革命性的治疗。
不起眼的毛孔，巨大的挑战 先来仔细看看皮肤。这是一种复杂的多层器官，主要由表皮层和真皮层组成，包括了毛囊、皮脂腺等各种附属结构。毛囊和皮脂腺的开口——毛孔，虽然不显眼，甚至还被一些爱美人士“嫌弃”，但要知道它们对于皮肤的功能极为重要，参与体温调节、体液维持、介导触觉及疼痛感知等各种过程。如果没有这些附属结构，皮肤也就难以正常地出汗、分泌油脂，以及长出毛发。 研究作者在论文中指出，出于研究和临床的目的，用包括了真皮细胞和表皮细胞的培养系统在体外重建人类皮肤已有40多年的历史，然而，有一个艰巨的难题一直未能解决，那就是在体外培养系统中长出含有功能性附件的皮肤。 类器官培养系统带来突破 在这项研究中，Karl Koehler教授及同事利用类器官（organoids）培养系统做出了突破，从人类多能干细胞出发，培育出具有各种皮肤特征的结构。 由于皮肤的表皮和真皮在发育时来源于不同的细胞类型，为了从多能干细胞中培养出包括这两种成分的皮肤类器官，研究人员仔细优化了培养条件，分步添加生长因子，先后诱导出表皮前体细胞和真皮前体细胞。 这些细胞长成了球体。70多天后，球体中开始出现毛囊，每个球体出现了近50个毛囊。与此相关的皮脂腺、神经、肌肉和脂肪也逐渐发育。经过4-5个月的培养期，这些类器官具有明显的表皮层和真皮层，而且含有毛囊、皮脂腺和紧密连接的神经回路。
▲体外类器官培养流程（图片来源：参考资料[2]） 研究人员用单细胞RNA测序等方法分析了体外培养的皮肤类器官。与胎儿标本比较来看，这些皮肤类器官与18周的胎儿面部皮肤相似。
▲体外培养140天的皮肤类器官发育特征与18周胎儿的面部皮肤相似（图片来源：参考资料[2]） 除了体外分析外，研究人员进一步通过动物移植实验，展现了这些新造皮肤的治疗潜力。 他们在免疫缺陷小鼠（以确保移植物不会被动物的免疫系统攻击）的背部皮肤中植入了培养的皮肤类器官。这些类器官不仅能够与小鼠表皮融合，在伤口处形成平面皮肤，而且其中55%的移植物继续生长，长出了2-5毫米的毛发。
▲移植到小鼠背部的皮肤类器官，像真正的人类皮肤那样，长出了黑色的毛发（图片来源：参考资料[1]） 未来的发展 《自然》同期的专文评述对这项研究给予了高度评价，认为“这项工作具有巨大的临床转化潜力”，为治愈秃顶的难题迈出了一大步。尽管在实现应用之前还需要解决很多问题，比如再生的效率和培养的时间等，但“我们相信这个希望终将成为现实”。 参考资料 [1] Jiyoon Lee et al., (2020) Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells. Nature. DOI: 10.1038/s41586-020-2352-3 [2] Leo Wang & George Cotsarelis (2020) Hair-bearing skin grown in a dish. Nature Doi: https:///10.1038/d41586-020-01568-2 |
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