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行業新聞

《自然》:為“禿頂”投下治愈曙光!培養人造皮膚可長出毛發

2020/06/05

2004年,美國科學家第一次用老鼠皮膚中的干細胞培育出毛囊,當時美國知名脫口秀《今夜秀》的主持人Jay Leno開玩笑說,科學家“治愈了禿頭……至少在老鼠身上是這樣”。16年后的今天,學術期刊《自然》的一項最新研究成果終于向“治愈”人類禿頂邁出了重要一步。


當地時間6月3日,美國哈佛大學醫學院等機構在學術期刊《自然》刊文介紹人造皮膚領域的新突破——利用人類多能干細胞培養出可以長出毛發的皮膚類器官。


《自然》特別邀請美國賓夕法尼亞大學醫學院皮膚科Leo L. Wang博士與皮膚科主任George Cotsarelis教授就這一成果撰寫了新聞與觀點文章。


兩人評價稱,這一成果使人們離“產生無限量的毛囊更進了一步”,這些毛囊可以“移植到頭發稀疏或無發人的頭皮上”?!按送?,如果這一方法應用于臨床,那些有傷口、疤痕和遺傳性皮膚病的人將有機會獲得革命性的治療?!?/span>


George Cotsarelis在接受澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者采訪時表示,他相信這篇論文是解決脫發問題和頭發移植的一個重要步驟。


“作者證明,類器官(人造皮膚)可以移植到免疫缺陷小鼠體內且生長出頭發(human hair)。這表明它們最終可以移植到人類頭皮上?!笔褂妹庖呷毕菪∈笫菫榱舜_保移植物不會被小鼠的免疫系統排斥。


小鼠背部長出人類毛發


科學家對皮膚組織工程的研究始于1975年。當時,一項具有里程碑意義的研究發現,角質形成細胞可以從皮膚表層分離并在體外培養。大約10年后,從燒傷患者身上分離出的角質形成細胞開始用于皮膚移植,以挽救生命。


為使皮膚組織工程更進一步,移植皮膚必須包含更多正常皮膚的組成部分,例如毛囊、黑色素細胞、汗腺、神經、肌肉、脂肪、免疫細胞和表皮細胞等。上述美國哈佛大學醫學院等機構的研究便聚焦于此。


哈佛醫學院耳鼻喉科助理教授Karl Koehler、研究助理Jiyoon Lee和同事報告的類器官培養系統在仔細優化生長條件后,能夠利用人類多能干細胞生成皮膚類器官。


他們利用人類多能干細胞培養的皮膚類器官在培養4-5個月后,形成了多層皮膚組織,包含毛囊、皮脂腺和神經回路。將其移植到免疫功能不全的小鼠的背上皮膚后,55%的移植物上都長出了2-5毫米的毛發。這表明,該類器官能夠與小鼠表皮融合,形成含人類毛發的皮膚。


論文作者發現,他們的類器官在基因表達上具有下巴、臉頰和耳朵皮膚的特征。其他種種跡象表明,這些類器官實際上可能模擬頭皮皮膚;通過改變細胞生長的培養條件,也可以定制化地生成具有不同身體部位特征的皮膚。


70天進入生發階段


皮膚是一種復雜的多層器官,參與體溫調節、體液維持、觸覺及疼痛感知等各種過程。重建皮膚及其相關結構是生物醫學界長期以來的重大挑戰之一。


Cotsarelis表示,一般來說,在體外生成組織具有相當的挑戰性,因為細胞沒有在正常的環境中生長?!邦^發和皮膚在正確的三維環境中通過協調信號分子的過程形成。人工實現這一點是很有挑戰性的,但是作者能夠在他們的類器官中模擬其中的許多過程?!?/span>


論文詳細介紹了皮膚類器官的培養過程。Karl Koehler和同事在干細胞中添加了生長因子,使用骨形態發生蛋白4(BMP4)和轉化生長因子-β(TGF-β)的抑制劑來誘導表皮形成。接下來,他們對細胞施以生長因子FGF2和骨形態發生蛋白(BMP)的抑制劑,以誘導顱神經嵴細胞的形成,從而產生真皮。


細胞被放置在球體中生長。70多天后,毛囊開始出現,最終產生毛發。其中大多數毛發都是由黑色素細胞染色而成,黑色素細胞也由顱神經嵴細胞發育而來。隨后,與毛囊相關的皮脂腺、神經及其受體、肌肉和脂肪組織開始生成,最終形成了非常完整的皮膚。


生長效率等問題待解


Karl Koehler等人的研究展現了人造皮膚在傷口愈合、防止疤痕以及頭發移植方面的潛力。但Leo L. Wang認為,在真正應用于臨床之前,這項研究還有幾個問題需要解決。


例如,頭發的生長效率和重復性如何?如果用于移植,最終形成毛囊需要多少細胞?


Cotsarelis對澎湃新聞表示,上述人造皮膚缺少免疫細胞,而且目前還沒有證據表明它生長出的毛發可以像人的頭發一樣循環生長。


他還提到,在實驗室研究中,人造皮膚植入小鼠前需要準備140天,這可能會阻礙它的治療潛力。在現實中,燒傷患者的皮膚移植手術等不了這么長時間。


“盡管有這些聲明,Lee和同事的研究是朝著‘治愈’人類禿頂邁出的重要一步,并為其他更大的治療可能性鋪平了道路?!薄斑@項工作具有巨大的臨床轉化潛力,我們相信這個希望終將成為現實?!?/span>


來源:澎湃新聞

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