未分化的人類幹細胞被誘導在體外發育成皮膚狀結構。當移植到小鼠身上時,這些結構會產生毛髮,凸顯了該方法在再生治療運用的潛力。美國脫口秀節目《今夜秀》的前主持人Jay Leno在得知毛囊首次成功從成年小鼠皮膚中分離出的幹細胞生成時,曾開玩笑說,科學家"至少在小鼠身上治癒了禿髮......",16年後,現任主持人將有機會談談科學家已經"治癒"了人類的禿髮。Lee等人已在《自然》期刊上發表了從人類幹細胞中再生出毛囊的論文,這一成果使我們更接近於提供無限的毛囊供應,並將其移植到頭髮稀疏或沒有頭髮的人的頭皮上。此外,如果這種方法進入臨床,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。
 

1|體外生長的皮膚為一種未來的臨床療法
 
自然期刊原始資料
Natural Published: 03 June 2020
Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells
Jiyoon Lee, Cyrus C. Rabbani, Hongyu Gao, Matthew R. Steinhart, Benjamin M. Woodruff, Zachary E. Pflum, Alexander Kim, Stefan Heller, Yunlong Liu, Taha Z. Shipchandler & Karl R. Koehler
 
皮膚組織工程研究始於1975年,當時一項具有里程碑意義的研究指出,人類的皮膚表層(表皮)中可分離出角質細胞,並可進一步將其培養以擴大細胞數量。近十年後,臨床已可從燒傷患者身上分離出角質細胞片,並將其移植回他們的身體,作為拯救生命的永久性移植手段。該工程也是2017年另一項非凡成就的基礎,當時,一名患有表皮分解性水皰症(可導致皮膚脆弱)的男孩就利用了經基因改正的細胞替換了他的表皮。為了使這種細胞工程得到進一步的發展,移植之皮膚必須包括更多正常皮膚中的成分,如毛囊、產生色素的黑色素細胞、汗腺、神經、肌肉、脂肪和免疫細胞等,此外還應有充足的表皮細胞。
 
讓我們談談Lee和其同僚的論文。Lee利用幹細胞生物學和毛囊發育領域的研究成果,生成了近乎完整的皮膚類器官體,即在實驗室中模仿發育中的皮膚生長的自行組織之組織,該類器官體已被培育以模仿各種器官,包括腸道、肺、腎臟和大腦。由於類器官體由許多細胞類型組成,有能力形成所有成人細胞類型。類器官體可以是胚胎幹細胞或誘導多能幹細胞,可通過重新設計成人細胞至類似胚胎的狀態而形成。
 
表皮和真皮,皮膚的另一個主要成分,來自早期胚胎的不同細胞類型。Lee等人優化了從人類多能幹細胞生成含有這兩種成分的皮膚器官所需的培養條件。作者依次向幹細胞中添加生長因數,首先,他們使用BMP4和轉錄因數TGF-β的抑制劑來誘導表皮的形成;接著使用生長因數FGF2和BMP抑制劑處理細胞,誘導顱神經脊細胞的形成,從而產生真皮層,脂肪細胞層也在此階段形成。
 
相關細胞呈球狀生長,經過漫長的休眠期(70多天)後,類器官體中形成了完整的皮膚細胞,開始出現毛囊,包括50個左右的毛囊,最終產生毛髮。當類器官體植入皮膚後,毛囊自然會按照正確的方向定位。這些類器官體有可能被用於治療禿頂和遺傳性皮膚病,或促進傷口癒合。
 
大多數毛髮是由黑色素細胞著色的,黑色素細胞也是從顱神經脊發育而來的。與毛囊相關的組織,如皮脂腺、神經及其受體、肌肉和脂肪等,也開始發育,從而在盤中形成了非常完整的皮膚。然而,一個缺少的組成部分是免疫細胞,它們通常在毛囊內和周圍,並在皮膚中發揮著不同的作用。
 
此外,作者還證明了類器官在體內具有治療潛力。他們將類器官移植到免疫缺陷的小鼠上(以確保移植物不會被動物的免疫系統排斥),並表明剛好有一半以上的類器官繼續形成頭髮,並分佈在移植物表面。這說明了將皮膚類器官引入傷口以促進癒合和防止疤痕,或將它們移植到缺少頭髮的區域中的令人興奮的潛力。
 
 
但是,在這種治療方法成為現實之前還存在幾個問題。例如,頭髮如何有效地繁殖?移植後最終需要多少個細胞才能形成毛囊?李等人。通過顯示一個單獨的實驗室可以在相同的培養條件下用類器官來生髮,從而面對第一個問題。然而,處理單個幹細胞之間以及來自不同人的幹細胞之間的變異性是艱鉅的挑戰。
 
作者的方法的其他幾個方面也需要進行優化,然後才能轉移到診所。在本研究中生長的頭髮很小。將來,將需要進一步優化培養條件以形成大頭皮毛。必須對培養混合物中使用的某些成分(例如稱為Matrigel的蛋白質混合物)進行更好的表徵,以確保它們符合良好的生產規範。並且未來的工作可能需要遠離使用多能幹細胞,多能幹細胞會產生不良副作用,例如促進腫瘤形成。一個有吸引力的替代方法可能是使用成體幹細胞。
 
儘管有這些難處,Lee及其同事的研究還是朝著“治愈”人類脫髮邁出的重要一步,並為其他更大的治療可能性指引方向。
 
 
By iwanthair blog 董哥的家 編譯自自然期刊新聞稿

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