《Nature》研究新突破,禿頭有救了

作者 | 發布日期 2020 年 06 月 12 日 15:30 | 分類 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


當代年輕人的「真實禿頭寫照」──頭髮在衣服上、床上、地上、梳子上,就是不在頭上。

雖然禿頭不是病,禿起來卻「要人命」。不過《Nature》近期研究給日漸禿頭的少男少女帶來希望──美國哈佛大學醫學院等機構利用人類多功能幹細胞,培養出可長出毛髮的皮膚類器官。

研究成果發表於《Nature》,題為「Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells」。

皮膚研究長達 45 年

皮膚組織工程研究這件事,科學家深耕了 45 年。皮膚工程研究最早開始於 1975 年,當時研究表明,角質形成細胞可從人體皮膚表層分離且培養。大概十年後,新研究表明,從燒燙傷患者皮膚分離出的角質能形成細胞薄片,重新移植給患者。

到了 2017 年,研究又取得新進展。透過基因修正細胞,一名患有大皰性交界性表皮鬆解症(皮膚受輕微摩擦或碰撞後出現水皰及血皰)的男孩成功移植了新皮膚。

為了推動皮膚組織工程研究發展,移植皮膚必須包含更多皮膚組織,包括毛囊、黑色素細胞、汗腺、神經、肌肉、脂肪、免疫細胞、表皮細胞等。

哈佛大學醫學院研究人員正是聚焦於此。研究人員利用幹細胞生物學和毛囊發育領域研究,在實驗室模仿發育中的皮膚組織,生成近乎完整的皮膚類器官。其中涉及「多功能幹細胞」參與。滿足一定條件時,多功能幹細胞能分化成多種細胞,可以是胚胎幹細胞或誘導多功能幹細胞,對類器官形成有重要作用。

研究人員又是如何生成皮膚類器官?

禿頭女/男孩的希望

解釋研究前,需先了解人體皮膚構造。

人體皮膚由表皮和真皮構成,表皮在皮膚表面,可再分為角質層和生髮層兩部分。真皮比表皮厚,有豐富血管和神經組織。

▲ 研究圖解。(Source:Nature

研究人員首先添加骨形態發生蛋白 4(BMP4)和轉化生長因子-β(TGF-β)抑制劑至幹細胞,一次誘導表皮形成。接著,研究人員錯開時間添加生長因子 FGF2 和骨形態發生蛋白(BMP) 抑制劑,誘導顱神經嵴細胞,進而形成真皮。

經過 70 多天培養,細胞以球狀發育逐漸長成皮膚類器官,並開始出現毛囊,且長出頭髮。由於是從顱神經嵴發育而來,大多數頭髮會被顱神經嵴的黑色素細胞染色。

不僅如此,與毛囊相關的組織如皮脂腺、神經及受體、肌肉和脂肪等也逐漸發育生長,形成較完整的皮膚。不過,免疫細胞還沒出現。

當培養期延長到 140 天時(接近體外培養時間上限),皮膚類器官的外觀十分接近 18 週胎兒臉部皮膚。

(Source:Nature

為了進一步研究,研究人員將體外培養皮膚類器官移植到免疫功能不全小鼠的背部。結果發現,皮膚類器官能與小鼠皮膚融合,有 55% 移植向外長出 2~5 公釐毛髮(多令人激動的結果)。

另外,研究人員透過單細胞 RNA 測序分析發現,這類培養的皮膚類細胞會隨著培養條件變化,呈現不同狀態,基因表達會呈現下巴、臉頰或耳朵等不同部位皮膚特徵。也就是說,隨著研究進步,未來或許能根據培養條件,自訂不同部位的皮膚類器官。

顯然這研究發現對皮膚修復、傷口癒合、脫髮等治療有正面意義,但對皮膚工程研究,還尚未結束。

研究,未完待續

作者在《Nature》刊文指出,這種治療方案成為現實之前,還有一些待解決的問題。例如:

  • 人體的免疫細胞會不會排斥移植皮膚類器官?
  • 頭髮如何有效繁殖?
  • 需要多少個細胞才能形成毛囊以移植?
  • 對亟需皮膚移植的患者(如燒燙傷患者),如何縮短 140 天培育期?

因此,研究方法還需不斷優化才能應用於醫學治療。

研究人員還指出,多功能幹細胞可能有些不良副作用,例如可能引起腫瘤形成等,後續工作還需減少使用多功能幹細胞,用成體幹細胞代替。

不過要肯定的是,哈佛大學醫學院研究具重要意義,儘管還有挑戰,但研究人員持樂觀態度:

這項工作有巨大的臨床轉化潛力,我們相信希望終將成為現實。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:pixabay

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