新突破,人造皮膚竟然擁有天然皮膚張力

2020-12-26 澎湃新聞

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作者：Yun

導言：人造皮膚的發展，最早可以追溯到20世紀80年代。隨著時代的發展、社會的需求，人造皮膚竟然發展出有天然皮膚張力了！

皮膚是人體面積最大的器官，可以保持人體水分平衡，並作為第一道防線抵抗外界細菌入侵。皮膚上豐富的感受器官讓我們可以感知冷熱乾濕，疼痛壓力，此外，皮膚還具有柔軟、可拉伸、自我修復等多種特性。

隨著材料科學、生物工程和電子信息等科學的飛速發展以及人們出於追求美觀和功能等原因對人造皮膚需求的持續增長，越來越多的科學家將研究目光投向了這一領域。最近有研究開發了有天然皮膚張力的人造皮膚。

這項研究由RIKEN生物系統動力學研究中心（BDR）的研究人員進行，並於10月30日發表在《Communications Biology》上，題為「Tissue-scale tensional homeostasis in skin regulates structure and physiological function。」

圖 文章發表 來源：《Communications Biology》

人造皮膚（Artificial Skin）是利用工程學和細胞生物學的原理和方法，在體外人工研製的皮膚代用品，用來修復、替代缺損的皮膚組織。

人造皮膚最新研究

RIKEN生物系統動力學研究中心（BDR）的研究人員開發了一種改進的人體皮膚等效物，可以在橫向上再現牽引力平衡，該特性可以控制皮膚的結構和生理功能。這種人造皮膚將增強對皮膚生理功能的深入分析，為疾病或衰老引起的皮膚問題提供解決方案，並減少對動物測試的需要。

理研BDR的Takashi Tsuji領導的研究小組與日本ROHTO製藥株式會社合作，開發出了再現自然皮膚張力平衡的人體皮膚等效物（HSE），並研究了張力平衡在控制皮膚結構和功能方面的作用。

通過探究皮膚張力平衡的分子機制，研究團隊發現，與沒有張力的人造皮膚相比，具有張力平衡的合成皮膚在真皮層中擁有更多的膠原纖維，繁殖更多的初級皮膚細胞，並且某些基因的表達量更大。這意味著張力平衡有利於HSE的癒合和再生，使其對一些藥物的反應更靈敏。研究人員認為，皮膚張力平衡通過機械應力信號調節皮膚功能。

醫療保健市場預計將在10年內增長到5.25萬億美元，減少使用動物，特別是用於護膚品和藥品的需求正在增加。Tsuji說："HSE對於科學驗證的皮膚保健和疾病研究有著至關重要的作用，可以幫助我們減少在動物身上的研究。我們的研究將在醫療保健和藥物發現領域開闢一個動物實驗替代的新領域。我們相信，我們的HSE模式將極大地促進下一代護膚品的技術發展，提高生活質量。"

人造皮膚市場

據相關資料顯示，我國每年嚴重燒傷的病人有近10萬人次，如果以燒傷病人每人燒傷30%皮膚來計算，平均治療一個人需要4500平方釐米。除了燒傷病人，糖尿病性皮膚潰瘍、巨大色素痣、靜脈性皮膚潰瘍以及癌症患者等，均需要皮膚移植，我國此類患者有近千萬人。預計人造皮膚治療移植市場容量到2020年將超過800億元。此外，人造皮膚面膜產品正逐漸進入醫療美容市場。2019年12月，首款人造皮膚面膜正式出售，預計未來幾年有望產生億元級市場。

人造皮膚發展盤點

人造皮膚的發展，最早可以追溯到20世紀80年代。到目前為止，許多科學家已從生物高分子材料或合成高分子材料中製造出了一二十種人造皮膚。他們把這些材料紡織成帶微細孔眼的皮片，上面還蓋著一層層薄薄的、模仿「表皮」的製品。

目前，使用廣泛的高分子材料普遍具有優良的生物親和性。如：來源於動物細胞的膠原，通過凍幹成型製備的膠原膜，此外還有透明質酸膜、聚乳酸膜等。其基本特點是可誘導自體的組織細胞浸潤生長，形成新的、結構規則的真皮樣組織，從而重建真皮層。

圖：膠原-殼聚糖/矽橡膠皮膚再生材料 圖片來源於網絡

2018年2月，史丹福大學的鮑哲南團隊發布的超強靈敏度的人造皮膚，感知能力如同真皮膚一樣，而且比人的皮膚功能更強大，不但能隨時監控各種生理指標，還能將體內的信息與外界相連接。

2019年5月，印度研究人員成功利用3D生物列印技術列印出人造皮膚，具有與天然人體皮膚相似的解剖學結構和生化特性等。

2019年7月，發表於《科學—機器人學》雜誌上的一項科學成果顯示，新加坡國立大學的班傑明·蒂和同事發明了一種能感知溫度和壓力的人造皮膚，其發送信號的速度比人類神經系統快1000 倍。

2019年11月，在第二屆進博會上，日本花王帶來人造仿生皮膚纖維技術新品。該技術運用專業儀器可像噴霧一樣將直徑僅有頭髮絲百萬分之一的纖維絲噴在肌膚上，輕輕一按就形成一層薄膜，堪稱「第二層皮」,該類技術主要用於人造皮膚面膜，12月份該類產品首次面世。

人造皮膚發展趨勢

對於需要皮膚移植的疾病患者而言，人造皮膚的發展具有重要意義和價值。疾病性皮膚移植是剛需，這類人造皮膚一方面需要保證與人體組織親和性良好，並且可以促進組織修復生長。此外，感覺性人工皮膚為人工皮膚植入人工神經，為移植者提供感覺，這將是人造皮膚發展的又一突破性進展，目前該類產品還處於實驗室階段。

對於醫學美容而言，人造皮膚幾乎用於美容手術的各方各面，此外，人造皮膚面膜類的護膚品在市場上擁有巨大潛力。護膚類人造皮膚的主要功能是保水保溼，促進皮膚膠原生成等，重點在於人工皮膚成分組成和結構的創新。

參考資料：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-10-artificial-skin-functions-natural.html

【2】https://www.nature.com/articles/s42003-020-01365-7

原標題：《【Nature子刊】新突破！人造皮膚竟然擁有天然皮膚張力！（附：最新研究進展）》

閱讀原文

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    作者：Yun導言：人造皮膚的發展，最早可以追溯到20世紀80年代。隨著時代的發展、社會的需求，人造皮膚竟然發展出有天然皮膚張力了！隨著材料科學、生物工程和電子信息等科學的飛速發展以及人們出於追求美觀和功能等原因對人造皮膚需求的持續增長，越來越多的科學家將研究目光投向了這一領域。最近有研究開發了有天然皮膚張力的人造皮膚。
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