Nature開發毛囊類器官,可再生頭髮!媽媽再也不擔心我脫髮了!

2020-11-30 生物谷

2020年6月5日訊 /

生物谷

BIOON /——當從成年老鼠皮膚中分離出的

幹細胞

首次生成毛囊時，美國脫口秀節目The Tonight Show的前主持人Jay Leno開玩笑說，科學家們"治癒了禿頂……至少治癒了老鼠的禿頂"。16年過去了，現在的主持人將有機會提到，科學家已經"治癒"了人類的禿頂，現在Lee等人在《自然》（Nature）雜誌上撰文稱，他們已經從人類

幹細胞

中再生出了毛囊。這一成就使我們更接近於產生無限的毛囊供應，可以移植到頭髮稀疏或沒有頭髮的人的頭皮上。此外，如果這種方法到達臨床，有創傷、疤痕和

遺傳

性皮膚病的個人將有機會獲得革命性的治療。


對皮膚

組織工程

的研究始於1975年，當時一項具有裡程碑意義的研究表明，可以從人的皮膚表層(表皮)中分離出角化細胞，在培養中細胞數量增加。大約10年之後，從燒傷病人身上分離出來的角質細胞形成細胞薄片被作為救命的、永久性的移植物移植回病人體內。這項工作是2017年另一項重大成就的基礎。當時，一名患有交界性大皰性表皮鬆解症(導致皮膚嚴重脆弱)的男孩，用經過基因修正的細胞替換了他的表皮。為了使這種基於細胞的方法進一步發展，移植的皮膚除了表皮細胞外，還必須包括更多在正常皮膚中發現的成分：毛囊、產生色素的黑素細胞、汗腺、神經、肌肉、脂肪和免疫細胞。

圖片來源：Nature


Lee和他的同事們出場了。研究人員利用幹

細胞生物學

和毛囊發育等領域的研究成果，製造出了近乎完整的皮膚類器官，即在實驗室中培育出來的模擬皮膚發育的自組織組織。類器官已經被用來模仿各種器官，包括內臟、肺、腎和大腦。由於器官由許多細胞類型組成，器官通常由多能

幹細胞

形成，而多能幹細胞有能力形成所有的成年細胞類型。這些細胞可以是胚胎幹細胞，也可以是誘導多能

幹細胞

，它們是通過將成年細胞重新編程，使其達到胚胎樣狀態而產生的。


表皮和真皮--皮膚的另一個主要組成部分--是由早期胚胎中不同類型的細胞分化而來的。Lee等人優化了從人類多能幹細胞中產生包含這兩種成分的皮膚類器官所需的培養條件。作者順序地將生長因子添加到

幹細胞

中。首先，他們用BMP4和轉錄因子的抑制劑TGF-β誘導表皮的形成。接下來，他們用生長因子FGF2和BMP抑制劑對細胞進行處理，誘導顱神經嵴細胞的形成，從而形成真皮。


細胞在一個球體中生長。超過70天後，毛囊開始出現，最終產生毛髮。大多數毛髮由黑素細胞著色，黑素細胞也從顱神經嵴發育而來。與毛囊相關的組織--如皮脂腺、神經及其受體、肌肉和脂肪--也成功發育，最終形成了非常完整的皮膚。然而，一個缺失的成分是免疫細胞，它通常存在於毛囊內和毛囊周圍，在皮膚中發揮著不同的作用。


Lee和他的同事發現，他們的類器官表達的基因是下巴、臉頰和耳朵的皮膚特徵。有趣的是，頭皮上的真皮細胞也可能來源於神經纖維。這表明，這些類器官可能實際上模擬頭皮皮膚，同時也強調，通過改變細胞生長的培養條件，有可能定製生長方案，生成具有不同身體部位特徵的皮膚。


該小組的類器官將是一個完美的工具，用於分析各種生物途徑在皮膚發育中的作用--可以用來阻止蛋白質或途徑，並研究對皮膚生長的影響的小分子抑制劑或抑制性RNA分子。這種器官可與全基因組關聯研究或其他

遺傳

數據結合使用，分析特定的基因突變如何改變皮膚發育。它們還可以幫助建立皮膚和頭髮疾病的模型，並對實驗藥物的毒性和有效性進行篩選。


除了這些在體外的好處，作者證明了器官在體內有治療的潛力。他們將這種

器官移植

到免疫缺陷的老鼠身上(以確保移植的器官不會被動物的免疫系統排斥)，結果顯示，超過一半的器官繼續形成毛髮，毛髮分布在移植的表面。這說明了在傷口中引入皮膚類器官以促進癒合和防止瘢痕或者將它們移植到沒有毛髮的地方的激動人心的潛力。


然而，在這種治療方法成為現實之前還存在幾個問題。例如，頭發生長的效率和可再生性如何？移植後形成一個毛囊需要多少細胞？Lee等人開始回答第一個問題，他們在一個單獨的實驗室展示了可以在相同的培養條件下在類器官中生長毛髮。然而，處理單個幹細胞之間以及來自不同人的

幹細胞

之間的差異是一項艱巨的挑戰。

圖片來源：Nature


類器官發育毛囊所需的較長的時間與胎兒的皮膚發育相似。同樣，在這兩種情況下，在毛囊開始生長之前，皮膚都會經歷一個潛在的"休息"階段。這是未來研究的一個引人入勝的領域。然而，在

器官移植

前需要140天的準備工作，這可能會阻礙這項工作的治療潛力--例如，一個燒傷的人，不能等待那麼久才進行皮膚移植。進一步的研究，以了解在這個潛在階段發生的分子事件，可以提供策略加速這一過程使用分子改變相關的信號通路。


作者的方法的其他幾個方面也需要在轉移到臨床之前進行優化。目前研究中生長的毛髮都很小；在未來，需要進一步優化培養條件，形成大的頭髮絲。更好地描述雞尾酒培養中使用的某些成分--例如一種叫做基質凝膠的蛋白質混合物--將是必要的，以確保它們符合良好的生產實踐。未來的研究可能需要放棄使用多能幹細胞，因為多能

幹細胞

會產生不良的副作用，比如促進

腫瘤

形成。一個有吸引力的替代方法可能是使用成人

幹細胞

。


儘管有這些警告，Lee和他的同事們的研究是朝著治癒人類禿頂邁出的重要一步，並為其他更大的治療可能性鋪平了道路。至少，它值得你在深夜秀上大聲疾呼。這項工作為臨床轉化帶來了巨大的希望--我們相信研究最終會看到這一希望的實現。（生物谷Bioon.com）


參考資料：



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