美科学家培育出奇特人造皮肤,“程序猿”的头秃有救了?

科学辟谣 2020-06-12

  美科学家使用干细胞技术,制造出一种奇特的人造皮肤,有望拯救头秃。除了有点贵,时间有点费,其他都很完美。

  

  电镜下的“人造皮肤” |论文截图,Nature

  作者 | 郭菲 生物工程博士

  编辑 | 张昊

  网络上一直流传着众多与程序猿头发有关的段子。比如,“程序猿:哥缺的不是钱,是头发”;“程序猿脱发算不算工伤”;“程序搞起来很轻松,就是头冷”等等。

  这些段子的背后是一个可怕的事实——一旦开始脱发,想要再生就十分困难了,这也是人类一直被脱发困扰的主要原因。不过,上周发表在《自然》杂志上的一项研究却让人们看到了让秀发重新复活的曙光。

  美国研究人员利用具有再分化能力的干细胞,在实验室内制造出了具有完整组成和一定三维结构的人类皮肤组织。这种包含毛发的皮肤“类器官”,与发育中胎儿的头皮组织非常相似。当研究人员把培养好的皮肤组织移植到小鼠身上后,后者居然长出了类似人类的毛发。

  新技术将毛囊、皮肤问题一起解决

  目前对于脱发、发稀的治疗方案,主要集中在尽可能延长毛囊寿命,或者让毛囊中萌出的细发变粗、数量增加等。但当脱发区的毛囊完全衰老坏死,除了进行自体植发(将后颈部的毛囊取出后植入到脱发处),暂时没有多少很好的解决方案。

  

  男(上)女(下)都逃不掉脱发魔爪 |来源:作者自制

  如果能够有办法让毛囊重新生长发育,对于解决脱发问题来说,无疑是一劳永逸的最佳方案。可惜的是,无论生发产品的广告宣传多么天花乱坠,让毛囊获得生物学意义的再生长仍然难于登天。

  而这次美国研究人员取得的成果,不光是实现了毛囊的再生,还获得了包括脂肪层、汗腺、神经、毛囊以及血管在内的完整皮肤结构。

  这种来自干细胞技术的人造皮肤,不光在治疗脱发方面具有应用前景,在皮肤病、皮肤癌以及烧伤的治疗方面都可能发挥重大作用。

  奇怪的iPS人造皮肤:毛囊乱长?

  虽然说制造的是人造皮肤,但它的构成要素却是实实在在的人体细胞,而并非所谓的合成材料。这种人造皮肤来源于“诱导多能干细胞”(一种人工干预产生的细胞),简称iPS细胞,它具有强悍的分化能力,可以“变身”成构成人体的绝大多数细胞。

  研究人员对提取自成人的iPS细胞进行培养,并调控其分化速度。他们发现,表皮细胞、真皮细胞和脂肪层会率先形成。之后开始出现的毛囊,却呈现出非常怪异的现象——它们是倒着生长的。

  在正常皮肤中,毛囊藏在皮肤里,毛囊中的毛发最后会露出表面。但奇怪的是,在该研究培养的皮肤样品中,毛囊却像发梢一样长在皮肤外面,真正的发梢反而扎根在皮肤中。

  等到培养开始120天后,这种“倒置”变得越发明显,毛发继续向皮肤内茁壮生长。最后,表皮和毛囊形成一个球状的囊肿组织。此时神经、皮脂腺甚至软骨等也都发育形成,但它们并未卷曲到球囊中。

  

  “倒置”生长的毛囊,长在皮肤之外 |参考文献1

  在这个诡异的组织形态中,各个组成都保持了良好的生长态势。但它们的结合似乎出了一些“编程”上的问题,导致了奇特的立体结构。

  不过,接下来发生的事情却更加吊轨(但结果是好的)。

  惊喜转折:移植后变成正常皮肤!

  为了验证培养组织的移植活性,研究人员将它们移植到了经过基因改造而免疫机能受到抑制的小鼠身上。结果发现这些皮肤组织可以和小鼠现有的皮肤很好融合,不仅能够得到正常供血,有一半的小鼠身上,都长出了人类毛发。而且,这些毛发又恢复了毛囊向下发梢朝天的正常形态。

  研究人员认为,这说明移植地点周围现有的皮肤细胞可能向新来的人工皮肤施加了某种修正指令,让它们暂时并不规整的立体结构得以恢复到正常形态。

  这一现象对于我们来说无疑是个天大的好消息,即便iPS人造皮肤组织在培养皿中没法像正常人类皮肤那样拥有清楚的层状结构,移植后它们也有希望长成我们期待的样子。

  

  移植后变成了正常皮肤!|参考文献1

  “程序猿”的头发有救了?且慢——

  可以相信,一旦此类疗法顺利走向市场,必然会给“程序猿头发”的段子库添上新梗。

  可惜目前,所有依赖于iPS技术的疗法都存在一个致命的问题,那就是组织培养的整个过程非常缓慢。之前日本进行的几次利用iPS细胞治疗视网膜黄斑变性症的临床案例中,都进行了时长数个月的细胞培养,成本高达500万人民币以上。

  并且,皮肤的复杂程度远远超过上述案例中由单独种类细胞构成的简单组织。皮肤的培养需要解决不同组织、不同细胞生长阶段的区别调控,以及构建三维结构等问题。

  以本次进行的皮肤培养为例,毛囊并非一开始就会随着其他组织一同产生,而是存在一个相当漫长的“潜伏期”,这跟人类胚胎发育时,头皮毛囊的生成过程非常类似。

  研究人员发现,到大约70天后,培养的皮肤组织团块中才开始孕育毛囊。而直到140天左右,样品长大到能够进行移植的尺寸时,毛囊数量才不过50个而已。毛囊生成的潜伏期为何如此漫长,皮肤发育到什么阶段才会触发毛囊的生长,都是今后科学家将要着重研究的课题。

  

  治疗希望是有了,无奈还有问题没解决,而且可能价格感人 |图虫创意

  本次登上《自然》杂志的研究成果,其实在去年就已经发布在了论文预印本网站上。学术界对其评价非常高,在干细胞领域进行的一项2019年技术进展评选中,多位业内人士都将其列为了干细胞应用领域2019年的年度突破。

  这不光是因为iPS人工皮肤的诞生刷新了人工培育组织的复杂程度,更在于它提供了一种取之不尽的研究用皮肤资源。科学家们可以在其上进行各种与皮肤相关的科学研究。

  当然,这项技术如果能在未来取得效率的提升和成本的显著下降,将很可能成为人类治疗脱发的终极密法。届时,无论多么光滑的脑壳,都能重新生出秀发。

  参考文献:

  1. Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotentstem cells

  https://www.nature.com/articles/s41586-020-2352-3

  2. First hair-baring human skin organoid may one day helpprevent hair loss

  https://www.news-medical.net/news/20200603/First-hair-baring-human-skin-organoid-may-one-day-help-prevent-hair-loss.aspx

  3. はけ治療に進展、幹細胞から皮膚を作ったら毛か生えてきたとの研究結果 – GIGAZINE

  https://gigazine.net/news/20200605-stem-cells-hair/

  4. ハケ治療に革命か! iPS細胞から「髪か生えた皮膚」を作ることに成功 | ナソロシー

  https://nazology.net/archives/61780

责任编辑:王超

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