美科學家培育出奇特人造皮膚,“程序猿”的頭禿有救了?

科學辟謠 2020-06-12

  美科學家使用干細胞技術,制造出一種奇特的人造皮膚,有望拯救頭禿。除了有點貴,時間有點費,其他都很完美。

  

  電鏡下的“人造皮膚” |論文截圖,Nature

  作者 | 郭菲 生物工程博士

  編輯 | 張昊

  網絡上一直流傳著眾多與程序猿頭發有關的段子。比如,“程序猿:哥缺的不是錢,是頭發”;“程序猿脫發算不算工傷”;“程序搞起來很輕松,就是頭冷”等等。

  這些段子的背后是一個可怕的事實——一旦開始脫發,想要再生就十分困難了,這也是人類一直被脫發困擾的主要原因。不過,上周發表在《自然》雜志上的一項研究卻讓人們看到了讓秀發重新復活的曙光。

  美國研究人員利用具有再分化能力的干細胞,在實驗室內制造出了具有完整組成和一定三維結構的人類皮膚組織。這種包含毛發的皮膚“類器官”,與發育中胎兒的頭皮組織非常相似。當研究人員把培養好的皮膚組織移植到小鼠身上后,后者居然長出了類似人類的毛發。

  新技術將毛囊、皮膚問題一起解決

  目前對于脫發、發稀的治療方案,主要集中在盡可能延長毛囊壽命,或者讓毛囊中萌出的細發變粗、數量增加等。但當脫發區的毛囊完全衰老壞死,除了進行自體植發(將后頸部的毛囊取出后植入到脫發處),暫時沒有多少很好的解決方案。

  

  男(上)女(下)都逃不掉脫發魔爪 |來源:作者自制

  如果能夠有辦法讓毛囊重新生長發育,對于解決脫發問題來說,無疑是一勞永逸的最佳方案。可惜的是,無論生發產品的廣告宣傳多么天花亂墜,讓毛囊獲得生物學意義的再生長仍然難于登天。

  而這次美國研究人員取得的成果,不光是實現了毛囊的再生,還獲得了包括脂肪層、汗腺、神經、毛囊以及血管在內的完整皮膚結構。

  這種來自干細胞技術的人造皮膚,不光在治療脫發方面具有應用前景,在皮膚病、皮膚癌以及燒傷的治療方面都可能發揮重大作用。

  奇怪的iPS人造皮膚:毛囊亂長?

  雖然說制造的是人造皮膚,但它的構成要素卻是實實在在的人體細胞,而并非所謂的合成材料。這種人造皮膚來源于“誘導多能干細胞”(一種人工干預產生的細胞),簡稱iPS細胞,它具有強悍的分化能力,可以“變身”成構成人體的絕大多數細胞。

  研究人員對提取自成人的iPS細胞進行培養,并調控其分化速度。他們發現,表皮細胞、真皮細胞和脂肪層會率先形成。之后開始出現的毛囊,卻呈現出非常怪異的現象——它們是倒著生長的。

  在正常皮膚中,毛囊藏在皮膚里,毛囊中的毛發最后會露出表面。但奇怪的是,在該研究培養的皮膚樣品中,毛囊卻像發梢一樣長在皮膚外面,真正的發梢反而扎根在皮膚中。

  等到培養開始120天后,這種“倒置”變得越發明顯,毛發繼續向皮膚內茁壯生長。最后,表皮和毛囊形成一個球狀的囊腫組織。此時神經、皮脂腺甚至軟骨等也都發育形成,但它們并未卷曲到球囊中。

  

  “倒置”生長的毛囊,長在皮膚之外 |參考文獻1

  在這個詭異的組織形態中,各個組成都保持了良好的生長態勢。但它們的結合似乎出了一些“編程”上的問題,導致了奇特的立體結構。

  不過,接下來發生的事情卻更加吊軌(但結果是好的)。

  驚喜轉折:移植后變成正常皮膚!

  為了驗證培養組織的移植活性,研究人員將它們移植到了經過基因改造而免疫機能受到抑制的小鼠身上。結果發現這些皮膚組織可以和小鼠現有的皮膚很好融合,不僅能夠得到正常供血,有一半的小鼠身上,都長出了人類毛發。而且,這些毛發又恢復了毛囊向下發梢朝天的正常形態。

  研究人員認為,這說明移植地點周圍現有的皮膚細胞可能向新來的人工皮膚施加了某種修正指令,讓它們暫時并不規整的立體結構得以恢復到正常形態。

  這一現象對于我們來說無疑是個天大的好消息,即便iPS人造皮膚組織在培養皿中沒法像正常人類皮膚那樣擁有清楚的層狀結構,移植后它們也有希望長成我們期待的樣子。

  

  移植后變成了正常皮膚!|參考文獻1

  “程序猿”的頭發有救了?且慢——

  可以相信,一旦此類療法順利走向市場,必然會給“程序猿頭發”的段子庫添上新梗。

  可惜目前,所有依賴于iPS技術的療法都存在一個致命的問題,那就是組織培養的整個過程非常緩慢。之前日本進行的幾次利用iPS細胞治療視網膜黃斑變性癥的臨床案例中,都進行了時長數個月的細胞培養,成本高達500萬人民幣以上。

  并且,皮膚的復雜程度遠遠超過上述案例中由單獨種類細胞構成的簡單組織。皮膚的培養需要解決不同組織、不同細胞生長階段的區別調控,以及構建三維結構等問題。

  以本次進行的皮膚培養為例,毛囊并非一開始就會隨著其他組織一同產生,而是存在一個相當漫長的“潛伏期”,這跟人類胚胎發育時,頭皮毛囊的生成過程非常類似。

  研究人員發現,到大約70天后,培養的皮膚組織團塊中才開始孕育毛囊。而直到140天左右,樣品長大到能夠進行移植的尺寸時,毛囊數量才不過50個而已。毛囊生成的潛伏期為何如此漫長,皮膚發育到什么階段才會觸發毛囊的生長,都是今后科學家將要著重研究的課題。

  

  治療希望是有了,無奈還有問題沒解決,而且可能價格感人 |圖蟲創意

  本次登上《自然》雜志的研究成果,其實在去年就已經發布在了論文預印本網站上。學術界對其評價非常高,在干細胞領域進行的一項2019年技術進展評選中,多位業內人士都將其列為了干細胞應用領域2019年的年度突破。

  這不光是因為iPS人工皮膚的誕生刷新了人工培育組織的復雜程度,更在于它提供了一種取之不盡的研究用皮膚資源。科學家們可以在其上進行各種與皮膚相關的科學研究。

  當然,這項技術如果能在未來取得效率的提升和成本的顯著下降,將很可能成為人類治療脫發的終極密法。屆時,無論多么光滑的腦殼,都能重新生出秀發。

  參考文獻:

  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

責任編輯:王超

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