Cell子刊：iPS构建功能性人造表皮

　　

生物通报道：伦敦国王学院和旧金山SFVAMC的研究团队利用人类的多能干细胞，首次成功培育了人造表皮（皮肤的最外层），文章于四月二十四日发表在Stem Cell Reports杂志上。这种人造表皮拥有功能性的渗透屏障，与真实表皮非常类似，为制药业和化妆品行业提供了一种低成本的理想实验模型，还可以帮助人们开发治疗皮肤疾病的新药物。

表皮是人类皮肤的最外层，在机体和外部环境之间形成了一个保护性的界面，阻止水分流失和细菌、毒性物质进入。许多临床上的皮肤病都与角质化和表皮屏障中的缺陷有关。不过，要对表皮屏障的进行功能研究，还缺乏合适的体外模型。在此之前，人们通过组织工程技术构建过人造表皮，但这种表皮缺乏功能性的屏障，对于药物测试来说并不理想。

现在，研究人员利用人类的诱导多能干细胞（iPSC）和胚胎干细胞生成了角质细胞（keratinocyte），人类皮肤的最外层主要由角质细胞组成。研究显示，这些发现人工诱导的角质细胞与原代角质细胞非常相似。随后，他们将来自胚胎干细胞和iPSC的角质细胞暴露在特殊的环境下培养，以构建的3D人造表皮。这些细胞的培养环境具有特定的湿度梯度，可以帮助它们形成功能性的渗透屏障。这种保护性屏障可以避免水分丧失，阻挡化合物、毒素和细菌的入侵。

研究显示，这些来自iPSC和胚胎干细胞的人造表皮，与正常人类皮肤的最外层并没有明显的结构或功能差异。（延伸阅读：Nature发表山中伸弥新成果，iPS校正环状染色体）

SFVAMC团队的领头人Dr Theodora Mauro说：“在某些疾病中，特定的基因突变使表皮屏障出现缺陷，例如鱼鳞病（ichthyosis）或者过敏性皮肤炎。而我们的技术可以帮助人们对这类疾病进行研究。此外，人造表皮模型还可以用于研究表皮屏障的正常发育机制，以及皮肤屏障受损的致病过程。在此基础上，人们可以想办法对这种屏障进行修复。”

伦敦国王学院团队的领头人Dr Dusko Ilic说：“我们的新方法可以用来大量生产人造表皮，并将其应用到药物和化妆品的测试中去。这项研究向人们展示，使用不同干细胞可以生成不同类型的表皮，为皮肤病患者量身定做疾病模型。在此基础上，研究者们可以鉴定不同人群对皮肤疾病的敏感性。”

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

3D In Vitro Model of a Functional Epidermal Permeability Barrier from Human Embryonic Stem Cells and Induced Pluripotent Stem Cells

Cornification and epidermal barrier defects are associated with a number of clinically diverse skin disorders. However, a suitable in vitro model for studying normal barrier function and barrier defects is still lacking. Here, we demonstrate the generation of human epidermal equivalents (HEEs) from human embryonic stem cells (hESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs). HEEs are structurally similar to native epidermis, with a functional permeability barrier. We exposed a pure population of hESC/iPSC-derived keratinocytes, whose transcriptome corresponds to the gene signature of normal primary human keratinocytes (NHKs), to a sequential high-to-low humidity environment in an air/liquid interface culture. The resulting HEEs had all of the cellular strata of the human epidermis, with skin barrier properties similar to those of normal skin. Such HEEs generated from disease-specific iPSCs will be an invaluable tool not only for dissecting molecular mechanisms that lead to epidermal barrier defects but also for drug development and screening.