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为解决现有体外皮肤模型无法精准模拟皮肤多层结构及功能等问题，研究人员开展多层皮肤球体（MSSs）相关研究。通过水动力法成功制备 MSSs，其可用于筛选活性成分、评估毒性，该研究为皮肤研究及相关领域提供了新模型和方法。
在生命科学和健康医学领域，皮肤研究一直占据着重要地位。人体的皮肤，作为身体最大的器官，就像一座坚固的 “堡垒”，不仅保护着身体免受外界各种有害物质的侵袭，还在体温调节、感觉感知等方面发挥着关键作用。然而，研究皮肤的奥秘并非易事。以往的研究手段存在诸多局限，传统的动物实验不仅面临着伦理道德的质疑，而且成本高昂、实验周期长。同时，现有的体外皮肤模型也不尽如人意。例如，许多多细胞球体模型结构单一，大多只包含一种细胞类型，无法真实模拟皮肤的多层结构；而一些试图模拟多层结构的模型，如全厚度皮肤等效模型，虽然能在一定程度上复制皮肤的多层架构，但制作过程复杂，需要耗费大量的时间和成本，且难以实现高通量筛选。这些问题严重阻碍了皮肤相关研究的进展，包括疾病建模、药物研发以及毒性测试等。
在这样的背景下，为了攻克这些难题，推动皮肤研究的发展，来自未知研究机构的研究人员展开了一项具有创新性的研究。他们致力于构建一种更高效、更精准的体外皮肤模型，以满足科研和实际应用的需求。经过不懈努力，研究人员取得了重要成果。他们利用水动力介导的方法，成功制备出了多层皮肤球体（MSSs）。这种 MSSs 能够高度模拟人类皮肤的多层结构和功能，为后续的研究提供了强有力的工具。相关研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》杂志上，引起了广泛关注。
研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是微流控（MF）技术，通过该技术制备包含多个 “四联体” 模块的 MF 装置，用于生成大量 MSSs 阵列 。其次是细胞培养技术，培养人真皮成纤维细胞（hDFs）和人表皮角质形成细胞，为构建 MSSs 提供细胞来源。另外，采用免疫荧光（IF）染色技术，检测 MSSs 中各种蛋白的表达，以此来评估其结构和功能特性 。
下面详细介绍该研究的结果：
- MSSs 的生长：研究人员以 hDFs 为核心，表皮角质形成细胞为外壳，在仿生水凝胶中构建 MSSs。在微流控装置中，经过一系列步骤，如细胞悬液滴的形成、凝胶化、细胞聚集等，3 天内即可生成均一的 MSSs 阵列。通过对标记细胞的观察以及对生物标志物的检测发现，MSSs 结构稳定、细胞存活良好，且各层细胞能够表达相应的生物标志物，如成纤维细胞核心表达 I 型胶原蛋白和纤连蛋白，角质形成细胞外壳表达细胞角蛋白 14 和外皮蛋白等 。
- MSSs 模拟皮肤屏障特性：通过 IF 染色研究发现，MSSs 表达紧密连接蛋白（如 claudin - 1）和真皮 - 表皮连接蛋白（如 laminin - 5），表明其具备形成皮肤屏障的关键特征。定量实验中，研究 CellTracker Red CMTPX 染料在 MSSs 中的渗透情况，结果显示，与无角质形成细胞层的模型相比，MSSs 的角质形成细胞外壳能有效阻碍染料渗透，模拟了人类皮肤对大分子物质的屏障功能 。
- MSSs 用于体外筛选活性护肤成分：利用 MSSs 筛选维生素 C（VC）、维生素 A（VA）及护肤肽（Dermican 和 Syniorage）对 I 型胶原蛋白和纤连蛋白产生的影响。实验结果表明，VC 和 VA 在特定浓度组合下具有协同作用，能显著促进蛋白合成，这与临床试验结果相符。同时发现，Dermican 主要作用于真皮成纤维细胞，促进蛋白合成，进而增加皮肤厚度和紧致度；Syniorage 则主要促进角质形成细胞增殖，二者在蛋白合成方面无明显协同或拮抗作用 。
- 评估化学物质的毒性：研究人员选择多种不同类别的化学物质，依据经济合作与发展组织（OECD）的测试指南，评估其对 MSSs 的毒性。通过测定细胞活力，计算半数抑制浓度（IC50），结果显示 MSSs 对化学物质的毒性评估结果与体内分类具有相关性。例如，对不同毒性类别的化学物质，如异丙醇（IPA）、聚乙二醇（PEG）、2 - 氯甲基 - 4 - 甲氧基 - 3,5 - 二甲基吡啶盐酸盐（CMDH）、盐酸（HCl）和氢氧化钾（KOH）等，MSSs 能准确区分其毒性程度，且能观察到高浓度 KOH 导致角质形成细胞层解离的现象，类似人类表皮在碱性条件下的损伤 。
在研究结论和讨论部分，该研究成果意义重大。MSSs 不仅在形态上高度模拟人类皮肤，表达多种皮肤相关生物标志物，而且在功能上具备皮肤屏障功能，为研究皮肤生理和病理过程提供了可靠的体外模型。与传统皮肤模型相比，水动力法制备 MSSs 具有诸多优势，如提高了模型的可靠性、能够更好地控制细胞空间分布、制备时间短且可实现高通量筛选等。此外，该方法还具有广泛的应用前景，有望用于构建其他多层组织模型，如肝脏、肺和眼睛等。尽管该模型目前还存在一些需要改进的地方，如缺乏 MSS - 空气界面、对固体试剂测试存在局限、长期培养时营养扩散受限以及缺乏血管和免疫细胞等，但这也为后续研究指明了方向。总的来说，这项研究为皮肤研究领域开辟了新的道路，在药物研发、化妆品功效评估、毒性测试以及疾病建模等方面具有巨大的应用潜力，推动了生命科学和健康医学领域的发展。
