人源诱导多能干细胞衍生的血管化皮肤类器官：免疫细胞协同发育与皮肤生物学研究新平台

本研究开创性地将人源诱导多能干细胞(hiPSC)分化的血管类器官(VO)与皮肤类器官(SKO)共培养，成功构建包含巨噬细胞、朗格汉斯细胞和中性粒细胞的血管化皮肤类器官(VSKO)。该模型通过整合内皮细胞(CD31+)、周细胞(NG2+)和血管平滑肌细胞(α-SMA+)，形成功能性血管网络，并实现毛囊形态发生和表皮分层，为研究炎症性皮肤病和免疫-皮肤互作提供了革命性平台。

1 引言

作为人体最大器官，皮肤通过表皮、真皮和皮下组织三层结构实现屏障保护、温度调节等功能。现有皮肤模型面临血管网络构建不足的挑战，而血管系统对皮肤免疫调控至关重要——血管内皮生长因子(VEGF)与Notch信号协同调控血管新生，周细胞(NG2⁺)和血管平滑肌细胞(α-SMA⁺)构成"血管外渗单元"，促进中性粒细胞迁移。

2 结果

2.1 皮肤类器官的内皮化尝试

将胎盘内皮祖细胞(ECFC)与SKO共培养时，虽形成CD31⁺/CD34⁺毛细血管样结构，但基底膜基质(GFR-M)抑制了毛囊发育和角质化。

2.3 血管类器官的突破性构建

通过优化时序添加Chir99021、BMP-4和TGF-β抑制剂，hiPSC成功分化为包含动脉标记物DLL4⁺和静脉标记物EMCN⁺的VO，流式检测显示CD31⁺内皮细胞(8.7%)、CD45⁺造血细胞(6.3%)和CD90⁺间充质细胞(60%)的异质性群体。

2.5 全功能血管化皮肤类器官诞生

在气液界面(ALI)培养系统中，两个VO与一个SKO通过GFR-M三维组装。14周后，VSKO展现出：

• •

  厚度达1 mm的角质化表皮层(K10⁺)

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  毛囊周围CD31⁺/NG2⁺血管网络

• •

  真皮层内CD68⁺巨噬细胞和CD207⁺朗格汉斯细胞

2.8 免疫微环境的精准复现

VO来源的CD45⁺造血细胞迁移至VSKO真皮层，其中：

• •

  80%共表达CD68⁺巨噬细胞标记

• •

  15%为CD66b⁺中性粒细胞

• •

  5%呈现树突状细胞特征

3 讨论

该模型突破性地模拟了胚胎16周皮肤发育特征：

1. 1.

   血管功能：VO提供完整的血管壁细胞谱系，优于单纯ECFC的内皮化方案

2. 2.

   免疫调控：髓系细胞自发迁移模拟了胚胎期皮肤驻留免疫细胞发育

3. 3.

   转化价值：为银屑病、特应性皮炎等免疫性皮肤病提供精准研究模型

5 实验方法

关键技术包括：

• •

  hiPSC向中胚层定向分化时添加BMP-4(25 ng/mL)

• •

  VO成熟阶段使用梯度VEGF(50→20 ng/mL)

• •

  ALI培养采用0.4 μm聚酯膜Transwell体系

该研究首次实现hiPSC来源皮肤模型中血管-免疫-毛囊的三元协同发育，为再生医学和疾病建模设立新标准。