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从小鼠干细胞生长的毛茸茸的皮肤

印第安纳大学医学院的研究人员已成功开发出一种从小鼠多能干细胞中培养毛状皮肤的方法 - 这一发现可能导致模型疾病的新方法和治疗皮肤病和癌症的新疗法。

这项研究最近在线发表在Cell Reports杂志上,标志着毛囊可以在干细胞培养中生长的第一个证据。该研究由IU医学院耳鼻喉科 - 头颈外科助理教授Karl Koehler博士领导,他的实验室博士后研究员Jiyoon Lee博士。

“皮肤是一个复杂的器官,很难在研究中完全重建和维持,”Koehler博士说道,他在一篇博客文章中解释道。“我们的研究显示了如何从实验室培养的小鼠皮肤中促进头发的发育,这对于研究人员在培养中重建尤其麻烦。”

Koehler博士及其团队的研究结果建立在他们过去的工作基础上,创造了一种从茎中培养内耳细胞的技术。细胞,其中小鼠干细胞在三维球中培养,并用特定的信号分子处理,诱导细胞产生内耳组织。研究人员注意到,皮肤是内耳生长过程的副产品。

“在发育中的胚胎中,内耳来自与皮肤顶层(表皮)相同的细胞层,因此皮肤和内耳组织串联形成并不奇怪,”Koehler博士说。“我们惊讶地发现,皮肤的底层[真皮]也会发展。”

在目前的研究中,Koehler博士及其团队展示了表皮和真皮细胞如何形成球状细胞簇,称为皮肤“类器官”。皮肤类器官中的细胞组织很像正常皮肤中的细胞,但从里到外,意味着皮肤的顶层面向类器官的内部。

该团队确定了培养条件,使皮肤类器官能够像胚胎中的皮肤一样进入发育阶段。

Koehler博士说:“大约20天后,我们惊讶地看到皮肤有机体发芽的毛囊。”“卵泡的根部从各个方向的皮肤类器官突出。”

研究人员证实,关键蛋白的发育和表达的时间与小鼠胚胎的皮肤和毛发发育紧密相关。为了验证他们的发现,IU团队与斯坦福大学的Stefan Heller博士,爱德华C.和Amy H. Sewall教授合作,他的实验室成员证实该技术可以用其他小鼠的干细胞重现。株。

“除了主要的表皮和真皮细胞类型,我们还发现了特殊的细胞类型,如黑素细胞[色素细胞],Merkel细胞[触摸感应细胞],脂肪细胞[脂肪细胞],皮脂腺细胞和毛囊干细胞。类器官,“Koehler博士说。“这很有趣,因为它表明,如果我们在培养中共同获得皮肤的基本构建块,那么这些不同的细胞类型将自行组装。”

该研究的第一作者李博士表示,这些研究结果可用作如何使用干细胞从头开始制作整个皮肤器官的蓝图。

“我希望通过改进皮肤模型,我们可以大大减少实验动物的牺牲,最终帮助患有皮肤相关问题的患者过上更好的生活,”李医生说。

Koehler博士说,他警告称,皮肤类器官模型尚未克服几个技术障碍,以充分发挥药物发现工具的潜力。例如,皮肤类器官缺失在正常皮肤中发现的免疫细胞,血管和神经末梢。

“皮肤类器官的形状是未来需要解决的另一个问题,”他说。“因为与正常皮肤相比,有机体是由内到外的,所以死细胞和毛发的层不能像通常那样脱落,所以我们需要找到一种方法来翻转皮肤类器官的结构。”

没有这些变化,皮肤类器官的保质期约为一个月,这足以研究小鼠皮肤和头发的完整发育。

Koehler和他的团队目前正在使用小鼠类器官作为模板从人类多能干细胞中获取多毛的皮肤。这项工作有可能导致新的皮肤移植技术 - 结合毛囊 - 和人类疾病的治疗,包括脱发,痤疮和皮肤癌。

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