2004年，美國科學(xué)家第一次用老鼠皮膚中的干細(xì)胞培育出毛囊，當(dāng)時美國知名脫口秀《今夜秀》的主持人Jay Leno開玩笑說，科學(xué)家“治愈了禿頭……至少在老鼠身上是這樣”。16年后的今天，學(xué)術(shù)期刊《自然》的一項最新研究成果終于向“治愈”人類禿頂邁出了重要一步。

當(dāng)?shù)貢r間6月3日，美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)在學(xué)術(shù)期刊《自然》刊文介紹人造皮膚領(lǐng)域的新突破——利用人類多能干細(xì)胞培養(yǎng)出可以長出毛發(fā)的皮膚類器官。

《自然》特別邀請美國賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院皮膚科Leo L. Wang博士與皮膚科主任George Cotsarelis教授就這一成果撰寫了新聞與觀點文章。

兩人評價稱，這一成果使人們離“產(chǎn)生無限量的毛囊更進(jìn)了一步”，這些毛囊可以“移植到頭發(fā)稀疏或無發(fā)人的頭皮上”。“此外，如果這一方法應(yīng)用于臨床，那些有傷口、疤痕和遺傳性皮膚病的人將有機(jī)會獲得革命性的治療。”

George Cotsarelis在接受澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者采訪時表示，他相信這篇論文是解決脫發(fā)問題和頭發(fā)移植的一個重要步驟。

“作者證明，類器官（人造皮膚）可以移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)且生長出頭發(fā)（human hair）。這表明它們最終可以移植到人類頭皮上。”使用免疫缺陷小鼠是為了確保移植物不會被小鼠的免疫系統(tǒng)排斥。

小鼠背部長出人類毛發(fā)

科學(xué)家對皮膚組織工程的研究始于1975年。當(dāng)時，一項具有里程碑意義的研究發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)形成細(xì)胞可以從皮膚表層分離并在體外培養(yǎng)。大約10年后，從燒傷患者身上分離出的角質(zhì)形成細(xì)胞開始用于皮膚移植，以挽救生命。

為使皮膚組織工程更進(jìn)一步，移植皮膚必須包含更多正常皮膚的組成部分，例如毛囊、黑色素細(xì)胞、汗腺、神經(jīng)、肌肉、脂肪、免疫細(xì)胞和表皮細(xì)胞等。

上述美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究便聚焦于此。

哈佛醫(yī)學(xué)院耳鼻喉科助理教授Karl Koehler、研究助理Jiyoon Lee和同事報告的類器官培養(yǎng)系統(tǒng)在仔細(xì)優(yōu)化生長條件后，能夠利用人類多能干細(xì)胞生成皮膚類器官。

他們利用人類多能干細(xì)胞培養(yǎng)的皮膚類器官在培養(yǎng)4-5個月后，形成了多層皮膚組織，包含毛囊、皮脂腺和神經(jīng)回路。將其移植到免疫功能不全的小鼠的背上皮膚后，55%的移植物上都長出了2-5毫米的毛發(fā)。這表明，該類器官能夠與小鼠表皮融合，形成含人類毛發(fā)的皮膚。

論文作者發(fā)現(xiàn)，他們的類器官在基因表達(dá)上具有下巴、臉頰和耳朵皮膚的特征。其他種種跡象表明，這些類器官實際上可能模擬頭皮皮膚；通過改變細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件，也可以定制化地生成具有不同身體部位特征的皮膚。

70天進(jìn)入生發(fā)階段

皮膚是一種復(fù)雜的多層器官，參與體溫調(diào)節(jié)、體液維持、觸覺及疼痛感知等各種過程。重建皮膚及其相關(guān)結(jié)構(gòu)是生物醫(yī)學(xué)界長期以來的重大挑戰(zhàn)之一。

Cotsarelis表示，一般來說，在體外生成組織具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性，因為細(xì)胞沒有在正常的環(huán)境中生長。“頭發(fā)和皮膚在正確的三維環(huán)境中通過協(xié)調(diào)信號分子的過程形成。人工實現(xiàn)這一點是很有挑戰(zhàn)性的，但是作者能夠在他們的類器官中模擬其中的許多過程。”

論文詳細(xì)介紹了皮膚類器官的培養(yǎng)過程。Karl Koehler和同事在干細(xì)胞中添加了生長因子，使用骨形態(tài)發(fā)生蛋白4（BMP4）和轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）的抑制劑來誘導(dǎo)表皮形成。接下來，他們對細(xì)胞施以生長因子FGF2和骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）的抑制劑，以誘導(dǎo)顱神經(jīng)嵴細(xì)胞的形成，從而產(chǎn)生真皮。

細(xì)胞被放置在球體中生長。70多天后，毛囊開始出現(xiàn)，最終產(chǎn)生毛發(fā)。其中大多數(shù)毛發(fā)都是由黑色素細(xì)胞染色而成，黑色素細(xì)胞也由顱神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育而來。隨后，與毛囊相關(guān)的皮脂腺、神經(jīng)及其受體、肌肉和脂肪組織開始生成，最終形成了非常完整的皮膚。

生長效率等問題待解

Karl Koehler等人的研究展現(xiàn)了人造皮膚在傷口愈合、防止疤痕以及頭發(fā)移植方面的潛力。但Leo L. Wang認(rèn)為，在真正應(yīng)用于臨床之前，這項研究還有幾個問題需要解決。

例如，頭發(fā)的生長效率和重復(fù)性如何？如果用于移植，最終形成毛囊需要多少細(xì)胞？

Cotsarelis對澎湃新聞表示，上述人造皮膚缺少免疫細(xì)胞，而且目前還沒有證據(jù)表明它生長出的毛發(fā)可以像人的頭發(fā)一樣循環(huán)生長。

他還提到，在實驗室研究中，人造皮膚植入小鼠前需要準(zhǔn)備140天，這可能會阻礙它的治療潛力。在現(xiàn)實中，燒傷患者的皮膚移植手術(shù)等不了這么長時間。

“盡管有這些聲明，Lee和同事的研究是朝著‘治愈’人類禿頂邁出的重要一步，并為其他更大的治療可能性鋪平了道路。”“這項工作具有巨大的臨床轉(zhuǎn)化潛力，我們相信這個希望終將成為現(xiàn)實。”