皮膚組織工程研究始于1975年，當時一項具有里程碑意義的研究表明，可以從人的皮膚表皮（表皮）中分離出稱為角質形成細胞的細胞，并且該細胞群在培養過程中得以擴展(Cell 6, 331–343 (1975))。大約十年后，從燒傷患者中分離出的角質形成細胞被移植回了它們，以挽救生命，永久性植入,也就是我們現在所知的皮膚移植手術。
皮膚不止于表皮細胞
為了使這種基于細胞的方法進一步發展，移植皮膚除了表皮外還必須包括正常皮膚中發現的更多成分：毛囊、產生色素的黑素細胞、汗腺、神經、肌肉、脂肪和免疫細胞，以及表皮細胞。在培養和生物工程移植物中重建皮膚的其他成分是一項尚需解決的生物醫學挑戰。
于此，來自波士頓兒童醫院Karl R. Koehler等人利用來自干細胞生物學和毛囊發育領域的研究來生成近乎完整的皮膚類器官，類器官是在實驗室中生長的自組織組織，模仿皮膚的發育。 類器官已被生長以模仿各種器官，包括腸，肺，腎和腦。因為器官由許多細胞類型組成，所以類器官通常由多能干細胞形成，它們具有形成所有成年細胞類型的能力。這些可以是胚胎干細胞或誘導性多能干細胞，它們是通過將成年細胞重新編程為類胚胎狀態而產生的。相關成果發表在Nature雜志上。
逐步調節
研究人員優化了從人多能干細胞產生包含兩種成分的皮膚類器官所需的培養條件。作者們依次向干細胞中添加了生長因子。首先，他們使用BMP4和轉錄因子TGF-β的抑制劑誘導表皮的形成。接下來，他們用生長因子FGF2和BMP抑制劑處理細胞，以誘導形成顱神經嵴細胞，從而形成真皮。
然后，細胞在球體中生長。70多天后，毛囊開始出現，最終產生毛發。大多數毛發都是由黑色素細胞染色的，黑色素細胞也是由顱神經嵴發育而來的與毛囊相關的組織（例如皮脂腺，神經及其受體，肌肉和脂肪）也發達，導致在盤子中形成非常完整的皮膚。然而，缺少的一個組成部分是免疫細胞，它們通常存在于毛囊內和毛囊周圍，在皮膚中扮演著不同的角色。
示意圖
實驗表明：這些類器官實際上可能模擬頭皮皮膚，同時也強調，通過改變細胞生長的培養條件，可以定制作者的方案，生成具有不同身體部位特征的皮膚。另外也是分析各種生物途徑在皮膚發育中作用的完美工具。
在體內試驗說明了將皮膚類器官引入傷口以促進愈合和防止疤痕，或將其移植到缺乏毛發的區域的激動人心的潛力。
圖|異種移植時皮膚類器官經歷囊性到平面的轉變
不足與展望
但是呢，在這種治療方法成為現實之前，還有幾個問題。例如，頭發的生長效率和重復性如何？一旦移植，最終形成毛囊需要多少細胞？另外，類器官植入前需要140天時間去培養，這可能會阻礙工作的治療潛力。因為燒傷患者不能等那么長時間才能進行皮膚移植。還有就是本研究形成的毛發太小了；所使用的多能干細胞也存在不良效果的副作用。
盡管有這些不足之處，但該研究朝著“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。這項工作為臨床轉化帶來了巨大的希望——我們相信研究最終會看到這一希望的實現。
另外，值得注意的是，就在前天，6月2日，匹茲堡大學醫學院的d Alejandro Soto-Gutierrez等人利用人類志愿者的皮膚細胞，在體外制造出了功能齊全的迷你肝臟，然后移植到大鼠體內。在這個概念驗證實驗中，實驗室制作的器官在動物宿主體內存活了4天，相關成果發表在Cell Reports上。
參考文獻：
1. Lee, J., et al. Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells. Nature (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2352-3
2. Kazuki Takeishi, et al., Assembly and Function of a Bioengineered Human Liver for Transplantation Generated Solely from Induced Pluripotent Stem Cells. Cell Reports 2020.
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107711
