12.2.2　皮肤类器官

最初的体外皮肤模型系统仅由分化的表皮细胞构成。随后，由角质形成细胞、含有成纤维细胞的胶原或纤维蛋白基质，可构建全层皮肤模型，该模型具有简单的3D结构并包含表皮和真皮两种组织。然而这类传统的体外皮肤模型无法模拟皮肤组织及其附属物的结构和功能特征，导致其科研和临床应用受到限制。近年来，研究人员进行了各种尝试来建立干细胞/祖细胞生态位，以及通过定向诱导培养具有真实皮肤结构和功能的皮肤类器官。

早在2017年，利用新生小鼠表皮细胞和真皮细胞构建的3D培养系统便可在10天内生成具有毛囊结构的皮肤类器官，将其移植到小鼠背部后可形成具有毛发的皮肤结构［27］。2018年，小鼠干细胞来源的皮肤类器官培养系统可同样构建出能在小鼠体内自发产生新生毛囊的皮肤类器官［28］。随后有研究尝试利用新生儿表皮细胞与真皮细胞结合构建人类毛囊类器官［29］，但这类系统仅仅构建了毛囊结构，并没有重现毛囊与皮肤其他组织的交互结构和功能。

直到2020年，哈佛大学Karl Koehler团队［8］报道了一种可以直接从人类多能干细胞中生成复杂皮肤的类器官培养模型（图12-2）。在4～5个月培养过程中，人类多能干细胞会通过3个阶段的诱导，发育为具有与人类皮肤相似复杂结构的皮肤类器官。在第一阶段，离散的人类多能干细经过TGF-β抑制剂、BMP4及FGF处理诱导，部分多能干细胞分化为外胚层细胞，形成外胚层表面和未分化多能干细胞核心构成的多细胞聚集体。随后，第二阶段使用BMP抑制剂以及高浓度FGF诱导颅神经嵴细胞的形成，并将细胞聚集体置于旋转培养环境中，其在该时期发育为囊性结构；此阶段完成时，皮肤类器官成为由角质形成细胞、间充质、神经和神经胶质祖细胞组成的囊性皮肤类器官，包含自组装形成的表皮层和真皮层以及球状毛囊。在第三阶段，皮肤类器官将产生角化的复层表皮以及带有皮脂腺的毛囊。此外，类器官中可观察到脂肪细胞、神经束样的感觉神经元和施旺细胞。该皮肤类器官的毛囊发育具有与哺乳动物毛囊相似的形态发生过程，最终分化出复层表皮和真皮并产生包含皮脂腺、梅克尔细胞和毛囊干细胞样细胞的毛囊结构。将该皮肤类器官植入裸鼠背部皮肤上的小切口中，表皮与宿主表皮融合，毛发垂直生长，最终形成扁平、多毛且几乎完全天然的皮肤。该研究使得皮肤类器官真正可用于研究基本的皮肤生物学问题，促进了构建与人正常皮肤相似的疾病模型，以致进一步重建或再生皮肤组织。(https://www.daowen.com)

图12-2　复杂皮肤类器官的构建过程