頭有點禿,最近幾年似乎成為了年輕人的共同煩惱,反正奇點糕是不相信什麼越禿越強的說法。不過就算保溫杯里泡上枸杞,也不容易跟上被頭髮拋棄的腳步啊。
萬一要真禿了,就只能指望科研大佬們,早日在治療脫髮方面取得突破了。十幾年前,美國脫口秀就拿這事兒開涮,調侃道:「經過不懈努力,科學家們終於能在小鼠身上治療禿頭啦!」
十六年後的今天,《自然》上發表的最新成果,總算能讓科學家們出口氣了:哈佛大學的研究團隊,利用人多能幹細胞培育出了包含毛囊等附屬結構的皮膚類器官(Organoid),將它們移植到小鼠身上時,55%的類器官成功長出了毛髮!
皮膚的質地和結構,其實是非常複雜的,重建皮膚及相關附屬結構,一直被視為生物醫學領域難度極大的挑戰。因此這項研究不僅在治療脫髮上有著極大的轉化潛力,還為探索皮膚的奧秘和研究相關疾病,提供了一個非常理想的模型。
別看皮膚只分為表皮和真皮兩層,但幾十年來,以表皮細胞和真皮細胞為基礎,在體外培養皮膚的努力,仍然只停留在植皮救命的水平上,沒法讓皮膚接近真實的形態和功能。
這其中的難點,就是在形成皮膚的各種附屬結構上,比如生髮的毛囊、出汗的汗腺等等,有了這些附屬結構,皮膚才能具備正常的功能。這就需要表皮和真皮細胞充分發揮相互作用,但兩種細胞的胚胎起源卻並不一致。
解決這種問題,就得讓「萬能」的多能幹細胞出場啦,因為多能幹細胞具備在一定條件下,分化為多種細胞的潛力。比如在本次研究中,研究團隊設置的條件,就是分步添加不同的生長因子。
研究團隊首先向幹細胞中添加了骨形態發生蛋白4(BMP4)和轉化生長因子-β(TGF-β)抑制劑,來誘導表皮形成,然後錯開時間,再添加生長因子FGF2和BMP抑制劑,誘導顱神經嵴細胞的形成,這類細胞是面部真皮細胞的來源。
經過70多天的培養後,這些長成了個球的皮膚類器官上,平均每個都有超過50個毛囊,正是這些毛囊產生了毛髮。此外,與毛囊相關的皮脂腺、神經及其受體、肌肉和脂肪組織也逐漸發育,最終形成了較為完整的皮膚。
新生成的大多數毛髮,都是由黑色素細胞染色的,而這些黑色素細胞,也由此前誘導的顱神經嵴細胞發育而來。此外,新生毛囊的空間分布狀態,也和人體正常情況下類似,說明毛囊形成保留了正常的形成模式。
研究團隊進行的單細胞RNA測序等分析顯示,這些皮膚類器官的特徵,也可能隨著培養條件的不同發生變化。比如在培養期只有一個月時,類器官的基因表達和細胞組成,就具有人體下巴、臉頰和耳朵皮膚的特徵。
也就是說,根據培養條件不同定製不同部位的皮膚,在未來也是完全可能的。而當培養期延長到140天時,這些皮膚類器官的外表,就已經與18周的胎兒面部皮膚相似,毛囊也達到了成熟水平,同時也接近了體外培養的時間上限。
研究團隊在免疫功能不全小鼠的背部皮膚上,作了一些小切口,然後把類器官移植進去,發現它們能夠成功和小鼠皮膚融合,而且有55%的移植器官上,向外長出了2-5毫米的毛髮!剩下的移植器官則有些沒長發,有些長發方向反了。
選用免疫缺陷小鼠,是因為擔心毛囊被免疫系統排斥。
很顯然,這種移植技術如果真的成熟,那對於脫髮、皮膚創傷、瘢痕形成的治療都意義重大,因此《自然》也同步發表了評論,對本次研究給予了高度評價。
但評論中也指出,這項技術從實驗到成熟,還要克服很多的問題,比如頭髮的生長效率如何,能否像人的正常頭髮一樣循環生長,類器官中缺少免疫細胞等等。
而且研究中的類器官,足足培養了140天才能移植,放到現實中,燒傷患者的皮膚移植手術,可絕對等不了這麼久,這就可能限制臨床應用。