《AHM》综述：人类皮肤及其附属物的生物制造

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为了在实验室中生成人体皮肤器官，人们付出了很多努力。然而，由于缺乏皮肤的许多关键生物学和结构特征，目前的皮肤模型受到限制。重要的是，目前的体外模型缺乏皮肤附件，无法概括整个人体皮肤结构。因此，设计一种能够生成所有皮肤成分（包括附肢）的人体皮肤是一项重大挑战。近日，来自澳大利亚昆士兰大学的Abbas Shafiee团队介绍了皮肤附件和再生附肢皮肤的临床挑战，总结了将附属物纳入皮肤替代品的最新方法，以及它们的潜力和局限性。相关论文“Biofabrication of Human Skin with Its Appendages”于2022年9月5日发表于期刊《Advanced Healthcare Materials》上。
首先，作者简要介绍了皮肤附件发育的不同阶段（图1），并分别介绍了皮肤附属物——汗腺、皮脂腺和毛囊的皮肤层位置及主要生物功能（图2）。



图1 皮肤附件发育的不同阶段



图2 人体皮肤层及其附属物(A)以及毛囊结构(B)的示意图

含有培养的表皮和真皮细胞的皮肤替代物已被广泛用于生成皮肤，但这些模型通常会导致形成没有任何附属物的薄皮肤状结构，从而无法恢复皮肤器官结构和功能。作者报告了不同的基于干/祖细胞的策略来再生汗腺、皮脂腺和毛囊，归纳了汗腺再生领域体内、体外和临床研究的重要发展（图3）。



图3 毛囊再生的主要基础、转化和临床进展时间表

然后，作者系统地介绍了啮齿动物和人类体外模型的最新研究。重点介绍了啮齿动物模型，证实啮齿动物来源的祖细胞/干细胞能够形成含有汗腺和皮脂腺的皮肤类器官。
此外，目前已经进行了大量建立干/祖细胞的生态位的尝试。在这方面，ECM和生化因子具有作为生物物理和生化线索的能力。无论培养单位如何，用于皮肤附件再生的3D培养主要依赖于使用Matrigel®和胶原蛋白作为其支持基质。使用Matrigel®在存在多种生长因子的情况下，能够获得具有分层表皮、富含脂肪的皮下组织和与皮脂腺相关的色素性汗腺的囊样皮肤器官（图4）。



图4 使用人类多能干细胞(hPSC)衍生的皮肤类器官在体外皮肤器官发生过程中发育事件的时间

最后，作者提到：为了实现更合理和更接近皮肤组织的设计，将血管网络包括到工程皮肤中是至关重要的。开发具有皮肤附件和血管的皮肤结构是复杂的，需要考虑其他成分或细胞。另外，新型先进的生物制造技术提供了设计具有特定几何形状和结构的复杂细胞壁龛的机会，这些细胞壁龛促进了干/祖细胞的时空行为，并克服了当前再生全功能皮肤器官的一些挑战。
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