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Stem Cell Reports :利用iPS成功构建功能性人造表皮

来源:生物谷 2014-04-29 11:14

2014年4月29日讯 /生物谷BIOON/--近日,伦敦大学国王学院和旧金山Veteran Affairs Medical Center (SFVAMC)为首的国际研究小组利用人类诱导多能干细胞(iPSC)和胚胎干细胞生成了角质细胞(keratinocyte),开发出第一个实验室制造的表皮(皮肤最外层),新人造表皮的渗透屏障功能性类似于真正的皮肤,提供了一个具有成本效益的替代实验室模型,用于测试药物和化妆品,也有助于制定稀有和常见的皮肤疾病的新疗法。

表皮,人体皮肤的最外层,在宿主和它的外部环境之间形成保护界面,防止水漏出以及防止微生物和毒素进入。组织工程师们之前利用组织工程技术构建人造表皮,但人造表皮缺乏功能性屏障,药物测试受到局限。

新的研究发表在杂志Stem Cell Reports,介绍了利用人类诱导多能干细胞(iPSC)和胚胎干细胞生产无限量供应的纯净角质形成细胞,角质形成细胞是皮肤最外层的主要细胞类型,人工诱导的角质细胞与皮肤活检原发性角质形成细胞非常相似。随后,来自iPSC和胚胎干细胞的角质细胞(keratinocyte)的角质细胞在特殊环境下培养,以构建3D人造表皮。这些特殊的培养环境具有特定的湿度梯度,帮助细胞形成功能性渗透屏障。

从iPSC生成的角质形成细胞和皮肤活检来源的人原代角质形成细胞(皮肤细胞)比较显示,其结构无显著差异,或与正常人体皮肤的最外层进行比较无功能性显著差异,。

博士Theodora Mauro说:获得无限数量的基因相同细胞单元的能力,可用于研究各种疾病(由于参与皮肤屏障形成的基因突变,导致皮肤屏障有缺陷)如鱼鳞病(皮肤干燥,脱皮)或特应性皮炎。我们可以利用这个模型来研究皮肤屏障如何正常发展,研究屏障如何在不同的疾病受损,以及我们如何能激发其修复和恢复屏障。 (生物谷Bioon.com)

3D in vitro model of a functional epidermal permeability barrier from hESC and iPSC

Anastasia Petrova,et al.

Cornification and epidermal barrier defects are associated with a number of clinically diverse skin disorders. However, a suitable in vitro model for studying normal barrier function and barrier defects is still lacking. Here, we demonstrate the generation of human epidermal equivalents (HEEs) from human embryonic stem cells (hESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs). HEEs are structurally similar to native epidermis, with a functional permeability barrier. We exposed a pure population of hESC/iPSC-derived keratinocytes, whose transcriptome corresponds to the gene signature of normal primary human keratinocytes (NHKs), to a sequential high-to-low humidity environment in an air/liquid interface culture. The resulting HEEs had all of the cellular strata of the human epidermis, with skin barrier properties similar to those of normal skin. Such HEEs generated from disease-specific iPSCs will be an invaluable tool not only for dissecting molecular mechanisms that lead to epidermal barrier defects but also for drug development and screening.

 

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