不用担心皮肤受伤?伤口细胞变身干细胞 完美修复伤口

不用担心皮肤受伤?伤口细胞变身干细胞 完美修复伤口
2018年09月11日 10:21 新浪科技-自媒体综合
DGMT介导的新生皮肤切片荧光图。(图片来源:Juan Carlos)DGMT介导的新生皮肤切片荧光图。(图片来源:Juan Carlos)

  来源:环球科学ScientificAmerican

  作为人体最大的器官,皮肤保护着人体不被外界有害物质侵袭。但正因如此,皮肤也是最易受到伤害的部位。全球每年有30万的人因皮肤创伤而致死,这些人中绝大部分都是因伤口难以愈合感染休克而死亡。伤口愈合依赖于基层角质细胞,但伤口处往往又极度缺失此种细胞。一项发表于《自然》期刊的新研究找到了解决方法:将伤口溃疡处的其他细胞重编程成类干细胞,帮助伤口愈合重新长出新皮肤。

  大面积的皮肤溃疡会对生命造成严重威胁,对手术切口,烧伤造成的溃疡以及长期慢性溃疡患者来说,伤口愈合能力与存活率与生存状态密切相关。伤口的愈合速度决定着患者二次感染、生理疼痛、愈伤疤痕等状况;与急性溃疡相比,慢性皮肤溃疡病例也在急剧上升,包括压迫溃疡以及糖尿病衍生的足部溃疡,影响上全球亿人的生活质量。

图示为皮肤损伤愈合的过程,从创口期(A)→炎症期(B)→增殖期(C)→重构期(D);这一过程需要大量的基层角质细胞参与皮肤新生。图示为皮肤损伤愈合的过程,从创口期(A)→炎症期(B)→增殖期(C)→重构期(D);这一过程需要大量的基层角质细胞参与皮肤新生。

  目前针对溃疡的治疗手段包括依赖自体完好皮肤移植,这种方式需对患者造成二次创伤,并且在溃疡面过大时,这种方式会显得捉襟见肘。另一种手段是利用体外培养的皮肤干细胞进行组合移植,但成皮速率低,患者愈合水平差异大,往往在成皮还未完成时,患者就因溃疡面暴露而造成感染。医学界也尝试通过给患处涂抹表皮生长因子(EGF)来加速伤口愈合和皮肤生长,但溃疡处往往伴随较大的炎症反应,这些单因子成分会很容易被自身免疫系统给失活或者清除。

  “在没有皮肤的区域长出新皮肤

  美国索尔克生物研究所(Salk Institute)的Juan Carlos教授具有丰富的临床手术经验。他表示在创口恢复中最关键的就是基层角质细胞向伤口转移的效率。这些细胞具有干细胞特征,可以分化成不同的皮肤细胞前体并增殖覆盖伤口。但是稍大面积的溃疡不具备这个条件,因为这种细胞在溃疡处几乎不存在。即使伤口愈合,也会产生很大的炎症反应,不能维持正常的皮肤功能。因此当下亟需一种能够快速并高效促进伤口愈合的方法。

  本周,一项由Juan Carlos领导的研究登上国际顶级期刊《自然》。论文指出,只需在伤口处转入四种表皮生长相关因子组合,就可以将其他细胞转化成类似干细胞功能细胞,实现伤口的自然无创愈合,且新生皮肤功能与正常皮肤功能一样。文章第一作者Masakazu Kurita称其为:“在没有皮肤的区域生长出全新皮肤”。

传统创口治疗(上);重编程介导创口治疗(下)传统创口治疗(上);重编程介导创口治疗(下)

  研究团队通过大批量筛选,挑选出四种与皮肤生长相关的因子,并导入到皮肤组织中。在组合因子作用下,可以在小鼠体内实现伤口处间充质细胞的重编程,之后会重新在伤口处生长出新的皮肤组织覆盖住溃疡伤口。在这一过程中,其中一些因子可以将细胞恢复到类似于干细胞的状态,而另一些因子则负责启动细胞向着皮肤细胞增殖分化。这比单因素的生长因子添加效果要强很多倍。

  “我们的实验首次证实了在体外重造出三维组织结构的可行性,”Juan Carlos教授表示,“这项发现不仅有助于皮肤损伤修复,并且可以作为一种范例,在其他领域也能效仿进行体内组织重生。例如在衰老过程中,组织自体修复能力已经受损的情况下实现组织新生。”

  四种神奇因子

  那么这四种神奇的因子是什么呢?研究将这种组合称作DGTM因子,分别包含了DNP63A、GRHL2、TFAP2A、MYC四种单因子。其中DNP63A和GRHL2可以将皮肤间充质细胞重编程变成皮肤细胞前体;MYC则有助于提高重编程效率,并促进细胞增殖和分层;TFAP2A负责加速小皮肤细胞团块汇聚集合。这四种因子算是精挑细选得出的佼佼者,研究人员一共分析了与皮肤生成相关的55种重编程因子以及31种微小RNA分子,最终根据细胞水平的蛋白表达以及生长表现决定采用DGTM的组合。

 利用四种组合因子可以实现皮肤新生的最好效果:产生新生皮肤的动物数量(左),新生皮肤面积(右)。 利用四种组合因子可以实现皮肤新生的最好效果:产生新生皮肤的动物数量(左),新生皮肤面积(右)。

  研究人员为了模拟皮肤破溃,在小鼠背部进行手术处理安装一个嵌套环,可以将溃疡面的正常皮肤组织隔离开并防止自然愈合。之后将筛选出的DGTM组合因子导入溃疡面,仅仅18天后溃疡面就开始生长出新的皮肤组织团块,并且随着时间推移新生皮肤组织会不断扩大直至覆盖整个溃疡面。

  在小鼠背部溃疡面开始新生皮肤组织后,研究人员将嵌套环取下并观察新生皮肤组织走向。结果显示,新生皮肤组织能够成功地与周围正常表皮相连接,说明新生组织可以帮助伤口愈合。另外经过组织切片分析等手段,同样确定了这种利用DGTM诱导产生的新生皮肤组织与正常的皮肤结构功能完全相同,且无致瘤风险。

  应用前景

  一项技术是否重要,还要取决于它未来的临床使用价值大小。此项研究发现DGTM对皮肤再生具有积极作用之后,为了使其更加具有临床使用价值,研究者对传递手段进行了精进。最后选择采用胶原凝胶进行DGTM因子的运输。这种凝胶可以直接涂抹于伤口,且没有刺激性,因此相比生物注射或接种式导入要更加具有临床使用意义。

  更重要的是,凝胶手段保证了后续治疗可以与传统手段相结合。目前临床上恢复溃疡采用的是成纤维生长因子2(FGF2),将FGF2与DGTM利用凝胶进行混合涂抹在破溃处,可加速皮肤生长愈合过程,溃疡面伤口只需2-2.5周即可生长出全新的皮肤组织。

在与传统治疗手段FGF结合使用后,皮肤愈合速率极大地提升。在与传统治疗手段FGF结合使用后,皮肤愈合速率极大地提升。

  当然,未来还需要更多实验来证明其临床可行性,包括人体免疫系统对DGTM因子的作用、探究DGTM因子对不同阶段和种类伤口的作用差别等。但这种利用四种因子便能在活体动物实现类干细胞重编程,已经是一项巨大的技术突破。这项技术对于加速促进伤口的皮肤再生,解决常规伤口修复所需过多的时间精力问题都具有空前意义。这都是目前临床手术无法达到的。因此此项技术对将来应用于人体皮肤损伤修复的再生治疗前景无可限量。

  目前研究团队正在尝试将此项技术运用到不同的伤口模型上。Kurita说:“在进入临床使用之前,我们还需要进行更多的研究来保证其长期安全性,并且要将其效率提高到新的层次。”

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