人类自然皮肤组织通常由20种以上皮肤细胞组成，而目前实验室培育的皮肤组织却只包含5-6种，其仿真水平有限，并都不具备毛发生长能力。近日，来自印第安纳大学医学院的研究人员首次利用小鼠干细胞培育出了带毛囊的皮肤组织，与以往的再生皮肤组织相比更类似天然皮肤，可用于化学品检测和毛发生长机理研究，减少实验动物数量。
Karl Koehler教授最初的研究目标是使用小鼠多能干细胞（pluripotent stem cells）建立过内耳（inner ear）类器官体外模型，后来却意外地发现，除了内耳组织这些细胞还能发育成皮肤细胞，于是他们将研究焦点转向了可长出毛囊的皮肤组织。通过观察和模拟皮肤发育，研究人员发现两层皮肤细胞必须以特定的方式聚集才一起才能长出毛发。培养皿中的表皮先形成一个圆形的囊肿，紧接着真皮细胞逐渐包围这些囊肿，这个过程一旦受到干扰这些组织就无法长出毛囊。最后，研究人员成功构建出一个包含表皮（epidermis）和真皮（dermis）两层结构的皮肤类器官单元，当把它放入小鼠体内，还能形成毛囊。这种皮肤类器官模型由3-4种不同类型的真皮细胞和4种表皮细胞组成，组成更为多元化，比以往实验室构建的任何皮肤组织都更类似小鼠皮肤。但目前还无法确定究竟是哪类细胞在组织中形成毛发，猜测其中包含了覆盖小鼠全身各种毛囊类型类似的细胞。
研究人员表示，早期组织生成过程对皮肤组织中毛囊的形成尤为重要，如果破坏这些类器官后再将它们混合在一起，可能就无法产生毛囊。接下来，研究人员将着手开发人工环境培育毛囊整个周期的操作方法，进一步拓展类器官的用途。
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Hair Follicle Development in Mouse Pluripotent Stem Cell-Derived Skin Organoids.
The mammalian hair follicle arises during embryonic development from coordinated interactions between the epidermis and dermis. It is currently unclear how to recapitulate hair follicle induction in pluripotent stem cell cultures for use in basic research studies or in vitro drug testing. To date, generation of hair follicles in vitro has only been possible using primary cells isolated from embryonic skin, cultured alone or in a co-culture with stem cell-derived cells, combined with in vivo transplantation. Here, we describe the derivation of skin organoids, constituting epidermal and dermal layers, from a homogeneous population of mouse pluripotent stem cells in a 3D culture. We show that skin organoids spontaneously produce de novo hair follicles in a process that mimics normal embryonic hair folliculogenesis. This in vitro model of skin development will be useful for studying mechanisms of hair follicle induction, evaluating hair growth or inhibitory drugs, and modeling skin diseases.
