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    我国科学家发现生物3D打印促进汗腺再生的关键机制

    日期 2020-03-20   来源:医学科学部   作者:高成金 李恩中  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:81721092,81830064,81571909)等资助下,中国人民解放军总医院付小兵院士、黄沙副研究员团队在汗腺再生及其关键机制研究方面取得新进展。研究成果以“生物3D打印基质微环境的生化及结构因素协同诱导MSC分化为功能性汗腺(Biochemical and structural cues of 3D-printedmatrix synergistically direct MSC differentiationfor functional sweat gland regeneration)”为题,于2020年3月4日在线发表在《科学进展》(Science Advances)上。论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/10/eaaz1094。

      汗腺对哺乳动物的体温调节至关重要。严重创烧伤可破坏皮肤的原位汗腺细胞,而愈合后的组织内没有可以再生汗腺的。在高温环境下,汗腺缺失或功能障碍可导致高热、中暑甚至死亡。目前,汗腺结构和功能重建是皮肤创(烧)伤后再生修复尚未解决的难题,其难点有二:一是汗腺虽小却是一个完整的器官,贯穿于皮肤全层甚至于皮下;二是创(烧)伤组织内无法重现汗腺发育的微环境。多年来,付小兵院士、黄沙副研究员团队针对上述两大难题开展了系列研究,并在早期的研究中发现3D生物打印技术可用于汗腺结构的形成,在此基础上进一步证明了在特定条件下表皮干细胞、骨髓间充质干细胞可不同程度地向汗腺样细胞分化。

      细胞外基质(土壤)作为间充质干细胞(种子)的载体,其微环境影响、决定间充质干细胞的特性和命运。因此,组织工程3D打印细胞外基质可决定间充质干细胞的分化。又因小鼠皮肤的汗腺只存在于足趾垫,说明汗腺生长和发挥功能的微环境特异性较强。基于此,研究者将小鼠足趾垫匀浆蛋白添加至生物墨水,打印出含间充质干细胞的混合细胞3D架构。在此基础上,他们发现该3D架构内的间充质干细胞表达汗腺特异标志物。通过小鼠体内移植实验证明,其中的间充质干细胞经诱导后具有汗腺的功能。进一步通过蛋白组学分析发现:打印至细胞外基质中的小鼠足趾垫匀浆中的CTHRC1蛋白有促进汗腺再生的作用;该3D打印细胞外基质能上调间充质干细胞Hmox1基因的表达;CTHRC1蛋白和Hmox1基因在调控汗腺再生关键基因Bmp2、诱导汗腺再生过程中发挥协同作用。

      该研究证实了改良组织工程细胞外基质的微环境在诱导间充质干细胞向汗腺再生方面具有广泛的应用前景。

    图.生物3D打印基质微环境的生化及结构因素协同诱导MSC分化为功能性汗腺的机制示意图




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