一个新的皮肤图谱和皮肤类器官可能会彻底改变皮肤疾病的治疗方法，并增强再生医学技术。一个研究团队创建了首个单细胞胎儿人类皮肤图谱，以了解皮肤是如何形成的，以及在疾病中出了什么问题。该团队由来自Wellcome Sanger研究所、纽卡斯尔大学及其合作者的研究人员组成，他们使用单细胞测序和其他基因组学技术创建了图谱，并揭示了人类皮肤（包括毛囊）是如何形成的。这些发现可以用于在再生医学中创建新的毛囊，以及为烧伤患者进行皮肤移植。
研究团队最近在《自然》杂志上发表了一项研究，他们还在培养皿中创建了一个微型皮肤类器官，具有生长毛发的能力。通过这个类器官，他们展示了免疫细胞在无疤痕皮肤修复中的重要作用，这可能导致临床应用，以防止手术后的疤痕或伤口愈合后的无疤痕修复。
作为“人类细胞图谱”项目的一部分，该项目旨在绘制人体所有细胞类型的地图，以改变对健康和疾病的理解，研究人员提供了一份构建皮肤的“分子配方”和一种新的类器官模型，用于研究先天性皮肤疾病。
皮肤是人体最大的器官，平均面积约为两平方米。它提供了保护屏障，调节体温，并且可以自我再生。皮肤在无菌的子宫环境中发育，所有毛囊都在出生前形成——出生后有毛囊周期，但不会形成新的毛囊。在出生前，皮肤具有独特的无疤痕愈合能力。
由于动物模型存在关键差异，研究人类皮肤如何发育一直很困难。作为“人类细胞图谱”项目的一部分，一个研究团队专注于学习人类皮肤是如何构建的。了解皮肤如何发育、细胞在时间和空间中的位置以及遗传学的作用，将有助于揭示特定突变如何导致先天性皮肤疾病，如水疱病和鳞状皮肤。
在这项新研究中，Wellcome Sanger研究所、纽卡斯尔大学及其合作者的研究人员创建了首个单细胞和空间胎儿人类皮肤图谱。研究团队使用胎儿皮肤组织样本，将其分解以观察悬浮的单个细胞，以及组织内的细胞。科学家们使用前沿的单细胞测序和空间转录组学技术分析了单个细胞在时间和空间中的变化，以及调节皮肤和毛囊发育的细胞变化。他们描述了人类毛囊形成的步骤，并指出了与小鼠毛囊的不同之处。
研究人员还使用成人干细胞创建了一个微型皮肤类器官，具有生长毛发的能力。他们将皮肤类器官的分子特征与胎儿皮肤进行了比较，发现皮肤类器官模型更接近胎儿皮肤而不是成人皮肤。研究团队发现，血管在皮肤类器官中的形成不如胎儿皮肤好。通过向类器官中添加称为巨噬细胞的免疫细胞，他们发现巨噬细胞促进了血管的形成，并进行了3D成像以评估组织内的血管形成情况。
已知这些免疫细胞可以保护皮肤免受感染。然而，这是首次发现巨噬细胞在早期发育过程中对人类皮肤形成的关键作用，通过支持血管的生长。这为改善其他组织类器官的血管化提供了选择。研究团队还分析了胎儿皮肤和成人皮肤之间细胞类型的差异。他们展示了巨噬细胞在胎儿皮肤无疤痕修复中的重要作用，这可能导致避免手术或伤口愈合后留下疤痕的临床应用。
由于这项研究，研究团队提供了一份关于如何构建人类皮肤和毛囊形成的“分子配方”。这些见解可用于再生医学中创建新的毛囊，例如用于烧伤患者的皮肤移植或瘢痕性脱发患者。
胎儿人类皮肤图谱还将用于确定哪些细胞表达了已知会导致先天性毛发和皮肤疾病的基因，如水疱病和鳞状皮肤。研究人员发现，这些疾病的基因在胎儿皮肤中表达，意味着它们起源于子宫内。本研究中创建的皮肤类器官为研究这些疾病提供了一种新的、准确的模型。
“通过我们的胎儿人类皮肤图谱，我们提供了构建人类皮肤的第一个‘分子配方’，并揭示了毛囊在出生前是如何形成的。这些见解具有惊人的临床潜力，可用于再生医学，当提供皮肤和毛发移植时，例如用于烧伤患者或瘢痕性脱发患者。”Wellcome Sanger研究所的共同第一作者Elena Winheim博士说。
纽卡斯尔大学的共同第一作者Hudaa Gopee博士说：“我们很高兴创建了一个能生长毛发的皮肤类器官模型。在这个过程中，我们发现免疫细胞在促进发育皮肤组织中血管生长的新重要作用，这可能有助于改善其他类器官模型。这些免疫细胞，即巨噬细胞，在胎儿皮肤的无疤痕修复中也似乎扮演着重要角色。我们的发现可能为避免手术后留疤的临床进展提供信息。”
Wellcome Sanger研究所的共同通讯作者兼细胞遗传学临时负责人Muzlifah Haniffa教授说：“我们的胎儿人类皮肤图谱和类器官模型为研究社区提供了免费可用的工具，用于研究先天性皮肤疾病和探索再生医学的可能性。我们正在朝着创建‘人类细胞图谱’迈出令人兴奋的步伐，了解人类构建的生物学步骤，并研究疾病中出了什么问题。”
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