皮肤类器官

2026-10-19

起源:皮肤类器官起源于1975年,Rheinwald等人首次提出皮肤类器官的概念,由人角质细胞和经辐射处理的小鼠成纤维细胞的连续共培养生成鳞状上皮(Rheinwald J. G., Green H. Serial cultivation of strains of human epidermal keratinocytes: the formation of keratinizing colonies from single cells [J]. Cell, 1975, 6(3): 331-343.)。2020年,Lee等人构建一个近乎完整的体外自组织皮肤系统,该系统由iPSCs分化而成,形成了一个层次化的皮肤类器官,不仅拥有表皮和真皮,还拥有神经突、Merkle细胞、皮脂腺和毛囊(Thenappan Thenappan, Ormiston Mark L, Ryan John J, et al. Pulmonary arterial hypertension: pathogenesis and clinical management [J]. BMJ, 2018, 360: 5492.)。

定义:人皮肤类器官(skin organoids,SKO)是由人诱导多能干细胞 (hiPSC)分化生成的三维(3D)结构,含表皮、真皮及皮肤附属器(毛囊、汗腺)。其构建过程模拟胚胎皮肤发育时序:首先诱导形成含神经嵴细胞的表皮前体细胞团,随后在3D基质培养条件下,表皮细胞与间充质细胞相互作用,逐步形成分层的表皮和富含胶原的真皮层,并自发产生皮肤附属器结构,包括成熟的毛囊(含毛干、内外根鞘、毛乳头、黑素细胞)、皮脂腺、汗腺、Merkel细胞及感觉神经突。

应用:

原料安全性评估;

皮肤吸收以及渗透性评估:皮肤类器官具有完整的角质层屏障、功能性毛囊和汗腺结构,能够更真实地模拟经皮吸收的三条主要途径——细胞间途径、经细胞途径和附属器途径(毛囊/汗腺)。

化妆品功效评估:(抗衰与紧致)可评价I/III型胶原合成、弹性蛋白表达、MMP降解抑制,模拟光老化/自然老化过程并评估活性物的干预效果;(美白与淡斑)可评估原料对黑色素合成、转运、分布的影响,以及对UV诱导色素沉着的防护效果,更接近人体肤色调节的真实生理;(屏障修护与舒缓)可评价屏障损伤修复、TRPV1介导的神经源性炎症抑制等舒缓功效;(控油与抗痤疮)可用于评估原料对皮脂分泌的调节作用及痤疮相关通路的干预效果。


3D重组人工皮肤模型

起源:3D重组人工皮肤模型(3D reconstructed human skin models)起源于皮肤组织工程学的发展。1990年,Rosdy与Clauss建立了无真皮基质依赖的重组人表皮模型,利用惰性滤膜在化学限定培养基中通过气液界面培养获得完全分化的表皮组织,即SkinEthic™模型的技术原型(Rosdy M., Clauss L. C. Terminal epidermal differentiation of human keratinocytes grown in chemically defined medium on inert filter substrates at the air-liquid interface [J]. Journal of Investigative Dermatology, 1990, 95(4): 409-414.)。1991年,Tinois等人构建EpiSkin™模型,采用I型胶原基质模拟真皮、表面涂布IV型胶原膜后接种第二代人角质形成细胞,经13天气液界面培养形成具有功能性角质层的复层化表皮(Tinois E., Tiollier J., Gauchard M., et al. In vitro and post-transplantation differentiation of human keratinocytes grown on the human type IV collagen film of a bilayered dermal substitute [J]. Experimental Cell Research, 1991, 193(2): 310-319.)。

定义:3D重组人工皮肤模型是利用组织工程技术,将人原代角质形成细胞(可加入成纤维细胞、黑素细胞等)接种于胶原基质或惰性聚碳酸酯滤膜上,经浸没培养后转至气液界面诱导分化而形成的三维体外皮肤结构。其中表皮型模型(RHE)具有基底层、棘层、颗粒层和角质层的完整复层结构及功能性屏障;全层皮肤模型(full-thickness model)进一步包含成纤维细胞构成的真皮层及真皮-表皮连接区(DEJ)结构。

应用:

原料安全性评估:皮肤刺激性/腐蚀性测试(已纳入OECD TG 439/TG 431)、光毒性评估、皮肤致敏性组合评价,全面替代兔皮Draize实验;

皮肤吸收与渗透性评估:经皮吸收与透皮给药研究,已获ECVAM验证,用于评价原料经角质层渗透进入真皮及体循环的程度;

化妆品功效评价:覆盖保湿(AQP3/FLG/屏障脂质)、抗皱(I/III型胶原/MMP-1/弹性蛋白)、美白(黑色素含量/酪氨酸酶/TRP家族)、舒缓(IL-6/TNF-α等炎症因子)、屏障修护(紧密连接蛋白/经皮失水)、光老化防护等多类功效宣称的体外机理验证与配方筛选。

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