重磅!3D打印技術助力培養人類毛囊,有望解決脫發問題

發布時間:2019/6/28 15:24:08  作者:

美國哥倫比亞大學研究團隊,開發了一種新的種植毛發的方法,利用3D打印技術第一次在培養皿里創造出人類毛囊并長出毛發。這是毛囊干細胞第一次在完全離體環境中產生人類毛囊。


撰文:細胞中心白澤

有人說,頭發問題是現代人心底的痛。對很多人而言,自己脫發最密集的地方恐怕是自家地板和下水道了吧。雖然目前我們還沒有找到擺脫脫發的方法,但是科學家們對于脫發的研究從未放棄,甚至愈演愈烈。

近日,有兩項研究就找到了幫助毛囊重新生長頭發的方法,并且首次在培養皿內使得人類毛囊長出毛發,這兩篇研究分別發表在發表在《Cell Stem Cell》以及《Nature Communications》上。

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毛囊干細胞:我從未離開,只是睡著了

毛囊是毛發的基本單位,在每個毛囊內都住著一群毛囊干細胞,毛囊干細胞可以不斷的分化成其他細胞,促進頭發的生長。就算掉了頭發,只要有毛囊干細胞在,就會有源源不斷的新頭發長出。

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毛囊橫截面

那么,脫發人群是由于毛囊干細胞的減少所以才形成脫發的嗎?

最近研究人員發現,原來毛囊干細胞一直都在。脫發人群的脫發區域內仍然存在著許多毛囊以及毛囊干細胞,和健康人的毛囊數量并沒有差別。但是這些毛囊干細胞卻不再繼續工作,而是進入了“休眠”模式。

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喚醒休眠的毛囊

如何激活毛囊促進頭發生長呢?

目前市面上最主要有兩款藥物,內服的非那雄胺以及外用的米諾地爾。然而可惜的是,這兩種藥物僅適用于男性脫發(脂溢性脫發)



對于日益壯大的女性脫發人群,由Christiano博士帶領的研究團隊找到了一種新的方法:JAK抑制劑。 

研究人員發現,在JAK-stat途徑中,一種叫做Trichophages的細胞通過分泌Onescatin M物質作用于毛囊干細胞,讓它處于休眠狀態。

通過JAK抑制劑可以有效的阻止Onescatin M物質的分泌,刺激毛囊干細胞再度分化,重新打開毛囊的生長周期。

Christiano博士表示:“這些新的途徑可能會給患有脫發的男性和女性帶來新的治療,因為它們似乎是獨立于男性激素途徑的。尤其是局部使用治療,可以避免與非那雄胺和米諾地爾有關的副作用。”


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3D打印為毛囊打造生長環境

多年來,通過培養取自現存毛囊基部的細胞,科學家們已經可以在實驗室中培養出小鼠或大鼠的毛發。鼠細胞可以長出漂亮的毛發,但由于某些我們不能完全理解的原因,人體的細胞一直沒有成功。

為了打破人類毛囊細胞的抗性,Christiano博士一直在創造模擬人類毛囊細胞居住的3D環境的條件。實驗室第一次嘗試在懸掛的液滴中創造小細胞球。但是將球體植入老鼠體內后,結果是不可預知的:有些人的細胞產生了新的毛發,而另一些人的卻沒有。

第一次將毛囊種植到皮膚以外(完全離體)的地方,利用3D打印技術創造出一個模具,重現了毛囊生長和發育的3D微環境,類似于自然環境,成功在毛囊干細胞產生毛囊。

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▲利用3D打印技術創造毛囊

在這項新研究中,Christiano博士團隊利用3D打印機的獨特功能,為毛囊的生長創造了一個更加自然的微環境。他們通過3D打印技術制作出了只有半毫米寬的超長超薄塑料模具,為毛囊細胞提供了適宜生長的微環境,并在培養皿中投入了喚醒毛囊干細胞的JAK抑制劑。

僅僅在三周后,人類的毛囊在培養皿內出現并開始制造毛發。

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有望提供無限毛囊,解決脫發問題

雖然目前Christiano博士的這種方法還需要不斷優化,但是通過人工培養毛囊,可以為接受植發的患者提供源源不斷的新毛囊。頭發修復手術大約需要2000個毛囊(從后腦到前額),但通常只適用于那些脫發已經穩定,并且有足夠毛發可以捐獻的男性患者。

Christiano博士表示:“這擴大了所有患者頭發修復的范圍-包括經歷過頭發稀疏的美國3000萬女性和頭發仍在消退的年輕男性。頭發修復手術將不再受供體毛發數量的限制。”

總之,這項技術可以應用到多方面:(i)全層皮膚損失的皮膚替代療法; (ii)頭發修復手術; (iii)藥物開發; (iv)化妝品的測試。這種新穎的仿生發育組織工程技術標志著人體皮膚領域研究向前邁出了關鍵一步。



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