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PNAS:让逐渐失去再生能力的毛囊长出新发

2017/08/15 来源:生物探索
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导读
美国南加州大学领导的一项研究于8月11 日发表在PNAS上,解决了皮肤是如何发育成毛囊并最终长出毛发的问题。研究人员通过提供正确的分子,刺激成年毛囊细胞继续发育,最终产生毛发。


皮肤是如何发育成毛囊并最终长出毛发的?美国南加州大学领导的一项研究于8月11 日发表在美国国家科学院院报(PNAS)上,解决了这个问题。科研人员利用观察到的结果,组合成具有基本的皮肤结构和包括头发生长能力的细胞三维结构图。

这项研究的第一作者是Mingxing Lei,他是南加州大学Cheng Ming Chuong实验室的博士后研究者。他们团队从新生小鼠开始分离皮肤细胞,Lei负责从成百上千延时成像的影像中分析细胞行为。他们观察到这些细胞通过六个不同的阶段最后形成毛囊:1)游离的细胞;2)聚集的细胞;3)胞;4)合并胞;5)分层的皮肤;6)有毛囊的皮肤,这些毛囊被移植到小鼠的背部能产生毛发。相反成年小鼠中分离的皮肤细胞在分离后的发育中只能达到第二相——聚集,不能产生毛发。


实验流程和观察到的毛囊形成六相

为了理解是什么在中间起作用,科学家分析了让毛囊成功形成的分子事件和生理过程。Lei说:“我们运用了生物信息学和分子筛选相结合的方法。”

在不同的时间点,他们观察到与胶原蛋白;血糖调节激素胰岛素;细胞膜的形成;细胞的粘附、死亡或分化;以及许多其它相关过程的基因活性增加。通过转录组分析揭示了粘附分子、生长因子、Wnt蛋白和基质金属蛋白酶(MMPs)的顺序表达。不同时间功能的变化让人们能辨别它们让细胞从一个相到另一个的调节功能。

除了确定哪种基因在何时活性增加,科研人员还确定了在毛囊中这种活性增加的具体位置。他们随后阻止了特定基因的活性以确认其在毛囊形成中的作用。


环境重编程成年毛囊细胞的效果

通过仔细研究这些发育过程,科研人员获得了促进皮肤细胞形成毛囊并产生毛发的分子。比较转录组分析表明,抑制成人细胞的表皮分化至关重要。这些结果启发了可以恢复形态转变和让成年毛囊形成毛发的策略:(1)连续抑制PKC;(2)及时供应生长因子(IGF, VEGF)和Wnts、MMPs。

然后他们将促进分子添加到从成年鼠皮肤细胞中获得的、已经停止生长的毛囊中去。通过提供正确的分子,它们能够刺激这些成年的毛囊细胞继续发育,最终产生毛发。事实上,成年毛囊细胞产生的毛发比新生毛囊多40%,在量上明显增加。

文章的通讯作者之一,南加州大学干细胞实验室的Chuong教授说:“通常情况下,许多老年人不长头发,因为成人细胞逐渐失去再生能力。通过我们的新发现,能够使成年小鼠细胞再次产生毛发。在未来,这项工作可以为脱发及秃头患者提供刺激头发生长的新策略。”

参考资料

Self-organization process in newborn skin organoid formation inspires strategy to restore hair regeneration of adult cells

Scientists obtain 'how to' guide for producing hair follicles

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