付小兵/黄沙团队发现生物3D打印促进汗腺再生关键机制

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。造成烧伤患者愈合后生活质量低下,严重者可面临致命性休克。

难点之一是汗腺体积虽小却是一个完整的器官,上皮和间充质组织兼而有之,在严重创烧伤条件下皮肤原位的汗腺细胞已遭破坏,而愈合的组织内没有可以用来主导其重新生长的细胞;二是创烧伤组织内无法重现汗腺发育的微环境。

解放军总医院付小兵院士、黄沙副研究员团队多年来针对上述两大难题开展了系列研究。在早期的研究中他们发现一种3D生物打印技术有利于汗腺结构的形成,并证明了表皮干细胞、骨髓间充质干细胞(BMSC)等在特定条件下能不同程度地向汗腺样细胞分化。但当时还没有解决汗腺再面临的细胞来源不理想、分化效率不高、关键机制不明等问题。

最近,该团队发现在含有小鼠足部蛋白匀浆构建的3D打印微环境中,BMSC能更有效地向汗腺细胞分化,而这一高效转化与高水平表达CTHRC1蛋白明显相关。这一发现以Biochemical and structural cues of 3D-printedmatrix synergistically direct MSC differentiationfor functional sweat gland regeneration为题于发表在Science Advances (第一作者姚斌)

小鼠只有足趾垫中才有汗腺,而其他部位的皮肤附属器只有毛囊或皮脂腺,说明汗腺生长和发挥功能的微环境特异性很强。研究组将足趾垫匀浆蛋白添加到生物墨水中,用其打印出含BMSC混合细胞的3D架构。

在此基础上,他们发现3D架构内的BMSC可表达汗腺特异标志物,并在小鼠体内移植实验中证明诱导过的MSC具有汗腺功能。为了阐明微环境中哪些因素起了重要作用,研究组对足趾垫匀浆蛋白进行了蛋白组学分析,发现一个高水平表达的蛋白CTHRC1,同时转录组学分析显示3D结构因素促进了BMSC中Hmox1基因表达的上调,这两方面因素共同诱导BMSC中对于汗腺发生至关重要的Bmp2基因的表达。拮抗生物墨水中CTHRC1蛋白并抑制BMSC中Hmox1的表达可明显降低汗腺诱导效率。相关研究揭示了微环境与关键分子对于汗腺再生的重要性,为进一步实现汗腺再生提供了基础。

原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/10/eaaz1094.full.pdf
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