含有皮脂腺的皮肤组织及其形成方法和用途

摘要

本发明公开了含有皮脂腺的皮肤组织及其形成方法和用途，其中，形成皮脂腺的方法包括：在凝胶中对真皮细胞和表皮干细胞进行共培养。利用该方法可以形成具有皮脂腺的皮肤组织。

说明书

技术领域

本发明涉及细胞生物学和再生医学领域，具体地，涉及形成皮脂腺的方法 及其应用，更具体地，涉及形成皮脂腺的方法，含有皮脂腺的皮肤组织以及形 成皮脂腺的方法在皮肤再生中的用途。

背景技术

皮肤作为人体最大的组织，是与外界环境接触的屏障，当外界损伤或疾病 等因素造成皮肤缺损时，常常造成皮肤的损伤和感染。我国人口众多，每年烧 伤与溃疡患者达到1500万人，其中需要进行皮肤移植的病例在350万人，皮肤 需求量在4亿平方厘米以上。因此，寻找一种理想的皮肤代用品一直是临床上 一个急需解决的难题。随着细胞生物学、材料学、生物化学、生物工程学、移 植学的飞速发展，人们对表皮角质形成细胞的生物学特性、人工材料的加工与 合成等有了更深入的认识，使在体外构建组织工程皮肤成为可能。

皮脂腺是维护皮肤结构功能稳定最重要的附属器官，因为皮脂腺与汗液以 及脱落的上皮细胞等在皮肤表面形成一层皮脂汗液乳胶膜，其厚度7-10μm，其 为皮肤表面三维脂质结构，可以促进皮肤屏障的完整性。如果缺少这层三维皮 质结构，将会出现皮肤粗糙和毛发枯槁。由于手掌、足跖和手指、足趾的部分 皮肤因为没有皮脂腺，所以经常出现皮肤干裂现象。而现在的组织工程皮肤虽 然有和正常皮肤类似的真皮和表皮层，但缺乏皮脂腺，无法为皮肤提供营养滋 润、抗菌抗氧化的保护以及水分保持，皮肤移植后，出现皮肤收缩变形严重、 外表易干裂及易感染的等问题，同时组织工程皮肤的性能明显低于天然正常皮 肤。

然而，现有的组织工程皮肤仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一 个目的在于提出一种形成皮脂腺的方法。

需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：

发明人发现，来源于皮肤表皮的表皮干细胞和来源于皮肤真皮的真皮细胞， 均具有大量扩增的潜力，并且在体外分离培养后，表皮干细胞的特征为高表达 整合素CD29，CD49f以及K15(角质蛋白15)，而且在后续的传代中两种干细胞 的特征标记性分子表达稳定。发明人将上述两种细胞分别在不同的培养体系中 进行扩增，然后将两种细胞按比例移植到裸鼠皮肤，经组织学分析，发现有新 形成的皮脂腺结构。

因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种形成皮脂腺的方法。根 据本发明的实施例，该方法包括：在凝胶中对真皮细胞和表皮干细胞进行共培 养。发明人惊奇的发现，该方法可以形成具有皮脂腺的皮肤组织。根据本发明 的实施例，本申请形成具有皮脂腺的皮肤组织的方法，操作简单、方便快捷、 容易控制、易于实现规模化生产。

根据本发明的实施例，所述共培养是在动物的皮下进行的。由此，促进皮 脂腺的皮肤组织的再生，并且再生的皮肤组织的结构与正常皮肤类似。

另外，根据本发明上述实施例的成皮脂腺的方法，还可以具有如下附加的 技术特征：

根据本发明的实施例，所述真皮细胞包括真皮干细胞和成纤维细胞的至少 之一。

根据本发明的实施例，所述真皮细胞为成纤维细胞，并且在所述凝胶中含 有胰岛素、地塞米松、格列酮和XAV939(3,5,7,8-四氢-2-[4-(三氟甲基)苯基]-4H- 噻喃并[4,3-d]嘧啶-4-酮)。由此，化学试剂诱导表皮干细胞分化为自由皮脂腺， 进而形成与正常皮肤类似的皮脂腺结构。

所述胰岛素的终浓度为50-150μg/mL，所述地塞米松的终浓度为 10^-4-10^-6M，所述类格列酮的终浓度为150-250μM，所述XAV939的终浓度为 5-15μM。由此，化学试剂诱导表皮干细胞和成纤维细胞分化为自由皮脂腺的效 果好。

根据本发明实施例，所述胰岛素的终浓度为100μg/mL，所述地塞米松的 终浓度为10^-5M，所述类格列酮的终浓度为200μM，所述XAV939的终浓度为 10μM。由此，化学试剂诱导表皮干细胞和成纤维细胞分化为自由皮脂腺的效果 更佳。

其中，需要说明的是，本申请中所使用的术语“终浓度”是指将各种化学 试剂加入含混合细胞的凝胶后，该化学试剂在凝胶中的浓度。

根据本发明的实施例，所述真皮细胞和所述表皮干细胞混合的数量比为 10:1～1:10。

根据本发明的实施例，对于每3mm²皮肤，混合细胞的数量不少于10⁴个。 由此，混合细胞的数量满足皮脂腺皮肤组织再生的需求。

根据本发明的实施例，所述凝胶为选自Matrigel、胶原或者水凝胶的至少 一种。

根据本发明的实施例，所述真皮细胞和所述表皮干细胞均为来源于自体、 同种异体或者异种的细胞。其中需要说明的是，所述来源于异种的细胞用于免 疫缺陷动物的皮脂腺再生。由此，再生的皮脂腺皮肤组织排异作用小。

根据本发明的实施例，所述真皮细胞和所述表皮干细胞分别独立地预先在 液体培养基中被贴壁培养0～30代，所述液体培养基中含有细胞活性因子和细 胞外基质分子，所述细胞活性因子为选自bFGF、EGF的至少一种，所述细胞 外基质分子为选自透明质酸、纤维粘连蛋白的至少一种。由此，真皮细胞和表 皮干细胞的活性高，细胞变异小。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：利用原位质谱鉴定所述含再生 皮脂腺的皮肤组织表面的油脂分泌。由此，能够更加精确的鉴定所述含再生皮 脂腺的皮肤组织表面的油脂分泌情况。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种含有皮脂腺的皮肤组织。根 据本发明的实施例，所述皮脂腺是通过前述的本发明实施例的所述的方法形成 的。发明人惊奇地发现，该皮肤组织具有与正常皮肤组织类似的皮脂腺的结构。

根据本发明的再一方面，本发明还提够了前述的方法在皮肤再生中的用途。 根据本发明实施例，所述方法用于再生皮脂腺，或含有皮脂腺的皮肤组织。发 明人惊奇地发现，在皮肤再生中应用该方法，可以获得具有与正常皮肤类似的 皮脂腺。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描 述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的表皮干细胞的细胞表面标志分子 CD49f的表达结果的图片；

图2显示了根据本发明一个实施例的真皮干细胞的细胞表面标志Nestin的 表达结果的图片；

图3显示了根据本发明一个实施例的正常皮肤组织切片的共聚焦显微镜观 察的图片；

图4显示了根据本发明一个实施例的由表皮干细胞和真皮干细胞共同移植 后形成的皮肤组织切片的共聚焦显微镜观察的图片；

图5显示了根据本发明一个实施例的由表皮干细胞和成纤维细胞混合后用 化学试剂诱导共同移植后形成的皮肤组织切片的共聚焦显微镜观察的图片；

图6显示了根据本发明一个实施例的MALDI质谱检测移植后形成的皮肤 组织的皮脂腺分泌结果的图片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通 过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本 发明的限制。

本申请的实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述 的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者， 均为可以通过市购获得的常规产品。

下面详细描述本发明的实施例，如无特殊说明，下述实施例中离体皮肤干 细胞从C57小鼠的皮肤或人的头皮组织分离并培养；真皮干细胞培养基组成为 DMEM/F12(3:1)(购买于Invitrogen公司)，含2％B27(购买于Invitrogen公司)， 40ng/μL bFGF(Peprotech)和20ng/μL EGF(Peprotech)；成纤维细胞的培养基为 DMEM含10％胎牛血清；Accutase购于sigma；3M膜为Tegaderm^TM Film；悬 浮细胞培养皿，购自于广州杰特生物过滤制品有限公司，货号为MCD-000-090。 贴壁细胞培养皿，购自于Corning公司。Matrigel购自于BD公司。实验动物均 购自于广东省医学实验动物中心。

实施例1

表皮干细胞的分离和培养及鉴定过程具体如下：

(1)取胎鼠全层皮肤，加入质量浓度0.25％dispase II酶4℃过夜。

(2)剥离胎鼠的皮肤表皮，将表皮剪碎后加入质量浓度0.25％胶原酶， 37℃消化30min后终止反应，获得消化后的表皮干细胞的原代细胞。

(3)将获得的原代细胞过80目筛网，然后300×g离心10min，弃上 清后以CnT-07(由CELLnTEC公司生产)培养基悬浮细胞。

(4)将CnT-07悬浮的原代细胞接种于铺有小鼠I型胶原的10CM细胞培 养板上，孵育60min后，以0.01mol/L HBSS洗涤细胞2次，再加入CnT-07 培养。

(5)待原代细胞长至60％～80％融合时，用Accutase酶消化，然后按1∶ 2比例传代。

(6)表皮干细胞的鉴定：即细胞表面标志物的鉴定，方法如下：取第1、 3、5代表皮干细胞做细胞爬片，对其进行整合素CD29和CD49f以及K15的 免疫荧光染色，观察细胞的着色情况。观察发现，表皮干细胞的整合素CD29， CD49f和K15均高表达，具体结果如图1所示。

实施例2

真皮干细胞的分离和培养及鉴定过程具体如下：

(1)取胎鼠全层皮肤，将皮肤剪碎后，加入质量浓度0.25％dispase酶 4℃过夜。

(2)剥离胎鼠的表皮，分离真皮，并将真皮剪碎，加入质量浓度0.25％ 胰蛋白酶，37℃消化20～40min后终止反应，获得消化后的真皮干细胞的原 代细胞。

(3)将真皮干细胞的原代细胞过200目筛网，然后，300×g离心10min， 弃上清后，以真皮干细胞培养基悬浮原代细胞。

(4)将真皮干细胞培养基悬浮原代细胞接种于不贴壁培养皿中。

(5)待不贴壁培养皿中出现较多细胞球后，将真皮干细胞按1∶2的比例 传代。

(6)真皮干细胞的鉴定：即细胞表面标志物的鉴定，具体方法如下：取 第1、3、5代真皮干细胞做细胞甩片，对真皮干细胞的Nestin和Fibronectin进 行免疫荧光染色，观察细胞的着色情况。免疫荧光分析发现，真皮干细胞的 Nestin和Fibronectin均高表达，其中，Nestin阳性的结果如图2所示。

实施例3

利用真皮干细胞诱导表皮干细胞形成皮脂腺结构，具体过程如下：

(1)培养实施例1中获得的表皮干细胞，将第3代表皮干细胞用Accutase 酶消化后，制备总细胞数100万的表皮干细胞悬液于PBS中。

(2)培养实施例2中获得的真皮干细胞，制备第3代真皮干细胞总细胞 数100万细胞悬液于PBS中。

(3)将(1)和(2)中的两种细胞悬液混合，300g离心5min。

(4)取离心后的细胞，弃上清，在细胞沉淀中加入10微升Matrigel，混 匀，待用。

(5)将BALB/c裸鼠用1％的戊巴比妥钠麻醉，用打孔器在其背部皮肤上 制造面积约7mm²的伤口。

(6)将步骤(4)中制备获得的混有皮肤干细胞的Matrigel移植到裸鼠皮 肤伤口表面。

(7)用3M膜覆盖裸鼠伤口表面，然后用绷带将裸鼠伤口包扎。

(8)正常饲养裸鼠，3周后拆开绷带去除3M膜，切取细胞移植的皮肤组 织，并固定染色后，观察皮脂腺结构，发现有大量皮脂腺结构形成。

实施例4

利用化学试剂诱导表皮干细胞形成皮脂腺结构，具体过程如下：

(1)培养实施例1中获得的表皮干细胞，将第3代表皮干细胞用Accutase 酶消化后，制备200万的细胞悬液于PBS中。

(2)将成纤维细胞用Accutase酶消化后，制备200万的细胞悬液于PBS 中。

(3)将(1)和(2)中的两种细胞悬液混合，并平均分成2份，一份作 为实验组，另一份作为对照组，300g，离心5min。

(4)将上述2份离心后的细胞弃上清，分别在细胞沉淀中加入10微升 Matrigel，混匀。

(5)在实验组的Matrixgel中加入适量的胰岛素，地塞米松，类格列酮以 及XAV939，使其最终浓度为：胰岛素100μg/mL，地塞米松10-5M，类格列酮 200μM，XAV93910μM，将上述化学试剂充分吹吸混匀。对照组不添加上述化 学试剂。

(6)将BALB/c裸鼠用1％的戊巴比妥钠麻醉，用打孔器在其背部皮肤上 制造面积约7mm²的伤口。

(7)将步骤(5)中制备获得的2组混有皮肤干细胞的Matrigel分别移植 到裸鼠皮肤伤口表面。

(8)用3M膜覆盖裸鼠伤口表面，然后用绷带将裸鼠伤口包扎。

(9)正常饲养裸鼠，3周后拆开绷带去除3M膜，切取细胞移植的皮肤组 织，并固定染色后，观察皮脂腺结构。发现实验组有大量皮脂腺结构形成而对 照组只有很少量的皮脂腺结构形成。

实施例5

对实施例3和实施例4中实验组和对照组的干细胞移植的皮肤组织进行组 织形态学鉴定，具体如下：

1、制备表皮干细胞再生皮脂腺结构组织切片：

(1)分别切取实施例3和实施例4中实验组和对照组的干细胞移植的皮肤 组织区域，4％多聚甲醛固定过夜，PBS浸泡3小时，30％蔗糖脱水8小时。

(2)OCT包埋组织，冰冻切片，取10μm厚度的组织切片。

(3)将组织切片自然晾干。

(4)将组织切片用PBS洗三遍，每次5分钟。

(5)用0.2-0.5％triton X-100(PBS配制)对组织切片做透膜处理10分 钟。

(6)将透膜处理后的组织切片用PBS洗三遍，每次5分钟。

(7)将组织切片用2％BSA封闭30分钟，然后用PBS洗两遍。

(8)将封闭后的组织切片加入抗生物素Cy3标记的1抗，室温孵育3小 时。

(9)将连接1抗的组织切片用PBS洗三遍，每次5分钟。

(10)加入0.5μg/ml DAPI(PBS配制)染色10分钟。

(11)将染色后组织切片用PBS洗三遍，去除多余的DAPI。

(12)将去除多余的DAPI的组织切片加入20μl封片剂封片。

(13)封片好的组织染色样品置于4度冰箱中，可存放2周以上。

2、组织切片的组织形态学鉴定：

采用共聚焦显微镜观察组织切片，观察发现，正常皮肤的皮脂腺，免疫荧 光染色显示其有大量生物素(Biotin)合成，细胞呈现为空泡状结构；实施例3 的再生皮肤组织中有皮脂腺结构的形成，其结构形态与正常皮肤中的皮脂腺类 似；实施例4中有化学试剂诱导的组织(即实验组)有大量生物素合成的皮脂 腺结构，而对照组几乎没有类似的结构形成，具体结果如图3-5所示。

实施例6

利用原位质谱鉴定实施例4中移植后的皮肤组织的皮脂腺的油脂分泌能力 的方法具体如下：

(1)将实施例4中干细胞皮肤移植的BALB/c裸鼠用1％的戊巴比妥钠麻 醉，用100％的乙醇擦洗其背部皮肤，使其皮肤表面的油脂类物质全部洗掉。

(2)分别切取实验组和对照组的细胞移植后的皮肤组织，用皮肤活检器切 取2mm直径的皮肤组织，其中包括正常皮肤和干细胞移植皮肤，将该组织片 置于37℃的培养箱中孵育2小时，使其组织内的皮脂向皮肤表面分泌。

(3)利用原位质谱鉴定上述皮肤组织表面油脂的分泌前，需对组织切片进 行预处理，其过程为用含0.1％TFA的50％ACN水溶液配制成15g/L的CHCA 基质溶液，用蠕动泵以5μl/s推动100μl基质溶液均匀喷洒在组织表面上，待组 织表面溶液将干时，再次喷洒基质溶液，循环2次。

(4)将喷好基质的组织切片放在室温下，待溶剂挥发析出结晶后放入干燥 器中干燥2h。

(5)干燥后的组织切片用导电胶带贴在MALDI不锈钢靶板上，送入质谱 仪分析。

(6)质谱条件随机取每片组织切片3个点，每个点累加1000次扫描数据 得到质谱图，3个点累加后得到总质谱图。用正离子反射式模式检测，质量扫 描范围m/z 100-1000；正离子线性模式检测，质量扫描范围m/z 100-2000。

结果如图6所示，其中红线代表正常皮脂腺分泌的油脂，绿线代表再生皮 脂腺分泌的油脂，质谱结果表明，再生皮脂腺有和正常皮脂腺类似的油脂分泌 能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特 征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明 书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描 述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中 以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。