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【Nature子刊】新突破!人造皮肤竟然拥有天然皮肤张力!

首页 » 《转》译 2020-11-02 转化医学网 赞(2)
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导读
人造皮肤的发展,最早可以追溯到20世纪80年代。随着时代的发展、社会的需求,人造皮肤竟然发展出有天然皮肤张力了!


  皮肤是人体面积最大的器官,可以保持人体水分平衡,并作为第一道防线抵抗外界细菌入侵。皮肤上丰富的感受器官让我们可以感知冷热干湿,疼痛压力,此外,皮肤还具有柔软、可拉伸、自我修复等多种特性。

  随着材料科学、生物工程和电子信息等科学的飞速发展以及人们出于追求美观和功能等原因对人造皮肤需求的持续增长,越来越多的科学家将研究目光投向了这一领域。最近有研究开发了有天然皮肤张力的人造皮肤。

  这项研究由RIKEN生物系统动力学研究中心(BDR)的研究人员进行,并于10月30日发表在《Communications Biology》上,题为“Tissue-scale tensional homeostasis in skin regulates structure and physiological function。”


 图  文章发表   来源:《Communications Biology》
  人造皮肤(Artificial Skin)人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原理和方法,在体外人工研制的皮肤代用品,用来修复、替代缺损的皮肤组织。
 人造皮肤最新研究
  RIKEN生物系统动力学研究中心(BDR)的研究人员开发了一种改进的人体皮肤等效物,可以在横向上再现牵引力平衡,该特性可以控制皮肤的结构和生理功能。这种人造皮肤将增强对皮肤生理功能的深入分析,为疾病或衰老引起的皮肤问题提供解决方案,并减少对动物测试的需要。
  理研BDR的Takashi Tsuji领导的研究小组与日本ROHTO制药株式会社合作,开发出了再现自然皮肤张力平衡的人体皮肤等效物(HSE),并研究了张力平衡在控制皮肤结构和功能方面的作用。
  通过探究皮肤张力平衡的分子机制,研究团队发现,与没有张力的人造皮肤相比,具有张力平衡的合成皮肤在真皮层中拥有更多的胶原纤维,繁殖更多的初级皮肤细胞,并且某些基因的表达量更大。这意味着张力平衡有利于HSE的愈合和再生,使其对一些药物的反应更灵敏。研究人员认为,皮肤张力平衡通过机械应力信号调节皮肤功能。

  医疗保健市场预计将在10年内增长到5.25万亿美元,减少使用动物,特别是用于护肤品和药品的需求正在增加。Tsuji说:"HSE对于科学验证的皮肤保健和疾病研究有着至关重要的作用,可以帮助我们减少在动物身上的研究。我们的研究将在医疗保健和药物发现领域开辟一个动物实验替代的新领域。我们相信,我们的HSE模式将极大地促进下一代护肤品的技术发展,提高生活质量。"

人造皮肤市场

  据相关资料显示,我国每年严重烧伤的病人有近10万人次,如果以烧伤病人每人烧伤30%皮肤来计算,平均治疗一个人需要4500平方厘米。除了烧伤病人,糖尿病性皮肤溃疡、巨大色素痣、静脉性皮肤溃疡以及癌症患者等,均需要皮肤移植,我国此类患者有近千万人。预计人造皮肤治疗移植市场容量到2020年将超过800亿元。此外,人造皮肤面膜产品正逐渐进入医疗美容市场。2019年12月,首款人造皮肤面膜正式出售,预计未来几年有望产生亿元级市场。
  人造皮肤发展盘点
  人造皮肤的发展,最早可以追溯到20世纪80年代。到目前为止,许多科学家已从生物高分子材料或合成高分子材料中制造出了一二十种人造皮肤。他们把这些材料纺织成带微细孔眼的皮片,上面还盖着一层层薄薄的、模仿“表皮”的制品。

  目前,使用广泛的高分子材料普遍具有优良的生物亲和性。如:来源于动物细胞的胶原,通过冻干成型制备的胶原膜,此外还有透明质酸膜、聚乳酸膜等。其基本特点是可诱导自体的组织细胞浸润生长,形成新的、结构规则的真皮样组织,从而重建真皮层。


  图:胶原-壳聚糖/硅橡胶皮肤再生材料    图片来源于网络

  2018年2月,斯坦福大学的鲍哲南团队发布的超强灵敏度的人造皮肤,感知能力如同真皮肤一样,而且比人的皮肤功能更强大,不但能随时监控各种生理指标,还能将体内的信息与外界相连接。

  2019年5月,印度研究人员成功利用3D生物打印技术打印出人造皮肤,具有与天然人体皮肤相似的解剖学结构和生化特性等。
  2019年7月,发表于《科学—机器人学》杂志上的一项科学成果显示,新加坡国立大学的本杰明·蒂和同事发明了一种能感知温度和压力的人造皮肤,其发送信号的速度比人类神经系统快1000 倍。
  2019年11月,在第二届进博会上,日本花王带来人造仿生皮肤纤维技术新品。该技术运用专业仪器可像喷雾一样将直径仅有头发丝百万分之一的纤维丝喷在肌肤上,轻轻一按就形成一层薄膜,堪称“第二层皮”,该类技术主要用于人造皮肤面膜,12月份该类产品首次面世。
 人造皮肤发展趋势
  对于需要皮肤移植的疾病患者而言,人造皮肤的发展具有重要意义和价值。疾病性皮肤移植是刚需,这类人造皮肤一方面需要保证与人体组织亲和性良好,并且可以促进组织修复生长。此外,感觉性人工皮肤为人工皮肤植入人工神经,为移植者提供感觉,这将是人造皮肤发展的又一突破性进展,目前该类产品还处于实验室阶段。
  对于医学美容而言,人造皮肤几乎用于美容手术的各方各面,此外,人造皮肤面膜类的护肤品在市场上拥有巨大潜力。护肤类人造皮肤的主要功能是保水保湿,促进皮肤胶原生成等,重点在于人工皮肤成分组成和结构的创新。(转化医学网360zhyx.com)
  参考资料:

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-10-artificial-skin-functions-natural.html

【2】https://www.nature.com/articles/s42003-020-01365-7

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