威康桑格研究所和纽卡斯尔大学的研究人员与一个国际合作团队一起，创建了胎儿人类皮肤的单细胞图谱，并在培养皿中培育出具有毛发生长能力的皮肤“微型器官”。

皮肤图谱是使用单细胞测序和其他基因组学技术创建的，可以帮助科学家更好地了解皮肤(包括毛囊(HF))的形成方式，并可能提供有关疾病原因的新信息。由此得出的见解可能有助于研究人员开发再生医学中产生新毛囊的方法，并为烧伤患者进行皮肤移植。研究人员还利用皮肤类器官(SkO)展示了免疫细胞如何在无疤痕皮肤修复中发挥重要作用，这可能导致临床应用以防止手术后留下疤痕或伤口后无疤痕愈合。

皮肤图谱资源是人类细胞图谱的一部分，旨在绘制人体所有细胞类型。威康桑格研究所的ElenaWinheim博士评论说：“通过我们的产前人类皮肤图谱，我们提供了制造人类皮肤的第一个分子‘配方’，并揭示了人类毛囊在出生前是如何形成的。这些见解具有惊人的临床潜力，可用于再生医学，为烧伤患者或患有瘢痕性脱发的患者提供皮肤和毛发移植。”

人类皮肤图谱数据可通过网络门户免费获取，供用户以交互方式浏览：https://developmental.cellatlas.io/fetal-skin。威康桑格研究所细胞遗传学临时负责人MuzlifahHaniffa博士补充道：“我们的产前人类皮肤图谱和类器官模型为研究界提供了免费工具，用于研究先天性皮肤病和探索再生医学的可能性。我们在创建人类细胞图谱、了解人类构造的生物学步骤以及研究疾病的病因方面取得了令人振奋的进展。”

该团队在《自然》杂志上发表的论文题为“产前皮肤图谱揭示人类皮肤形态发生的免疫调节”，Winheim是该论文的共同第一作者，Haniffa是该论文的共同主要作者。

皮肤是人体最大的器官，平均面积为两平方米。它提供保护屏障，调节我们的体温，并可以自我再生。皮肤在子宫的无菌环境中发育，所有毛囊在出生前形成。“产前毛囊在受孕后11至14周(PCW)之间开始形成……”该团队解释说。出生后有毛囊循环，但不会产生新的毛囊。出生前，皮肤还具有独特的愈合能力，不会留下疤痕。“产前人类皮肤能够愈合而不留疤痕，但在24周后会失去这种能力，”他们进一步解释说。

研究人类皮肤的发育过程一直很困难，因为动物模型之间存在关键差异。作为人类细胞图谱的一部分，研究人员专注于研究人类皮肤的构造方式。了解皮肤的发育方式、细胞在空间和时间中的位置以及遗传学的作用将有助于揭示特定突变如何导致先天性皮肤病，例如水疱病和鳞状皮肤。

在这项新报道的研究中，纽卡斯尔大学威康桑格研究所的团队及其合作者创建了第一个人类产前皮肤的单细胞和空间图谱。该团队使用了产前皮肤组织样本，他们将其分解以观察悬浮液中的单个细胞以及组织内的细胞。研究人员使用单细胞测序和空间转录组学(一种绘制组织样本中基因活动及其位置的分子方法)来分析空间和时间中的单个细胞以及调节皮肤和毛囊发育的细胞变化。他们描述了人类毛囊形成的步骤，并确定了与小鼠毛囊的差异。他们写道：“我们目前的研究提供了7-17PCW人类产前皮肤的全面多组学细胞图谱。”“我们使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)、空间转录组学和多重RNA原位杂交对人类产前皮肤进行分析，以解码调节皮肤和HF形态发生的妊娠期间动态细胞和分子变化。”

研究人员还利用成体干细胞制造出类器官——培养皿中的“微型皮肤器官”，具有长出毛发的能力。他们将皮肤类器官的分子特征与胎儿皮肤进行了比较，发现皮肤类器官模型与胎儿皮肤的相似性比成人皮肤更高。

通过研究，研究小组发现皮肤类器官中的血管形成不如产前皮肤。他们发现，向类器官中添加巨噬细胞免疫细胞可促进血管形成，并进行3D成像以评估组织内的血管形成。他们指出：“我们的数据表明巨噬细胞有助于产前皮肤血管生成。”“……将来自诱导多能干细胞的自体巨噬细胞转移到SkO培养物后，血管网络重塑得到增强……总之，我们的研究结果表明，巨噬细胞和内皮细胞之间的相互作用是通过血管重塑支持血管生成所必需的。”

虽然众所周知这些免疫细胞可以保护皮肤免受感染，但这是首次发现巨噬细胞在早期发育过程中通过支持血管生长在人类皮肤形成过程中发挥关键作用。这一发现可能有助于开发一种改善其他组织类器官血管化的方法。

研究团队还分析了产前皮肤和成人皮肤细胞类型的差异。他们的研究结果表明巨噬细胞在产前皮肤无疤痕修复中发挥着重要作用，这可能导致临床应用，以避免手术或受伤后留下疤痕。研究人员进一步指出：“我们的图谱表明巨噬细胞有助于无疤痕皮肤修复、成纤维细胞稳态和神经血管发育。”

根据他们的研究成果，该团队提出了人类皮肤构造和毛囊形成的分子“配方”。这些见解可用于创造再生医学的新毛囊，例如为烧伤患者或患有瘢痕性脱发的人进行皮肤移植。

产前人体皮肤图谱还将用于确定在哪些细胞中存在已知会导致先天性毛发和皮肤疾病(如水疱性疾病和鳞状皮肤)的基因，这些基因处于活跃状态或表达状态。研究小组表示：“我们的产前人体皮肤图谱是探索导致先天性毛发和皮肤疾病的基因的宝贵资源。”他们发现，与这些疾病有关的基因在产前皮肤中表达，这意味着它们起源于子宫内。“我们发现，相关基因确实在产前皮肤发育和HF分化过程中表达，从而支持这些疾病起源于子宫内。”研究中创建的皮肤类器官为研究这些疾病提供了一种新的、准确的模型。“我们系统的产前皮肤-SkO比较提供了一个蓝图，以指导更准确的体外SkO生成，这可以促进未来研究与微生物群的相互作用、先天性皮肤病的发病机制以及用于治疗应用的毛发和皮肤工程，包括毛发再生和皮肤移植，”他们总结道。

纽卡斯尔大学的共同第一作者HudaaGopee医学博士评论道：“我们很高兴制作出能够长出毛发的皮肤类器官模型。在此过程中，我们发现了免疫细胞在促进发育中的皮肤组织血管生长方面发挥的新的重要作用，这可能有助于改善其他类器官模型。这些被称为巨噬细胞的免疫细胞似乎也在产前皮肤无疤痕修复中发挥关键作用。我们的研究结果可以为避免手术后留下疤痕的临床进展提供参考。”

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