乐敦制药株式会社（总公司：大阪市，社长：瀬木英俊）通过与东京女子医科大学 先端生命医科学研究所 清水达也教授的共同研究，成功建构出能自主重现生物皮肤所具有的复杂「细胞多样性」的次世代血管附属人工皮肤。 在此模型中，成功培养了传统培养方法难以维持的、生物皮肤特有的纤维母细胞及血管周皮细胞样的细胞群，并获得了接近生物体的皮肤屏障功能与弹性。此外，也阐明了维生素C通过血管周围细胞改善皮肤老化迹象的部分机制。此次的成果，可望作为替代动物实验的伦理且高精度的评估系统，加速次世代护肤产品及医药品的开发。 本研究成果已刊登于在线科学杂志《EMBO Reports》（4月1日发行）。 图１．通过附加血管，开发出高度重现人类真皮间质细胞多样性及其功能的人工皮肤。 １．研究成果重点 ◆通过与血管内皮细胞的共同培养，开发出重现了与生物体相同真皮细胞多样性的人工皮肤。 ◆发现借由产生细胞多样性，可提升皮肤的屏障功能与肌肤弹性。 ◆发现在具有细胞多样性的皮肤中，维生素C改善皮肤屏障功能与肌肤弹性的效果会被增强。 ２．研究背景 皮肤を构成する细胞は表皮角化细胞、真皮线维芽细胞など、その形や机能によって大まかに分类されてきました。近年、単一细胞遗伝子発现解析などの技术が発达した结果、同种に分类された细胞１つ１つには个性と言えるような机能や性质の差が存在することが明らかになりました。兴味深いことに、老化とともに真皮の间叶系细胞の个性が失われることが明らかになり、肌の老化や疾患の重要な因子と考えられはじめています。しかし、従来の细胞培养技术では、こうした细胞の多様性を再现・分析できないために、老化との関连性の证明やケア理论の构筑が困难でした。さらに、世界的な动物実験削减の流れを受け、生体の复雑さを模倣できる高度な代替试験法が求められています。 そこで本研究では、细胞の多様性维持に血管が重要な役割を果たすと考え、血管付属人工皮肤を构筑することで人间の细胞多様性を再现した人工皮肤モデルの构筑に着手しました。更に、人工皮肤における血管の有无を比较することで、血管に支えられた细胞多様性が皮肤にどのような影响を与えるのかについて调べました。 ３．结果 ・通过导入血管内皮细胞，建构重现真皮间质细胞多样性的人工皮肤 一般的人工皮肤是由表皮角质细胞和真皮纤维母细胞两种细胞组成的表皮与真皮双层模型。首先，研究团队使用表皮角质细胞、真皮纤维母细胞、以及源自脐带的血管内皮细胞这三种细胞，建构了具有血管结构的人工皮肤模型（图１）。接着，针对所建构的人工皮肤中包含的细胞进行单细胞RNA定序分析，以评估真皮中细胞的性质与多样性。生物体人类皮肤的真皮中含有具多样性的纤维母细胞与血管周皮细胞，但在研究用途中，将这些细胞进行平面培养后，其多样性会丧失。另一方面，确认了所建构的人工皮肤中，纤维母细胞与血管周皮细胞的多样性分布模式，与生物体人类皮肤的模式极为相似（图２）。此结果显示，三维环境以及血管与皮肤细胞间的交互作用，在重现过去被认为很困难的纤维母细胞与血管周皮细胞的细胞异质性方面，扮演着重要的角色。 图２．通过单细胞RNA定序比较人类皮肤与人工皮肤的真皮间质细胞多样性 ・通过导入血管内皮细胞，改善皮肤屏障功能与真皮弹性 接着，比较了有人工血管与否的人工皮肤其功能性。结果显示，在肌肤保湿屏障功能、对透明感等扮演重要角色的更新功能，以及与皱纹、松弛相关的肌肤弹性方面，皆因附加血管而获得改善（图３）。 图３．导入血管对人工皮肤模型功能性的改变 ・维生素C改善更新、提升肌肤弹性的作用，在血管附属人工皮肤中被增强 此外，还比较了有人工血管与否的人工皮肤对维生素C的反应性。结果确认，在肌肤保湿屏障功能、对透明感等扮演重要角色的更新功能，以及与皱纹、松弛相关的肌肤弹性方面，附加血管会增强维生素C的有效性（图４）。 图４．导入血管对人工皮肤模 ４．未来展望 本研究阐明了，血管内皮细胞的存在会诱导纤维母细胞的多样性，并在维持皮肤结构与功能、以及对药物的反应性上扮演决定性的角色。本研究暗示了存在一种通过血管的发育或退化来控制皮肤老化与疾病的机制，并支持了着重于血管的全新护肤理论。 此外，我们认为，所开发的人工皮肤模型由于展现出比传统模型更接近人类皮肤的生理反应，因此在探索如改善皱纹、松弛等高功能护肤成分，或在评估医药品的安全性与有效性时，可成为替代动物实验的有力工具。 论文信息 ＜标题＞ The heterogeneity of dermal mesenchymal cells reproduced in skin equivalents regulates barrier function and elasticity ＜作者名＞ Shun Kimura, Sachiko Sekiya, Sawa Yamas