力-化学偶联信号促进皮肤类器官自组装的机制研究

目的基于皮肤类器官模型探索生物力学-化学信号促进皮肤及毛囊再生的机制,为解决皮肤创伤和脱发问题提供新的思路。方法本研究通过微流控类器官培养模型、细胞延时摄影、单细胞多组学技术、力学环境重编程、分子功能干扰等技术探究了生物力学-化学信号如何参与皮肤类器官的自组装过程,通过裸鼠移植实验评价了类器官诱导毛发再生的效果。结果通过延时摄影对类器官自组装过程中的细胞行为进行追踪,发现真皮细胞和表皮细胞经历了“聚集-极化-联合-平面化”4个阶段,形成功能性皮肤结构。真皮细胞的收缩力激活了表皮聚集体的Piezo1信号,进而形成极化的细胞形态发生单位,此结构通过局部微环境力学硬度增加激活了Yap1及下游的Wnt/Mmp信号,诱导相邻的CMU结构联合。在缺氧诱导因子Hif1a的驱动下真皮细胞和表皮细胞通过代谢适应完成相位分离,形成功能性平面化皮肤。将完成自组装的类器官移植裸鼠背部后,成功诱导移植部位的毛发再生。结论本研究深入分析了皮肤类器官的自组装过程,揭示了力学-化学信号引起的组织形态相变影响毛囊再生的机制。这一自组装途径为利用解离的皮肤前体细胞提供了一种重塑形态的有效途径,也为未来修复或改造器官提供了可能性。