体外人体皮肤模型的最新进展

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本文内容节选自Footner E, Firipis K, Liu E, Baker C, Foley P, Kapsa RMI, Pirogova E, O'Connell C, Quigley A. Layer-by-Layer Analysis of In Vitro Skin Models. ACS Biomater Sci Eng. 2023 Nov 13;9(11):5933-5952. doi: 10.1021/acsbiomaterials.3c00283. Epub 2023 Oct 4. PMID: 37791888.

体外人体皮肤模型正在发展成为研究皮肤生物学和皮肤疾病的多功能平台。这些模型在药物测试和安全性评估以及化妆品和新疗法开发领域有许多潜在的应用。

这种再现原生皮肤功能方面的能力的提高，增强了模拟原生人体皮肤行为和反应的能力，因为细胞与细胞、细胞与材料之间复杂的相互作用被纳入其中。

1、关于皮肤

皮肤是一个高度复杂的三层器官（图1），每层内部和每层之间的机械、化学或生物特性（表1）之间存在复杂的生态位关系。

据报道，真皮的机械特性因多种因素而存在显著差异，这些因素包括真皮样本的位置、年龄、个人健康状况以及皮肤本身是否患病。

2、关于体外人体皮肤模型

体外皮肤模型已成为研究皮肤生物学和功能的一种工具，在科研和工业领域有着广泛的应用。

如前所述，体外皮肤模型可替代动物模型用于化妆品、药物和其他化学品的测试，提供了一种更符合道德规范和临床相关的方法。此外，它们还可用于皮肤疾病的建模，从而开发出新的治疗方法。

随着体外皮肤模型复杂性的增加，包括增加所有三个皮肤层和多种类型，这些模型更接近功能性人体皮肤，从而可以进行更准确、更贴近临床的测试（图2）。

体外皮肤模型在2015年至2023年期间取得了显著进展（如本综述所述），所展示模型的复杂程度从具有一种细胞类型的单层模型到具有多种细胞类型的三层结构不等。该领域的研究以应用为导向，突出了体外皮肤模型在开发癌症和银屑病治疗方法方面的潜在贡献。此外，由于越来越多的证据表明人化模型和动物模型缺乏临床相关性，因此需要减少对动物模型的依赖，这也推动了体外皮肤模型的发展和完善。尽管文献数量庞大，但体外三维皮肤模型的优化阶段仍在不断增长，其中包含许多新技术和新材料选择。

标准化还可以减少生物样本和细胞系之间的自然差异。特别是，适当皮肤功能（如皮肤屏障功能）的标准化测试，可提高体外皮肤模型的整体质量，从而使该领域受益匪浅。

目前模型的另一个局限是缺乏“全厚度”皮肤模型，只包括真皮层和表皮层，而没有皮下层。虽然皮肤的许多常见功能存在于真皮层和表皮层，但皮下层的加入提高了模型的整体功能性和相关性。

3、未来展望

目前许多体外皮肤模型都存在一些关键问题，如缺乏层次、缺乏适当的细胞类型、设计缺陷、材料选择不当，或使用动物模型来评估体外模型的成功与否。皮肤层、神经和血管系统以及皮肤附属物之间的相互作用还有很大的发展空间和更好的理解空间。

在不久的将来，复杂的人工智能（AI）平台（如生成式人工智能）的出现将重塑研究格局。

因此，这将减少对动物模型的依赖，并为药物和化妆品的开发以及阐明许多皮肤病和疾病背后的机制提供更多临床相关模型。

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