韩国一个研究小组在体外复制了生物皱纹结构，发现压缩力和脱水等因素是关键。他们的研究可以推动皮肤老化研究和再生疗法。
受压后 ECM 水凝胶层上皮细胞起皱的图像。图片来源：POSTECH
韩国浦项科技大学的研究团队在体外重现了生物皱纹，揭示了 ECM 脱水和压缩力对皱纹形成至关重要。该平台提供实时成像，并广泛应用于生物医学和化妆品研究。
浦项科技大学机械工程系的研究团队由 Dong Sung Kim 教授、Anna Lee 教授和 Jaeseung Youn 博士领导，成功在体外复制了生物组织中皱纹的结构，揭示了驱动皱纹形成的机制。他们的研究成果 8 月 19 日发表在《自然通讯》杂志上。
虽然皱纹通常与皮肤老化有关，但许多器官和组织（包括大脑、胃和肠道）也有独特的皱纹模式。这些结构在调节细胞状态和分化方面起着关键作用，有助于每个器官的生理功能。了解生物组织如何折叠和形成皱纹对于了解生物体的复杂性至关重要，而不仅仅是为了美容。这些知识对于推动皮肤老化、再生疗法和胚胎学等领域的研究至关重要。
皱纹形成研究的挑战尽管生物皱纹结构具有重要意义，但由于体外复制皱纹形成的局限性，该领域的大部分研究都依赖于果蝇、老鼠和鸡等动物模型。因此，活体组织中皱纹形成背后的详细过程在很大程度上仍不为人所知。
金东成教授的团队通过开发一种仅由人类上皮细胞和细胞外基质 (ECM) 组成的上皮组织模型解决了这一限制。通过将该模型与能够施加精确压缩力的装置相结合，他们成功地在体外重建并观察了通常在体内肠道、皮肤和其他组织中看到的皱纹结构。这一突破使他们首次能够复制由强压缩力引起的单个深皱纹的层次变形以及在较轻压缩下形成的众多小皱纹。
皱纹形成的关键因素研究团队还发现，底层 ECM 的多孔结构、脱水和施加到上皮层的压力等因素对皱纹形成过程至关重要。他们的实验表明，使上皮细胞层变形的压缩力会导致 ECM 层内的机械不稳定，从而形成皱纹。此外，他们发现 ECM 层的脱水是皱纹形成过程中的一个关键因素。这些观察结果与衰老皮肤中观察到的效果非常相似，即底层组织层的脱水会导致皱纹的形成，为理解皱纹的形成提供了一个机械生物学模型。
Kim 教授表示：“我们开发出了一种无需动物实验，就能在活体组织中复制各种皱纹结构的平台。该平台能够实时成像并详细观察细胞和组织层面的皱纹形成过程，而这些过程在传统动物模型中很难捕捉到。它在胚胎学、生物医学工程、化妆品等领域有着广泛的应用。”
参考文献：Jaeseung Youn、Dohui Kim、Hyunsu Kwak、Anna Lee 和 Dong Sung Kim 撰写的“组织尺度体外上皮皱纹和皱纹到褶皱的转变”，2024 年 8 月 19 日，《自然通讯》。DOI：10.1038/s41467-024-51437-z
该项研究得到了韩国国家研究基金会和科学技术信息通信部中期职业研究计划以及贸易、工业和能源部的炼金术士项目的支持。
来源：浦项科技大学
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