在实验室中培育皮肤对人类和海龟都有好处

如果你观察一下你的皮肤，你会发现大部分皮肤其实都是死细胞。这层最薄的外层保护着下面的活细胞，使它们得以发育。

“这就是人们去角质的原因——因为皮肤细胞天生就会成熟和脱落，”美国地质调查局野生动物疾病专家蒂埃里·沃克 (Thierry Work) 说道。今年 6 月，他和同事报告称，他们成功地在海龟皮肤上模拟了这一过程。他们没有给海龟做面部护理，但他们确实在实验室中培育了多层海龟皮肤。

沃克正在研究一种导致致命疾病的病毒，这种疾病称为纤维乳头状瘤病，会导致肿瘤在海龟的皮肤和体内生长。“为了培养这种病毒，我们必须在实验室中复制皮肤，因为这种病毒只有在皮肤细胞成熟时才会生长，”他说。培养这种难以捉摸的病毒可能有助于研究人员拯救海龟，或许还能揭示疱疹病毒在人体内复制的方式。

沃克的努力代表着科学家首次改造了爬行动物的皮肤，但几十年来，我们一直在实验室中培育哺乳动物的皮肤。实验室制造的皮肤可以帮助我们找到疾病的治疗方法、治愈伤口、让动物免于化妆品测试，以及设计出模仿真实动物皮的外观和感觉的“皮革”。以下是我们如何模仿皮肤来造福人类和其他生物。

海龟的麻烦

纤维乳头状瘤病最常袭击濒危的绿海龟，但有时也会出现在其他种类的海龟身上。这种疾病会使海龟长出肿瘤，导致它们无法正常视力或进食，并抑制免疫系统，从而使海龟虚弱。

为了对抗这种疾病，科学家必须研究这种病毒（龟类疱疹病毒 5，简称 ChHV5）如何在活细胞中繁殖。因此，沃克和他的团队从刚死亡或不得不被安乐死的患有纤维乳头状瘤病的绿海龟身上收集皮肤样本。然后，他们用胶原蛋白（使皮肤紧致的蛋白质）制成凝胶，并将从捐赠皮肤深处提取的细胞接种到凝胶中。沃克说，我们在检查皮包或皮鞋时看到的就是这一层。最后，他的团队在这个支架上培养了表皮细胞。

他们劳动的成果是只有 5 到 6 毫米宽的小皮块。但在显微镜下，它们看起来就像真正的龟皮一样，沃克说。

龟类疱疹病毒 5 和一些其它病毒（比如导致人类疣的病毒）如果没有模拟皮肤形状且有活的成熟细胞的环境就无法在实验室中生长。

其他病毒的要求较低，包括单纯疱疹病毒（人类唇疱疹和生殖器疱疹的病因）。通常，单纯疱疹病毒和其他病毒在培养皿中平坦的皮肤细胞“草坪”上生长。但这种环境并不能真正重现真实皮肤的形状和结构。因此，在培养皿中培养病毒可能会让我们错过一些见解。“我们真的还没有看到病毒在重建皮肤的实际三维结构中会做什么，”沃克说。

当他和同事在龟“皮肤”中培养 ChHV5 时，病原体的表现并不像预期的那样。病毒形成了奇怪的太阳状结构，在细胞中充当“工厂”，病毒在其中定居并自我复制。“所有这些成分组合的方式……与人们在传统疱疹病毒中看到的方式截然不同，”沃克说。

单纯疱疹病毒和其他感染人类的​​疱疹病毒也可能形成类似的结构来招募新成员。“疱疹病毒的复制实际上比人们想象的要复杂得多，”沃克推测道。我们对病毒与细胞相互作用的了解越多，我们就能设计出更有效的药物。

现在科学家可以在实验室中培养 ChHV5，下一步就是设计一种纤维乳头状瘤病的血液检测方法。这将在海龟开始死亡之前，让他们知道这种疾病在某个地区肆虐。“它们处在一个痛苦的世界里，等到它们患上严重的肿瘤时，就真的太晚了，什么都做不了，”沃克说。

直接给所有海龟接种疫苗或进行治疗并不现实。但我们或许能够阻止这种疾病的传播，就像我们使用杀虫剂和蚊帐阻止蚊子传播疟疾一样。

现在，爬行动物的皮肤已在实验室中成功培育，该技术可用于研究其他爬行动物和两栖动物的皮肤疾病。人造皮革可能有助于我们更多地了解蛇真菌病，这种疾病威胁着美国东部和中西部的蛇类，或感染全球青蛙的壶菌。

愈合伤口

沃克说，龟皮没有毛囊或汗腺。因此，与人类皮肤相比，龟皮的改造要容易一些。尽管如此，他用来模仿海龟皮的技术是从通常用于培育人类皮肤的技术改编而来的。

皮肤替代品是使用从患者身体其他部位移植的皮肤来覆盖烧伤或其他慢性伤口的替代方法。“患者接受从大腿移植皮肤的次数有限。因此，这些现成的产品非常受欢迎，”波士顿大学医学院皮肤病学系名誉教授文森特·法兰加 (Vincent Falanga) 表示，他对活体生物工程皮肤的研究促使美国食品和药物管理局 (FDA) 批准使用这种皮肤来帮助难以愈合的伤口更快愈合。

与皮肤移植不同，生物工程皮肤不会残留，最终会分解。但它可以保护伤口并刺激皮肤的自然愈合过程。使用生物工程皮肤比进行皮肤移植痛苦小，并发症也更少，但总体而言成本也更高。

生物工程皮肤通常使用从新生儿包皮中提取的细胞来生长。然而，法兰加说，这些充满活力的年轻细胞可能会对受损区域产生过多的刺激，导致其需要的能量超过其所能提供的能量。依赖活性较低的成人细胞的生物工程皮肤实际上可能更有效地帮助伤口愈合。

皮肤替代品的功能并不完全像真皮肤。不过，去年，日本的研究人员报告称，他们利用干细胞培育出了逼真的小鼠皮肤，并成功将其移植到其他啮齿动物身上。此前，当科学家利用干细胞培育皮肤时，他们只能制作出模仿皮肤最外层的细胞片。但新皮肤重建了皮肤的所有三层，并拥有毛囊和皮脂腺（分泌脂肪来润滑皮肤）。

法兰加对这种人造皮肤能否在慢性伤口中发挥良好作用持怀疑态度。“生物工程领域的人们希望复制自然界中已有的皮肤，”他说。“我们希望拥有一种看起来与皮肤一模一样的产品。”然而，长期伤口缺乏适当的血液供应或存在其他阻碍其愈合的问题。因此，它们可能无法维持皮肤的正常功能，因为皮肤对能量的需求很高。

然而，日本的研究团队希望他们实验室培育的皮肤最终能帮助患有烧伤、疤痕或脱发等皮肤病的人。“到目前为止，人造皮肤的发展一直受到皮肤缺乏……重要器官（如毛囊和外分泌腺）的阻碍，”论文合著者、日本理化学研究所发育生物学中心的 Takashi Tsuji 在新闻稿中表示。“利用这项新技术，我们成功地培育出了能够复制正常组织功能的皮肤。”

辻说，逼真的皮肤也使科学家们更接近培育可移植到人体的完整器官的梦想。

保护动物

但皮肤替代品的用途并非仅限于医疗。Tsuji 和他的团队还为他们的发明设定了另一个目标：最终，这种逼真的皮肤可以代替动物用来测试化妆品。

目前已有多家公司致力于此。总部位于波士顿的 MatTek 公司将其实验室培育的皮肤出售给其他生产洗衣粉、化妆品、抗衰老霜和其他化学品的公司。

和沃克的海龟皮一样，这些皮肤小块也很小，厚度只有几分之一毫米。它们是从腹部整形和包皮环切等手术后留下的皮肤细胞中培育出来的。去年，MatTek 的一位客户告诉《连线》杂志，这种“皮肤”比动物皮肤更能代表真正的人类皮肤。

实验室制造的皮革很快也将成为皮革的替代品。总部位于布鲁克林的创业公司 Modern Meadow 通过基因改造动物细胞来生产胶原蛋白，然后利用这些胶原蛋白来制造与真皮相似的皮革。这种“生物制造”皮革只需两周就能长成，而饲养、屠宰和鞣制动物皮则需要数年时间。而且由于细胞纺丝皮革缺乏毛发和脂肪等特征，因此处理起来比真皮更环保。

沃克实验室培育的爬行动物皮是否也可以代替真正的蛇皮或鳄鱼皮来制作包和鞋呢？“在达到那个规模之前，你需要对这项技术进行大量优化，”他说。“但我认为这绝对是可能的。”

显然，还有一种方案正在酝酿之中：利用已故时尚偶像的 DNA 培育出人造皮肤，用于制作皮夹克和皮包。设计师 Tina Gorjanc 希望利用 Alexander McQueen 的基因材料制作人造皮肤，这些基因材料是从他在 1992 年的系列作品中使用的头发中提取的。她已在英国为该工艺申请了专利，不过目前她的原型是用经过处理后看起来像人类皮肤的猪皮制成的。