組織工程皮膚概況及其在化妝品檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

唐 潔 熊麗丹 綜述,李 利,3 審校

(1.四川大學(xué)華西醫(yī)院化妝品評(píng)價(jià)中心 四川 成都 610041；2.四川省化妝品工程技術(shù)研究中心 四川 成都 610041；3.四川大學(xué)華西醫(yī)院皮膚科 四川 成都 610041)

?綜 述?

組織工程皮膚概況及其在化妝品檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

唐 潔1,2熊麗丹1,2綜述,李 利1,2,3審校

(1.四川大學(xué)華西醫(yī)院化妝品評(píng)價(jià)中心 四川 成都 610041；2.四川省化妝品工程技術(shù)研究中心 四川 成都 610041；3.四川大學(xué)華西醫(yī)院皮膚科 四川 成都 610041)

組織工程皮膚是通過(guò)培養(yǎng)功能細(xì)胞,將其與細(xì)胞外基質(zhì)和適當(dāng)?shù)闹Ъ懿牧舷嗷プ饔?，?gòu)成的具有生物活性的人工皮膚替代物。本文簡(jiǎn)要介紹了構(gòu)成組織工程皮膚的種子細(xì)胞及支架材料，并對(duì)其在化妝品腐蝕性安全性，化妝品刺激性安全性，化妝品成分的經(jīng)皮吸收及致突變性，化妝品光毒性和化妝品抗衰老功效等檢測(cè)應(yīng)用方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

組織工程皮膚；種子細(xì)胞；支架材料；化妝品檢測(cè)應(yīng)用

組織工程(Tissue Engineering)是指結(jié)合生命科學(xué)與工程學(xué)兩門(mén)學(xué)科的原理與技術(shù)，建立在認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)的組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)組織或器官的生物替代物的一門(mén)新興學(xué)科[1-3]。利用此類(lèi)方法構(gòu)建的皮膚模型則稱(chēng)為組織工程皮膚。目前系列化組織工程皮膚主要包含：表皮替代物模型，真皮替代物模型，含黑素瘤細(xì)胞皮膚替代物模型，全層皮膚替代物模型[4-6]，后來(lái)推廣到僅有細(xì)胞組成的或僅有支架材料組成的組織工程化皮膚[3]。本文就組織工程皮膚應(yīng)用于化妝品安全性檢測(cè)的研究進(jìn)展綜述如下。

1 構(gòu)建組織工程皮膚的種子細(xì)胞

目前，對(duì)于組織工程皮膚的種子細(xì)胞的選擇主要有：來(lái)源于自體和異體的角質(zhì)形成細(xì)胞[7-8]，成纖維細(xì)胞[9-10]，血管內(nèi)皮細(xì)胞[10-11]，由于供體細(xì)胞的穩(wěn)定性得不到保障，后來(lái)又添加了各類(lèi)干細(xì)胞[7,12-13]等，這些組織工程皮膚中的種子細(xì)胞一般具有以下幾個(gè)特征：①易獲取；②增殖能力強(qiáng)；③能在體外進(jìn)行擴(kuò)增；④具有生物可降解性等特征。具體的種子細(xì)胞，見(jiàn)表1。

常見(jiàn)的用于組織工程皮膚的支架材料有膠原、殼聚糖、透明質(zhì)酸及明膠等天然提取物。目前，侯亮等[17]對(duì)比了人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合在聚四氟乙烯和硅膠兩種材料中的生物相容性，楊榮強(qiáng)等[18]對(duì)通過(guò)物理、化學(xué)及生物方法去除動(dòng)物皮膚組織中的表皮細(xì)胞及真皮層內(nèi)細(xì)胞后，保留的低抗原性的膠原等細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和基質(zhì)膜在組織工程支架材料上也進(jìn)行了綜述，這些都豐富了能夠用于組織工程的支架材料。通過(guò)將種子細(xì)胞和支架材料合理的結(jié)合，各大化妝品公司或生物公司都提出了許多商品化的組織工程皮膚，具體如表2所示[3,5]。

表1 種子細(xì)胞應(yīng)用舉例

表2 部分目前商品化的體外表皮皮膚和全層皮膚替代物

2 組織工程皮膚在化妝品體外檢測(cè)中的應(yīng)用

目前，化妝品毒理學(xué)安全性評(píng)價(jià)方法主要采用豚鼠、家兔等作為受試動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，給這些動(dòng)物帶來(lái)巨大傷害和痛苦。于是禁止使用動(dòng)物進(jìn)行化妝品的測(cè)試于2009年被歐盟提出，同時(shí)歐盟組織也不允許其成員國(guó)進(jìn)口經(jīng)過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的產(chǎn)品。因此，組織工程皮膚的出現(xiàn)，為化妝品安全性評(píng)價(jià)若干皮膚毒性替代實(shí)驗(yàn)方法研究起到了極大的推動(dòng)作用，同時(shí)也為開(kāi)展化妝品原料或成品毒理學(xué)方法研究，以及制定安全性評(píng)價(jià)替代實(shí)驗(yàn)方法技術(shù)指南提供了更為精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

2.1 建立化妝品腐蝕性安全性實(shí)驗(yàn)：2000年，歐萊雅公司下的EpiDerm和EpiSkin兩款皮膚替代物產(chǎn)品得到歐委會(huì)正式的授權(quán)，作為活體兔皮膚的替代物，成為皮膚腐蝕性檢測(cè)的工具，并在歐盟國(guó)范圍內(nèi)推行。緊接著，Mattek公司旗下EpiDerm皮膚替代物也獲得了美國(guó)的批準(zhǔn)，成為皮膚腐蝕性檢測(cè)的工具。隨后，組織工程皮膚在化妝品腐蝕性檢測(cè)上取得了快速發(fā)展。張兆清等[19]利用組織工程學(xué)方法，采用Ⅰ型膠原為支架，種入人表皮角質(zhì)形成細(xì)胞和真皮成纖維細(xì)胞構(gòu)建組織工程皮膚模型，檢測(cè)了8種化學(xué)品的腐蝕性。劉珍等[20]采用包皮組織提取的原代細(xì)胞，鼠尾膠原為生物支架構(gòu)建組織工程皮膚，通過(guò)組織細(xì)胞活性驗(yàn)證，快速滲透試驗(yàn)驗(yàn)證構(gòu)建的皮膚模型，驗(yàn)證合格后，選用歐盟推薦檢測(cè)使用的3種化學(xué)腐蝕性物質(zhì)(正辛酸，10％KOH，丙烯酸)，非腐蝕性物質(zhì)2種(四氯乙烯，丁香酚)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)建立的方法，檢測(cè)了39種化妝品進(jìn)行皮膚腐蝕性、刺激性檢測(cè)。使用組織工程皮膚進(jìn)行腐蝕性實(shí)驗(yàn)，方法簡(jiǎn)單快速，減少了對(duì)動(dòng)物的傷害，但該模型的準(zhǔn)確性不夠，需要進(jìn)一步提高。

2.2 建立化妝品刺激性安全性實(shí)驗(yàn)：相較于化妝品的皮膚腐蝕性實(shí)驗(yàn)，皮膚刺激性實(shí)驗(yàn)不僅僅需要測(cè)量毒理，同時(shí)需要測(cè)定細(xì)胞因子和酶釋放等代謝指標(biāo)。據(jù)此，歐盟給出了檢測(cè)指南TG431，推薦使用MTT法檢測(cè)組織細(xì)胞毒理。后來(lái)在實(shí)際研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)MTT方法雖然特異性好，但靈敏度不夠高，為了提高受試物的刺激性檢測(cè)結(jié)果的可靠性，又添加了炎癥介質(zhì)IL-1，IL-8，TNF-α，IL-10和PGF-2等檢測(cè)指標(biāo)，采用這類(lèi)多通道多指標(biāo)檢測(cè)為化妝品刺激性實(shí)驗(yàn)提供更為可靠的數(shù)據(jù)。這些指標(biāo)的合用，為之后ECVAM第26屆歐洲委員會(huì)大會(huì)提出對(duì)于待測(cè)物刺激性評(píng)價(jià)指標(biāo)的判定標(biāo)準(zhǔn)(EEC/R38)提供了前期的數(shù)據(jù)和研究支持。在一系列規(guī)范化的判定標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，國(guó)內(nèi)許多科研工作者都在化妝品刺激性檢測(cè)領(lǐng)域做出了進(jìn)一步的驗(yàn)證。劉珍等[20]采用鼠尾膠原為支架，人包皮組織分離的表皮和真皮后的原代細(xì)胞為種子細(xì)胞，共同培養(yǎng)建立皮膚模型，并應(yīng)用于39種化妝品的刺激性安全檢測(cè)，所得到的結(jié)果與采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)方法得到的結(jié)果一致。張廣靜等[21]使用了兩種細(xì)胞為種子細(xì)胞，分別為原代培養(yǎng)的細(xì)胞及永生化的細(xì)胞構(gòu)建組織工程皮膚模型，對(duì)比采用這兩種不同種子細(xì)胞的皮膚模型對(duì)20種化妝品配方常用物質(zhì)及化學(xué)常用物質(zhì)進(jìn)行皮膚刺激性檢測(cè)的相關(guān)研究，通過(guò)IC50和IL-1α兩個(gè)指標(biāo)的評(píng)定，同時(shí)與EpiDerm和Episkin評(píng)價(jià)的結(jié)果對(duì)比，表明構(gòu)建的兩種模型都能很好地檢測(cè)出物質(zhì)的刺激性和非刺激性。諸多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，組織工程皮膚用于化妝品刺激性檢測(cè)能得到可靠結(jié)果，同時(shí)大量減少了用于化妝品刺激性實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物數(shù)目。Casas等[22]使用EpiDerm皮膚模型替代動(dòng)物模型進(jìn)行刺激性實(shí)驗(yàn)。

2.3 研究化妝品成分的經(jīng)皮吸收和致突變性：目前化妝品市場(chǎng)有很大一個(gè)份額為藥妝品牌市場(chǎng)，這類(lèi)化妝品成分中的許多功效性成分能否透過(guò)皮膚達(dá)到作用的目標(biāo)靶點(diǎn)以及透過(guò)的準(zhǔn)確量仍然沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的體外實(shí)驗(yàn)方法。因此，對(duì)于體外實(shí)驗(yàn)中組織工程皮膚的出現(xiàn)就引起了許多化妝品研究從業(yè)人群的極大關(guān)注。Gabbanini等[23]使用組織工程皮膚SkinEthic?對(duì)化妝品中常見(jiàn)的8種成分：茴香腦、香芹酮、薄荷酮、薄荷醇、芳樟醇、側(cè)柏酮、桉葉素及卡波分別進(jìn)行透皮實(shí)驗(yàn)，然后通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，并與GC/HPLC-MS儀器結(jié)果做對(duì)比，結(jié)果可靠。目前，納米化妝品在市場(chǎng)上吸引了廠家和消費(fèi)者的注意，但原料達(dá)到納米尺寸，其許多物理和化學(xué)性質(zhì)，諸如納米尺寸效應(yīng)等，則與常規(guī)尺度的原料有很大的區(qū)別。許多化妝品，諸如防曬劑等，正是看中了納米材料的這個(gè)物理性質(zhì)，有不同濃度的添加。劉珍等[20]利用重組人皮膚模型，在皮膚模型下層設(shè)置一層靶細(xì)胞(L5178Y)，通過(guò)一個(gè)間接實(shí)驗(yàn)，測(cè)定納米TiO2材料的經(jīng)皮吸收和其致突變性。Pfuhler等[24]也采用EpiDerm皮膚模型和化妝品接觸一段時(shí)間后，分析細(xì)胞DNA的損傷情況，從而將其應(yīng)用到化妝品的遺傳毒性的檢測(cè)中。

2.4 研究化妝品光毒性：正常皮膚長(zhǎng)時(shí)間暴露于潛在的有害照射下，可能會(huì)導(dǎo)致某些皮膚疾病，對(duì)于暴露于光照下的皮膚細(xì)胞，人體黑素細(xì)胞將產(chǎn)生黑素，并通過(guò)樹(shù)突傳到周?chē)慕琴|(zhì)細(xì)胞內(nèi)，因此，用于體外化妝品的組織工程皮膚的種子細(xì)胞大多具有黑素細(xì)胞以及角質(zhì)細(xì)胞的存在。而化妝品的體外光毒性(Phototoxicity)是指皮膚接觸到某些化妝品內(nèi)的化學(xué)品后，在太陽(yáng)光或紫外線的照射下，發(fā)生的急性毒性反應(yīng)。目前，光毒性檢測(cè)的體外替代方法主要是利用細(xì)胞、組織或者器官模型進(jìn)行篩選[25]，例如3T3中性紅攝入法等。Bernerd等[26]將自建的組織工程皮膚暴露于不同波段的UVB及UVA輻照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在體外模擬人皮膚環(huán)境下，UVA和UVB對(duì)于皮膚的不同結(jié)構(gòu)層的傷害是不一樣的，同時(shí)能夠模擬防曬化妝品涂抹皮膚的實(shí)驗(yàn)過(guò)程?？偟脕?lái)說(shuō)，組織工程皮膚應(yīng)用于化妝品光毒性檢測(cè)具有以下優(yōu)點(diǎn)[27]：①可以模擬皮膚局部用藥；②具有角質(zhì)層屏障，光照后產(chǎn)生的化合物和分子吸收劑滲透結(jié)果更為接近人體正常皮膚，結(jié)果更為可靠。

2.5 研究化妝品抗衰老功效：將化妝品涂于組織工程皮膚模型上，通過(guò)檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)，如清除自由基能力，抗氧化能力和膠原蛋白含量等指標(biāo)，可以考察化妝品對(duì)細(xì)胞增殖分化及抗氧化能力的影響。Grazul等[28]將保濕面霜涂于EpiDerm模型上，進(jìn)行了氧自由基吸收能力的測(cè)定。Santa-Maria等[29]采用組織工程皮膚作為模型，發(fā)現(xiàn)米糠原料中水溶性酶類(lèi)具有降低脂質(zhì)過(guò)氧化值的作用。相對(duì)于直接使用皮膚細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，組織工程皮膚模型上進(jìn)行抗衰老的功效性評(píng)價(jià)更能反映生物體的真實(shí)狀態(tài)。

3 總結(jié)和展望

組織工程皮膚在化妝品體外評(píng)價(jià)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，但也存在著多細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)不成熟，組織結(jié)構(gòu)相對(duì)真實(shí)皮膚結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，各細(xì)胞層分化不良以及部分標(biāo)志物不規(guī)則表達(dá)的缺點(diǎn)，因此還需要進(jìn)一步的調(diào)整三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。目前，組織工程皮膚的臨床應(yīng)用有望在口腔、皮膚等各類(lèi)疾病的治療上得到更廣泛的應(yīng)用。

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Overview of Tissue Engineering Skin and It′s Application in Cosmetics Test

TANG Jie1,2,XIONG Li-dan1,2,LI Li1,2,3
(1.Center of Cosmetic Safety and Ef fi cacy Evaluation,West China Hospital,Sichuan University,Chengdu 610041,Sichuan,China;2.Engineering Technology Research Center of Cosmetic in Sichuan,Chengdu 610041,Sichuan,China;3.Department of Dermatology,West China Hospital,Sichuan University,Chengdu 610041,Sichuan,China)

Tissue engineered skin is a biologically active arti fi cial skin substitute,which is formed by the interaction of the extracellular matrix and the appropriate scaffold materials with the functional cells. This paper briefly introduces several composition speccies of seed cells and scaffold materials of tissue engineering skin,Besides,this article also reviews the application progress of tissue engineering skin in cosmetic corrosion safety,cosmetic irritant safety,cosmetic percutaneous absorption and mutagenicity of cosmetics,light toxicity and cosmetic anti-aging ef fi cacy testing.

tissue engineered skin; seed cells; scaffold; cosmetic testing

R456

A

1008-6455(2017)11-0132-03

李利,四川大學(xué)華西醫(yī)院皮膚科/化妝品評(píng)價(jià)中心教授、主任醫(yī)師；研究方向：損容性皮膚病(色素性、血管性皮膚病、痤瘡等)，皮膚老化及光老化，皮膚保健與美容，皮膚美容激光等；E-mail:lily_hxyy@163.com

2017-08-08

2017-10-23

編輯/李陽(yáng)利