摘要：
随着三维细胞培养、类器官及器官芯片等研究方向的发展，具有高生理相关性的全层人体皮肤等效模型正在成为皮肤研究、药物评价、毒理学分析以及化妆品开发中的重要工具。相比传统二维培养与动物模型，全层皮肤模型能够更真实地模拟人体皮肤的组织结构、细胞间相互作用及屏障功能。本研究基于REPROCELL的Alvetex三维支架技术，并结合Qkine高纯度重组生长因子TGF-β1 PLUS与KGF，成功构建具有完整真皮-表皮结构的全层人体皮肤等效模型。研究结果显示，Qkine生长因子能够有效促进细胞外基质沉积、真皮结构形成以及角质形成细胞分层成熟，并进一步形成具有良好生理相关性的皮肤屏障功能。

关键词：
Qkine；REPROCELL；Alvetex；全层人体皮肤等效模型；TGF-β1 PLUS；KGF；三维细胞培养；皮肤模型；细胞外基质；REPROSKIN；器官模型；再生医学；类器官

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一、全层人体皮肤等效模型的发展背景与研究意义

皮肤作为人体最大的器官之一，不仅承担着物理屏障作用，同时还参与免疫调节、体温调控、水分平衡以及外界刺激响应等多种复杂生理过程。从组织结构来看，人体皮肤主要由表皮与真皮两大区域组成，其中表皮主要由角质形成细胞构成，而真皮则富含成纤维细胞、胶原蛋白以及多种细胞外基质成分。不同层级之间通过复杂的细胞通讯与微环境调控，共同维持皮肤结构稳定与功能完整。

长期以来，传统二维细胞培养体系虽然广泛应用于基础研究与药物筛选，但由于缺乏真实三维组织结构，细胞形态、分化状态及细胞间相互作用均与体内环境存在明显差异，因此难以准确反映人体皮肤的真实生理状态。另一方面，动物模型虽然能够提供完整组织环境，但在人源相关性、实验重复性、伦理限制及法规要求等方面同样存在一定局限。近年来，随着欧盟化妆品法规以及NC3Rs等机构持续推动减少动物实验，越来越多研究开始转向具有更高人体相关性的三维皮肤模型体系。

因此，如何建立稳定、可重复、具备良好生理相关性的全层人体皮肤等效模型，逐渐成为皮肤病学、再生医学、药物研发以及化妆品安全评价领域的重要研究方向。相比传统模型，全层人体皮肤等效模型不仅能够模拟天然皮肤中的真皮-表皮结构，还能够形成一定程度的屏障功能，在药物渗透、炎症研究、毒理学分析及组织工程方向均具有较高应用价值。

图1：Alvetex三维支架结合Qkine生长因子构建全层人体皮肤等效模型。

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二、Alvetex三维支架技术在皮肤模型中的应用价值

在构建复杂三维组织模型过程中，培养支架材料对于细胞生长、组织形成及细胞外基质沉积具有重要影响。REPROCELL开发的Alvetex三维支架系统，为人工皮肤模型构建提供了一种高生理相关性的培养平台。与传统二维培养表面不同，Alvetex采用高孔隙率惰性聚苯乙烯材料，可支持细胞在三维空间内自然浸润、生长及分布，同时允许营养物质与代谢废物在体系中有效扩散。

该结构的优势在于，真皮成纤维细胞能够在支架内部形成更加接近天然人体皮肤的三维结构，并逐渐分泌胶原蛋白、纤连蛋白等细胞外基质成分，从而形成具有生理相关性的真皮等效体。相比传统依赖动物源基质胶的体系，Alvetex无需额外引入动物源细胞外基质材料，因此更适用于标准化及可重复性要求较高的研究场景。

REPROCELL进一步基于Alvetex平台开发了REPROSKIN全层人体皮肤模型系统。研究中，原代角质形成细胞可在真皮等效体上方继续形成多层表皮结构，包括基底层、棘层、颗粒层以及角质层，从而在结构与功能上更加接近天然人体皮肤。这类模型不仅能够用于基础研究，同时也越来越多地应用于药物评价、化妆品开发及组织工程研究中。

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三、Qkine高纯度生长因子在三维培养中的作用

随着三维细胞培养、类器官及器官芯片技术的发展，研究人员对于培养体系中生长因子与细胞因子的质量要求也越来越高。传统动物源因子由于存在批间差异、杂蛋白污染以及生物活性不稳定等问题，可能对实验重复性及组织模型稳定性产生影响。

Qkine是一家专注于高纯度重组蛋白与细胞因子开发的企业，其产品特点包括无动物源成分、高纯度、高批间一致性以及明确的生物活性。尤其是在复杂三维培养体系中，高质量生长因子对于细胞分化、组织成熟及长期培养稳定性具有重要意义。

本研究中主要使用了Qkine的TGF-β1 PLUS与KGF（FGF-7）两种关键因子。其中，TGF-β1主要参与成纤维细胞活化、细胞外基质沉积及真皮结构形成，而KGF则主要参与角质形成细胞增殖、分化及表皮成熟。两者在全层人体皮肤等效模型构建过程中发挥协同作用。

Qkine生长因子由于具备高生物活性与良好批间一致性，因此非常适用于：

• 三维细胞培养
• 类器官研究
• 器官芯片
• 再生医学
• 组织工程

等高要求研究方向。目前相关产品已广泛应用于iPSC培养、神经分化、皮肤模型及多种器官模型研究。

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四、全层人体皮肤等效模型构建流程解析

在本研究中，研究人员采用原代人真皮成纤维细胞与原代人角质形成细胞共同构建全层人体皮肤等效模型。整个实验流程包括真皮等效体形成、表皮层构建以及气液界面培养等多个阶段。

首先，研究人员对Alvetex支架进行乙醇、PBS及培养基处理，以保证支架处于适合细胞接种的状态。随后将原代人真皮成纤维细胞接种于支架膜表面，并在培养过程中持续添加Qkine TGF-β1 PLUS。经过约19天培养后，成纤维细胞逐渐在支架内部形成稳定三维结构，并不断分泌细胞外基质成分。

随后，研究人员在真皮等效体表面进一步接种原代角质形成细胞，并继续培养48小时。在后续阶段，体系被提升至气液界面（ALI）培养状态，以促进角质形成细胞分层、角质化以及表皮成熟。研究过程中持续添加Qkine KGF（FGF-7），进一步支持角质形成细胞活性与分化。

整个培养体系最终形成具有完整真皮-表皮结构的全层人体皮肤等效模型。

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五、TGF-β1 PLUS促进真皮等效体形成与ECM沉积

研究结果显示，在Qkine TGF-β1 PLUS存在条件下，原代人真皮成纤维细胞能够在Alvetex支架内部保持良好活性，并逐渐形成稳定三维真皮结构。H&E组织染色结果显示，成纤维细胞在整个支架内部呈均匀分布，并维持典型细长梭形形态。

随后接种角质形成细胞后，研究人员进一步观察到完整的真皮-表皮结构形成。免疫荧光结果显示，在Qkine TGF-β1 PLUS培养条件下，模型内部能够形成明显的Ⅰ型胶原与纤连蛋白沉积，说明成纤维细胞已成功建立细胞外基质网络。

图2：TGF-β1 PLUS促进细胞外基质沉积与真皮结构形成。

研究进一步通过羟脯氨酸定量法检测总胶原沉积量。结果表明，在相同浓度条件下，Qkine TGF-β1 PLUS相比其他供应商产品能够显著提高胶原沉积水平。这说明高纯度重组生长因子对于复杂三维组织构建具有明显促进作用。

图3：Qkine TGF-β1 PLUS提高真皮等效体胶原沉积能力。

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六、KGF促进表皮分层与屏障成熟

在表皮形成阶段，研究人员持续向培养体系中添加Qkine KGF（FGF-7）。结果显示，角质形成细胞能够逐渐形成完整多层结构，并在真皮等效体表面形成清晰的基底层、分化层及角质层。

H&E染色结果表明，模型已形成较为成熟的表皮结构。同时，角蛋白14主要定位于基底层细胞，而角蛋白10则主要表达于分化层细胞，进一步说明模型已形成具有良好组织分化状态的表皮层。

图4：KGF促进角质形成细胞分层与表皮成熟。

研究人员进一步通过检测经表皮水分流失（TEWL）评价模型屏障功能。结果显示，该模型TEWL水平与天然人体皮肤已发表数据较为接近，说明其已形成一定程度的功能性皮肤屏障。

图5：全层人体皮肤等效模型形成较完整皮肤屏障功能。

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七、全层人体皮肤等效模型的应用方向

随着三维培养技术不断发展，全层人体皮肤等效模型正在越来越多领域中得到应用。在皮肤疾病研究中，该模型可用于银屑病、炎症、纤维化以及皮肤屏障损伤等方向研究；在药物研发领域，可用于药物渗透、局部给药及药效评价；在化妆品领域，则可用于替代动物实验开展刺激性与安全性评价。

此外，随着再生医学与组织工程技术发展，具有高生理相关性的三维皮肤模型还可进一步应用于：

• 创伤修复研究
• 生物打印
• 组织再生
• 个体化医疗

等方向。

由于Qkine生长因子具备高纯度、高一致性及无动物源特点，因此尤其适合复杂三维组织培养体系以及长期培养研究。

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八、总结

本研究表明，REPROCELL Alvetex三维支架结合Qkine高纯度重组生长因子，可有效构建具有较高生理相关性的全层人体皮肤等效模型。其中，TGF-β1 PLUS能够促进成纤维细胞活化与细胞外基质沉积，而KGF则能够促进角质形成细胞分层与屏障成熟，最终形成结构完整、功能稳定的三维皮肤模型。

随着类器官、器官芯片以及三维细胞培养技术持续发展，此类全层人体皮肤等效模型预计将在药物研发、皮肤病研究、毒理学分析、化妆品开发及再生医学等领域发挥越来越重要的作用。

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参考文献

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4. Roger M et al. Bioengineering the microanatomy of human skin. Journal of Anatomy, 2019.

5. Green M et al. Transepidermal Water Loss (TEWL): Environment and Pollution—A Systematic Review. Skin Health and Disease, 2022.

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本文基于Qkine与REPROCELL公开资料整理，仅用于科研信息分享。上海曼博生物可提供Qkine TGF-β1 PLUS、KGF（FGF-7）、生长因子、细胞因子及相关技术支持，适用于全层人体皮肤等效模型、类器官、器官芯片及三维细胞培养研究。 :contentReference[oaicite:0]{index=0}