随着功效化妆品、药妆品等产业的发展，3D皮肤模型正被广泛地应用于化妆品功效研究与评价，成为支撑化妆品创新的关键技术体系。3D皮肤模型构建技术的基本原理是从机体获取少量的活体皮肤组织，将细胞从组织中分离，并在体外进行培养扩增，然后将扩增的细胞与生物材料按照一定的比例混合，使细胞粘附、生长于生物材料上形成3D皮肤模型。在3D皮肤模型的构建过程中，皮肤的结构、力学强度、基质成分以及功能基因的表达都能得到一定的控制。因此，3D皮肤模型具备结构和生理代谢上与人体皮肤的一致性，可实现化妆品原料及配方的体外科学检测。

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    3D表皮模型在化妆品功效检测中的应用

    3D表皮模型一般用于安全性检测，包括皮肤腐蚀性、皮肤刺激性、皮肤光毒性、遗传毒性等；也可用于功效性检测，包括皮肤屏障、保湿、抗炎、UV防护、经皮吸收等。基于3D表皮模型的功效检测可以整合基因水平、蛋白水平与组织水平的多维度数据，实现综合的功效评估。

    1、在化妆品促屏障功效评价中的应用

    当化妆品暴露于3D皮肤模型后，通过化妆品上调有利于皮肤屏障功能增强的生物指标表达，判定化妆品促屏障功能增强的潜力。传统的基因表达检测通过qRT-PCR实现，但由于其效率较低，单批次研究的基因数量较少等因素，在化妆品功效评价中，越来越多地采用转录组测序技术，以实现高效的基因表达分析。除了在基因水平开展的研究之外，蛋白水平结果既验证了在基因水平的检测结果，又为化妆品功效证明资料提供了可视化的素材。

    例如，在化妆品屏障增强功效评价实验中，利用免疫荧光技术对不同处理条件下的3D表皮模型EpiKutis进行蛋白水平分析。与对照组相比，样品处理后，FLG与LOR均显著升高，证明样品具有同时促进FLG，LOR表达，提升皮肤屏障的功能。

    2、3D表皮模型在其他化妆品功效评价中的应用

    3D表皮模型在皮肤保湿功效评价的应用中，主要从角质层主动保湿以及角质层下主动保湿角度开展。以天然保湿因子(PCA/UCA)检测为例，它们是Filaggrin水解产物，在角质细胞保湿功能方面发挥重要作用。因此，应建立针对Filaggrin的基因、蛋白、代谢产物的统一证据链条，以证明作用于3D皮肤模型的活性物质具有促进角质层主动保湿的作用。而另一方面，角质层下活细胞的主动保湿则由AOP3等水通道蛋白支撑。

    同时，3D表皮模型是优良的防晒功能测试模型，已有研究证明，基于3D表皮模型的组织活力、灼伤细胞以及相关炎性因子等指标可以证明紫外辐照对模型的损伤以及受试物质的防晒效果。

    功效性物质发挥作用需要渗透进入活组织，而3D皮肤模型与人体皮肤相似的皮肤屏障功能可以为经皮吸收研究提供有效工具。比如，可以在皮肤模型上进行精油的渗透研究，用于建立化妆品配方中有效成分的释放动力学。对特定物质的扩散以及定量分析结果表明皮肤模型用于化妆品配方的安全性和质量分析具有较好的灵敏度、可重复性以及操作的简便性。皮肤模型还可用于物质经皮吸收后的代谢研究，比如芳香二胺类物质接触模型表面后能渗透进人皮肤组织，而且能激活N-乙酰化、葡萄糖醛酸化、硫酸酶等对芳香二胺类物质进行代谢。

    3D黑素皮肤模型在化妆品美白功效检测中的应用

    美白功效指标的确定基于黑色素合成及转运通路的关键因子。黑色素从合成到分布至角质形成细胞主要包括以下几个步骤：1)黑色素合成相关酶类基因的转录和活化，例如酪氨酸酶(tyrosinase，Tyr)、酪氨酸相关蛋白1(tyrosinase-relatedprotein-1，TRP-1)、酪氨酸相关蛋白2(tyrosinase-relatedprotein-2，TRP-2)；2)黑色素在黑素小体内的合成；3)黑素小体的转运，主要包括黑色素从黑素细胞核周区域转运至黑素细胞膜及黑素细胞膜转运至角质形成细胞内2个过程；4)黑色素在角质层的聚集与降解。

    黑素细胞与角质形成细胞间密切的相互作用使含有色素的3D皮肤模型极具吸引力，这种3D黑素皮肤模型在研究角质形成细胞与黑素细胞关键相互作用中具有很高的价值。

    3D黑素皮肤模型不仅能用于研究如何调节黑色素生成，如美白活性物质以及紫外线辐射等促色素形成因素的作用，也可用于评估防晒霜的功效。

    3D全层皮肤模型在化妆品抗衰功效检测中的应用

    3D全层皮肤模型满足了真皮研究应用的需求，实现模拟皮肤老化的过程，检测一些主要的皮肤衰老相关蛋白合成的变化，研究皮肤程序性、外源性老化过程中的生物学机制，并发现有利于皮肤抗衰的化妆品活性成分[]。值得注意的是，3D表皮模型也被用于体外抗衰功效检测，而表皮抗衰的相关机理是否能够覆盖真皮，并起到全面的皮肤抗衰，仍需要更多的研究。

    此外，3D全层皮肤模型可以作为功能性真皮和表皮的损伤修复模型。皮肤缺损后的上皮化过程依赖于表皮细胞的迁移，这和多种皮肤结构密切相关，比如将表皮锚定在真皮上的真表皮连接(DEJ)，以及形成角质包封保护结构的角质细胞终末分化过程。这些复杂的过程依赖于连续的真表皮细胞间相互作用以及细胞与细胞外基质、细胞与可溶性因子的相互作用。