Establishment of the human sweat gland organoids for the improvement of heat stroke

• Project/Area Number: 20K08650
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53050:Dermatology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 倉田 隆一郎 大阪大学, 薬学研究科, 招へい教員 (50773115)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 汗腺 / 幹細胞 / 幹細胞ニッチ / オルガノイド / 熱中症 / 発汗

Outline of Research at the Start

温暖化と高齢化の進行によって熱中症患者が急増している日本では、発汗による体温調節機能の低下が問題となっている。この体温調節機能の改善に向けて、マウスの汗腺を用いた発汗機能の研究が行われてきた。しかし、発汗を利用した体温調節はヒト汗腺にしかない機能であるため、発汗障害の問題は未解決のままである。これまでに私たちはヒト汗腺を対象に、1)汗腺細胞の単離法の確立、2)汗腺幹細胞の同定、3)汗腺幹細胞からの汗腺様構造体の作製を行ってきた。今回、予備試験で培養環境の変化により汗腺幹細胞が増殖・分化したため、本研究では生体外でヒト汗腺幹細胞から生体に近い汗腺オルガノイドを作製する。

Outline of Annual Research Achievements

温暖化と高齢化の進行によって熱中症患者が急増している日本では、発汗による体温調節機能の低下が問題となっている。この体温調節機能の改善に向けて、マウスの汗腺を用いた発汗機能の研究が行われてきた。しかし、発汗を利用した体温調節はヒト汗腺にしかない機能であるため、発汗障害の問題は未解決のままである。そこで、私たちは発汗機能を評価できるヒト汗腺モデル(ヒト汗腺オルガノイド)の作製を試みた。これまでに私たちは、1)ヒト汗腺細胞の単離法の確立、2)ヒト汗腺幹細胞の同定、3)ヒト汗腺幹細胞からの汗腺様構造体の作製を行ってきたが、生体外でヒト汗腺幹細胞を未分化の状態で維持することができず、汗腺幹細胞の幹細胞性を維持するための微小環境を解明する必要がある。ヒト汗腺幹細胞の微小環境の解明に向けて、ヒト汗腺とその周辺部位の特徴を理解することにした。汗腺周辺の組織学的解析を行ったところ、ヒト汗腺は膠原線維ではなく、脂肪組織に包まれた物理学的、生化学的に特殊な環境下で存在していることが確認された。そこで、ヒト皮膚組織から種々の酵素を用いて、ヒト汗腺器官とその周辺部位を単離する方法を確立し、これらの組織片を単一細胞へ消化した後にシングルセルRNA解析を行った。表皮細胞に特徴的なケラチンの発現パターンから表皮細胞と間充織細胞を分離し、さらに遺伝子発現パターンから細胞群をクラスタリングしたところ、線維芽細胞や血管内皮細胞など数種類の細胞集団に分類された。今後、各細胞集団から放出される増殖因子等を汗腺幹細胞に作用させた際に幹細胞の未分化性を維持するかを評価することで、ヒト汗腺幹細胞ニッチ候補を同定できると考えている。

Research Products

• [Presentation] シングルセルRNA-Seqによるヒト汗腺及び汗腺周辺環境の細胞の不均一性の解析 (2021)
  • Author(s): 田中未来、倉田隆一郎、藤田郁尚、前田大介、久保盾貴
  • Organizer: 第28回日本再生医療学会
• [Presentation] ヒト汗腺３次元構造の解明とヒト汗腺オルガノイドの作製 (2020)
  • Author(s): 倉田隆一郎
  • Organizer: 第29回日本形成外科学会基礎学術集会
  • Invited
• [Remarks] 汗腺の三次元構造が解剖学の世界的定番の教科書である 「Gray’s Anatomy」に掲載
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/wp-content/uploads/2021/01/press_release20210107.pdf
• [Patent(Industrial Property Rights)] 汗腺筋上皮細胞の幹細胞性維持剤、汗腺筋上皮細胞の幹細胞性を維持する方法および皮膚外用剤 (2021)
  • Inventor(s): 田中未来、倉田隆一郎、藤田郁尚
  • Industrial Property Rights Holder: 田中未来、倉田隆一郎、藤田郁尚
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-030497
  • Filing Date: 2021