Investigation of the pain alleviation mechanism by constructing an in vitro reconstitution system of the human peripheral nervous system

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19927
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Oka Kotaro 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10276412)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 歯髄幹細胞 / ケラチノサイト / 痛み緩和 / バイオイメージング / オキシトシン

Outline of Final Research Achievements

In this research, we aimed to reconstitute the human peripheral nervous system in vitro by keratinocytes, which are the main cells of the skin, and peripheral neurons that send the signals they receive to the central nervous system. We tried to clarify the pain signal transmission process and its mitigation. Since human keratinocytes are easily available, we first attempted to induce the peripheral nervous system from human dental pulp stem cells. We investigated the induction of differentiation and succeeded in inducing human peripheral neurons. In parallel, we co-cultured human keratinocytes with rat dorsal root ganglion (DRG) neurons and demonstrated that oxytocin alleviates pain signaling.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

痛みのシグナルが皮膚から中枢に伝わることは、危険を知らせる重要な情報伝達である。一方で慢性的な痛みが中枢に常に伝達されることは、QOLの観点からも適切ではない。この研究では全てヒトの細胞による末梢神経系（ケラチノサイトと感覚神経細胞）を構築し、痛みの刺激が末梢で緩和されるメカニズムを明らかにすることを試みた。ヒト歯髄にある肝細胞から末梢神経系を分化誘導することに成功したこととから、オールヒト細胞による末梢神経系の再構築へ目処がたった。また並行して進めたヒトケラチノサイトとラット感覚神経細胞の共培養系の実験から、末梢組織によるオキシトシンによる痛み伝達の緩和を見出した。