3次元培養による微小環境再プログラミングにより、真皮乳頭細胞はde novo人間の毛毛の成長を誘導することができます

de novo臓器の再生は、げっ歯類だけでなく、いくつかの低い生物で観察されています。しかし、ヒト細胞および組織におけるこれらの再生特性を実証することは困難でした。毛包では、げっ歯類の毛包由来の真皮細胞は、局所上皮と相互作用し、さまざまな毛のないレシピエントの皮膚部位にde novo毛包を誘導することができます。しかし、ヒト皮膚のヒト真皮乳頭細胞を使用して人間のこのプロセスを再現しようとする複数の試みは失敗し、ヒト真皮乳頭細胞は培養時に重要な帰納的特性を失うことを示唆しています。ここでは、培養中のヒト真皮乳頭細胞のグローバルな遺伝子発現分析を実施し、3D環境から2D環境への移行をリンクする非常に迅速で重度の分子シグネチャの変化を発見しました。無傷の真皮乳頭転写シグネチャは、3Dスフェロイド培養における乳頭細胞の成長によって部分的に回復できることを実証します。この特徴的な変化は、誘導能力の部分的な回復に変換され、スフェロイドとして成長した場合、ヒトの皮膚乳頭細胞は、人間の皮膚にde novo毛包を誘導できることを示しています。

De novo organ regeneration has been observed in several lower organisms, as well as rodents; however, demonstrating these regenerative properties in human cells and tissues has been challenging. In the hair follicle, rodent hair follicle-derived dermal cells can interact with local epithelia and induce de novo hair follicles in a variety of hairless recipient skin sites. However, multiple attempts to recapitulate this process in humans using human dermal papilla cells in human skin have failed, suggesting that human dermal papilla cells lose key inductive properties upon culture. Here, we performed global gene expression analysis of human dermal papilla cells in culture and discovered very rapid and profound molecular signature changes linking their transition from a 3D to a 2D environment with early loss of their hair-inducing capacity. We demonstrate that the intact dermal papilla transcriptional signature can be partially restored by growth of papilla cells in 3D spheroid cultures. This signature change translates to a partial restoration of inductive capability, and we show that human dermal papilla cells, when grown as spheroids, are capable of inducing de novo hair follicles in human skin.