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Human eccrine sweat gland cells can reconstitute a stratified epidermis


Biedermann, Thomas. Human eccrine sweat gland cells can reconstitute a stratified epidermis. 2011, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

The major goal of this work was to investigate whether human eccrine sweat gland cells, in analogy to cells of the hair-follicle bulge, exhibit the capacity to develop into a functional epidermis. Conclusive results towards this question were not reported so far. To address this issue, I generated dermo-epidermal skin substitutes in vitro. All skin substitutes were based on collagen hydrogels, containing human primary dermal fibroblasts within the gel, and eccrine sweat gland cells on the gel (or epidermal keratinocytes as controls). Skin substitutes generated in vitro were transplanted onto the backs of immuno-incompetent rats and the expression of epidermal markers, indicative of the grade of homeostasis and differentiation, was determined. In addition, potential stem cell markers were tested. I was able to demonstrate both, in vitro and in vivo, the capability of human eccrine sweat gland cells to form a stratified interfollicular epidermal substitute on collagen hydrogels (Biedermann, 2010). This was substantiated by the following findings: (1) A stratified epidermis consisting of 10-12 cell layers is formed by sweat gland cells. (2) A distinct stratum corneum develops and is maintained after transplantation onto immuno-incompetent rats. (3) Indicative proteins, such as filaggrin, loricrin, involucrin, envoplakin, periplakin, and transglutaminases I and III, are matching the characteristic expression pattern of normal human skin. (4) Junctional complexes and hemidesmosomes are readily and regularly established. (5) Cell proliferation in the basal layer reaches homeostatic levels. (6) The sweat gland derived epidermis is anchored by hemidesmosomes within a well developed basal lamina. (7) Palmoplantar or mucosal markers are not expressed in the sweat gland derived epidermis. These data suggest that human eccrine sweat glands are an additional source of keratinocytes that can generate a stratified epidermis. Based on these findings a novel question arises, namely as to which extent human skin is repaired and/or permanently renewed by eccrine sweat gland cells. I am presently determining if sweat gland cells forming an epidermis are capable to take up melanin, produced by melanocytes (Biedermann, in preparation). If so, this would prove that sweat gland cells are indeed fully differentiated epidermal keratinocytes, because this characteristic was never observed before to be a property of eccrine sweat gland cells.

Das Hauptziel dieser Arbeit war es, nachzuweisen, ob humane ekkrine Schweissdrüsenzellen, in Analogie zum Haarfollikel-Bulge, die Fähigkeit besitzen, eine Epidermis zu bilden. Eindeutige Resultate hinsichtlich dieser Fragestellung wurden bisher nicht gezeigt. Ich habe dazu dermo-epidermale Hautsubstitute hergestellt. Diese Hautsubstitute basieren auf Kollagenhydrogelen, die humane primäre dermale Fibroblasten im Gel enthalten und auf deren Oberfläche ekkrine Schweissdrüsenzellen (oder aber normale epidermal Keratinozyten – als Kontrollzellen) aufgebracht wurden. Die auf Vollhautwunden immun-inkompetenter Nacktratten transplantierten Substitute wurden auf epidermale Marker der Gewebshomeostase und der Hautdifferenzierung, aber auch bezüglich potentieller Stammzellmarker getestet. Ich konnte nachweisen, dass humane ekkrine Schweissdrüsenzellen sowohl in vitro als auch in vivo fähig sind, eine stratifizierte interfollikuläre Epidermis auf Kollagen-Hydrogelen zu bilden (Biedermann, 2010). Dies wird durch folgenden Befunde untermauert: (1) Eine stratifizierte Epidermis, bestehend aus 10-12 Zellschichten, wird durch Schweissdrüsenzellen gebildet. (2) Es entwickelt sich ein ausgeprägtes Stratum Corneum, das auch nach Transplantation auf immuninkompetente Ratten vorhanden ist. (3) Proteine wie Filaggrin, Loricrin, Involucrin, Envoplakin, Periplakin, Transglutaminase I und III zeigen das gleiche charakteristische Expressionsmuster wie in normaler humaner Haut. (4) Junctionale Komplexe und Hemidesmosomen werden etabliert. (5) Die Zellproliferation in der basalen Schicht erreicht ein homoestatisches Niveau. (6) Die aus Schweissdrüsenzellen resultierende Epidermis ist durch Hemidesmosomen auf einer gut entwickelten Basallamina verankert. (7) In der aus Schweissdrüsenzellen gebildeten Epidermis sind keine palmo-plantaren oder mukosalen Marker vorhanden. Diese Resultate sind ein starker Beleg dafür, dass Schweissdrüsen eine zusätzliche Quelle für epidermale Keratinocyten sind, die eine stratifizierte Epidermis bilden können. Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben nun mehr die weiterführende Frage, in welchem Ausmass ekkrine Schweissdrüsenzellen fähig sind, die humane Haut zu reparieren und/oder sie ständig zu erneuern. Gegenwärtig versuche ich nachzuweisen, ob Schweissdrüsenzellen, die eine Epidermis bilden, Melanin aufnehmen können, welches Melanocyten produziert haben (Biedermann, in preparation). Dies würde zusätzlich unterstreichen, dass Schweissdrüsenzellen voll funktionsfähige epidermale Keratinocyten sind, da dies eine Eigenschaft ist, die nicht bei Schweissdrüsenzellen, die als solche in der Schweissdrüse funktionieren, beobachtet werden kann.

Abstract

The major goal of this work was to investigate whether human eccrine sweat gland cells, in analogy to cells of the hair-follicle bulge, exhibit the capacity to develop into a functional epidermis. Conclusive results towards this question were not reported so far. To address this issue, I generated dermo-epidermal skin substitutes in vitro. All skin substitutes were based on collagen hydrogels, containing human primary dermal fibroblasts within the gel, and eccrine sweat gland cells on the gel (or epidermal keratinocytes as controls). Skin substitutes generated in vitro were transplanted onto the backs of immuno-incompetent rats and the expression of epidermal markers, indicative of the grade of homeostasis and differentiation, was determined. In addition, potential stem cell markers were tested. I was able to demonstrate both, in vitro and in vivo, the capability of human eccrine sweat gland cells to form a stratified interfollicular epidermal substitute on collagen hydrogels (Biedermann, 2010). This was substantiated by the following findings: (1) A stratified epidermis consisting of 10-12 cell layers is formed by sweat gland cells. (2) A distinct stratum corneum develops and is maintained after transplantation onto immuno-incompetent rats. (3) Indicative proteins, such as filaggrin, loricrin, involucrin, envoplakin, periplakin, and transglutaminases I and III, are matching the characteristic expression pattern of normal human skin. (4) Junctional complexes and hemidesmosomes are readily and regularly established. (5) Cell proliferation in the basal layer reaches homeostatic levels. (6) The sweat gland derived epidermis is anchored by hemidesmosomes within a well developed basal lamina. (7) Palmoplantar or mucosal markers are not expressed in the sweat gland derived epidermis. These data suggest that human eccrine sweat glands are an additional source of keratinocytes that can generate a stratified epidermis. Based on these findings a novel question arises, namely as to which extent human skin is repaired and/or permanently renewed by eccrine sweat gland cells. I am presently determining if sweat gland cells forming an epidermis are capable to take up melanin, produced by melanocytes (Biedermann, in preparation). If so, this would prove that sweat gland cells are indeed fully differentiated epidermal keratinocytes, because this characteristic was never observed before to be a property of eccrine sweat gland cells.

Das Hauptziel dieser Arbeit war es, nachzuweisen, ob humane ekkrine Schweissdrüsenzellen, in Analogie zum Haarfollikel-Bulge, die Fähigkeit besitzen, eine Epidermis zu bilden. Eindeutige Resultate hinsichtlich dieser Fragestellung wurden bisher nicht gezeigt. Ich habe dazu dermo-epidermale Hautsubstitute hergestellt. Diese Hautsubstitute basieren auf Kollagenhydrogelen, die humane primäre dermale Fibroblasten im Gel enthalten und auf deren Oberfläche ekkrine Schweissdrüsenzellen (oder aber normale epidermal Keratinozyten – als Kontrollzellen) aufgebracht wurden. Die auf Vollhautwunden immun-inkompetenter Nacktratten transplantierten Substitute wurden auf epidermale Marker der Gewebshomeostase und der Hautdifferenzierung, aber auch bezüglich potentieller Stammzellmarker getestet. Ich konnte nachweisen, dass humane ekkrine Schweissdrüsenzellen sowohl in vitro als auch in vivo fähig sind, eine stratifizierte interfollikuläre Epidermis auf Kollagen-Hydrogelen zu bilden (Biedermann, 2010). Dies wird durch folgenden Befunde untermauert: (1) Eine stratifizierte Epidermis, bestehend aus 10-12 Zellschichten, wird durch Schweissdrüsenzellen gebildet. (2) Es entwickelt sich ein ausgeprägtes Stratum Corneum, das auch nach Transplantation auf immuninkompetente Ratten vorhanden ist. (3) Proteine wie Filaggrin, Loricrin, Involucrin, Envoplakin, Periplakin, Transglutaminase I und III zeigen das gleiche charakteristische Expressionsmuster wie in normaler humaner Haut. (4) Junctionale Komplexe und Hemidesmosomen werden etabliert. (5) Die Zellproliferation in der basalen Schicht erreicht ein homoestatisches Niveau. (6) Die aus Schweissdrüsenzellen resultierende Epidermis ist durch Hemidesmosomen auf einer gut entwickelten Basallamina verankert. (7) In der aus Schweissdrüsenzellen gebildeten Epidermis sind keine palmo-plantaren oder mukosalen Marker vorhanden. Diese Resultate sind ein starker Beleg dafür, dass Schweissdrüsen eine zusätzliche Quelle für epidermale Keratinocyten sind, die eine stratifizierte Epidermis bilden können. Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben nun mehr die weiterführende Frage, in welchem Ausmass ekkrine Schweissdrüsenzellen fähig sind, die humane Haut zu reparieren und/oder sie ständig zu erneuern. Gegenwärtig versuche ich nachzuweisen, ob Schweissdrüsenzellen, die eine Epidermis bilden, Melanin aufnehmen können, welches Melanocyten produziert haben (Biedermann, in preparation). Dies würde zusätzlich unterstreichen, dass Schweissdrüsenzellen voll funktionsfähige epidermale Keratinocyten sind, da dies eine Eigenschaft ist, die nicht bei Schweissdrüsenzellen, die als solche in der Schweissdrüse funktionieren, beobachtet werden kann.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Wenger Roland H, Fussenegger Martin
Communities & Collections:04 Faculty of Medicine > Institute of Physiology
07 Faculty of Science > Institute of Physiology

UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:610 Medicine & health
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2011
Deposited On:05 Apr 2011 09:34
Last Modified:15 Apr 2021 14:12
Number of Pages:167
Additional Information:Enthält Sonderdrucke
OA Status:Green

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