JP6948261B2 - 多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞由来の心筋細胞の凍結保存方法 - Google Patents
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Description
<1>多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞由来の心筋細胞の凍結保存方法であって、
多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞から心筋細胞への分化誘導を受けた細胞集団から細胞を解離するステップ、
を含む方法。
<2>解離した細胞を凍結保護剤を含む凍結保存液中で凍結するステップをさらに含む、上記<1>に記載の方法。
<3>凍結保護剤が、細胞膜透過性の凍結保護剤である、上記<2>に記載の方法。
<4>凍結保護剤が、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール(EG)、プロピレングリコール(PG)、1,2−プロパンジオール(1,2−PD)、1,3−プロパンジオール(1,3−PD)、ブチレングリコール(BG)、イソプレングリコール(IPG)、ジプロピレングリコール(DPG)およびグリセリンからなる群から選択される1種または2種以上である、上記<2>または<3>に記載の方法。
<5>凍結保護剤が、ジメチルスルホキシドである、上記<4>に記載の方法。
<6> 凍結保護剤が、1,2−プロパンジオールである、上記<4>に記載の方法。
<7>多能性幹細胞が、人工多能性幹細胞である、上記<1>〜<6>のいずれか一つに記載の方法。
<8>シート状細胞培養物の製造方法であって、
上記<1>〜<7>のいずれか一つに記載の方法により得られた凍結した細胞を解凍するステップ、および
シート状細胞培養物を形成するステップ、
を含む方法。
<10>キットが、医療用接着剤および細胞洗浄液をさらに含む、上記<9>に記載の使用。
<11>対象において疾患を処置する方法であって、上記<8>に記載の方法により製造されたシート状細胞培養物または前記シート状細胞培養物を含む組成物の有効量を、それを必要とする対象に適用することを含む方法。
<12>多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞から心筋細胞への分化誘導を受けた細胞集団から解離した細胞における分化した多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞由来の心筋細胞の純度を高める方法であって、
解離した細胞を凍結保護剤を含む凍結保存液中で凍結するステップ、
を含む方法。
<13>多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞から心筋細胞への分化誘導を受けた細胞集団から解離した細胞における未分化の多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞の割合を低下させる方法であって、
解離した細胞を凍結保護剤を含む凍結保存液中で凍結するステップ、
を含む方法。
間葉系幹細胞は、当該技術分野で周知の用語であり、間葉系組織に存在し、間葉系組織に属する細胞に分化する能力を有する細胞を意味する。本明細書では、特に別記しない限り間葉系幹細胞は脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞を指すものとする。
凍結保護剤は、細胞外凍結保護剤と組み合わせて用いてもよい。細胞外凍結保護剤は、例えば、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルスターチ(HES)、デキストラン、アルブミンなどを含む。
本発明の一態様において、シート状細胞培養物を形成するステップは、細胞を培養基材上に播種するステップ、および、播種した細胞をシート化するステップを含んでもよい。
本発明の一態様において、シート状細胞培養物を形成するステップは、細胞の表面全体が接着膜で被覆された被覆細胞を培養するステップを含んでもよく、前記被覆細胞を培養するステップにおいて、前記被覆細胞と前記培養細胞とは、前記接着膜を介して互いに接着している。前記被覆細胞を被覆する接着膜は、培養細胞同士を接着できる物質であれば限定されないが、分子量1千以上〜1千万以下のタンパク質等の天然高分子や化学的に得られる合成高分子が好ましい。また、接着膜は、第1の物質を含む膜と第1の物質とは異なる第2の物質を含む膜とが積層された膜とすることが好ましい。第1の物質および第2の物質の組合せとしては、インテグリンが結合するアルギニン−グリシン−アスパラギン酸(RGD)配列を含む高分子とRGD配列を含む高分子と相互作用する高分子との組み合わせであることが好ましい。RGD配列を含む高分子は、元来RGD配列を有するタンパク質であってもよく、RGD配列が化学的に結合されたタンパク質であってもよい。RGD配列を含む高分子と相互作用する高分子は、例えばコラーゲン、ゼラチン、プロテオグリカン、インテグリン、酵素および抗体等の水溶性タンパク質を含む。上記ステップにより、個々の細胞に形成された接着膜同士が相互作用して組織化し、三次元構造を有するシート状細胞培養物を形成することができる。
基礎培地は、標準的な組成のまま(例えば、市販されたままの状態で)用いてもよいし、細胞種や細胞条件に応じてその組成を適宜変更してもよい。したがって、本発明に用いる基礎培地は、公知の組成のものに限定されず、1または2以上の成分が追加、除去、増量もしくは減量されたものを含む。
また、本発明の一態様において、基礎培地に含まれるビタミン剤の濃度は、D−パントテン酸カルシウム:4〜12mg/L、塩化コリン:4〜14mg/L、葉酸:0.6〜4mg/L、i−イノシトール:7.2mg/L、ナイアシンアミド:4〜6.1mg/L、リボフラビン:0.0038〜0.4mg/L、チアミン:3.4〜4mg/L、ピリドキシン:2.1〜4mg/Lである。
本発明の別の態様において、細胞培養液は、ROCK(Rho-associated coiled-coil forming kinase)(Rho結合キナーゼ)阻害剤Y-27632を含んでもよい。
本発明において用いられる細胞培養液として、例えば20%FBS−DMEM/F12が挙げられる。
本発明の組成物等は、本発明のシート状細胞培養物に加えて、種々の追加成分、例えば、薬学的に許容し得る担体や、シート状細胞培養物の生存性、生着性および/または機能などを高める成分、対象疾患の処置に有用な他の有効成分などを含んでいてもよい。かかる追加成分としては、既知の任意のものを使用することができ、当業者はこれらの追加成分について精通している。また、本発明の組成物等は、シート状細胞培養物の生存性、生着性および/または機能などを高める成分や、対象疾患の処置に有用な他の有効成分などと併用することができる。
ヒトiPS細胞株253G1を理化学研究所から購入して使用した。 Matsuura K et al., Biochem Biophys Res Commun, 2012 Aug 24;425(2):321-7に記載の方法に従いリアクターを用いて心筋分化誘導を行った。具体的には、PrimateES培地(リプロセル社)に5ng/mLのbFGFを添加したものを未分化維持培地として用い、マイトマイシンC処理を行ったMEF上で未分化253G1細胞を培養した。10cm培養皿10枚分の未分化253G1細胞を、剥離液(リプロセル社)を用いて回収し、10μMのY27632(ROCK阻害剤)を添加したmTeSR培地(ステムセルテクノロジーズ)100mLに懸濁した後、ベッセルに移し、バイオリアクター(エイブル社)で撹件培養を開始した。1日後、培地からY27632を除いた。1〜3日後に培地をStemPro−34(ライフテクノロジーズ)に置換し、3日〜4日後に0.5ng/mLのBMP4を添加し、4〜7日後に10ng/mLのBMP4と5ng/mLのbFGFと3ng/mLのアクチビンAを添加し、7〜9日後に4μMのIWR-1を添加し、9日目以降は5ng/mLのVEGFと10ng/mLのbFGFを添加して撹絆を続け、16〜18日後に細胞を回収した。
こうしてヒトiPS細胞由来の心筋細胞を含む細胞集団(細胞塊)を得た。当該細胞集団は、0.05%トリプシン/EDTAで解離後、残存する細胞凝集物をストレイナー(BD Bioscience社製)で除去し、その後の実験に供した。
例1で得た解離した細胞集団の一部を、2.5×106〜1.1×107個/1mLの濃度で10%DMSOを含む細胞培養用血清代替品(10% DMSO in serum replacement containing culture medium)に懸濁し、液体窒素タンク内で凍結保存した。
凍結保存した細胞を、37℃で解凍し、0.5%血清アルブミンを含む緩衝液を用いて2回洗浄した。
例2に従い、別個に凍結保存・解凍した細胞の4つのサンプルを用意した。各サンプルから一部の細胞を採取し、トリパンブルー染色法により生細胞、死細胞をそれぞれカウントし、総細胞数と生細胞数から生存率を算出した。結果を、以下の表1に示す。
例1で得た細胞の一部を用いて、当該細胞におけるiPS細胞と心筋細胞の割合を調べた。まず、細胞を、iPS細胞のマーカーであるSSEA−4またはTra−1−60と心筋細胞のマーカーであるc−TNTの両方について二重標識した。
また、参考のために、例1の分化誘導前のiPS細胞の一部について、例1に記載の方法により解離および細胞凝集物除去し、例2に従い凍結保存・解凍し、上述と同様に標識、分析および算出した結果を、図4に示す。
SSEA−4およびc−TNTで二重標識した細胞は、図1および2に示すとおり、c−TNT陽性率は凍結前後45%台から44%台に低下したに止まったのに対し、SSEA−4陽性率は凍結前20.6%から凍結後8.4%に減少した。iPS細胞のみで凍結保存した際にも、図4に示すとおり、SSEA−4陽性率は約87%から約73%に減少した。Tra−1−60およびc−TNTで二重標識した細胞は、図3に示すとおり、c−TNT陽性率は凍結前63.5%から凍結後68.7%に上昇しているのに対し、Tra−1−60陽性率は凍結前0.8%から凍結後0.6%に減少し、約25%の減少率を示した。
UpCell(R)3.5cmディッシュ(CellSeed Inc.)に、培養表面が全て覆われる程度の20%血清含有培地を添加し、37℃、5%CO2の環境で3時間〜3日間処理した。処理後、添加した培地は廃棄した。例2で得られた細胞を、10%血清含有培地に懸濁し、処理済みUpCell(R)に2〜10×105個/cm2の密度で播種し、37℃、5%CO2の環境で3〜5日間、シート化培養を行った。
(1)外観
例5で作成したシート状細胞培養物は、移植に適した白色円形の形状を形成することができた(図5)。
(2)ヘマトキシリン・エオシン染色
例5で作成したシート状細胞培養物の一部の細胞を採取し、当該細胞に、ヘマトキシリン・エオシン染色(HE染色)を行った。染色した細胞を、光学顕微鏡で観察した。図6に示すとおり、細胞核が青紫に染色され、細胞質が赤黄色に染色され、例5で作成したシート状細胞培養物の細胞は、細胞膜や細胞核が正常であることが確認された。
(3)免疫染色
例5で作成したシート状細胞培養物の一部の細胞を採取し、当該細胞を、アクチニンのマーカーであるActinin、心筋細胞のマーカーであるc−TNTおよびDNAのマーカーである4’,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール(DAPI)について多重染色した。標識した細胞を、励起波長を当てて蛍光発色させ、蛍光顕微鏡で観察した。図7に示すとおり、Actinin陽性部分は赤色に、c−TNT陽性部分は緑色に、DAPI陽性部分は青紫色に発光した。図7から、例5で作成したシート状細胞培養物の細胞は、心筋細胞であり、心筋細胞として機能することが確認された。
(4)同期拍動
例5で作成したシート状細胞培養物を、マルチチャンネル細胞外記録法(Multi Electrode Dish : MED、アルファメッドサイエンティフィック社製、MED64システム)を用いて解析した。当該シート状細胞培養物は、自発的な同期拍動を示した(図8)。
例1で得た解離した細胞集団の一部を、1.0×107個/1mLの濃度で市販のSTEM-CELLBANKER(R) GMP Grade(日本全薬工業株式会社)に懸濁し、プログラムフリーザーPDF-2000G(ストレックス)を用いた緩慢凍結し、液体窒素タンク内で凍結保存した。プログラムフリーザーの緩慢凍結条件は、4℃で10分間プレコンディショニングした後、−1℃/minでの緩慢凍結であった。その後、凍結保存開始日を0日目として1日目と42日目に細胞を、37℃で解凍し、0.5%血清アルブミンを含む緩衝液を用いて2回洗浄した。各サンプルの細胞を採取し、トリパンブルー染色法により生細胞、死細胞をそれぞれカウントし、総細胞数と生細胞数から細胞回収率を算出した。結果を図9に示す。本願発明の方法により凍結保存・解凍した多能性幹細胞由来の心筋細胞は、凍結保存開始1日目に解凍した場合も凍結保存開始42日目に解凍した場合も70%前後の細胞回収率を維持した。上記結果から、本願発明の方法により凍結保存・解凍した多能性幹細胞由来の心筋細胞は、1ヶ月以上保存後にも高い安定性を維持していることが分かった。
例1で得た解離した細胞集団の一部を、1.0×106個/1mLの濃度でDMSOが0〜15%濃度範囲になるよう調整した細胞培養用血清代替品(0〜15% DMSO in serum replacement containing culture medium)または市販のSTEM-CELLBANKER(R) GMP Grade(日本全薬工業株式会社)に懸濁し、−80℃の超低温冷凍庫でBICELL(R)を用いた緩慢凍結し、液体窒素タンク内で凍結保存した。その後、凍結保存した細胞を、37℃で解凍し、0.5%血清アルブミンを含む緩衝液を用いて2回洗浄した。各サンプルの細胞を採取し、トリパンブルー染色法により生細胞、死細胞をそれぞれカウントし、総細胞数と生細胞数から細胞回収率を算出した。結果を、図10に示す。凍結保存液としては、STEM-CELLBANKER(R) GMP Gradeまたは5%〜10%のDMSO凍結保存液が、25%以上のより高い心筋細胞の回収率を示した。
例1で得た解離した細胞集団の一部を、1.0×106個/1mLの濃度でDMSO濃度が10%となるように調製した細胞培養用血清代替品(10% DMSO in serum replacement containing culture medium)あるいは市販のSTEM-CELLBANKER(R) GMP GradeまたはSTEM-CELLBANKER(R) DMSO Free GMP Grade(日本全薬工業株式会社)に懸濁し、プログラムフリーザーPDF-2000G(ストレックス)または−80℃の超低温冷凍庫でBICELL(R)を用いた緩慢凍結し、液体窒素タンク内で凍結保存した。プログラムフリーザーの緩慢凍結条件は、4℃で10分間プレコンディショニングした後、−1℃/minでの緩慢凍結であった。その後、凍結保存液および凍結手段の各組合せで凍結保存した細胞を、37℃で解凍し、0.5%血清アルブミンを含む緩衝液を用いて2回洗浄した。各サンプルの細胞を採取し、トリパンブルー染色法により生細胞、死細胞をそれぞれカウントし、総細胞数と生細胞数から細胞回収率を算出した。結果を、図11に示す。いずれの組合せも、42%以上の心筋細胞の回収率を達成した。中でも、STEM-CELLBANKER(R) DMSO Free GMP Gradeおよびプログラムフリーザーで凍結保存する方法が、最も高い心筋細胞の回収率(67%)を示した。
凍結したiPS細胞由来心筋細胞と凍結していないiPS細胞由来心筋細胞からそれぞれ細胞シートを調製して、虚血性心筋梗塞モデルのヌードラットに移植して、心機能改善効果を確認した。凍結するiPS細胞由来心筋細胞は1.0×107個/1mLの濃度で市販のSTEM-CELLBANKER(R) GMP Grade(日本全薬工業社)に懸濁し、プログラムフリーザーを用いた緩慢凍結し、液体窒素タンク内で凍結保存した。 融解操作は37℃で解凍し、0.5%血清アルブミンを含む緩衝液を用いて2回洗浄した。凍結しないiPS細胞由来心筋細胞細胞は、20%血清含有培地に懸濁した。各サンプルの細胞を採取し、トリパンブルー染色法により、総細胞数と生細胞数から細胞回収率を算出した。UpCell(R) 48 wellディッシュ(CellSeed Inc.)に、培養表面が全て覆われる程度の20%血清含有培地を添加し、37℃、5%CO2の環境で3時間〜3日間処理した。処理後、添加した培地は廃棄した。凍結していないiPS細胞由来心筋細胞および凍結したiPS細胞由来心筋細胞をそれぞれ10%血清含有培地に懸濁し、処理済みUpCell(R)に2〜10×105個/cm2の密度で播種し、37℃、5%CO2の環境で2〜5日間、シート化培養を行った。作製した細胞シートを剥離して、虚血性心筋梗塞モデルのヌードラットの心臓表面に移植した。結果を、図12に示す。移植後4週目の心エコーおよび心カテーテル検査で、iPS心筋細胞シート群は細胞シートを移植しないSham ope群と比較して、心機能(ejection fraction: EF, fractional shortening: FS)の有意な改善が認められた(非凍結心筋細胞群:51±3%, n=6、凍結心筋細胞群:51±5%, n=7、Sham群:39±1%, n=6)。一方、非凍結心筋細胞群と凍結心筋細胞群では心機能に有意な差は認められなかった。また、どちらの群においても、移植した細胞シートによる腫瘍形成など、特段の異常は認められなかった。
Claims (11)
- 多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞由来の心筋細胞の凍結保存方法であって、
多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞から心筋細胞への分化誘導を受けた細胞集団から細胞を解離するステップ、
解離した細胞をストレイナーに通して細胞凝集物を除去するステップ、および、
細胞凝集物を除去した細胞を凍結保護剤を含む凍結保存液中で凍結するステップ、
を含む方法。 - 凍結保護剤が、細胞膜透過性の凍結保護剤である、請求項1に記載の方法。
- 凍結保護剤が、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール(EG)、プロピレングリコール(PG)、1,2−プロパンジオール(1,2−PD)、1,3−プロパンジオール(1,3−PD)、ブチレングリコール(BG)、イソプレングリコール(IPG)、ジプロピレングリコール(DPG)およびグリセリンからなる群から選択される1種または2種以上である、請求項1または2に記載の方法。
- 凍結保護剤が、ジメチルスルホキシドである、請求項3に記載の方法。
- 凍結保護剤が、1,2−プロパンジオールである、請求項3に記載の方法。
- 多能性幹細胞が、人工多能性幹細胞である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- シート状細胞培養物の製造方法であって、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法により得られた凍結した細胞を解凍するステップ、および
シート状細胞培養物を形成するステップ、
を含む方法。 - 請求項7に記載の方法により製造されたシート状細胞培養物、前記シート状培養物を含む組成物、あるいは請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法により得られた凍結した細胞、細胞培養液および培養基材を含むキットの、薬剤のスクリーニングのための使用。
- キットが、医療用接着剤および細胞洗浄液をさらに含む、請求項8に記載の使用。
- 多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞から心筋細胞への分化誘導を受けた細胞集団から解離した細胞における分化した多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞由来の心筋細胞の純度を高める方法であって、
解離した細胞をストレイナーに通して細胞凝集物を除去するステップ、および、
細胞凝集物を除去した細胞を凍結保護剤を含む凍結保存液中で凍結するステップ、
を含む方法。 - 多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞から心筋細胞への分化誘導を受けた細胞集団から解離した細胞における未分化の多能性幹細胞または脂肪組織もしくは骨髄由来の間葉系幹細胞の割合を低下させる方法であって、
解離した細胞をストレイナーに通して細胞凝集物を除去するステップ、および、
細胞凝集物を除去した細胞を凍結保護剤を含む凍結保存液中で凍結するステップ、
を含む方法。
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