JP6959135B2 - 巨核球を含む培養物の製造方法及びこれを用いた血小板の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]巨核球又は巨核球前駆細胞の培養物の製造方法であって、巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞を含む細胞群を培養する工程を含む、方法。
[2]前記細胞群が、細胞毒性を示す薬剤に対する耐性遺伝子で形質転換されており、該薬剤耐性遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、前記培養工程で前記薬剤が添加される、[1]に記載の方法。
[3]前記細胞群が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞を致死させる遺伝子で形質転換されており、該遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞で特異的に発現する遺伝子のプロモーターの制御下に配置されている、[1]に記載の方法。
[4]前記巨核球特異的に発現する遺伝子が、巨核球特異的に発現する細胞表面マーカーをコードする遺伝子である、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記巨核球特異的に発現する細胞表面マーカーがCD41a、CD42a及び/又はCD42bである、[4]に記載の方法。
[6]前記巨核球への分化能を有する細胞が造血幹細胞、造血前駆細胞、CD34陽性細胞及び巨核球前駆細胞から成る群から選択される少なくとも1種以上である、[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]前記培養工程が血清及び/又はフィーダー細胞の不在下で実施される、[1]〜[6]のいずれかに記載の方法。
[8]製造される培養物中の巨核球が分化形質を維持しており、且つその血小板産生能が増大している、[1]〜[7]のいずれかに記載の方法。
[9]前記細胞群が前記プロモーターと前記薬剤耐性遺伝子又は致死遺伝子とを作用可能に連結したベクターで形質転換されている、[2]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10]前記薬剤耐性遺伝子がピューロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ゼオシン耐性遺伝子、ブラストサイジンS耐性遺伝子、及びヒスチジノール耐性遺伝子から成る群から選択される少なくとも1種以上である、[2]、[4]〜[9]のいずれかに記載の方法。
[11]前記致死遺伝子がHSV-TK遺伝子、シトクロムC遺伝子及びMule/ARF-BP-1遺伝子から成る群から選択される少なくとも1種以上である、[3]〜[9]のいずれかに記載の方法。
[12]前記培養工程がTPOおよびSCFを含有する培養液中で実施される、[1]〜[11]のいずれかに記載の方法。
[13]前記細胞群が、造血前駆細胞へc-MYC、BMI1及びBCL-xLを導入して製造される細胞を含む、請求項1に記載の方法。
[14]血小板の製造方法であって、[1]〜[10]のいずれかに記載の方法で製造された巨核球を用いることを特徴とする、方法。
[15]巨核球又は巨核球前駆細胞の拡大培養方法であって、巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞を含む細胞群を培養する工程を含む、方法。
[16]前記細胞群が、細胞毒性を示す薬剤に対する耐性遺伝子で形質転換されており、該薬剤耐性遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、前記培養工程で前記薬剤が添加される、[15]に記載の方法。
[17]前記巨核球特異的に発現する遺伝子が、巨核球特異的に発現する細胞表面マーカーをコードする遺伝子である、[15]又は[16]に記載の方法。
[18]前記巨核球特異的に発現する細胞表面マーカーがCD41a、CD42a及び/又はCD42bである、[17]に記載の方法。
[19]前記巨核球への分化能を有する細胞が造血幹細胞、造血前駆細胞、CD34陽性細胞及び巨核球前駆細胞から成る群から選択される少なくとも1種以上である、[15]〜[18]のいずれかに記載の方法。
[20]前記培養工程が血清及び/又はフィーダー細胞の不在下で実施される、[15]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[21]拡大培養後の巨核球が分化形質を維持しており、且つその血小板産生能が増大している、[15]〜[20]のいずれかに記載の方法。
[22]前記細胞群が前記プロモーターと前記薬剤耐性遺伝子とを作用可能に連結したベクターで形質転換されている、[15]〜[21]のいずれかに記載の方法。
[23]前記薬剤耐性遺伝子がピューロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ゼオシン耐性遺伝子、ブラストサイジンS耐性遺伝子、及びヒスチジノール耐性遺伝子から成る群から選択される少なくとも1種以上である、[15]〜[22]のいずれかに記載の方法。
[24]前記培養工程がTPOおよびSCFを含有する培養液中で実施される、[15]〜[23]のいずれかに記載の方法。
[25]前記細胞群が、造血前駆細胞へc-MYC、BMI1及びBCL-xLを導入して製造される細胞を含む、[15]〜[24]のいずれかに記載の方法。
[26]巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞を含む細胞群を培養することによって製造される培養物。
本発明に係る巨核球の製造方法は、巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞を含む細胞群を培養する工程を含む。巨核球細胞に特異的に発現する遺伝子として、例えば、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62Pなどの細胞表面マーカーや、巨核球細胞特異的に発現する遺伝子であるGATA1、NF-E2、β−チューブリン(beta-tubulin)、Platelet Factor 4などが例示される。巨核球細胞特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞の致死条件は、巨核球以外の細胞又は巨核球に分化しない細胞に対してのみ致死作用を示し、巨核球に分化する細胞、巨核球前駆細胞、巨核球細胞、又は成熟した巨核球細胞等に致死作用を示さないというような条件であれば特に限定されない。例えば、巨核球細胞、巨核球前駆細胞等にのみ薬剤耐性を付与した後、対応する薬剤で不所望の細胞を死滅させる系や、不所望の細胞においてのみ致死性の遺伝子が発現するような系が想定される。
本発明に係る血小板の製造方法は、上記製造方法で製造された培養物を用いることを特徴とする。より具体的な態様において、本発明に係る血小板の製造方法は、上述の方法で得られた巨核球、巨核球前駆細胞、及び/又は巨核球細胞株を培養し、培養物から血小板を回収する工程を含む。
ヒトiPS細胞(692D2、1108A2:Okita K, et al, Stem Cells 31, 458-66, 2012に記載のエピソーマルベクターを用いて樹立されたヒト末梢血単核球由来iPS細胞、TKDN SeV2:センダイウイルスを用いて樹立されたヒト胎児皮膚繊維芽細胞由来iPS細胞)から、Takayama N., et al. J Exp Med. 2817-2830 (2010)に記載の方法に従って、血球細胞への分化培養を実施した。即ち、ヒトES/iPS細胞コロニーを20ng/mL VEGF (R&D SYSTEMS)存在下でC3H10T1/2フィーダー細胞と14日間共培養して造血前駆細胞(Hematopoietic Progenitor Cells(HPC)) を作製した。培養条件は20% O2、5% CO2で実施した(特に記載がない限り、以下同条件)。
予めC3H10T1/2フィーダー細胞を播種した6 well plate上に、上記の方法で得られたHPCを5x104cells/wellずつ播種し、レンチウイルス法にてc-MYCおよびBMI1を強制発現させた。このとき、細胞株1種類につき6 wellずつ使用した。即ち、それぞれMOI 20になるように培地中にウイルス粒子を添加し、スピンインフェクション(32℃ 900rpm, 60分間遠心)で感染させた。本操作は、12時間おきに2回実施した。このとき、基本培地(15% Fetal Bovine Serum (GIBCO)、1% Penicillin-Streptomycin-Glutamine (GIBCO)、1% Insulin, Transferrin, Selenium Solution (ITS-G) (GIBCO)、0.45mM 1-Thioglycerol (Sigma-Aldrich)、50μg/mL L-Ascorbic Acid (Sigma-Aldrich)を含有するIMDM (Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium) (Sigma-Aldrich))へ50ng/mL Human thrombopoietin (TPO) (R&D SYSTEMS)、50ng/ml Human Stem Cell Factor (SCF) (R&D SYSTEMS)および2μg/mL Doxycycline (Dox)を含有した培地(以下、分化培地)に、更に、Protamineを最終濃度10ug/mL加えたものを使用した。なお、レンチウイルスベクターは、Tetracycline制御性のinducible vectorであり、LV-TRE-mOKS-Ubc-tTA-I2G(Kobayashi, T., et al. Cell 142, 787-799 (2010))のmOKSカセットをc-MYC、BMI1、BCL-xLに組み替えることで作製された(それぞれ、LV-TRE- c-Myc-Ubc-tTA-I2G、LV-TRE-BMI1-Ubc-tTA-I2G、およびLV-TRE-BCL-xL-Ubc-tTA-I2G)。感染に用いたウイルス粒子は、293T細胞へ上記レンチウイルスベクターを発現させて作製された。
上記の方法でcMYC及びBMI1ウイルス感染を実施した日を感染0日目として、以下の通り、cMYC及びBMI1遺伝子導入型巨核球細胞を培養することで、692D2及び1108A2由来の巨核球自己増殖株をそれぞれ作製した。
ピペッティングにて上記の方法で得られたウイルス感染済み血球細胞を回収し、1200rpm, 5分間遠心操作を行って上清を除去した後、新しい分化培地で懸濁して新しいC3H10T1/2フィーダー細胞上に播種した(6well plate)。感染9日目に同様の操作をすることによって継代を実施した。細胞数を計測後1×105cells/ 2mL / wellでC3H10T1/2フィーダー細胞上に播種した(6well plate)。
感染2日目と同様の操作を実施した。細胞数を計測後3×105cells/ 10mL / 100 mm dishでC3H10T1/2フィーダー細胞上に播種した(100mm dish)。
ウイルス感染済み血球細胞を回収し、細胞1.0×105個あたり、抗ヒトCD41a-APC抗体(BioLegend)、抗ヒトCD42b-PE抗体(eBioscience)、抗ヒトCD235ab-pacific blue(BioLegend)抗体をそれぞれ2μL, 1μL, 1μLずつを用いて抗体反応した。反応後に、FACS Verse(BD)を用いて解析した。感染14日目において、CD41a陽性率が50%以上であった場合、巨核球自己増殖株の作成とした。
前記培養14日目のウイルス感染済み血球細胞に、レンチウイルス法にてBCL-XLを遺伝子導入した。MOI 10になるように培地中にウイルス粒子を添加し、スピンインフェクション(32℃ 900rpm, 60分間遠心)で感染させた。
・感染14目〜感染18日目
前述の方法で得られたウイルス感染済み血球細胞を回収し、1200rpm, 5分間遠心操作を行った。遠心後、沈殿した細胞を新しい分化培地で懸濁した後、新しいC3H10T1/2フィーダー細胞上に2×105cells/ 2mL / wellで播種した(6well plate)。
細胞数を計測後、3×105cells/ 10mL / 100 mm dishで播種した。
細胞数を計測後、1×105cells/ 10mL / 100 mm dishで播種した。以後、4-7日毎に継代を行い、維持培養を行った。
その後、LV-TetONベクター(Clonetech)、KhES3細胞(京都大学樹立)からクローニングしたCD41aプロモーター配列(配列番号1)、及び、pENTR-DMD-Donor04_EF1a-Puroからサブクローニングしたピューロマイシン耐性遺伝子配列を、制限酵素EcoRI, XhoIで切断済みのCS-CDF-UG-PREに組み換えた。この際、In-Fusion Advance PCR cloning kit (Clonetech)を使用して組み換えた。その結果、CD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を有するレンチウイルスベクター(図1)を調製することができた。
前記CD41aプロモーター−ピューロマイシンレンチウイルス耐性遺伝子を有するレンチウイルスベクターを、HEK293T細胞に遺伝子導入した。その後、遺伝子導入済みHEK293T細胞の培養上清から、CD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を有するレンチウイルスを濃縮調製した。続いて、2x106 cells/10ml/dishで、10cm-dishのC3H10T1/2細胞(フィーダー細胞)上に播種された前記巨核球不死化細胞株に対して、MOI10でCD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を有するレンチウイルスを感染させた。感染後の巨核球不死化細胞株は、基本培地(15% Fetal Bovine Serum (GIBCO)、1% Penicillin-Streptomycin-Glutamine (GIBCO)、1% Insulin, Transferrin, Selenium Solution (ITS-G) (GIBCO)、0.45mM 1-Thioglycerol (Sigma-Aldrich)、50μg/mL L-Ascorbic Acid (Sigma-Aldrich)を含有するIMDM (Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium) (Sigma-Aldrich))へ50ng/mL Human thrombopoietin (TPO) (R&D SYSTEMS)、50ng/ml Human Stem Cell Factor (SCF) (R&D SYSTEMS)および2μg/mL Doxycycline (Dox)を含有した培地(分化培地)に、2μg/mLのピューロマイシンを含有させた培地(ピューロマイシン含有分化培地)を使って、37℃、5%CO2条件下で静置培養した。
細胞をCD41a抗体(Anti-CD41-APC; BioLegend)、CD42b抗体(Anti-CD42b; eBioscience)CD235ab抗体(Anti-CD235ab-PB; BioLegend)を用いて染色し、フローサイトメーターBD FACSVerseで解析した。その結果、CD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を有するレンチウイルスを導入した細胞群(実施例1)は導入していない細胞群(比較例1)と比較してCD41a陽性率が高くなった(図2)。その後の培養経過時においても、実施例1の細胞群を培養して得られた培養物は、比較例1に比べて高いCD41a陽性率を示した(図3)。実施例1のCD41a陽性細胞はその数も増加し続けた(図4)
培養時にフィーダー細胞を使用しなかった点を除き、実施例1と同様の条件で、CD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を有するレンチウイルスによる遺伝子導入が行われた1108A2由来細胞株を調製した(実施例2)。遺伝子導入されていない1108A2由来由来の細胞株を比較例2とした。フィーダー細胞を使わずに培養した場合でも、実施例2の細胞群を培養して得られた培養物は、比較例2のものに比べて高いCD41a陽性率を示すことができた(図5)。
692D2由来の実施例1について、細胞株の培地に含まれるピューロマイシンの濃度をそれぞれ培養14日目に5μg/mLに、培養28日目に10μg/mLに増大させたときでも、フィーダー細胞アリ/ナシのいずれの条件においても、高いCD41a陽性率が見られた(図6A)。また、それぞれの経時的な細胞数の変化を測定した。細胞数は、培養細胞を0.1%(v/v)トリパンブルー溶液で希釈し、血球計算盤(和研ビーテック)を使って測定した。その結果、フィーダー細胞の有無に関係なく、同程度の速度で細胞が経時的に増殖することが明らかとなった(図6B)。
培養方法をフラスコ培養、及びバッグ培養とした点を除き、実施例1と同様の条件で、CD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を有するレンチウイルスによる遺伝子導入が行われた692D2由来細胞株を調製した(フラスコ培養:実施例4;バッグ培養:実施例5)。その結果、実施例4及び実施例5の細胞群を培養して得られた培養物においては、CD41a陽性細胞率が顕著に向上した(図7(実施例4)、図8(実施例5))。
培養上清中に含まれる血小板をCD41a抗体(Anti-CD41-APC; BioLegend)、CD42a抗体(Anti-CD42a; eBioscience)及びCD42b抗体(Anti-CD42b; eBioscience)を用いて染色し、フローサイトメーターBD FACSVerseで解析した。その結果、CD41aプロモーター−ピューロマイシン耐性遺伝子を導入した細胞群(実施例1)は導入していない細胞群(比較例1)と比較してCD41a陽性CD42b陽性血小板生産率(播種細胞当たりの血小板生産数)が2倍以上高かった(表1、図9)。
Claims (9)
- 血小板産生能が増大した巨核球又は巨核球前駆細胞を含む培養物の製造方法であって、巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞であって、多能性幹細胞に由来する細胞を含む細胞群を培養する工程を含み、
(i)前記細胞群が、ピューロマイシン耐性遺伝子で形質転換されており、該ピューロマイシン耐性遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子であって、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62P、GATA1、NF-E2、β−チューブリン及びPlatelet Factor 4から成る群から選択される細胞表面マーカーをコードする遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、前記培養工程でピューロマイシンが添加されるか、あるいは
(ii)前記細胞群が、不所望の細胞を死滅させる致死遺伝子で形質転換されており、前記不所望の細胞が、巨核球特異的に発現する遺伝子であって、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62P、GATA1、NF-E2、β−チューブリン及びPlatelet Factor 4から成る群から選択される細胞表面マーカーをコードする遺伝子を発現しない細胞であり、
前記致死遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞で特異的に発現する遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、
前記培養工程の後の巨核球又は巨核球前駆細胞の細胞あたりの血小板産生能が、前記培養工程を欠く方法により製造される巨核球又は巨核球前駆細胞の細胞あたりの血小板産生能と比較して高い、方法。 - 前記細胞群が、造血前駆細胞へc-MYC、BMI1及びBCL-xLを導入して製造される細胞を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記巨核球への分化能を有する細胞が造血幹細胞、造血前駆細胞、CD34陽性細胞及び巨核球前駆細胞から成る群から選択される少なくとも1種以上である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記培養工程が血清及び/又はフィーダー細胞の不在下で実施される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 製造される培養物中の巨核球が分化形質を維持している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記(i)の細胞群が前記プロモーターと前記ピューロマイシン耐性遺伝子とを作用可能に連結したベクターで形質転換されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 血小板の製造方法であって、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法で巨核球を製造し、製造された巨核球から血小板を回収する工程を含む、方法。
- 血小板産生能が増大した巨核球又は巨核球前駆細胞の拡大培養方法であって、巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞であって、多能性幹細胞に由来する細胞を含む細胞群を培養する工程を含み、
(i)前記細胞群が、ピューロマイシン耐性遺伝子で形質転換されており、該ピューロマイシン耐性遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子であって、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62P、GATA1、NF-E2、β−チューブリン及びPlatelet Factor 4から成る群から選択される細胞表面マーカーをコードする遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、前記培養工程でピューロマイシンが添加されるか、あるいは
(ii)前記細胞群が、不所望の細胞を死滅させる致死遺伝子で形質転換されており、前記不所望の細胞が、巨核球特異的に発現する遺伝子であって、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62P、GATA1、NF-E2、β−チューブリン及びPlatelet Factor 4から成る群から選択される細胞表面マーカーをコードする遺伝子を発現しない細胞であり、
前記致死遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞で特異的に発現する遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、
前記培養工程の後の巨核球又は巨核球前駆細胞の細胞あたりの血小板産生能が、前記培養工程を欠く方法により製造される巨核球又は巨核球前駆細胞の細胞あたりの血小板産生能と比較して高い、方法。 - 巨核球又は巨核球前駆細胞の血小板産生能を増大する方法であって、巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞が致死する条件下で、巨核球又は巨核球への分化能を有する細胞であって、多能性幹細胞に由来する細胞を含む細胞群を培養する工程を含み、
(i)前記細胞群が、ピューロマイシン耐性遺伝子で形質転換されており、該ピューロマイシン耐性遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子であって、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62P、GATA1、NF-E2、β−チューブリン及びPlatelet Factor 4から成る群から選択される細胞表面マーカーをコードする遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、前記培養工程でピューロマイシンが添加されるか、あるいは
(ii)前記細胞群が、不所望の細胞を死滅させる致死遺伝子で形質転換されており、前記不所望の細胞が、巨核球特異的に発現する遺伝子であって、CD41a、CD42a、CD42b、CD9、CD61、CD62P、GATA1、NF-E2、β−チューブリン及びPlatelet Factor 4から成る群から選択される細胞表面マーカーをコードする遺伝子を発現しない細胞であり、
前記致死遺伝子が、前記巨核球特異的に発現する遺伝子を発現しない細胞で特異的に発現する遺伝子のプロモーターの制御下に配置されており、
前記培養工程の後の巨核球又は巨核球前駆細胞の細胞あたりの血小板産生能が、前記培養工程を欠く方法により製造される巨核球又は巨核球前駆細胞の細胞あたりの血小板産生能と比較して高い、方法。
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