JP6238265B2 - 細胞凝集塊の作製方法 - Google Patents
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Description
(1)リゾリン脂質を含む液体培地中で浮遊させながら細胞を培養する工程を含む、細胞凝集塊の作製方法。前記工程は、典型的には、リゾリン脂質を含む液体培地中で浮遊させながら細胞を培養することにより、培養中の前記細胞凝集塊の寸法の増大を制御する工程である。
(2)前記液体培地が、前記リゾリン脂質を0.0064μg/mLより大きく、100μg/mL以下で含有する、(1)に記載の方法。
(3)前記リゾリン脂質を添加して前記液体培地を調製する工程及び前記リゾリン脂質を酵素反応により生成させて前記液体培地を調製する工程のうち少なくとも一方を含む、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)前記細胞が、接着又は浮遊させながら培養した後に単離された細胞である、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)前記リゾリン脂質がリゾホスファチジン酸及びスフィンゴシン−1−リン酸の少なくともいずれかである(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)前記液体培地が、L−アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムからなる群より少なくとも1つを含有する、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
(7)前記液体培地が、増殖因子を含有する、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)前記増殖因子が、FGF2及びTGF−β1の少なくともいずれかである、(7)に記載の方法。
(9)前記液体培地が、ROCK阻害剤を含有する、(1)〜(8)のいずれかに記載の方法。
(10)前記ROCK阻害剤が、Y−27632である、(9)に記載の方法。
(11)前記細胞が多能性幹細胞である、(1)〜(10)のいずれかに記載の方法。
(12)(1)〜(11)のいずれかに記載の方法により作製された細胞凝集塊。
(13)リゾリン脂質を含む、細胞凝集抑制剤。本発明において、「細胞凝集抑制剤」は「細胞凝集制御剤」と表現することもできる。
(14)前記リゾリン脂質を0.0064μg/mLより大きく、100μg/mL以下で含有する、(13)に記載の細胞凝集抑制剤。
(15)さらに、増殖因子を含有する(13)又は(14)に記載の細胞凝集抑制剤。
(16)前記増殖因子が、FGF2及びTGF−β1の少なくともいずれかである、(15)に記載の細胞凝集抑制剤。
(17)さらに、ROCK阻害剤を含有する、(13)〜(16)のいずれかに記載の細胞凝集抑制剤。
(18)前記ROCK阻害剤が、Y−27632である、(17)に記載の細胞凝集抑制剤。
(19)前記リゾリン脂質がリゾホスファチジン酸及びスフィンゴシン−1−リン酸の少なくともいずれかである(13)〜(18)のいずれかに記載の細胞凝集抑制剤。
(20)リゾリン脂質の、細胞の凝集を抑制するための使用。本発明において、「細胞の凝集を抑制するための使用」は「細胞培養において細胞の凝集を制御するための使用」と表現することもできる。
(21)前記リゾリン脂質が、0.0064μg/mLより大きく、100μg/mL以下の濃度で存在する、(20)に記載の使用。
(22)前記リゾリン脂質が、増殖因子と組み合わされている、(20)又は(21)に記載の使用。
(23)前記増殖因子が、FGF2及びTGF−β1の少なくともいずれかである、(22)に記載の使用。
(24)前記リゾリン脂質が、ROCK阻害剤と組み合わされている、(20)〜(23)のいずれかに記載の使用。
(25)前記ROCK阻害剤が、Y−27632である、(24)に記載の使用。
(26)前記リゾリン脂質がリゾホスファチジン酸及びスフィンゴシン−1−リン酸の少なくともいずれかである(20)〜(25)のいずれかに記載の使用。
(27)アルブミンと結合能を有する脂質を含む液体培地中で浮遊させながら細胞を培養する工程を含む、細胞凝集塊の作製方法。
(28)前記液体培地が、前記脂質を0.00325〜0.065mg/mlで含有する、(27)に記載の方法。
(29)前記液体培地が、L−アスコルビン酸及び/又はインスリン及び/又はトランスフェリン及び/又はセレン及び/又は炭化水素ナトリウム及び/又は1つ以上の増殖因子を含有する、(27)又は(28)に記載の方法。
(30)前記液体培地に含まれる前記増殖因子が、FGF2及び/又はTGF−β1である、(29)に記載の方法。
(31)前記細胞が多能性幹細胞である、(27)〜(30)のいずれかに記載の方法。
(32)(27)〜(31)のいずれかに記載の方法により作製された細胞凝集塊。
(33)アルブミンと結合能を有する脂質を含む、細胞凝集抑制剤(又は細胞凝集制御剤)。
(34)アルブミンと結合能を有する脂質の、細胞の凝集を抑制(又は制御)するための使用。
(35)前記脂質が0.00325〜0.065mg/mlの濃度で存在する、(33)に記載の細胞凝集抑制剤、又は、(34)に記載の使用。
(36)前記脂質が、L−アスコルビン酸及び/又はインスリン及び/又はトランスフェリン及び/又はセレン及び/又は炭化水素ナトリウム及び/又は1つ以上の増殖因子と組み合わされている、(33)に記載の細胞凝集抑制剤、又は、(34)に記載の使用。
(37)前記細胞が多能性幹細胞である、(33)に記載の細胞凝集抑制剤、又は、(34)に記載の使用。
<1.細胞>
本発明の方法で培養し、細胞凝集塊を形成する細胞は、接着性を有する細胞(接着性細胞)であれば特に限定されず、動物由来細胞等であることができ、好ましくは哺乳類動物由来細胞等であることができ、より好ましくは生体組織由来細胞及び生体組織由来細胞から派生した細胞等であることができ、特に好ましくは上皮組織由来細胞及び上皮組織細胞から派生した細胞等、又は結合組織由来細胞及び結合組織由来細胞から派生した細胞等、又は筋組織由来細胞及び筋組織由来細胞から派生した細胞等、又は神経組織由来細胞及び神経組織由来細胞から派生した細胞等であることができ、さらに好ましくは動物由来幹細胞及び動物由来幹細胞から分化した細胞等であることができ、もっと好ましくは動物由来多能性幹細胞及び動物由来多能性幹細胞から分化した細胞等であることができ、よりさらに好ましくは哺乳類動物由来多能性幹細胞及び哺乳類動物由来多能性幹細胞から分化した細胞等であることができ、もっとも好ましくはヒト由来多能性幹細胞及びヒト由来多能性幹細胞から分化した細胞等であることができる。
<2.細胞凝集塊>
本発明において細胞凝集塊とは、複数の細胞が三次元的に凝集して形成される塊状体であって、スフェロイドとも呼ばれる。本発明で作製される細胞凝集塊は、典型的には、概ね球状の形状を有する。
<3.液体培地>
本発明で用いる液体培地は、任意の動物細胞培養用液体培地を基礎培地とし、前記脂質及び必要に応じて他の成分を適宜添加することにより調製することができる。
<4.脂質>
本発明に用いる脂質は、本発明の一実施形態においては、アルブミンと結合能を有する脂質であることができる。本欄<4.脂質>において「脂質」とは、特に明示しない限り、アルブミンと結合能を有する脂質を指す。具体的な脂質としては、血清アルブミン等のタンパク質と複合体を形成している脂質、血清アルブミンから分離した脂質、微生物、化学合成等で生産した脂質であってアルブミンと結合能を有する脂質等の形態の脂質が挙げられる。なお、「アルブミンとの結合能」とは、化学的及び/又は物理的な結合を介してアルブミンと複合体を形成しうる性質を指す。
<5.リゾリン脂質>
本発明の他の実施形態において用いる脂質はリゾリン脂質である。
<6.細胞凝集抑制剤>
本発明における細胞凝集抑制剤は、前記脂質を含有しており、且つ、浮遊培養系において細胞の凝集を適度に抑制して略均一な大きさの細胞凝集塊を形成するために用いることができる。
<7.浮遊培養>
本発明では、前記の液体培地中で細胞を浮遊させながら培養を行うことで、細胞凝集塊を形成する。本発明では、仮に本発明の所定の脂質が液体培地中に存在しない場合には、細胞が、前記好適な寸法を超える大きな細胞凝集塊を形成することとなる条件において浮遊培養を行うことが好ましい。
<実施例1.ヒトiPS細胞の維持培養>
ヒトiPS細胞は、TkDN4−M株(非特許文献1)を使用した。Matrigel(Corning社)又はVitronectin(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)をコートした細胞培養用ディッシュ上にヒトiPS細胞を播種し、培地はmTeSR1(STEMCELL Technologies社)又はEssential 8TM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)を使用して維持培養した。継代時の細胞剥離剤としては、Matrigel上で培養した場合は、TrypLE Select(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)を、Vitronectin上で培養した場合は0.02% EDTA(エチレンジアミン四酢酸)溶液又はAccutase(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)を用いた。また、細胞播種時のみ、Y−27632(和光純薬工業株式会社)を10μMの濃度になるように培地に添加した。培地交換は毎日実施した。実験には継代数50回までのヒトiPS細胞を使用した。
<実施例2.ヒトiPS細胞の凝集塊形成>
ヒトiPS細胞をTrypLE Select又はEDTA溶液で3〜5分間処理して剥離し、単細胞まで分散した後、40 μm孔径セルストレーナー(ベクトンディッキンソン社)を通過させた。この細胞を最終濃度10 μMのY−27632(和光純薬工業株式会社)を含むEssential 8TM培地で懸濁し、その一部をトリパンブルー染色して細胞数を調べた。1mlあたり2×105個の細胞を含むように調製したのち、異なる複数の濃度でKnockOutTMSerum Replacement(KSR;ライフテクノロジーズジャパン株式会社)を添加した。この細胞懸濁液を低接着12ウェルプレート(Nunc社)に1ml/ウェルの割合で播種した。細胞を播種したプレートは、ロータリーシェーカー(オプティマ社)上で90 rpmのスピードで水平面に沿って旋回幅(直径)が25mmの円を描くように旋回培養し、5%CO2、37℃の環境下で2日目まで浮遊懸濁培養を行った。培養を開始して2日目に顕微鏡にて画像を取得した。
<実施例3.KSRに含まれる凝集抑制作用を持つ成分>
KSRの構成成分として図5に示したような成分が報告されている(非特許文献2)。
<実施例4.凝集塊を形成したヒトiPS細胞の未分化性>
実施例3において、AlbuMAXTMIIを0.2%(w/v)含有する条件で形成したヒトiPS細胞由来の凝集塊をAccutase(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)により分散し、PBS(リン酸緩衝生理食塩水)で洗浄した。その後、4%PFA(パラホルムアルデヒド)により室温で20分間固定後、PBSで3回洗浄し、冷メタノールにより−20℃で一晩透過処理を行った。PBSで3回洗浄後、3%FBS(ウシ胎仔血清)/PBSによりブロッキングし、蛍光標識済抗OCT4抗体(Cat.No.653703、Biolegend社)により4℃で1時間染色した。3%FBS(ウシ胎仔血清)/PBSで1回洗浄後、セルストレーナーに通過させた細胞をFACSVerse(ベクトンディッキンソン社)にて解析した。その結果、通常の接着培養時のヒトiPS細胞と同様に凝集塊のヒトiPS細胞においても96%以上の細胞が未分化マーカーであるOCT4を発現しており、形成された凝集塊ヒトiPS細胞は未分化性が維持されていることが確認された(図7)。
<実施例5.リン脂質による細胞凝集抑制効果>
リン脂質を用いて、細胞凝集塊の形成への影響について解析した。
(手順)
実施例1の手順で培養したヒトiPS細胞をTrypLE Select又はEDTA溶液又はAccutaseで3〜5分間処理して剥離し、単細胞まで分散した後、40 μm孔径セルストレーナー(ベクトンディッキンソン社)を通過させ、単細胞となるように単分散させた。この細胞を最終濃度10 μMのY−27632(和光純薬工業株式会社)を含むEssential 8TM培地で懸濁し、その一部をトリパンブルー染色して細胞数を調べた。1mlあたり2×105個の細胞を含むように調製した。この細胞懸濁液に、脂質フリーウシ血清アルブミン(BSA−ff;CultureSureアルブミン、和光純薬)を最終濃度5mg/mL及びY−27632(和光純薬工業株式会社)を最終濃度10μMとなるように添加し、さらに下記の脂質を添加し、実施例2と同じ条件下で1日間旋回培養して、ヒトiPS細胞の浮遊懸濁培養を行った。この1日の浮遊懸濁培養後、顕微鏡にて細胞を観察した。
・LPA(リゾホスファチジン酸)(1−O−9Z−octadecenoyl−sn−glyceryl−3−phosphoric acid, sodium salt、Cat.No.62215、Cayman社、sn−1にオレイル基を有する)
・S1P(スフィンゴシン−1−リン酸)(2S−amino−1−(dihydrogen phosphate)−4E−octadecene−1,3R−diol,Cat.No.62570、Cayman社)
LPAは0.2μg/mL、S1Pは0.2μg/mLとなるように上記ヒトiPS細胞懸濁液に添加した。
(結果)
上記浮遊懸濁培養後の顕微鏡観察像を図8に示す。観察の結果、コントロール試験では大きな凝集塊(直径が1mm以上)が形成されたが、LPA(リゾホスファチジン酸)又はS1P(スフィンゴシン−1−リン酸)を0.2μg/mL含有する細胞懸濁液ではおよそ100μmの径の多数の略均一な大きさの球状の細胞凝集塊が形成されることが確認された。
<実施例6.LPA及びS1Pの添加濃度と凝集塊の大きさ>
実施例5において細胞凝集抑制能が認められたLPA及びS1Pについて異なる添加濃度で含む細胞懸濁液を用いて浮遊懸濁培養を行った。
(LPA濃度)
ヒトiPS細胞懸濁液は実施例5と同様の手順で作製し、LPAの添加濃度は、前記ナトリウム塩として、0.00128μg/mL、0.0064μg/mL、0.032μg/mL、0.16μg/mL、0.8μg/mL、4μg/mL、20μg/mL、100μg/mLとし、各々に最終濃度5mg/mLとなるようにBSA−ffを、さらに最終濃度10μMとなるようにY−27632(和光純薬工業株式会社)を添加した。実施例5と同様の条件において1日懸濁培養し、顕微鏡を用いて観察した。
(S1P濃度)
ヒトiPS細胞懸濁液は実施例5と同様の手順で作製し、S1Pの添加濃度は、前記フリー体として、0.00128μg/mL、0.0064μg/mL、0.032μg/mL、0.16μg/mL、0.8μg/mL、4μg/mL、20μg/mL、100μg/mLとし、各々に最終濃度5mg/mLとなるようにBSA−ffを、さらに最終濃度10μMとなるようにY−27632(和光純薬工業株式会社)を添加した。実施例5と同様の条件において1日懸濁培養し、顕微鏡を用いて観察した。
<実施例7.LPA又はS1P存在条件での細胞増殖能、未分化能への影響>
異なる濃度でLPA又はS1Pを含む培養存在条件でヒトiPS細胞の浮遊懸濁培養を行いグルコース消費量、細胞収量、未分化マーカーの陽性率を測定し、これらの添加物が細胞へ与える影響を解析した。
(方法)
ヒトiPS細胞懸濁液は実施例5と同様の手順で作製し、最終濃度として0.2μg/mL又は1μg/mLのLPA又はS1Pと、最終濃度5mg/mLのBSA−ff及び最終濃度10μMのY−27632(和光純薬工業株式会社)を添加した。コントロールとして、実施例5と同様の手順で作製し、最終濃度5mg/mLのBSA−ff及び最終濃度10μMのY−27632のみを添加した細胞懸濁液も調製した。
培養5日目に細胞収量を測定した。細胞収量の測定は次の手順で行った。すなわち、形成した細胞凝集塊をTrypLE Selectで5〜10分処理し,ブルーチップでのピペッティングによって細胞を単分散させ,トリパンブルー染色した後,血球計算盤を用いて細胞数を係数し,細胞収量を測定した。
(結果)
図11の写真は培養開始後2日目に観察した顕微鏡写真である。LPA及びS1Pを添加した試験では適度な大きさ(直径500μm以下)の細胞凝集塊が形成されたのに対して、BSA−ffのみ添加した試験では大きな細胞凝集塊(直径1mm以上)が形成された。
<実施例8.継代および培養スケールアップ検討>
ヒトiPS細胞懸濁液を実施例5と同様の手順で調製し、最終濃度5mg/mLのAlbuMAXTMII及び最終濃度5mg/mLのBSA−ff及び最終濃度10μMのY−27632を添加し、培地量が1ウェルあたり4mL、細胞密度が1mlあたり2×105個となるように6ウェルプレート(住友ベークライト社)に播種して、ロータリーシェーカー(オプティマ社)上で90rpmの旋回速度、5%CO2、37℃の環境下で2日間培養して凝集塊を形成させた。その後、最終濃度0.5mg/mLのAlbuMAXTMII及び最終濃度5mg/mLのBSA−ffを含むEssential 8TM培地で4日間毎日培地交換を行った。細胞を播種して6日後に下記の方法で継代操作を行った。細胞凝集塊を回収し、PBSで1回洗浄後、Accutaseを用いて37℃で10分間処理し、細胞を分散した後、最終濃度5mg/mLのBSA−ffを含むEssential 8TM培地を添加した。300gで3分間遠心分離し、上清を除去後、上記と同様にヒトiPS細胞懸濁液(最終濃度5mg/mLのAlbuMAXTMII及び最終濃度5mg/mLのBSA−ff及び最終濃度10μMのY−27632を添加)を調製し、培地量が容器あたり300mL、細胞密度が1mlあたり2×105個となるように1L三角フラスコ(コーニング社、製品番号431147)に播種して、上記6ウェルプレートと同様に培養した。播種して5日後、上記と同様にヒトiPS細胞懸濁液(最終濃度5mg/mLのAlbuMAXTMII及び最終濃度5mg/mLのBSA−ff及び最終濃度10μMのY−27632を添加)を調製し、培地量が容器あたり1.6L、細胞密度が1mlあたり2×105個となるように3L三角フラスコ(コーニング社、製品番号431252)に播種し継代して、旋回速度を70rpmとして、上記と同様の方法で培養操作を行った。各容量(4mLスケール、300mLスケール、1.6Lスケール)の培養において、播種1日後と5日後又は6日後における細胞凝集塊の顕微鏡写真を撮影し、また、培養最終日には実施例2と同様の方法で細胞数を調べ、実施例7と同様の方法で未分化マーカーの陽性率を解析した。コントロールとして実施例1の方法で接着培養した細胞を用いた。
Claims (18)
- 精製された形態のリゾリン脂質を含む液体培地中で浮遊させながら多能性幹細胞を培養する工程を含み、前記リゾリン脂質が極性頭部基としてリン酸基を有するリゾリン脂質である、細胞凝集塊の作製方法。
- 前記液体培地が、前記リゾリン脂質を0.0064μg/mLより大きく、100μg/mL以下で含有する、請求項1に記載の方法。
- 前記リゾリン脂質を添加して前記液体培地を調製する工程及び前記リゾリン脂質を酵素反応により生成させて前記液体培地を調製する工程のうち少なくとも一方を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記多能性幹細胞が、接着又は浮遊させながら培養した後に単離された多能性幹細胞である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記リゾリン脂質がリゾホスファチジン酸及びスフィンゴシン−1−リン酸の少なくともいずれかである請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記液体培地が、L−アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムからなる群より少なくとも1つを含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記液体培地が、増殖因子を含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記増殖因子が、FGF2及びTGF−β1の少なくともいずれかである、請求項7に記載の方法。
- 前記液体培地が、ROCK阻害剤を含有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ROCK阻害剤が、Y−27632である、請求項9に記載の方法。
- リゾホスファチジン酸及びスフィンゴシン−1−リン酸の少なくともいずれかのリゾリン脂質を含む液体培地中で浮遊させながら多能性幹細胞を培養する工程を含む、細胞凝集塊の作製方法。
- 極性頭部基としてリン酸基を有するリゾリン脂質を含む、多能性幹細胞凝集抑制剤。
- 前記リゾリン脂質を0.0064μg/mLより大きく、100μg/mL以下で含有する、請求項12に記載の多能性幹細胞凝集抑制剤。
- さらに、増殖因子を含有する、請求項12又は13に記載の多能性幹細胞凝集抑制剤。
- 前記増殖因子が、FGF2及びTGF−β1の少なくともいずれかである、請求項14に記載の多能性幹細胞凝集抑制剤。
- さらに、ROCK阻害剤を含有する、請求項12〜15のいずれか1項に記載の多能性幹細胞凝集抑制剤。
- 前記ROCK阻害剤が、Y−27632である、請求項16に記載の多能性幹細胞凝集抑制剤。
- 前記リゾリン脂質がリゾホスファチジン酸及びスフィンゴシン−1−リン酸の少なくともいずれかである請求項12〜17のいずれか1項に記載の多能性幹細胞凝集抑制剤。
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