JP7100311B2 - Artificial liver tissue and its manufacturing method - Google Patents
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本発明は、人工肝組織に関する。また、本発明は人工肝組織の製造方法に関する。 The present invention relates to artificial liver tissue. The present invention also relates to a method for producing artificial liver tissue.
肝臓は、糖新生、グリコーゲン貯蔵、脂質代謝、血漿タンパク質の産生や、ビリルビン代謝、ホルモン代謝、ビタミン代謝、薬物代謝及びアルコール代謝等といった代謝機能を担う重要な臓器である。全ての生体組織は、ある程度薬物を代謝する能力を有しているが、その中でも特に肝臓が薬物代謝を活発に行う臓器として知られている。 The liver is an important organ responsible for metabolic functions such as glycosylation, glycogen storage, lipid metabolism, plasma protein production, bilirubin metabolism, hormone metabolism, vitamin metabolism, drug metabolism and alcohol metabolism. All living tissues have the ability to metabolize drugs to some extent, and among them, the liver is known as an organ that actively metabolizes drugs.
薬物代謝は、大きく分けて、第１相（変性）、第２相（抱合）及び第３相（追加変性及び排出）の反応からなり、第１相（変性）及び第２相（抱合）の反応は肝細胞が有する酵素がその多くを担う。例えば、肝細胞は、第１相反応に関与する、加水分解反応を担う加水分解酵素、酸化反応や還元反応に重要な役割を果たすシトクロムＰ４５０（ＣＹＰ）、第２相反応に関与し、硫酸、酢酸、グルタチオン又はグルクロン酸などを付与する抱合酵素などを有する。薬物代謝においてＣＹＰによる酸化反応は特に重要であり、ＣＹＰ酵素は生物種ごとに数十種類存在し、それぞれ基質特異性を有している。ＣＹＰ酵素は、薬物を投与することによって発現が誘導されたり、その反応が阻害されたりすることがある。 Drug metabolism is broadly divided into Phase 1 (denaturation), Phase 2 (conjugation) and Phase 3 (additional denaturation and excretion) reactions of Phase 1 (denaturation) and Phase 2 (conjugation). Most of the reactions are carried out by enzymes possessed by hepatocytes. For example, hepatocytes are involved in the first phase reaction, a hydrolyzing enzyme responsible for the hydrolysis reaction, cytochrome P450 (CYP), which plays an important role in the oxidation reaction and the reduction reaction, and sulfuric acid, which is involved in the second phase reaction. It has a conjugating enzyme that imparts acetic acid, glutathione, glucuronic acid, etc. Oxidation reaction by CYP is particularly important in drug metabolism, and there are dozens of CYP enzymes for each species, each of which has substrate specificity. Expression of CYP enzymes may be induced or the reaction may be inhibited by administration of a drug.
経口投与された薬物は、消化管から吸収され、肝臓を通過した後に全身へと循環される。そのため、患部へ到達する前に薬物代謝されてしまうと、所望の効果を十分に発揮することができない。また、逆に薬物が長期間分解されずに残存すると、薬物性肝障害などを引き起こす可能性がある。そのため、創薬開発において、動物やヒトに薬物投与を行う試験を計画する際、事前に当該薬物の代謝速度を予測することが重要となる。 Orally administered drugs are absorbed from the gastrointestinal tract, pass through the liver and then circulate throughout the body. Therefore, if the drug is metabolized before reaching the affected area, the desired effect cannot be sufficiently exerted. On the contrary, if the drug remains without being decomposed for a long period of time, it may cause drug-induced liver injury or the like. Therefore, in drug discovery development, it is important to predict the metabolic rate of the drug in advance when planning a test for administering the drug to animals or humans.
現在、このような薬物の代謝速度を予測する方法として、凍結ヒト肝細胞を用い、懸濁状態で培養した後に対象薬物を投与し、その代謝速度から、当該薬物の生体内での代謝速度を予測する方法が採用されている。しかしながら、初代ヒト肝細胞は、ｉｎ ｖｉｔｒｏの培養において数時間で失活してしまうために、特に代謝が遅い薬物を用いる場合は、代謝速度を予測することが困難となっている。そのような状況の下、様々な研究開発が行われており、肝細胞の活性を維持するような培養系の開発が行われている。 Currently, as a method for predicting the metabolic rate of such a drug, frozen human hepatocytes are used, the target drug is administered after culturing in a suspended state, and the metabolic rate of the drug in vivo is determined from the metabolic rate. The method of prediction is adopted. However, since primary human hepatocytes are inactivated in a few hours in in vitro culture, it is difficult to predict the metabolic rate, especially when a slow-metabolizing drug is used. Under such circumstances, various research and development are being carried out, and a culture system that maintains the activity of hepatocytes is being developed.
例えば、非特許文献１及び２には、直径約５００μｍの円形に肝実質細胞を「島」状に播種し、その周辺を３Ｔ３－Ｊ２マウス線維芽細胞で取り囲む系を開示している。この系では、活性を維持するために肝実質細胞の「島」同士の中心間の距離が、約１２００μｍとなるよう厳密に設計さている。
For example, Non-Patent
非特許文献３及び４には、タイプＩコラーゲンでコートされたウェル底面上で、肝実質細胞と非実質性間質細胞を単層状で共培養する系を開示している。
Non-Patent
非特許文献５には、特殊なポリマーが被覆され、直径１００μｍの円形状領域（１００μｍ間隔で配列）のみに細胞が接着できるように加工されたマルチウェルプレートが開示されている。このプレートに、フィーダー細胞（非実質性間質細胞）を播種した後に、肝実質細胞を播種することにより、スフェロイドを形成させている。
Non-Patent
本発明は、長時間、肝細胞の活性、特に、薬剤代謝の活性を維持し、創薬開発に用いることができる、人工肝組織を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an artificial liver tissue that can be used for drug discovery development by maintaining the activity of hepatocytes, particularly the activity of drug metabolism, for a long period of time.
本発明者らは、上記課題を解決するために、種々の角度から検討を加えて研究開発を行ってきた。その結果、驚くべきことに、細胞接着性ハイドロゲル床に肝細胞を播種し、その上に間質細胞を含むシート状細胞群を被覆することにより、従来の人工肝組織を凌駕する活性を維持する人工肝組織を得ることができることを見出した。すなわち、本発明は以下の内容が含まれる。 In order to solve the above problems, the present inventors have conducted research and development by examining from various angles. As a result, surprisingly, hepatocytes are seeded on the cell adhesion hydrogel bed, and a sheet-like cell group containing stromal cells is coated on the hepatocytes to maintain the activity superior to that of the conventional artificial liver tissue. It was found that artificial liver tissue can be obtained. That is, the present invention includes the following contents.
［１］ 細胞接着性ハイドロゲル床と、
前記細胞接着性ハイドロゲル床の上に播種された肝細胞と、
前記肝細胞を被覆する、間質細胞を含むシート状細胞群と、
を含む、人工肝組織。
［２］ 前記シート状細胞群が、細胞シートである、［１］に記載の人工肝組織。
［３］ 前記細胞シートが、収縮した細胞シートである、［２］に記載の人工肝組織。
［４］ 前記間質細胞が、線維芽細胞である、［１］～［３］のいずれか１項に記載の人工肝組織。
［５］ 前記細胞接着性ハイドロゲル床が、コラーゲンゲル床である、［１］～［４］のいずれか１項に記載の人工肝組織。
［６］ 薬剤代謝の評価に用いるための、［１］～［５］のいずれか１項に記載の人工肝組織。
[1] Cell adhesion hydrogel bed and
Hepatocytes seeded on the cell adhesion hydrogel bed and
A group of sheet-like cells containing stromal cells that coat the hepatocytes,
Including artificial liver tissue.
[2] The artificial liver tissue according to [1], wherein the sheet-like cell group is a cell sheet.
[3] The artificial liver tissue according to [2], wherein the cell sheet is a contracted cell sheet.
[4] The artificial liver tissue according to any one of [1] to [3], wherein the stromal cells are fibroblasts.
[5] The artificial liver tissue according to any one of [1] to [4], wherein the cell adhesion hydrogel bed is a collagen gel bed.
[6] The artificial liver tissue according to any one of [1] to [5] for use in the evaluation of drug metabolism.
［７］ 人工肝組織の製造方法であって、
（ｉ）培養基材上にコラーゲン床を形成する工程、
（ｉｉ）前記細胞接着性ハイドロゲル床の上に、肝細胞を播種して、培養する工程、
（ｉｉｉ）前記肝細胞の上に、間質細胞を含むシート状細胞群を載せ、培養する工程、
を含む、方法。
［８］ 前記シート状細胞群が、細胞シートである、［７］に記載の方法。
［９］ 前記細胞シートが、刺激応答性培養基材上で培養された細胞群を、刺激を与えることで剥離させることで得られた細胞シートである、［８］に記載の方法。
［１０］ 前記細胞シートが、収縮した細胞シートである、［８］又は［９］に記載の方法。
［１１］ 前記間質細胞が、線維芽細胞である、［７］～［１０］のいずれか１項に記載の方法。
［１２］ 前記細胞接着性ハイドロゲル床が、コラーゲンゲル床である、［７］～［１１］のいずれか１項に記載の方法。
［１３］人工肝組織が、薬剤代謝の評価に用いるための人工肝組織である、［７］～［１２］のいずれか１項に記載の方法。
[7] A method for producing artificial liver tissue.
(I) Step of forming a collagen bed on a culture medium,
(Ii) A step of seeding and culturing hepatocytes on the cell-adhesive hydrogel bed.
(Iii) A step of placing a sheet-like cell group containing stromal cells on the hepatocytes and culturing the cells.
Including, how.
[8] The method according to [7], wherein the sheet-like cell group is a cell sheet.
[9] The method according to [8], wherein the cell sheet is a cell sheet obtained by exfoliating a cell group cultured on a stimulus-responsive culture substrate by applying a stimulus.
[10] The method according to [8] or [9], wherein the cell sheet is a contracted cell sheet.
[11] The method according to any one of [7] to [10], wherein the stromal cell is a fibroblast.
[12] The method according to any one of [7] to [11], wherein the cell-adhesive hydrogel bed is a collagen gel bed.
[13] The method according to any one of [7] to [12], wherein the artificial liver tissue is an artificial liver tissue to be used for evaluation of drug metabolism.
本発明によれば、従来のように、培養面に対して特殊なパターニングを設けることによって肝細胞の空間的な位置を厳密に制御することを必要とせず、長時間、肝細胞の活性、特に、薬剤代謝の活性を維持し、創薬開発に用いることができる人工肝組織を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is not necessary to strictly control the spatial position of hepatocytes by providing a special patterning on the culture surface as in the conventional case, and the activity of hepatocytes, particularly, is not required for a long time. , It becomes possible to maintain the activity of drug metabolism and provide artificial liver tissue that can be used for drug discovery development.
本明細書において、「肝細胞」とは、肝臓を構成する主要な細胞であって、タンパク質の合成と貯蔵、炭水化物の変換、コレステロール、胆汁酸、リン脂質の合成並びに物質の解毒、編成、排出に関与する細胞であり、「肝実質細胞」ともいう。従来、肝細胞は、肝臓又は肝組織から単離された肝細胞、特に初代肝細胞は、ｉｎ ｖｉｔｒｏで培養された場合、数時間で活性を失ってしまうという課題があった。しかしながら、本発明の人工肝組織は、長時間にわたってその活性を維持するという極めて優れた効果を有している。 As used herein, "hepatocytes" are the major cells that make up the liver, including protein synthesis and storage, carbohydrate conversion, cholesterol, bile acid, and phospholipid synthesis, as well as detoxification, organization, and excretion of substances. It is a cell involved in hepatic parenchyma and is also called "hepatic parenchymal cell". Conventionally, hepatocytes have a problem that hepatocytes isolated from the liver or liver tissue, particularly primary hepatocytes, lose their activity within several hours when cultured in vitro. However, the artificial liver tissue of the present invention has an extremely excellent effect of maintaining its activity for a long period of time.
肝臓や肝細胞は、代謝において重要な役割を果たす。代謝に関与する酵素として、例えばシトクロムＰ４５０（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ Ｐ４５０、以下「ＣＹＰ」という）が知られている。ＣＹＰは様々な基質を酸化し、解毒を行う酵素として知られている。また、ＣＹＰはステロイドホルモンの生合成、脂肪酸の代謝などを行う。ＣＹＰは、そのアミノ酸配列の相同性に基づいて分類されており、ヒトにおいては、以下のものが知られている。 The liver and hepatocytes play an important role in metabolism. As an enzyme involved in metabolism, for example, cytochrome P450 (hereinafter referred to as "CYP") is known. CYPs are known as enzymes that oxidize and detoxify various substrates. In addition, CYP biosynthesizes steroid hormones and metabolizes fatty acids. CYPs are classified based on the homology of their amino acid sequences, and in humans, the following are known.
本明細書において、「人工肝組織」とは、生体から得られた肝臓又はその一部の肝組織とは異なり、ｉｎ ｖｉｔｒｏにおいて、肝細胞を含む細胞群を用いて再構築された組織をいう。本発明の人工肝組織は、細胞接着性ハイドロゲル床と、前記細胞接着性ハイドロゲル床の上に播種された肝細胞と、前記肝細胞を被覆する、間質細胞を含むシート状細胞群とを含んでいる。本発明は、従来の人工肝組織とは異なり、長時間（例えば、２日以上、３日以上、４日以上、５日以上、６日以上、７日以上、８日以上、９日以上、１０日以上、１１日以上、１２日以上、１３日以上、１４日以上、２１日以上）、肝細胞の活性を維持し、例えば創薬開発に用いることができる人工肝組織を提供することができる。 As used herein, the term "artificial liver tissue" refers to a tissue reconstructed using a cell group containing hepatocytes in vitro, unlike the liver or a part of the liver tissue obtained from a living body. .. The artificial liver tissue of the present invention includes a cell adhesion hydrogel bed, hepatocytes seeded on the cell adhesion hydrogel bed, and a sheet-like cell group containing stromal cells covering the hepatocytes. Includes. Unlike conventional artificial liver tissue, the present invention has a long time (for example, 2 days or more, 3 days or more, 4 days or more, 5 days or more, 6 days or more, 7 days or more, 8 days or more, 9 days or more, 10 days or more, 11 days or more, 12 days or more, 13 days or more, 14 days or more, 21 days or more) to maintain the activity of hepatocytes and provide artificial liver tissue that can be used for drug discovery development, for example. can.
本明細書において、「肝細胞の活性」とは、尿素の合成量、肝細胞が発現するタンパク質の量（例えば、アルブミン産生量）、又は酵素、特に薬剤代謝酵素の活性を意味する。薬剤代謝の活性は、例えば、ＣＹＰ（例えば、ヒトの場合、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ａ６、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４又はＣＹＰ３Ａ５）の発現量や、特異的な基質によって誘導されるＣＹＰの発現量に相関するものであり、ＣＹＰの発現量を測定することによって評価することができる。あるいは、肝細胞にＣＹＰの基質を添加し、当該基質がＣＹＰによって変換される量（ＣＹＰ酵素活性）を測定することによって、薬剤代謝の活性を評価することができる。 As used herein, "hepatocyte activity" means the amount of urea synthesized, the amount of protein expressed by hepatocytes (eg, albumin production), or the activity of enzymes, especially drug-metabolizing enzymes. The activity of drug metabolism is, for example, CYP (eg, in the case of humans, CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4 or CYP3A5). It correlates with the expression level of CYP and can be evaluated by measuring the expression level of CYP. Alternatively, the activity of drug metabolism can be evaluated by adding a CYP substrate to hepatocytes and measuring the amount of the substrate converted by CYP (CYP enzyme activity).
ＣＹＰの発現量又はＣＹＰ酵素活性の測定は、当業者に公知の任意の方法を用いて行うことができる。例えば、ＣＹＰの発現量の測定は、定量的ＰＣＲ法（ｑＰＣＲ）、ウエスタンブロット法、フローサイトメータ法（ＦＡＣＳ）、ＥＬＩＳＡ法、免疫組織化学法など、周知の技術を用いて実施することができる。ＣＹＰ酵素活性は、肝細胞にＣＹＰの基質を添加し、当該基質がＣＹＰによって変換される量（ＣＹＰ酵素活性）を測定することによって評価することができ、その場合、例えば、液体クロマトグラフィー質量分析法（ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ）を用いて測定することができる。また、ＣＹＰ酵素活性の相対比（ｆｏｌｄ－ｃｈａｎｇｅ）を評価する場合、市販されているＣＹＰ酵素活性の測定に利用可能なキットを用いても実施可能であり、例えば、ＣＹＰ３Ａ４であれば、Ｐｒｏｍｅｇａ社のＰ４５０－Ｇｌｏ（商標） ＣＹＰ３Ａ４ Ａｓｓａｙ ｗｉｔｈ Ｌｕｃｉｆｅｒｉｎ－ＩＰＡなどを利用することができる。測定するＣＹＰの種類によって公知の方法やキットを使用すればよい。 The expression level of CYP or the activity of CYP enzyme can be measured by any method known to those skilled in the art. For example, the measurement of CYP expression level can be carried out using well-known techniques such as quantitative PCR method (qPCR), Western blotting method, flow cytometry method (FACS), ELISA method, and immunohistochemistry method. .. CYP enzyme activity can be assessed by adding a CYP substrate to hepatocytes and measuring the amount of the substrate converted by CYP (CYP enzyme activity), for example, liquid chromatography mass analysis. It can be measured using the method (LC / MS / MS). Further, when evaluating the relative ratio (fold-change) of CYP enzyme activity, it can be carried out by using a commercially available kit that can be used for measuring CYP enzyme activity. For example, in the case of CYP3A4, Promega Co., Ltd. P450-Glo ™ CYP3A4 Assay with Luciferin-IPA and the like can be used. A known method or kit may be used depending on the type of CYP to be measured.
肝細胞の活性は、例えば、少なくとも１種類以上、好ましくは２種以上、より好ましくは３種以上のＣＹＰの発現量又はＣＹＰ酵素活性を測定することによって評価してもよい。 The activity of hepatocytes may be evaluated, for example, by measuring the expression level of at least one type, preferably two or more types, more preferably three or more types of CYP, or the CYP enzyme activity.
本明細書において、「肝細胞の活性の維持」とは、従来の凍結肝細胞を用いた懸濁培養系（使用時に、融解）においては、培養開始後数時間未満（例えば、２時間未満、３時間未満、４時間未満、５時間未満又は６時間未満）で実質的に消失する薬剤代謝の活性が、６時間以上（例えば、６時間以上、１２時間以上、２４時間以上、２日以上、３日以上、４日以上、５日以上、６日以上、７日以上、８日以上、９日以上、１０日以上、１１日以上、１３日以上、１４日以上又は２１日以上）培養した後であっても、人工肝組織が薬剤代謝の活性を示すことをいう。 As used herein, "maintaining the activity of hepatocytes" means less than a few hours (for example, less than 2 hours) after the start of culture in a conventional suspension culture system using frozen hepatocytes (thawed at the time of use). The activity of drug metabolism that is substantially eliminated in less than 3 hours, less than 4 hours, less than 5 hours, or less than 6 hours is 6 hours or more (for example, 6 hours or more, 12 hours or more, 24 hours or more, 2 days or more, 3 days or more, 4 days or more, 5 days or more, 6 days or more, 7 days or more, 8 days or more, 9 days or more, 10 days or more, 11 days or more, 13 days or more, 14 days or more or 21 days or more) It means that the artificial liver tissue shows the activity of drug metabolism even after that.
本発明であれば、肝細胞の活性が高い人工肝組織を提供可能となる。本明細書において、「肝細胞の活性が高い」とは、本発明の人工肝組織を６時間以上（例えば、６時間以上、１２時間以上、２４時間以上、２日以上、３日以上、４日以上、５日以上、６日以上、７日以上、８日以上、９日以上、１０日以上、１１日以上、１３日以上、１４日以上又は２１日以上）培養した後であっても、融解直後に使用した凍結肝細胞の活性（例えば、融解後２時間未満、３時間未満、４時間未満、５時間未満又は６時間未満）の１０％～５００％、例えば、１０％～４００％、１５％～３００％、２０％～２５０％、２５％～２００％の活性を維持した状態をいう。 According to the present invention, it is possible to provide an artificial liver tissue having high hepatocyte activity. In the present specification, "high activity of hepatocytes" means that the artificial liver tissue of the present invention is used for 6 hours or more (for example, 6 hours or more, 12 hours or more, 24 hours or more, 2 days or more, 3 days or more, 4). Even after culturing (1 day or more, 5 days or more, 6 days or more, 7 days or more, 8 days or more, 9 days or more, 10 days or more, 11 days or more, 13 days or more, 14 days or more or 21 days or more) 10% to 500%, eg, 10% to 400%, of the activity of frozen hepatocytes used immediately after thawing (eg, less than 2 hours, less than 3 hours, less than 4 hours, less than 5 hours or less than 6 hours after thawing). , 15% -300%, 20% -250%, 25% -200% activity is maintained.
本発明の人工肝組織は、移植用の人工肝組織としても用いることも可能である。本発明の人工肝組織には、肝細胞以外にも、肝臓に含まれる細胞、例えば、類洞内皮細胞、クッパー細胞、肝星細胞、ピット細胞、胆管上皮細胞、血管内皮細胞、血管内皮前駆細胞及び／又は線維芽細胞、その他の細胞が含まれてよい。 The artificial liver tissue of the present invention can also be used as an artificial liver tissue for transplantation. In addition to hepatocytes, the artificial liver tissue of the present invention includes cells contained in the liver, such as sinus endothelial cells, cupper cells, hepatic stellate cells, pit cells, bile duct epithelial cells, vascular endothelial cells, and vascular endothelial precursor cells. And / or fibroblasts and other cells may be included.
本発明に用いられる「肝細胞」は、肝臓又はその一部から単離される細胞であってもよく、初代培養肝細胞、肝前駆細胞、肝幹細胞又は不死化した肝細胞であってもよく、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞又はＭｕｓｅ細胞などの多能性幹細胞から分化誘導して得られる肝細胞であってもよい。また、本発明に用いられる「肝細胞」は、哺乳動物由来（例えば、ヒト、ヒト以外の霊長類、げっ歯類（マウス、ラット、ハムスター、モルモット等）、ウサギ、イヌ、ウシ、ウマ、ブタ、ネコ、ヤギ、ヒツジ等）、より好ましくは、ヒト及びヒト以外の霊長類由来、特に好ましくはヒトの肝細胞である。本発明の人工肝組織において、細胞接着性ハイドロゲル床上に播種される肝細胞の細胞数は、細胞の状態、動物種、細胞種などによって異なるため、特に限定されないが、所望の効果、例えば薬物代謝活性が評価できる程度の細胞数が播種されればよく、例えば、０．３×１０4～１０×１０6個／ｃｍ2であってもよく、０．５×１０4～８×１０6個／ｃｍ2であってもよく、０．７×１０4～５×１０6個／ｃｍ2であってもよく、１．０×１０４～１．０×１０６個／ｃｍ２であってもよく、５．０×１０４～５．０×１０５個／ｃｍ２の細胞密度で播種されてもよい。 The "hepatocyte" used in the present invention may be a cell isolated from the liver or a part thereof, or may be a primary cultured hepatocyte, a hepatic precursor cell, a hepatic stem cell or an immortalized hepatocyte. Hepatocytes obtained by inducing differentiation from pluripotent stem cells such as ES cells, iPS cells or Muse cells may be used. The "hepatocellular" used in the present invention is derived from mammals (for example, humans, non-human primates, rodents (mouse, rat, hamster, guinea pig, etc.), rabbits, dogs, cows, horses, pigs, etc.). , Cats, goats, sheep, etc.), more preferably derived from humans and non-human primates, particularly preferably human hepatocytes. In the artificial liver tissue of the present invention, the number of cells of hepatocytes seeded on the cell-adhesive hydrogel bed varies depending on the cell condition, animal species, cell type, etc., and is not particularly limited, but is not particularly limited, but a desired effect, for example, a drug. It suffices if the number of cells to which the metabolic activity can be evaluated is seeded, for example, 0.3 × 10 4 to 10 × 10 6 cells / cm 2 or 0.5 × 10 4 to 8 × 10 6 It may be 0.7 × 10 4 to 5 × 10 6 pieces / cm 2 , or 1.0 × 10 4 to 1.0 × 10 6 pieces / cm 2 . It may be seeded at a cell density of 5.0 × 10 4 to 5.0 × 10 5 cells / cm 2 .
本明細書において、「細胞接着性ハイドロゲル床」とは、播種される肝細胞の下に設けられたゲル状の細胞接着性ハイドロゲルをいい、例えば、０．０１μｍ以上、０．１μｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上、１ｍｍ以上またはそれ以上の厚みを有している。細胞接着性ハイドロゲルの厚みの上限については、用途によって異なり、例えば、５ｃｍ以下、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下又は２ｍｍ以下であってもよい。 As used herein, the term "cell adhesion hydrogel bed" refers to a gel-like cell adhesion hydrogel provided under the seeded hepatocytes, for example, 0.01 μm or more, 0.1 μm or more, and the like. It has a thickness of 1 μm or more, 10 μm or more, 100 μm or more, 1 mm or more, or more. The upper limit of the thickness of the cell adhesion hydrogel varies depending on the application, and may be, for example, 5 cm or less, 1 cm or less, 5 mm or less, or 2 mm or less.
本明細書において、「細胞接着性ハイドロゲル」とは、細胞外基質成分、或いは、キトサンゲル、コラーゲンゲル、ゼラチン、ペプチドゲル、ラミニンゲル及びフィブリンゲル、並びにそれらの混合物からなる群から選択されるものをいう。これらのうち、キトサンゲル、コラーゲンゲル、ゼラチン、ペプチドゲル及びラミニンゲルは、例えば温度、ｐＨ及び／又は塩濃度を変更することによりゲル化される。フィブリンゲルは、モノマーであるフィブリノーゲンが酵素であるトロンビンと作用することによりゲル化される。本発明に用いられる細胞接着性ハイドロゲル床に用いられる細胞接着性ハイドロゲルは、好ましくはコラーゲンゲルである。本明細書において、コラーゲンゲルに含まれるコラーゲンとは、例えば、タイプＩ、タイプＩＩ、タイプＩＩＩ、タイプＩＶ、タイプＶ、タイプＶＩ、タイプＶＩＩ、タイプＶＩＩＩ、タイプＩＸ、タイプＸ、タイプＸＩ、タイプＸＶ、タイプＸＶＩＩ、もしくはタイプＸＶＩＩＩのコラーゲン又はアテロコラーゲン、あるいはその組み合わせである。コラーゲンゲルに含まれるコラーゲンは、例えば、哺乳動物由来（例えば、ヒト、ヒト以外の霊長類、げっ歯類（マウス、ラット、ハムスター、モルモット等）、ウサギ、イヌ、ウシ、ウマ、ブタ、ネコ、ヤギ、ヒツジ等）であってもよく、哺乳動物のコラーゲン遺伝子を基に、遺伝子工学的に得られたものであってもよい。 As used herein, the term "cell adhesion hydrogel" is selected from the group consisting of extracellular matrix components or a group consisting of chitosan gel, collagen gel, gelatin, peptide gel, laminin gel and fibrin gel, and mixtures thereof. To say. Of these, chitosan gel, collagen gel, gelatin, peptide gel and laminin gel are gelled, for example, by changing the temperature, pH and / or salt concentration. Fibrin gel is gelled by the action of the monomer fibrinogen with the enzyme thrombin. The cell-adhesive hydrogel used for the cell-adhesive hydrogel bed used in the present invention is preferably a collagen gel. In the present specification, the collagen contained in the collagen gel is, for example, type I, type II, type III, type IV, type V, type VI, type VII, type VIII, type IX, type X, type XI, type. XV, type XVII, or type XVIII collagen or atelocollagen, or a combination thereof. The collagen contained in the collagen gel is, for example, derived from mammals (for example, humans, non-human primates, rodents (mouse, rat, hamster, guinea pig, etc.), rabbits, dogs, cows, horses, pigs, cats, etc. It may be a goat, a sheep, etc.), or it may be obtained by genetic engineering based on a mammalian collagen gene.
本明細書において、「シート状細胞群」とは、任意の細胞を含む１層又は複数層のシート形状の組織をいう。シート状細胞群は、細胞とハイドロゲルとを混合して、培養することにより得られたものであってもよく、細胞シートであってもよい。本発明に用いられるシート状細胞群は、好ましくは細胞シートである。 As used herein, the term "sheet-like cell group" refers to a single-layer or multi-layer sheet-shaped tissue containing arbitrary cells. The sheet-like cell group may be obtained by mixing cells and hydrogel and culturing them, or may be a cell sheet. The sheet-like cell group used in the present invention is preferably a cell sheet.
細胞シートを得る方法としては、例えば、温度、ｐＨ、光、電気等の刺激によって分子構造を変化させる高分子が被覆された刺激応答性培養基材上で細胞を培養し、温度、ｐＨ、光、電気等の刺激の条件を変えて刺激応答性培養基材を変化させることで、細胞同士の接着状態は維持しつつ、刺激応答性培養基材から細胞をシート状に剥離する方法、任意の培養基材にて細胞を培養し、細胞培養基材上のシート状の細胞群を端部から物理的にピンセット等により剥離する方法、ハイドロゲル等と共に細胞を培養基材上に播種し、形成されたシート状の細胞群を剥離する方法などが挙げられる。 As a method for obtaining a cell sheet, for example, cells are cultured on a stimulus-responsive culture substrate coated with a polymer whose molecular structure is changed by stimuli such as temperature, pH, light, and electricity, and the temperature, pH, and light are used. , A method of peeling cells from a stimulus-responsive culture substrate into a sheet while maintaining the adhered state between cells by changing the stimulus conditions such as electricity to change the stimulus-responsive culture substrate. A method of culturing cells on a culture substrate and physically peeling the sheet-shaped cell group on the cell culture substrate from the end with a tweezers or the like, seeding the cells on the culture substrate together with hydrogel or the like, and forming the cells. Examples thereof include a method of exfoliating the sheet-shaped cell group.
本明細書において、刺激応答性培養基材に被覆されている「刺激応答性高分子」としては、例えば、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－アクリル酸）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－メチルメタクリレート）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－アクリル酸ナトリウム）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－ビニルフェロセン）共重合体、γ線照射したポリ（ビニルメチルエーテル）（ＰＶＭＥ）、ポリ（オキシエチレン）、核酸などの生体物質を高分子に組み込んだ樹脂、及び上記高分子に対して架橋剤によって架橋し作製したゲルなどが挙げられるがそれらに限定されない。 In the present specification, examples of the "stimulus-responsive polymer" coated on the stimulus-responsive culture substrate include poly (N-isopropylacrylamide) and poly (N-isopropylacrylamide-acrylic acid) copolymers. Poly (N-isopropylacrylamide-methylmethacrylate) copolymer, poly (N-isopropylacrylamide-sodium acrylate) copolymer, poly (N-isopropylacrylamide-vinylferrocene) copolymer, γ-ray irradiated poly (vinyl) Examples thereof include, but are not limited to, resins in which biological substances such as methyl ether) (PVME), poly (oxyethylene) and nucleic acids are incorporated into polymers, and gels produced by cross-linking the polymers with a cross-linking agent. ..
本明細書において「温度応答性高分子」は、刺激応答性高分子の１つであり、温度に応答して、その形状及び／又は性質を変化させる高分子をいう。温度応答性高分子としては、例えば、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－アクリル酸）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－メチルメタクリレート）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－アクリル酸ナトリウム）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－ビニルフェロセン）共重合体、γ線照射したポリ（ビニルメチルエーテル）及び上記高分子に対して架橋剤によって架橋し作製したゲルなどが挙げられるが、それらに限定されない。好ましくは、例えば、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－メチルメタクリレート）共重合体、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド－アクリル酸ナトリウム）共重合体及び上記高分子に対して架橋剤によって架橋したものが挙げられるが、それらに限定されない。 As used herein, the term "temperature-responsive polymer" refers to one of the stimulus-responsive polymers, which changes its shape and / or properties in response to temperature. Examples of the temperature-responsive polymer include poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-isopropylacrylamide-acrylic acid) copolymer, poly (N-isopropylacrylamide-methylmethacrylate) copolymer, and poly (N-). Gel prepared by cross-linking isopropylacrylamide-sodium acrylate) polymer, poly (N-isopropylacrylamide-vinylferrocene) copolymer, γ-ray irradiated poly (vinyl methyl ether) and the above polymer with a cross-linking agent. However, it is not limited to them. Preferably, for example, a cross-linking agent for poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-isopropylacrylamide-methylmethacrylate) copolymer, poly (N-isopropylacrylamide-sodium acrylate) copolymer and the above polymer. Examples include, but are not limited to, those cross-linked by.
本明細書において、培養基材に被覆されている温度応答性高分子としては、例えば、水に対する上限臨界溶液温度（ＵＣＳＴ：Ｕｐｐｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）又は下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ：Ｌｏｗｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が０～８０℃であるものが挙げられるがそれらに限定されない。臨界溶液温度とは、高分子の形状及び／又は性質を変化させる閾値の温度をいう。本発明では、好ましくは、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）が、少なくともその培養面の一部に被覆された細胞培養基材が使用され得る。 In the present specification, the temperature-responsive polymer coated on the culture substrate is, for example, an upper critical solution temperature (UCST: Upper Critical Solution Temperature) or a lower critical solution temperature (LCST: Lower Critical Solution Temperature) with respect to water. Is 0 to 80 ° C., but is not limited thereto. The critical solution temperature is a threshold temperature that changes the shape and / or properties of the polymer. In the present invention, preferably, a cell culture substrate in which poly (N-isopropylacrylamide) (PIPAAm) is coated with at least a part of the culture surface thereof can be used.
ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）は３２℃に下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）を有する高分子であり、遊離状態であれば、水中で３２℃以上の温度で脱水和を起こしＰＩＰＡＡｍが凝集して白濁する。逆に３２℃未満の温度ではＰＩＰＡＡｍは水和し、水に溶解した状態となる。本発明の一実施態様で用いられる温度応答性培養基材は、ＰＩＰＡＡｍがシャーレなどの培養基材に被覆されて固定されたものである。したがって、３２℃以上の温度であれば、培養表面のＰＩＰＡＡｍも同じように脱水和するが、ＰＩＰＡＡｍが培養基材に固定されているために培養基材表面が疎水性を示す。逆に、３２℃未満の温度では、培養基材表面のＰＩＰＡＡｍは水和するが、ＰＩＰＡＡｍが培養基材表面に被覆されているため、培養基材表面が親水性を示す。疎水性の培養基材表面には細胞が付着して増殖することができ、また、親水性の培養基材表面は細胞が付着しにくい表面である。そのため、温度応答性培養基材を３２℃未満に冷却すると、細胞が培養基材表面から剥離する。 Poly (N-isopropylacrylamide) (PIPAAm) is a polymer having a lower limit critical solution temperature (LCST) at 32 ° C. If it is in a free state, it undergoes dehydration at a temperature of 32 ° C. or higher in water and PIPAAm aggregates. It becomes cloudy. On the contrary, at a temperature of less than 32 ° C., PIPAAm is hydrated and becomes dissolved in water. The temperature-responsive culture medium used in one embodiment of the present invention is one in which PIPAAm is coated and fixed on a culture medium such as a petri dish. Therefore, at a temperature of 32 ° C. or higher, PIPAAm on the culture surface is similarly dehydrated, but since PIPAAm is fixed to the culture substrate, the surface of the culture substrate exhibits hydrophobicity. On the contrary, at a temperature of less than 32 ° C., PIPAAm on the surface of the culture substrate is hydrated, but since PIPAAm is coated on the surface of the culture substrate, the surface of the culture substrate exhibits hydrophilicity. Cells can adhere to and proliferate on the surface of the hydrophobic culture substrate, and the surface of the hydrophilic culture substrate is a surface on which cells do not easily adhere. Therefore, when the temperature-responsive culture substrate is cooled to less than 32 ° C., the cells detach from the surface of the culture substrate.
細胞シートは、例えば温度応答性培養基材上でコンフルエント又はサブコンフルエントになるまで細胞を培養し、温度を、被覆ポリマーの上限臨界溶液温度以上若しくは下限臨界溶液温度以下にすることによって得ることができる。細胞シートを、より早く、高効率に剥離させて回収するために、培養基材を軽くたたいたり、揺らしたりする方法や、ピペットを用いて培地を撹拌する方法、ピンセットを用いる方法等を単独又は併用して用いてもよい。温度以外の培養条件は常法に従えばよい。 Cell sheets can be obtained, for example, by culturing cells on a temperature responsive culture medium until confluent or subconfluent and keeping the temperature above the upper critical solution temperature or below the lower critical solution temperature of the coated polymer. .. In order to peel off and recover the cell sheet more quickly and efficiently, the method of tapping or shaking the culture substrate, the method of stirring the medium with a pipette, the method of using tweezers, etc. are used alone. Alternatively, they may be used in combination. Culture conditions other than temperature may be in accordance with a conventional method.
本発明の一実施態様において用いられる細胞シートは、好ましくは、収縮した細胞シートである。細胞シートは、培養基材表面上で培養されているときは単層状態であるが、培養基材表面から剥離されると、収縮する。それにより、細胞シートに含まれる細胞が部分的に重なり、細胞密度が上昇する。収縮した細胞シートで肝細胞を被覆することにより、長時間、肝細胞の活性を高いまま維持することが可能となる。 The cell sheet used in one embodiment of the present invention is preferably a contracted cell sheet. The cell sheet is in a monolayer state when it is cultured on the surface of the culture substrate, but shrinks when it is peeled off from the surface of the culture substrate. As a result, the cells contained in the cell sheet partially overlap, and the cell density increases. By covering the hepatocytes with a contracted cell sheet, it becomes possible to maintain the activity of the hepatocytes at a high level for a long period of time.
本明細書において、「間質細胞」とは、臓器の結合組織の細胞であって、生体組織の支持構造を構成し、実質細胞を支える細胞である。本発明に用いられる間質細胞は、生体から単離される初代細胞であってもよく、株化された細胞であってもよく、或いは、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞又はＭｕｓｅ細胞などの多能性幹細胞から分化誘導して得られる間質細胞であってもよい。本発明の一実施形態において、シート状細胞群に含まれる間質細胞は、線維芽細胞、周皮細胞、肝星細胞、内皮細胞もしくは平滑筋細胞、又はそれらの組み合わせであり、好ましくは線維芽細胞である。本発明に用いられる「間質細胞」は、哺乳動物由来（例えば、ヒト、ヒト以外の霊長類、げっ歯類（マウス、ラット、ハムスター、モルモット等）、ウサギ、イヌ、ウシ、ウマ、ブタ、ネコ、ヤギ、ヒツジ等）、より好ましくは、ヒト及びヒト以外の霊長類由来、特に好ましくはヒトの間質細胞である。また、本発明に用いられるシート状細胞群には、間質細胞以外の細胞がさらに含まれても良い。 As used herein, the "stromal cell" is a cell of connective tissue of an organ, which constitutes a support structure of a living tissue and supports a parenchymal cell. The stromal cells used in the present invention may be primary cells isolated from a living body, established cells, or pluripotent stem cells such as ES cells, iPS cells or Muse cells. It may be a stromal cell obtained by inducing differentiation from. In one embodiment of the present invention, the stromal cells included in the sheet-like cell group are fibroblasts, peridermal cells, hepatic stellate cells, endothelial cells or smooth muscle cells, or a combination thereof, and preferably fibroblasts. It is a cell. The "interstitial cells" used in the present invention are derived from mammals (for example, humans, non-human primates, rodents (mouse, rat, hamster, guinea pig, etc.), rabbits, dogs, cows, horses, pigs, etc. Cats, goats, sheep, etc.), more preferably derived from humans and non-human primates, particularly preferably human stromal cells. Further, the sheet-like cell group used in the present invention may further contain cells other than stromal cells.
本発明において、シート状細胞群に含まれる細胞数は、動物種や細胞種によって異なるが、例えば、０．３×１０4～１０×１０6個／ｃｍ2であってもよく、０．５×１０4～８×１０6個／ｃｍ2であってもよく、０．７×１０4～５×１０6個／ｃｍ2であってもよい。 In the present invention, the number of cells contained in the sheet-like cell group varies depending on the animal species and cell type, but may be, for example, 0.3 × 10 4 to 10 × 10 6 cells / cm 2 or 0.5. It may be × 10 4 to 8 × 10 6 pieces / cm 2 , or 0.7 × 10 4 to 5 × 10 6 pieces / cm 2 .
本発明に用いられるシート状細胞群を、播種された肝細胞の上に被覆する方法としては、例えば、ピペット等によって培養液中に浮かんでいるシート状細胞群を培養液ごと吸い取り、別の培養皿の肝細胞上にシート状細胞群を放出して被覆する方法、シート状細胞群の移動治具を用いて積層する方法等が挙げられる。 As a method of covering the seeded hepatocytes with the sheet-shaped cell group used in the present invention, for example, the sheet-shaped cell group floating in the culture medium is sucked up together with the culture medium by a pipette or the like, and another culture is performed. Examples thereof include a method of releasing and covering a sheet-shaped cell group on the hepatocytes of a dish, a method of laminating the sheet-shaped cell group using a moving jig, and the like.
また、本発明は、人工肝組織の製造方法を提供し、以下の工程が含まれる。
（ｉ）培養基材上に細胞接着性ハイドロゲル床を形成する工程、
（ｉｉ）前記細胞接着性ハイドロゲル床の上に、肝細胞を播種して、培養する工程、
（ｉｉｉ）前記肝細胞の上に、間質細胞を含むシート状細胞群を載せ、培養する工程。
The present invention also provides a method for producing artificial liver tissue, which includes the following steps.
(I) A step of forming a cell-adhesive hydrogel bed on a culture substrate,
(Ii) A step of seeding and culturing hepatocytes on the cell-adhesive hydrogel bed.
(Iii) A step of placing a sheet-like cell group containing stromal cells on the hepatocytes and culturing them.
本発明の方法によって得られる人工肝組織であれば、従来のように、培養面に対して特殊なパターニングを設けることによって肝細胞の空間的な位置を厳密に制御することなく、長時間にわたってその活性を維持することができるという極めて優れた効果を有している。 The artificial liver tissue obtained by the method of the present invention can be used for a long period of time without strictly controlling the spatial position of hepatocytes by providing a special patterning on the culture surface as in the conventional case. It has an extremely excellent effect of being able to maintain its activity.
以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but these are not intended to limit the present invention in any way.
１．使用した材料
各実施例では、以下の材料を用いた。
・φ３５ｍｍ培養皿（ＢＤ Ｆａｌｃｏｎ、＃３５３００１）
・コラーゲンＩコート６ウェルプレート（サーモフィッシャー）
・コラーゲンゲル溶液（０．５％タイプＩコラーゲン溶液）（ＫＯＫＥＮ社、ＩＡＣ－５０）
・温度応答性培養皿（セルシード（日本）、ＵｐＣｅｌｌ（登録商標）、φ３５ｍｍ）
・凍結ヒト肝細胞（サーモフィッシャー、ＨＭＣＰＴＳ）
・マウス線維芽細胞（３Ｔ３）
・ヒト皮膚線維芽細胞（ＮＨＤＦ）
・ダルベッコ改変イーグル培地（ＤＭＥＭ）（シグマアルドリッチ、Ｄ６４２９；コーニング、１０－０１７－ＣＶＲ）
・フィブリノーゲン（シグマ、Ｆ８６３０）
・トロンビン（シグマ、Ｆ４６４８）
・（比較例用）Ｃｅｌｌ－ａｂｌｅ（商標）９６ウェルプレート（東洋合成工業、日本）
1. 1. Materials used In each example, the following materials were used.
-Φ35 mm culture dish (BD Falcon, # 353001)
・ Collagen I coat 6-well plate (Thermo Fisher)
-Collagen gel solution (0.5% type I collagen solution) (KOKEN, IAC-50)
-Temperature-responsive culture dish (CellSeed (Japan), UpCell (registered trademark), φ35 mm)
-Frozen human hepatocytes (Thermo Fisher, HMCPTS)
-Mouse fibroblasts (3T3)
-Human skin fibroblasts (NHDF)
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) (Sigma-Aldrich, D6429; Corning, 10-017-CVR)
・ Fibrinogen (Sigma, F8630)
・ Thrombin (Sigma, F4648)
(For comparative examples) Cell-able (trademark) 96-well plate (Toyo Gosei, Japan)
２．方法
２－１．人工肝組織の製造方法
図１は、一実施態様における本発明の人工肝組織の製造方法を示す概略図である。また、図２は、一実施態様における本発明の人工肝組織の製造方法のスケジュールを示す。
2. 2. Method 2-1. Method for Producing Artificial Liver Tissue FIG. 1 is a schematic view showing a method for producing an artificial liver tissue according to an embodiment. In addition, FIG. 2 shows a schedule of the method for producing artificial liver tissue of the present invention in one embodiment.
人工肝組織は、以下の手順で作製した（図１及び図２参照）。
（１）細胞シートを積層する３～５日前にマウス線維芽細胞（３Ｔ３）又はヒト皮膚線維芽細胞（ＮＨＤＦ）（１×１０６個）をφ３５ｍｍの温度応答性培養皿に播種し、３７℃、５％ＣＯ2雰囲気下において、ダルベッコ改変イーグル培地（１０％（ｖ／ｖ）のウシ胎児血清、１％（ｖ／ｖ）のペニシリン‐ストレプトマイシン溶液を含む）中で培養した。
（２）φ３５ｍｍの培養皿内に内径１８ｍｍの円形のシリコーン枠を設置し、その枠内に１００μＬのコラーゲンゲルを加え、直径約１８ｍｍのコラーゲンゲル床（厚さ：約４００μｍ）を作製した。
（３）細胞シートを積層する１日前に解凍した凍結ヒト肝細胞（２０×１０4個又は１０×１０4個）をコラーゲンゲル床に播種し、播種用培地（Ｗｉｌｌｉａｍ’ｓ培地Ｅ（サーモフィッシャー、Ａ１２１７６０１）にＨｅｐｔｏｃｙｔｅ Ｐｌａｔｉｎｇ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｓ（サーモフィッシャー、ＣＭ３０００）を加えたもの）を加えて、２４時間、３７℃、５％ＣＯ2雰囲気下において培養した。
（４－１）マウス線維芽細胞（３Ｔ３）又はヒト皮膚線維芽細胞（ＮＨＤＦ）を培養している温度応答性培養皿を２０℃まで温度を下げ、マウス線維芽細胞（３Ｔ３）又はヒト皮膚線維芽細胞（ＮＨＤＦ）を細胞シート（以下、それぞれ「３Ｔ３細胞シート」又は「ＮＨＤＦ細胞シート」という。）として剥離した。
（５－１）３Ｔ３細胞シート又はＮＨＤＦ細胞シートを培地ごとピペットで吸い取り、コラーゲンゲル床に播種された肝細胞上（事前に播種用培地は除去されている）に、３Ｔ３細胞シート又はＮＨＤＦ細胞シートを排出することで積層した。その後、培養用培地（Ｍａｒｃｈ ｅｔ ａｌ．（２０１５），Ｎａｔ．Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，１０：２０２７－２０５３．に記載のＨｅｐａｔｏｃｙｔｅ ｍｅｄｉｕｍ）を加えて、３７℃、５％ＣＯ2雰囲気下において培養した。
（６）２～３日毎に、新鮮な培養用培地に交換した。
The artificial liver tissue was prepared by the following procedure (see FIGS. 1 and 2).
(1) 3 to 5 days before laminating the cell sheets, mouse fibroblasts (3T3) or human skin fibroblasts (NHDF) (1 × 10 6 ) were seeded in a φ35 mm temperature-responsive culture dish and 37 ° C. Incubate in Dalbecco-modified Eagle medium (containing 10% (v / v) fetal bovine serum and 1% (v / v) penicillin-streptomycin solution) in a 5% CO 2 atmosphere.
(2) A circular silicone frame having an inner diameter of 18 mm was placed in a culture dish having a diameter of 35 mm, and 100 μL of collagen gel was added to the frame to prepare a collagen gel bed (thickness: about 400 μm) having a diameter of about 18 mm.
(3) Frozen human hepatocytes (20 × 10 4 or 10 × 10 4 ) thawed one day before stacking the cell sheets were seeded on a collagen gel bed, and the seeding medium (William's medium E (thermofisher)) was seeded. , A1217601) plus Hepatocyte Plating Supplements (Thermofisher, CM3000) was added and cultured for 24 hours at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere.
(4-1) The temperature of the temperature-responsive culture dish in which mouse fibroblasts (3T3) or human skin fibroblasts (NHDF) are cultured is lowered to 20 ° C., and the temperature of the mouse fibroblasts (3T3) or human skin fibers is reduced to 20 ° C. The blast cells (NHDF) were exfoliated as cell sheets (hereinafter, referred to as "3T3 cell sheet" or "NHDF cell sheet", respectively).
(5-1) The 3T3 cell sheet or NHDF cell sheet is sucked up together with the medium with a pipette, and the 3T3 cell sheet or NHDF cell sheet is placed on the hepatocytes seeded on the collagen gel bed (the seeding medium has been removed in advance). Was laminated by discharging. Then, a culture medium (Hepatocyte medium described in March et al. (2015), Nat. Protocols, 10: 2027-2053.) Was added, and the cells were cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere.
(6) The medium was replaced with a fresh culture medium every 2 to 3 days.
なお、コラーゲンゲル床に播種された肝細胞上に細胞シートを積層する方法して、上記工程（４－１）及び（５－１）に代わりに、以下の工程を実施する方法も採用した（図８）。 In addition, as a method of laminating a cell sheet on hepatocytes seeded on a collagen gel bed, a method of carrying out the following steps instead of the above steps (4-1) and (5-1) was also adopted (). FIG. 8).
（４－２）Ｈａｒａｇｕｃｈｉらの方法（Ｈａｒａｇｕｃｈｉ Ｙ． ｅｔ ａｌ．，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｉｓｓｕｅｓ ｂｙ ｓｔａｃｋｉｎｇ ｃｅｌｌ ｓｈｅｅｔｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｎａｔｕｒｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，７，８５０，２０１２．）に従って、ゼラチンゲル付きスタンプデバイスを作製した。ヒト皮膚線維芽細胞（ＮＨＤＦ）を培養している温度応答性培養皿の播種用培地を除去し、フィブリノーゲン２μＬを滴下した。その後、スタンプする面にトロンビン２μＬを滴下したスタンプデバイスをヒト皮膚線維芽細胞（ＮＨＤＦ）に密着させた。その状態にて室温で放置し、ＮＨＤＦ細胞シートをスタンプデバイスに接着させた。
（５－２）コラーゲンゲル床に播種された肝細胞上（事前に播種用培地は除去されている）にフィブリノーゲン２μＬを滴下した。その後、ＮＨＤＦ細胞シートが接着したゼラチンゲルをスタンプデバイスから切り出し、肝細胞と接する面にトロンビン２μＬを滴下し、肝細胞上に載せた。５分間静置後、３７℃にて１０分間インキュベートした。ゼラチンが溶けた後、温めたＰＢＳで溶けたゼラチンを洗い流した。その後、培養用培地に交換し、３７℃、５％ＣＯ2雰囲気下において培養した。
(4-2) Method of Haraguchi et al. (Haraguchi Y. et al., Fabrication of functional three-dimensional tissue by stacking
(5-2) 2 μL of fibrinogen was dropped onto the hepatocytes seeded on the collagen gel bed (the seeding medium had been removed in advance). Then, the gelatin gel to which the NHDF cell sheet was adhered was cut out from the stamp device, and 2 μL of thrombin was dropped on the surface in contact with the hepatocytes and placed on the hepatocytes. After standing for 5 minutes, it was incubated at 37 ° C. for 10 minutes. After the gelatin had melted, the melted gelatin was washed away with warm PBS. Then, the cells were replaced with a culture medium and cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere.
上記手順を基本として、比較するために、コラーゲンＩコート６ウェルプレート（サーモフィッシャー）上で培養した肝細胞（２０×１０4個／ウェル）（コラーゲンゲル床なし、細胞シートによる被覆なし）、コラーゲンゲル床に播種した肝細胞（２０×１０4個）（細胞シートによる被覆なし）も作製した。また、細胞シートの代わりに、肝細胞上に直接３Ｔ３細胞（１×１０６個）を播種した人工肝組織も作製した。 Based on the above procedure, for comparison, hepatocytes (20 × 10 4 cells / well) cultured on a collagen I-coated 6-well plate (thermofisher) (no collagen gel bed, no cell sheet coating), collagen Hepatocytes (20 × 10 4 cells) seeded on the gel bed (without covering with a cell sheet) were also prepared. In addition, instead of the cell sheet, an artificial liver tissue in which 3T3 cells (1 × 10 6 cells) were directly seeded on hepatocytes was also prepared.
なお、実施例１～３では、工程（４－１）及び（５－１）を実施し、実施例４では、工程（４－２）及び（５－２）を実施して人工肝組織を作製した。 In Examples 1 to 3, steps (4-1) and (5-1) were carried out, and in Example 4, steps (4-2) and (5-2) were carried out to prepare an artificial liver tissue. Made.
２－２．ＣＹＰ活性の測定方法
上記で作製した人工肝組織において、２日後、５日後、７日後、１４日後及び２１日後において、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ３Ａ４の活性を測定した。具体的には、肝組織にＣＹＰの基質３種（１００μＭ フェナセチン、２００μＭ ブプロピオンおよび５０μＭ ミダゾラム）を溶解したＷｉｌｌｉａｍ’ｓ培地Ｅを添加し、１０分後および３０分後に培地を取得した。取得培地中の各基質に対応する代謝成分（アセトアミノフェン、ＯＨ－ブプロピオン、ＯＨ－ミダゾラム）の濃度を液体クロマトグラフィー質量分析法（ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ）にて定量し、各ＣＹＰの活性値を求めた。１０分後および、３０分後に取得した培地の内、高い活性値を示した方のデータを採用した。
2-2. Method for Measuring CYP Activity In the artificial liver tissue prepared above, the activities of CYP1A2, CYP2B6, and CYP3A4 were measured at 2, 5, 7, 14, and 21 days. Specifically, William's medium E in which three CYP substrates (100 μM phenacetin, 200 μM bupropion and 50 μM midazolam) were dissolved was added to liver tissue, and the medium was obtained after 10 minutes and 30 minutes. The concentration of metabolic components (acetaminophen, OH-bupropion, OH-midazolam) corresponding to each substrate in the acquisition medium was quantified by liquid chromatography-mass spectrometry (LC / MS / MS), and the activity value of each CYP. Asked. Of the media obtained after 10 minutes and 30 minutes, the data showing the higher activity value was adopted.
２－３．尿素合成量の測定方法
上記で作製した人工肝組織において、尿素合成量を測定した（図８）。具体的には、以下の人工肝組織において、６日目～２１日目に、培地上清中に含まれる尿素合成量を測定した。
・Ｌ２０：２０×１０４個のヒト肝細胞をコラーゲンゲル床上に播種し、ＮＨＤＦ細胞シート（１×１０６個）を積層した系；
・Ｃ２０：２０×１０４個のヒト肝細胞をコラーゲンゲル床上に播種し、ＮＨＤＦ細胞シートを積層していない系；
・Ｌ１０：１０×１０４個のヒト肝細胞をコラーゲンゲル床上に播種し、ＮＨＤＦ細胞シート（１×１０６個）を積層した系
・Ｃ１０：１０×１０４個のヒト肝細胞をコラーゲンゲル床上に播種し、ＮＨＤＦシートを積層していない系
・ＦＢＳ２０：２０×１０４個のヒト肝細胞を、ＦＢＳ（ウシ胎児血清）をプレコートした培養皿上に播種した系（コントロール）
2-3. Method for Measuring Urea Synthesis Amount The urea synthesis amount was measured in the artificial liver tissue prepared above (FIG. 8). Specifically, in the following artificial liver tissues, the amount of urea synthesis contained in the culture medium supernatant was measured from the 6th day to the 21st day.
L20: 20 × 10 A system in which 4 human hepatocytes were seeded on a collagen gel bed and NHDF cell sheets (1 × 10 6 ) were laminated;
C20: 20 × 10 A system in which 4 human hepatocytes were seeded on a collagen gel bed and no NHDF cell sheet was laminated;
・ L10: 10 × 10 4 human hepatocytes were seeded on a collagen gel bed and NHDF cell sheets (1 × 10 6 ) were laminated. ・ C10: 10 × 10 4 human hepatocytes were placed on a collagen gel bed. FBS20: 20 × 10 4 human hepatocytes seeded on a culture dish pre-coated with FBS (bovine fetal serum) (control)
尿素合成量（μｇ／１０６個の肝細胞／日）は、ＢｉｏＡｓｓａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ社のＱｕａｎｔｉＣｈｒｏｍ（ＴＭ） Ｕｒｅａ Ａｓｓａｙ Ｋｉｔ（ＤＩＵＲ－１００）を用いて測定した。 The amount of urea synthesis (μg / 10 6 hepatocytes / day) was measured using a QuantiChrom (TM) Urea Assay Kit (DIUR-100) manufactured by BioAssay Systems.
３．実施例１
図３は、コラーゲンコートプレート上に播種した肝細胞（コラーゲンコート培養）と細胞シート積層人工肝組織（細胞シート積層肝モデル）の、フェナセチン代謝（ＣＹＰ１Ａ２）及びミダゾラム代謝（ＣＹＰ３Ａ４）におけるＣＹＰ酵素活性を示す図である。点線は、懸濁培養系の肝細胞の活性値（Ｄａｙ０）を示している。図からも明らかであるように、本発明の人工肝組織は、長期間にわたって、コラーゲンコートプレート上で培養した肝細胞よりも、ＣＹＰ活性が維持されている。また、その値は、従来行われている濁培養系（Ｄａｙ０）のＣＹＰ活性（ＣＹＰ１Ａ２：９３．２ｐｍｏｌ／ｍｉｎ／１０6ｃｅｌｌ、ＣＹＰ３Ａ４：２１７ｐｍｏｌ／ｍｉｎ／１０6ｃｅｌｌ）を超える値を示した。
3. 3. Example 1
FIG. 3 shows the CYP enzyme activity in phenacetin metabolism (CYP1A2) and midazolam metabolism (CYP3A4) of hepatocytes (collagen coat culture) and cell sheet laminated artificial liver tissue (cell sheet laminated liver model) seeded on a collagen coated plate. It is a figure which shows. The dotted line shows the activity value (Day 0) of hepatocytes in the suspension culture system. As is clear from the figure, the artificial liver tissue of the present invention maintains CYP activity more than hepatocytes cultured on a collagen-coated plate for a long period of time. Moreover, the value showed a value exceeding the CYP activity (CYP1A2: 93.2 pmol / min / 10 6 cell, CYP3A4: 217 pmol / min / 10 6 cell) of the conventional turbid culture system (Day 0).
４．実施例２
図４～６は、コラーゲンコートプレート上に播種した肝細胞（コラーゲンコート培養）；コラーゲンゲル床に播種した肝細胞（コラーゲンゲルのみ）；コラーゲンゲル床に播種した肝細胞上に３Ｔ３細胞シートを被覆した人工肝組織（３Ｔ３シート積層）；コラーゲンゲル床に播種した肝細胞上にＮＨＤＦ細胞シートを被覆した人工肝組織（ＮＨＤＦシート積層）；及びコラーゲンゲル床に播種した肝細胞上に３Ｔ３細胞を播種した人工肝組織（３Ｔ３播種）の、フェナセチン（図４、ＣＹＰ１Ａ２）、ブプロピオン（図５、ＣＹＰ２Ｂ６）又はミダゾラム代謝（図６、ＣＹＰ３Ａ４）におけるＣＹＰ酵素活性を示す図である。
4. Example 2
FIGS. 4 to 6 show hepatocytes seeded on a collagen coat plate (collagen coat culture); hepatocytes seeded on a collagen gel bed (collagen gel only); hepatocytes seeded on a collagen gel bed coated with a 3T3 cell sheet. Artificial liver tissue (3T3 sheet laminated); artificial hepatocyte coated with NHDF cell sheet on hepatocytes seeded on collagen gel bed (NHDF sheet laminated); and 3T3 cells seeded on hepatocytes seeded on collagen gel bed It is a figure which shows the CYP enzyme activity in phenacetin (FIG. 4, CYP1A2), bupropion (FIG. 5, CYP2B6) or midazolam metabolism (FIG. 6, CYP3A4) of the artificial hepatocyte (3T3 seeding).
その結果、３Ｔ３シート及びＮＨＤＦシートを積層した人工肝組織では、いずれもＣＹＰ酵素が、高活性を長期間維持することが明らかとなった。 As a result, it was clarified that the CYP enzyme maintains high activity for a long period of time in the artificial liver tissue in which the 3T3 sheet and the NHDF sheet are laminated.
５．実施例３
図７は、本発明によって得られる人工肝組織（細胞シート積層系）と、市販されている人工肝組織作製キット（Ｃｅｌｌ－ａｂｌｅ（登録商標））（東洋合成工業、日本）（比較例）のＣＹＰ酵素活性を比較した結果を示す。Ｃｅｌｌ－ａｂｌｅ（登録商標）は、付属の説明書に従って人工肝組織を調製した。３種の基質（フェナセチン、ブプロピオン、およびミダゾラム）を溶解した培地を添加し、１０分または３０分後に取得した培地中の各基質に対応する代謝成分（それぞれ、アセトアミノフェン、ＯＨ－ブプロピオン、ＯＨ－ミダゾラム）の濃度をＬＣ／ＭＳ／ＭＳ法にて定量し、求めた各ＣＹＰ酵素活性を示す。
5. Example 3
FIG. 7 shows an artificial liver tissue (cell sheet laminated system) obtained by the present invention and a commercially available artificial liver tissue preparation kit (Cell-able (registered trademark)) (Toyo Gosei, Japan) (comparative example). The result of comparison of CYP enzyme activity is shown. Cell-able® prepared artificial liver tissue according to the accompanying instructions. A medium in which three substrates (phenacetin, bupropion, and midazolam) were dissolved was added, and the metabolic components corresponding to each substrate (acetaminophen, OH-bupropion, OH, respectively) in the obtained medium after 10 or 30 minutes were added. -The concentration of (midazolam) is quantified by the LC / MS / MS method, and the determined activity of each CYP enzyme is shown.
その結果、本発明の人工肝組織は、Ｃｅｌｌ－ａｂｌｅ（登録商標）の系よりも、ＣＹＰ酵素活性が総じて高い値を示した。 As a result, the artificial liver tissue of the present invention generally showed a higher value in CYP enzyme activity than the Cell-able (registered trademark) system.
６．実施例４
図８は、肝細胞の細胞数の違いと、細胞シートの有無による、尿素合成量（μｇ／１０６個の肝細胞／日）の経時変化を示すグラフである。図８の結果より、２０万個の細胞を播種した方が１０万個播種した場合よりも、肝機能の指標となる尿素合成量が大きくなり、持続時間も長くなることが明らかとなった。
6. Example 4
FIG. 8 is a graph showing the difference in the number of hepatocytes and the change over time in the amount of urea synthesis (μg / 106 hepatocytes / day) depending on the presence or absence of a cell sheet. From the results shown in FIG. 8, it was clarified that the amount of urea synthesis, which is an index of liver function, was larger and the duration was longer when 200,000 cells were seeded than when 100,000 cells were seeded.
Claims (13)
前記細胞接着性ハイドロゲル床の上に播種された肝細胞と、
前記肝細胞を被覆する、間質細胞を含むシート状細胞群と、
を含み、
前記細胞接着性ハイドロゲル床の厚みが、１００μｍ以上である、人工肝組織。 Cell adhesion hydrogel bed and
Hepatocytes seeded on the cell adhesion hydrogel bed and
A group of sheet-like cells containing stromal cells that coat the hepatocytes,
Including
Artificial liver tissue having a cell-adhesive hydrogel bed having a thickness of 100 μm or more .
（ｉ）培養基材上に細胞接着性ハイドロゲル床を形成する工程、
（ｉｉ）前記細胞接着性ハイドロゲル床の上に、肝細胞を播種して、培養する工程、
（ｉｉｉ）前記肝細胞の上に、間質細胞を含むシート状細胞群を載せ、培養する工程、
を含み、
前記細胞接着性ハイドロゲル床の厚みが、１００μｍ以上である、方法。 It is a method for manufacturing artificial liver tissue.
(I) A step of forming a cell-adhesive hydrogel bed on a culture substrate,
(Ii) A step of seeding and culturing hepatocytes on the cell-adhesive hydrogel bed.
(Iii) A step of placing a sheet-like cell group containing stromal cells on the hepatocytes and culturing the cells.
Including
A method in which the thickness of the cell-adhesive hydrogel bed is 100 μm or more .
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