WO2015194494A1 - 脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、及び脳損傷治療剤 - Google Patents

脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、及び脳損傷治療剤 Download PDF

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WO2015194494A1
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    • C12N2535/00Supports or coatings for cell culture characterised by topography
    • C12N2535/10Patterned coating

Definitions

  • the present invention relates to a cell structure for treating brain injury, a method for producing the same, and a therapeutic agent for brain injury. Specifically, the present invention relates to a cell structure for treating brain damage in which a biocompatible polymer block is disposed in a gap between cells, a method for producing the same, and a therapeutic agent for brain damage.
  • Regenerative medicine is being put to practical use to regenerate living tissues and organs that have fallen into dysfunction or dysfunction.
  • Regenerative medicine is a new medicine that regenerates the same form and function as the original tissue using the three factors of cells, scaffolding, and growth factors from living tissue that can not be recovered only by the natural healing ability of the living body.
  • Technology In recent years, treatment using cells is gradually being realized. For example, cultured epidermis using autologous cells, cartilage treatment using autologous chondrocytes, bone regeneration treatment using mesenchymal stem cells, cardiomyocyte sheet treatment using myoblasts, corneal regeneration treatment using corneal epithelial sheets, and Examples include nerve regeneration treatment.
  • Patent Document 1 describes a cell structure including a polymer block having biocompatibility and cells, and a plurality of the polymer blocks arranged in the gaps between the plurality of cells.
  • nutrients can be delivered from the outside to the inside of the cell structure.
  • the cell structure has a sufficient thickness, and the cells are uniformly present in the structure.
  • high cell survival activity has been demonstrated using a polymer block made of recombinant gelatin or a natural gelatin material.
  • Patent Document 2 discloses a cell structure for cell transplantation, which includes a polymer block having biocompatibility and at least one type of cell, and a plurality of the polymer blocks are arranged in a gap between the plurality of cells. The body is listed.
  • angiogenesis is evaluated using a cell structure for cell transplantation.
  • Patent Document 3 describes a composition containing a cell physiologically active substance and cells, and describes that combination therapy with hepatocyte growth factor (HGF) and vascular endothelial cells is effective for regeneration of brain tissue.
  • HGF hepatocyte growth factor
  • Patent Document 4 describes an angiogenesis-inducing agent containing fibrin, a biodegradable polymer and cells.
  • Patent Document 5 treats central nervous diseases such as stroke using a cell-containing composition in which bone marrow stromal cells into which Notch gene and / or Notch signaling-related gene is introduced are adhered to a biocompatible polymer. It is described to do.
  • glutaraldehyde is used for polymer crosslinking.
  • glutaraldehyde is used for polymer crosslinking.
  • Patent Document 3 describes a combination therapy in which HGF and vascular endothelial cells are administered to brain tissue.
  • improvement in motor function after cerebral infarction has not been evaluated, and a sufficient therapeutic effect on brain injury has been described. It is unclear whether it will be demonstrated.
  • the angiogenesis-inducing agent described in Patent Document 4 requires the use of fibrin, and improvement in motor function after cerebral infarction has not been evaluated, and a sufficient therapeutic effect is exerted on brain damage. Whether or not it is unknown.
  • the composition described in Patent Document 5 is obtained by culturing cells obtained by introducing Notch gene and / or Notch signaling-related gene into bone marrow stromal cells or medullary stromal cells under special conditions. The obtained cells are cells having specific properties.
  • the present invention relates to a cell structure for treatment of brain injury, which does not contain glutaraldehyde, suppresses necrosis of transplanted cells (ie, has excellent cell survival rate), and can exhibit a sufficient therapeutic effect on brain damage, It was an object to provide a production method and a therapeutic agent for brain injury.
  • the present inventors have used a biocompatible polymer block and at least one kind of cell, and a plurality of bioaffinity in a gap between a plurality of cells.
  • the tap density is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or the square root of the cross-sectional area in the two-dimensional cross-sectional image ⁇ perimeter
  • a biocompatible polymer block having a value of 0.01 or more and 0.13 or less it is possible to provide a cell structure in which necrosis of transplanted cells is suppressed (that is, excellent in cell viability). I found it.
  • the present inventors have found that the motor function of a rat can be improved by administering the above cell structure to a rat with cerebral infarction. The present invention has been completed based on these findings.
  • a cell structure for treating brain damage comprising a biocompatible polymer block and at least one type of cell, wherein a plurality of the biocompatible polymer blocks are disposed in the gaps between the plurality of cells.
  • the tap density of the biocompatible polymer block is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or the square root of the cross-sectional area in the two-dimensional cross-sectional image of the biocompatible polymer block ⁇ surrounding
  • a cell structure for treating brain damage wherein the length value is 0.01 or more and 0.13 or less.
  • the biocompatible polymer block is composed of a recombinant peptide.
  • the recombinant peptide is A peptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1; A peptide having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and having biocompatibility; or 80% or more of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 A peptide having an amino acid sequence having the following sequence identity and having biocompatibility;
  • the biocompatible polymer block is The biocompatible polymer solution is frozen by a freezing process in which the internal maximum liquid temperature, which is the liquid temperature of the highest liquid temperature in the solution, is 3 ° C lower than the solvent melting point in an unfrozen state.
  • the biocompatible polymer block is The biocompatible polymer solution is frozen by a freezing process in which the internal maximum liquid temperature, which is the liquid temperature of the highest liquid temperature in the solution, is 3 ° C lower than the solvent melting point in an unfrozen state.
  • (16) A cell structure for treating brain damage, which is obtained by fusing a plurality of cell structures for treating brain damage according to any one of (1) to (15).
  • (17) A high biocompatibility in which the tap density is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or the square root of the cross-sectional area in the two-dimensional cross-sectional image ⁇ perimeter length value is 0.01 or more and 0.13 or less
  • a therapeutic agent for brain injury comprising the cell structure for treating brain injury according to any one of (1) to (16).
  • a method for treating brain injury comprising a step of administering the cell structure for treating brain damage according to any one of (1) to (16) to a patient having brain injury.
  • 20 Use of the cell structure for treating brain injury according to any one of (1) to (16) for the manufacture of a therapeutic agent for brain injury.
  • the cell structure for brain injury treatment and the agent for treating brain injury according to the present invention can be manufactured without using glutaraldehyde, and thus is safe for the human body.
  • the cell structure for brain injury treatment and the agent for treating brain injury according to the present invention suppresses necrosis of transplanted cells (that is, has excellent cell survival rate), and can effectively treat brain damage such as cerebral infarction. .
  • FIG. 1 shows the block difference in the invitro ATP assay.
  • FIG. 2 shows the difference in the survival state of cells in the hMSC mosaic cell mass using the block used in the present invention or the comparison block (after 2 weeks).
  • FIG. 3 shows the survival state of transplanted cells between the block groups used in the present invention. The difference in survival and block size in hMSC mosaic cell mass is shown.
  • FIG. 4 shows angiogenesis in hMSC mosaic cell mass 2 weeks after transplantation.
  • FIG. 5 shows angiogenesis in hMSC + hECFC mosaic cell clusters 2 weeks after transplantation.
  • FIG. 6 shows the space occupancy of each pore size in the porous body.
  • FIG. 7 shows an HE cross-sectional image, pore shape, and internal maximum liquid temperature of the CBE3 porous body.
  • FIG. 8 shows the time variation of the internal maximum liquid temperature at a shelf temperature of ⁇ 40 ° C. (glass plate 2.2 mm).
  • FIG. 9 shows a liquid temperature profile during the production of the CBE3 porous body.
  • FIG. 10 shows improvement in motor function by administration of GFP-expressing rat MSC mosaic cell cluster to cerebral infarction rats.
  • FIG. 11 shows improvement in motor function by administration of rat bone marrow cell mosaic cell mass to cerebral infarction rats and administration of hMSC mosaic cell mass to cerebral infarction-induced nude rats.
  • FIG. 12 shows the results of examining the time required for formation of the mosaic cell mass.
  • the present invention relates to a brain injury treatment cell comprising a biocompatible polymer block and at least one kind of cell, wherein a plurality of the biocompatible polymer blocks are arranged in a gap between the plurality of cells.
  • the present invention relates to a cell structure for treating brain injury, the perimeter of which is 0.01 or more and 0.13 or less, a method for producing the same, and a therapeutic agent for brain injury comprising the cell structure for treating brain damage.
  • the cell structure in the present invention may be referred to as a mosaic cell mass (a mosaic cell mass) in the present specification.
  • Bioaffinity polymer block (1-1) Bioaffinity polymer Bioaffinity refers to significant adverse reactions such as long-term and chronic inflammatory reactions when in contact with the living body. Does not provoke.
  • the biocompatible polymer used in the present invention is not particularly limited as to whether or not it is degraded in vivo as long as it has affinity for the living body, but is preferably a biodegradable polymer.
  • Specific examples of non-biodegradable materials include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyurethane, polypropylene, polyester, vinyl chloride, polycarbonate, acrylic, stainless steel, titanium, silicone, and MPC (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine). It is done.
  • biodegradable materials include polypeptides such as recombinant peptides (for example, gelatin described below), polylactic acid, polyglycolic acid, lactic acid / glycolic acid copolymer (PLGA), hyaluronic acid, glycosamino Examples include glycans, proteoglycans, chondroitin, cellulose, agarose, carboxymethylcellulose, chitin, and chitosan. Among the above, a recombinant peptide is particularly preferable. These biocompatible polymers may be devised to enhance cell adhesion.
  • recombinant peptides for example, gelatin described below
  • polylactic acid polyglycolic acid
  • PLGA lactic acid / glycolic acid copolymer
  • hyaluronic acid glycosamino Examples include glycans, proteoglycans, chondroitin, cellulose, agarose, carboxymethylcellulose, chitin, and chitosan
  • Cell adhesion substrate fibronectin, vitronectin, laminin
  • cell adhesion sequence expressed by one letter code of amino acid, RGD sequence, LDV sequence, REDV sequence, YIGSR sequence, PDSGR sequence, RYVVLPR sequence, LGTIPPG sequence, RNIAEIIKDI sequence, IKVAV sequence, LRE sequence, DGEA sequence, and HAV sequence
  • Coating with peptide “Amination of substrate surface, cationization”, or “Plasma treatment of substrate surface, hydrophilic treatment by corona discharge”, etc. You can use the method.
  • the type of polypeptide containing the recombinant peptide is not particularly limited as long as it has biocompatibility. And most preferred are gelatin, collagen and atelocollagen.
  • the gelatin for use in the present invention is preferably natural gelatin or recombinant gelatin, and more preferably recombinant gelatin.
  • natural gelatin means gelatin made from naturally derived collagen. Recombinant gelatin will be described later in this specification.
  • the hydrophilicity value “1 / IOB” value of the biocompatible polymer used in the present invention is preferably from 0 to 1.0. More preferably, it is 0 to 0.6, and still more preferably 0 to 0.4.
  • IOB is an index of hydrophilicity / hydrophobicity based on an organic conceptual diagram representing the polarity / nonpolarity of an organic compound proposed by Satoshi Fujita, and details thereof are described in, for example, “Pharmaceutical Bulletin”, vol.2, 2, pp .163-173 (1954), “Area of Chemistry” vol.11, 10, pp.719-725 (1957), “Fragrance Journal”, vol.50, pp.79-82 (1981), etc. Yes.
  • methane (CH 4 ) is the source of all organic compounds, and all the other compounds are all methane derivatives, with certain numbers set for their carbon number, substituents, transformations, rings, etc. Then, the score is added to obtain an organic value (OV) and an inorganic value (IV), and these values are plotted on a diagram with the organic value on the X axis and the inorganic value on the Y axis. It is going.
  • the IOB in the organic conceptual diagram refers to the ratio of the inorganic value (IV) to the organic value (OV) in the organic conceptual diagram, that is, “inorganic value (IV) / organic value (OV)”.
  • hydrophilicity / hydrophobicity is represented by a “1 / IOB” value obtained by taking the reciprocal of IOB. The smaller the “1 / IOB” value (closer to 0), the more hydrophilic it is.
  • the hydrophilicity is high and the water absorption is high. It is presumed that this contributes to the stabilization and survival of cells in the cell structure (mosaic cell mass).
  • the biocompatible polymer used in the present invention is a polypeptide
  • the hydrophilicity / hydrophobicity index represented by Grand ⁇ average of hydropathicity (GRAVY) value 0.3 or less, preferably minus 9.0 or more, More preferably, it is 0.0 or less and minus 7.0 or more.
  • Grand average of hydropathicity (GRAVY) values are: Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A., Duvaud S., Wilkins MR, Appel RD, Bairoch A.; Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server John M. Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press (2005). Pp.
  • the GRAVY value of the biocompatible polymer used in the present invention in the above range, the hydrophilicity is high and the water absorption is high. It is presumed to contribute to the stabilization and survival of cells in the body (mosaic cell mass).
  • the biocompatible polymer used in the present invention may be cross-linked or non-cross-linked, but is preferably cross-linked.
  • a cross-linked biocompatible polymer By using a cross-linked biocompatible polymer, it is possible to obtain an effect of preventing instantaneous degradation when cultured in a medium or transplanted to a living body.
  • Common crosslinking methods include thermal crosslinking, crosslinking with aldehydes (eg, formaldehyde, glutaraldehyde, etc.), crosslinking with condensing agents (carbodiimide, cyanamide, etc.), enzyme crosslinking, photocrosslinking, UV crosslinking, hydrophobic interaction, Hydrogen bonds, ionic interactions, etc. are known.
  • the biocompatible polymer block in the present invention is preferably a biocompatible polymer block that does not contain glutaraldehyde, and more preferably a biocompatible polymer block that does not contain an aldehyde or a condensing agent.
  • the crosslinking method used in the present invention is more preferably thermal crosslinking, ultraviolet crosslinking, or enzyme crosslinking, and particularly preferably thermal crosslinking.
  • the enzyme When performing cross-linking with an enzyme, the enzyme is not particularly limited as long as it has a cross-linking action between polymer materials.
  • trans-glutaminase and laccase most preferably trans-glutaminase can be used for cross-linking.
  • a specific example of a protein that is enzymatically cross-linked with transglutaminase is not particularly limited as long as it has a lysine residue and a glutamine residue.
  • the transglutaminase may be derived from a mammal or may be derived from a microorganism. Specifically, transglutaminase derived from a mammal that has been marketed as an Ajinomoto Co., Ltd.
  • Human-derived blood coagulation factors Factor XIIIa, Haematologic Technologies, Inc.
  • Factor XIIIa Haematologic Technologies, Inc.
  • guinea pig liver-derived transglutaminase goat-derived transglutaminase
  • rabbit-derived transglutaminase from Oriental Yeast Co., Ltd., Upstate USA Inc., Biodesign Bio International, etc. Etc.
  • the reaction temperature at the time of performing crosslinking is not particularly limited as long as crosslinking is possible, but is preferably ⁇ 100 ° C. to 500 ° C., more preferably 0 ° C. to 300 ° C., and still more preferably. It is 50 ° C to 300 ° C, more preferably 100 ° C to 250 ° C, and further preferably 120 ° C to 200 ° C.
  • the recombinant gelatin referred to in the present invention means a polypeptide or protein-like substance having an amino acid sequence similar to gelatin produced by a gene recombination technique.
  • the recombinant gelatin that can be used in the present invention preferably has a repeating sequence represented by Gly-XY, which is characteristic of collagen (X and Y each independently represents an amino acid).
  • Gly-XY may be the same or different.
  • two or more cell adhesion signals are contained in one molecule.
  • recombinant gelatin used in the present invention recombinant gelatin having an amino acid sequence derived from a partial amino acid sequence of collagen can be used.
  • EP1014176, US Pat. No. 6,992,172, International Publication WO2004 / 85473, International Publication WO2008 / 103041, and the like can be used, but are not limited thereto.
  • a preferable example of the recombinant gelatin used in the present invention is the recombinant gelatin of the following embodiment.
  • Recombinant gelatin has excellent biocompatibility due to the inherent performance of natural gelatin, and is not naturally derived, so there is no concern about bovine spongiform encephalopathy (BSE) and excellent non-infectivity. Recombinant gelatin is more uniform than natural ceratin and its sequence is determined, so that strength and degradability can be precisely designed with less blur due to cross-linking and the like.
  • BSE bovine spongiform encephalopathy
  • the molecular weight of the recombinant gelatin is not particularly limited, but is preferably 2 kDa or more and 100 kDa or less, more preferably 2.5 kDa or more and 95 kDa or less, further preferably 5 kDa or more and 90 kDa or less, and most preferably 10 kDa or more and 90 kDa or less. is there.
  • Recombinant gelatin preferably has a repeating sequence represented by Gly-XY characteristic of collagen.
  • the plurality of Gly-XY may be the same or different.
  • Gly-XY Gly represents glycine
  • X and Y represent any amino acid (preferably any amino acid other than glycine).
  • the sequence represented by Gly-XY, which is characteristic of collagen, is a very specific partial structure in the amino acid composition and sequence of gelatin / collagen compared to other proteins. In this part, glycine accounts for about one third of the whole, and in the amino acid sequence, it is one in three repeats.
  • Glycine is the simplest amino acid, has few constraints on the arrangement of molecular chains, and greatly contributes to the regeneration of the helix structure upon gelation.
  • the amino acids represented by X and Y are rich in imino acids (proline, oxyproline), and preferably account for 10% to 45% of the total.
  • 80% or more, more preferably 95% or more, and most preferably 99% or more of the amino acid sequence of the recombinant gelatin is a Gly-XY repeating structure.
  • polar amino acids are charged and uncharged at 1: 1.
  • the polar amino acid specifically refers to cysteine, aspartic acid, glutamic acid, histidine, lysine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine and arginine, and among these polar uncharged amino acids are cysteine, asparagine, glutamine, serine. Refers to threonine and tyrosine.
  • the proportion of polar amino acids is 10 to 40%, preferably 20 to 30%, of all the constituent amino acids.
  • the proportion of uncharged amino acids in the polar amino acid is preferably 5% or more and less than 20%, preferably less than 10%. Furthermore, it is preferable that any one amino acid, preferably two or more amino acids among serine, threonine, asparagine, tyrosine and cysteine are not included in the sequence.
  • the minimum amino acid sequence that acts as a cell adhesion signal in a polypeptide is known (for example, “Pathophysiology”, Vol. 9, No. 7 (1990), page 527, published by Nagai Publishing Co., Ltd.).
  • the recombinant gelatin used in the present invention preferably has two or more of these cell adhesion signals in one molecule.
  • Specific sequences include RGD sequences, LDV sequences, REDV sequences, YIGSR sequences, PDSGR sequences, RYVVLPR sequences, LGITIPG sequences, RNIAEIIKDI sequences, which are expressed in one-letter amino acid notation in that many types of cells adhere.
  • IKVAV sequences IKVAV sequences, LRE sequences, DGEA sequences, and HAV sequences are preferred. More preferred are RGD sequence, YIGSR sequence, PDSGR sequence, LGTIPG sequence, IKVAV sequence and HAV sequence, and particularly preferred is RGD sequence. Of the RGD sequences, an ERGD sequence is preferred.
  • the amount of cell substrate produced can be improved. For example, in the case of cartilage differentiation using mesenchymal stem cells as cells, production of glycosaminoglycan (GAG) can be improved.
  • GAG glycosaminoglycan
  • the number of amino acids between RGDs is not uniform between 0 and 100, preferably between 25 and 60.
  • the content of the minimum amino acid sequence is preferably 3 to 50, more preferably 4 to 30, and particularly preferably 5 to 20 per protein molecule from the viewpoint of cell adhesion / proliferation. Most preferably, it is 12.
  • the ratio of the RGD motif to the total number of amino acids is preferably at least 0.4%.
  • each stretch of 350 amino acids contains at least one RGD motif.
  • the ratio of RGD motif to the total number of amino acids is more preferably at least 0.6%, more preferably at least 0.8%, more preferably at least 1.0%, more preferably at least 1.2%. And most preferably at least 1.5%.
  • the number of RGD motifs in the recombinant peptide is preferably at least 4, more preferably 6, more preferably 8, more preferably 12 or more and 16 or less per 250 amino acids.
  • a ratio of 0.4% of the RGD motif corresponds to at least one RGD sequence per 250 amino acids. Since the number of RGD motifs is an integer, a gelatin of 251 amino acids must contain at least two RGD sequences to meet the 0.4% feature.
  • the recombinant gelatin used in the present invention comprises at least 2 RGD sequences per 250 amino acids, more preferably comprises at least 3 RGD sequences per 250 amino acids, more preferably at least 4 per 250 amino acids. Contains one RGD sequence. As a further aspect of the recombinant gelatin used in the present invention, it contains at least 4 RGD motifs, preferably 6, more preferably 8, more preferably 12 or more and 16 or less.
  • Recombinant gelatin may be partially hydrolyzed.
  • the recombinant gelatin used in the present invention is represented by the formula: A-[(Gly-XY) n ] m -B.
  • n Xs independently represents any of amino acids
  • n Ys independently represents any of amino acids.
  • m is preferably 2 to 10, and preferably 3 to 5.
  • n is preferably 3 to 100, more preferably 15 to 70, and most preferably 50 to 65.
  • A represents any amino acid or amino acid sequence
  • B represents any amino acid or amino acid sequence
  • n Xs each independently represent any amino acid
  • n Ys each independently represent any amino acid. Show.
  • the recombinant gelatin used in the present invention has the formula: Gly-Ala-Pro-[(Gly-XY) 63 ] 3 -Gly (wherein 63 X independently represent any of the amino acids). 63 Y's each independently represent any of the amino acids, wherein 63 Gly-XY may be the same or different.
  • the naturally occurring collagen referred to here may be any naturally occurring collagen, but is preferably type I, type II, type III, type IV, or type V collagen. More preferred is type I, type II, or type III collagen.
  • the collagen origin is preferably human, bovine, porcine, mouse or rat, more preferably human.
  • the isoelectric point of the recombinant gelatin used in the present invention is preferably 5 to 10, more preferably 6 to 10, and further preferably 7 to 9.5.
  • the recombinant gelatin is not deaminated.
  • the recombinant gelatin has no telopeptide.
  • the recombinant gelatin is a substantially pure polypeptide prepared with a nucleic acid encoding an amino acid sequence.
  • a peptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1; (2) A peptide having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and having biocompatibility; or (3) described in SEQ ID NO: 1 A peptide consisting of an amino acid sequence having a sequence identity of 80% or more (more preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more, most preferably 98% or more) with the amino acid sequence and having biocompatibility;
  • amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and further preferably 1 to 5. Means, particularly preferably 1 to 3.
  • Recombinant gelatin used in the present invention can be produced by genetic recombination techniques known to those skilled in the art. For example, EP 1014176A2, US Pat. It can be produced according to the method described. Specifically, a gene encoding the amino acid sequence of a predetermined recombinant gelatin is obtained, and this is incorporated into an expression vector to produce a recombinant expression vector, which is introduced into an appropriate host to produce a transformant. . Recombinant gelatin is produced by culturing the obtained transformant in an appropriate medium. Therefore, the recombinant gelatin used in the present invention can be prepared by recovering the recombinant gelatin produced from the culture. .
  • Bioaffinity polymer block In the present invention, a block (lumb) made of the above-described bioaffinity polymer is used.
  • the shape of the biocompatible polymer block in the present invention is not particularly limited. For example, amorphous, spherical, particulate, powdery, porous, fibrous, spindle-shaped, flat and sheet-like, preferably amorphous, spherical, particulate, powdery and porous More preferably, it is indefinite.
  • An indeterminate shape indicates that the surface shape is not uniform, for example, an object having irregularities such as rocks.
  • the tap density of the biocompatible polymer block in the present invention is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, preferably 20 mg / cm 3 or more and 400 mg / cm 3 or less, more preferably 40 mg / cm 3 or more and 220 mg. / Cm 3 or less, more preferably 50 mg / cm 3 or more and 150 mg / cm 3 or less.
  • the tap density is a value that indicates how many blocks can be densely packed in a certain volume. It can be seen that the smaller the value, the more densely packed, that is, the more complicated the block structure.
  • the tap density of the biocompatible polymer block represents the complexity of the surface structure of the biocompatible polymer block and the amount of voids formed when the biocompatible polymer block is collected as an aggregate. It is conceivable that. The smaller the tap density, the more voids between the polymer blocks and the larger the cell engraftment area.
  • the tap density as used in this specification can be measured as follows.
  • a container hereinafter referred to as a cap
  • a funnel is attached to the cap and the block is poured from the funnel so that the block accumulates in the cap.
  • tap the cap part 200 times on a hard place such as a desk, remove the funnel and clean with a spatula.
  • the mass is measured with the cap fully filled.
  • “Square root of cross-sectional area ⁇ perimeter” of the biocompatible polymer block in the present invention is 0.01 or more and 0.13 or less, preferably 0.02 or more and 0.12 or less, more preferably 0.03. It is not less than 0.115, more preferably not less than 0.05 and not more than 0.09.
  • the “square root of cross-sectional area ⁇ perimeter” of the biocompatible polymer block means the complexity of the surface structure of the biocompatible polymer block as well as the tap density, and when the polymer blocks are collected as an aggregate. It is thought that it represents the amount of voids formed.
  • there can be a moderately biocompatible polymer block between cells and in the case of a cell structure for cell transplantation, nutrients can be delivered to the inside of the structure, It is considered that it is preferable to be within the above range.
  • the “square root of the area ⁇ perimeter” in the two-dimensional cross-sectional image of the biocompatible polymer block can be obtained by preparing a cross-sectional specimen of the biocompatible polymer block and confirming the cross-sectional structure.
  • the cross-sectional structure of the biocompatible polymer block is prepared as a sliced specimen (for example, a HE-stained specimen).
  • the biocompatible polymer block may be used, or the cross-sectional structure may be observed as a cell structure including the biocompatible polymer block and cells.
  • its cross-sectional area and perimeter are obtained, and then “square root of cross-sectional area ⁇ perimeter” is calculated. It can be measured over a plurality of 10 or more locations, and the average value of them can be obtained as “square root of sectional area ⁇ perimeter”.
  • the size of one biocompatible polymer block in the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less, further preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, Preferably they are 20 micrometers or more and 200 micrometers or less, More preferably, they are 20 micrometers or more and 150 micrometers or less, Especially preferably, they are 25 micrometers or more and 106 micrometers or less, and it is also preferable that they are 50 micrometers or more and 120 micrometers or less.
  • the size of one biocompatible polymer block does not mean that the average value of the sizes of a plurality of biocompatible polymer blocks is in the above range. It means the size of each biocompatible polymer block obtained by sieving the block.
  • the size of one block can be defined by the size of the sieve used to separate the blocks.
  • a block remaining on the sieve when the passed block is passed through a 106 ⁇ m sieve after passing through a 180 ⁇ m sieve can be a block having a size of 106 to 180 ⁇ m.
  • the block remaining on the sieve when the block passed through the sieve of 106 ⁇ m and the passed block is passed through the sieve of 53 ⁇ m can be a block having a size of 53 to 106 ⁇ m.
  • a block remaining on the sieve when the passed block is passed through a sieve of 53 ⁇ m and passed through a sieve of 25 ⁇ m can be made a block having a size of 25 to 53 ⁇ m.
  • Method for producing biocompatible polymer block is particularly limited as long as a biocompatible polymer block satisfying the conditions described in (1-4) above is obtained.
  • a porous body of a biocompatible polymer can be pulverized using a pulverizer (such as a new power mill) to form a granule, whereby the conditions described in the above (1-4) A biocompatible polymer block that satisfies the requirements can be obtained.
  • the “porous body” in the present invention is preferably a material having a plurality of “pores of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less” inside the main body when prepared as a 1 mm square material, and voids in the main body.
  • a material having an occupied volume of 50% or more can be used.
  • the internal vacancies may be in communication with each other, or some or all of the vacancies may be open on the material surface.
  • the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution is 3 ° C. lower than the solvent melting point in an unfrozen state (“solvent By including a freezing step that has a melting point of ⁇ 3 ° C. ”) or less, the formed ice becomes spherical. Through this step, the ice is dried to obtain a porous body having spherical isotropic pores (spherical holes). Does not include the freezing step in which the liquid temperature at the highest temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) is 3 ° C lower than the solvent melting point (“solvent melting point-3 ° C") or more in the unfrozen state. By freezing, the formed ice becomes a pillar / flat plate. When the ice is dried through this step, a porous body having columnar or plate-like pores (column / plate hole) that is long on one or two axes is obtained.
  • the shape of the pores of the porous body is preferably a spherical hole rather than a column / plate hole, and the proportion of the spherical holes in the pores is 50% or more. More preferably.
  • the internal maximum liquid temperature which is the liquid temperature of the highest liquid temperature in the solution, is 3 ° C. lower than the solvent melting point in an unfrozen state (“solvent melting point ⁇ 3 ° C.”).
  • a porous body of a biocompatible polymer can be produced by a method comprising This is because, according to the above process, the ratio of the sphere holes in the holes can be 50% or more.
  • pulverizes the porous body obtained at the said process b can be included.
  • the internal maximum liquid temperature which is the liquid temperature of the highest liquid temperature in the solution, is 7 ° C. lower than the solvent melting in an unfrozen state (“solvent melting point ⁇ 7 ° C.”). It can be frozen by the following freezing process. This is because, according to this step, the proportion of the spherical holes in the holes can be 80% or more.
  • the average pore size of the pores of the porous body can be obtained from observation of the cross-sectional structure of the porous body.
  • the cross-sectional structure of the porous body is prepared as a sliced specimen (for example, a HE (hematoxylin / eosin) -stained specimen).
  • the clear protrusions of the walls formed of the polymer are connected to the closest protrusions to clarify the holes.
  • the area of each divided hole thus obtained is measured, and then the circle diameter when the area is converted into a circle is calculated.
  • the obtained circular diameter can be used as the pore size, and an average value of 20 or more can be used as the average pore size.
  • the space occupation ratio of a certain pore size means the ratio of the volume of pores having a certain pore size in the porous body. Specifically, it can be obtained as a ratio by dividing the area occupied by holes of a certain hole size by the total area from the two-dimensional cross-sectional image. Moreover, as a cross-sectional image to be used, a cross-sectional image with an actual size of 1.5 mm can be used.
  • the space occupation ratio occupied by the pore size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m of the porous body is preferably 83% or more and 100% or less, more preferably 85% or more and 100% or less, still more preferably 90% or more and 100% or less, and particularly preferably. Is 95% or more and 100% or less.
  • the space occupation ratio occupied by the pore size of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m of the porous body is preferably 60% or more and 100% or less, more preferably 70% or more and 100% or less, still more preferably 80% or more and 100% or less, and particularly preferably Is 90% or more and 100% or less.
  • the space occupancy occupied by the pore size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m of the porous body and the space occupancy occupied by the pore size of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m of the porous body are such that the pore size distribution in the porous body falls within a predetermined range.
  • the structure of the polymer block after pulverization becomes complicated, and as a result, the tap density and “square root of the cross-sectional area ⁇ perimeter” are reduced.
  • the major axis and the minor axis are obtained for each hole, and “major axis ⁇ minor axis” is calculated therefrom.
  • “major axis ⁇ short axis” is 1 or more and 2 or less, it can be a spherical hole, and when it is 3 or more, it can be a column / plate hole.
  • the bulk density ( ⁇ ) is calculated from the dry mass and the volume, and the true density ( ⁇ c) can be determined by the Hubbard-type specific gravity bottle method.
  • the porosity of the polymer porous body in the present invention is preferably 81% or more and 99.99% or less, more preferably 95.01% or more and 99.9% or less.
  • any cell can be used as long as it can treat brain damage, and the type thereof is not particularly limited. Further, one type of cell may be used, or a plurality of types of cells may be used in combination.
  • the cells to be used are preferably animal cells, more preferably vertebrate cells, and particularly preferably human cells. Vertebrate-derived cells (particularly human-derived cells) may be any of universal cells, somatic stem cells, progenitor cells, or mature cells. For example, embryonic stem (ES) cells, reproductive stem (GS) cells, or induced pluripotent stem (iPS) cells can be used as the universal cells.
  • ES embryonic stem
  • GS reproductive stem
  • iPS induced pluripotent stem
  • somatic stem cells for example, mesenchymal stem cells (MSC), hematopoietic stem cells, amniotic cells, umbilical cord blood cells, bone marrow cells (bone marrow-derived cells), myocardial stem cells, adipose-derived stem cells, or neural stem cells can be used.
  • MSC mesenchymal stem cells
  • hematopoietic stem cells amniotic cells
  • umbilical cord blood cells bone marrow cells (bone marrow-derived cells)
  • myocardial stem cells adipose-derived stem cells
  • neural stem cells for example, mesenchymal stem cells (MSC), hematopoietic stem cells, amniotic cells, umbilical cord blood cells, bone marrow cells (bone marrow-derived cells), myocardial stem cells, adipose-derived stem cells, or neural stem cells
  • progenitor cells and mature cells for example, cells derived from nerves, brain, or bone marrow can
  • vascular cells can also be used.
  • the vascular cell means a cell related to angiogenesis, and is a cell constituting blood vessels and blood, and a progenitor cell and a somatic stem cell that can differentiate into the cell.
  • the vascular cells include cells that do not naturally differentiate into cells that constitute blood vessels and blood such as ES cells, GS cells, or iPS cells, and mesenchymal stem cells (MSC). Not included.
  • the vascular system cell is preferably a cell constituting a blood vessel.
  • specific examples of cells constituting blood vessels include vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells.
  • Vascular endothelial cells may be either venous endothelial cells or arterial endothelial cells.
  • Vascular endothelial progenitor cells can be used as progenitor cells for vascular endothelial cells.
  • Vascular endothelial cells and vascular endothelial progenitor cells are preferred.
  • As cells constituting blood blood cells can be used, white blood cells such as lymphocytes and neutrophils, monocytes, and hematopoietic stem cells which are stem cells thereof can be used.
  • the non-vascular cell means a cell other than the above-mentioned vascular cell.
  • ES cells iPS cells, mesenchymal stem cells (MSC), or nerve cells can be used.
  • MSC mesenchymal stem cells
  • nerve cells preferably, MSC or iPS cells can be used. More preferably, it is MSC.
  • a cell expressing a nervous system gene can be used, and preferably, an MSC expressing a nervous system gene can be used.
  • Neural genes include Sox2, Nestin (Nestin), NeuroD1 (Neurogenic differentiation 1), GAD1 (GABA synthesis), GRIA1 (glutamate receptor 1), GRIA2 (glutamate receptor 2), CHRM1 (acetylcholine receptor 1) , GABRA1 (GABAA receptor ⁇ 1), GABBR1 (GABAB receptor 1), CHAT (acetylcholine synthesis), DDC (serotonin / DOPA synthesis), HTR1A (serotonin receptor 1A), HTR1B (serotonin receptor 1B), HTR2A (serotonin) Receptor 2A), 5-HTT (serotonin transporter), Ascl1 (neural stem cell neuron differentiation marker), Hes1 (neural stem cell astrocyte differentiation marker), and Olig2 (neural stem).
  • the cells used in the present invention there is no particular limitation.
  • the cells used in the present invention one or more of the above-mentioned genes of the nervous system, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, further preferably 5 or more, more preferably 7 or more, particularly preferably Can be used cells expressing 10 or more types, most preferably 13 or more types (preferably MSCs).
  • one or more genes selected from Sox2, Nestin, NeurD1, GAD1, GRIA1, GRIA2, GABRA1, GABBR1, DDC, HTR1B, HTR2A, 5-HTT, Hes1, preferably two or more, more preferably Cells expressing 3 or more, more preferably 5 or more, more preferably 7 or more, particularly preferably 10 or more, and most preferably all 13 types (preferably MSC) can be used.
  • MSC preferably MSC that does not express the above gene or an MSC that expresses a nervous system gene other than the above gene can also be used.
  • a method for measuring the expression state (presence / absence and level of expression) of a specific gene in a cell is known to those skilled in the art, and is commonly used such as RT-PCR (reverse transcription polymerase chain reaction) and Northern blotting. It can be measured by the method.
  • a plurality of biocompatible polymer blocks are mosaic-shaped in a space between a plurality of cells using biocompatible polymer blocks and cells. It is possible to have a thickness suitable for cell transplantation by arranging in a dimension. Further, the biocompatible polymer block and the cells are arranged in a three-dimensional mosaic manner to form a cell structure in which the cells are uniformly present in the structure, and from outside to inside the cell structure. Nutritional delivery is possible.
  • necrosis of the transplanted cells is suppressed and transplantation becomes possible.
  • “suppression of necrosis” means that the degree of necrosis is low as compared with the case of transplanting only cells without using a cell structure.
  • a plurality of biocompatible polymer blocks are arranged in a gap between a plurality of cells.
  • the “gap between cells” It is not necessary that the space is closed by the cells to be closed, as long as it is sandwiched between the cells. Note that there is no need for a gap between all cells, and there may be a place where the cells are in contact with each other.
  • the gap distance between the cells via the biocompatible polymer block that is, the gap distance when selecting a cell and a cell that is present at the shortest distance from the cell is not particularly limited.
  • the size is preferably the size of the polymer block, and the preferred distance is also within the preferred size range of the biocompatible polymer block.
  • the biocompatible polymer block is sandwiched between cells, but there is no need for cells between all the biocompatible polymer blocks, and the biocompatible polymer blocks are in contact with each other. There may be.
  • the distance between the biocompatible polymer blocks via the cells that is, the distance when the biocompatible polymer block and the biocompatible polymer block existing at the shortest distance from the biocompatible polymer block are selected are particularly Although not limited, it is preferably the size of a cell mass when one to several cells used are collected, for example, 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. More preferably, it is 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the expression “is uniformly present” such as “a cell structure in which cells are uniformly present in the structure” is used, but does not mean complete uniformity, It means that nutrition can be delivered from the outside to the inside of the cell structure, and the necrosis of the transplanted cells is prevented.
  • the thickness or diameter of the cell structure for treating brain damage can be set to a desired thickness, but the lower limit is preferably 215 ⁇ m or more, more preferably 400 ⁇ m or more, and most preferably 730 ⁇ m or more. .
  • the upper limit of the thickness or diameter is not particularly limited, but the general range for use is preferably 3 cm or less, more preferably 2 cm or less, and even more preferably 1 cm or less.
  • the range of the thickness or diameter of the cell structure for treating brain damage is preferably 400 ⁇ m or more and 3 cm or less, more preferably 500 ⁇ m or more and 2 cm or less, and further preferably 720 ⁇ m or more and 1 cm or less.
  • a region composed of a biocompatible polymer block and a region composed of cells are arranged in a mosaic pattern.
  • the “thickness or diameter of the cell structure for treatment of brain injury” in this specification means the following.
  • the ratio of cells to the biocompatible polymer block is not particularly limited, but the ratio of the biocompatible polymer block per cell is preferably 0.0000001 ⁇ g or more and 1 ⁇ g. Or less, more preferably 0.000001 ⁇ g to 0.1 ⁇ g, more preferably 0.00001 ⁇ g to 0.01 ⁇ g, and most preferably 0.00002 ⁇ g to 0.006 ⁇ g.
  • the ratio of the cells to the biocompatible polymer block within the above range, the cells can be present more uniformly.
  • the components in the biocompatible polymer block that are optionally present are cells.
  • the component in the biocompatible polymer block is not particularly limited, and examples thereof include components contained in the medium described later.
  • the cell structure for treatment of brain injury of the present invention may contain an angiogenic factor.
  • the angiogenic factor include basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), hepatocyte growth factor (HGF) and the like.
  • bFGF basic fibroblast growth factor
  • VEGF vascular endothelial growth factor
  • HGF hepatocyte growth factor
  • the manufacturing method of the cell structure containing an angiogenic factor is not particularly limited, for example, it can be manufactured by using a biocompatible polymer block impregnated with an angiogenic factor. From the viewpoint of promoting angiogenesis, the cell structure for treatment of brain injury of the present invention preferably contains an angiogenic factor.
  • the cell structure for treatment of brain injury of the present invention may contain non-vascular cells. Further, the cells constituting the cell structure may be only non-vascular cells. A cell structure containing only non-vascular cells as cells can form blood vessels at the site of transplantation after transplantation. In addition, when there are two or more types of cells constituting the cell structure and both non-vascular cells and vascular cells are included, more blood vessels than in the case where only non-vascular cells are formed. It can be formed and is preferable.
  • the cell structure for treatment of brain injury according to the present invention is preferably one in which blood vessels are formed inside the cell structure.
  • the cell structure for treatment of brain injury includes a cell structure containing two or more types of cells and including both non-vascular cells and vascular cells. Including those formed.
  • the cell structure for treatment of brain damage of the present invention can be produced by mixing a biocompatible polymer block and at least one kind of cell. More specifically, the cell structure for treatment of brain injury according to the present invention can be produced by alternately arranging biocompatible polymer blocks and cells.
  • the production method is not particularly limited, but is preferably a method of seeding cells after forming a biocompatible polymer block.
  • the cell structure for treatment of brain injury of the present invention can be produced by incubating a mixture of a biocompatible polymer block and a cell-containing culture solution.
  • cells and a biocompatible polymer block prepared in advance are arranged in a mosaic in a container and in a liquid held in the container.
  • it is preferable to promote or control the formation of a mosaic array composed of cells and a biocompatible substrate by using natural aggregation, natural dropping, centrifugation, and stirring.
  • a living body having a tap density of 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or a square root of a cross-sectional area divided by a peripheral length of 0.01 to 0.13 in a two-dimensional cross-sectional image.
  • a method for producing a cell structure for treating brain injury according to the present invention comprising a step of mixing an affinity polymer block and cells and culturing for 10 hours or more. That is, the cell structure for treatment of brain injury of the present invention is preferably obtained by mixing a biocompatible polymer block and cells and culturing for 10 hours or more, and by culturing for 12 hours or more.
  • the container used is preferably a container made of a low cell adhesion material or a cell non-adhesive material, and more preferably a container made of polystyrene, polypropylene, polyethylene, glass, polycarbonate, or polyethylene terephthalate.
  • the shape of the bottom surface of the container is preferably a flat bottom type, a U shape, or a V shape.
  • the cell structure (mosaic cell mass) obtained by the above method is, for example, (A) fusing separately prepared cell structures (mosaic cell masses), or (b) increasing the volume under differentiation medium or growth medium, A cell structure of a desired size can be produced by such a method.
  • the fusion method and the volume increase method are not particularly limited.
  • the cell structure in the step of incubating the mixture of the biocompatible polymer block and the cell-containing culture solution, can be increased in volume by exchanging the medium with a differentiation medium or a growth medium.
  • a cell structure having a desired size is obtained by further adding the biocompatible polymer block. A cell structure in which cells are uniformly present in the body can be produced.
  • a plurality of biocompatible polymer blocks and a plurality of cells When fusing separately prepared cell structures, for example, a plurality of biocompatible polymer blocks and a plurality of cells, and a part of a plurality of gaps formed by the plurality of cells Alternatively, a plurality of cell structures in which one or a plurality of the above-mentioned biocompatible polymer blocks are arranged can be fused together.
  • a cell structure obtained by fusing a plurality of cell structures as described in (a) above can also be used as the cell structure for treating brain damage of the present invention.
  • Biocompatible polymer block (type, size, etc.)”, “cell”, “gap between cells”, “obtained cell structure (size) in the method for producing a cell structure for brain injury treatment of the present invention Etc. ”and“ ratio of cells and biocompatible polymer block ”and the like are the same as described above in the present specification.
  • the thickness or diameter of each cell structure before fusion is preferably 10 ⁇ m or more and 1 cm or less, more preferably 10 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, still more preferably 15 ⁇ m or more and 1500 ⁇ m or less, and most preferably 20 ⁇ m or more and 1300 ⁇ m or less.
  • the thickness or diameter after fusion is preferably 400 ⁇ m or more and 3 cm or less, more preferably 500 ⁇ m or more and 2 cm or less, and further preferably 720 ⁇ m or more and 1 cm or less.
  • biocompatible polymer block specifically, a plurality of first biocompatible polymer blocks
  • a method of adding and incubating the second biocompatible polymer block can be mentioned.
  • biocompatible polymer block (type, size, etc.)”, “cell”, “gap between cells”, “obtained cell structure (size, etc.)”, “cell and bioaffinity high Suitable ranges such as “ratio of molecular blocks” are the same as those described above in the present specification.
  • the cell structures to be fused are preferably placed at a distance of 0 to 50 ⁇ m, more preferably 0 to 20 ⁇ m, and still more preferably 0 to 5 ⁇ m.
  • the cells or the substrate produced by the cells by the growth and expansion of the cells will act as an adhesive and be joined. Becomes easy.
  • the range of the thickness or diameter of the cell structure obtained as described above is preferably 400 ⁇ m or more and 3 cm or less, more preferably 500 ⁇ m or more and 2 cm or less, and further preferably 720 ⁇ m or more and 1 cm or less.
  • the pace at which the second biocompatible polymer block is added depends on the growth rate of the cells used. It is preferable to select appropriately. Specifically, if the pace at which the second biocompatible polymer block is added is fast, the cells move to the outside of the cell structure, resulting in poor cell uniformity. Since a portion where the ratio is increased is formed and the uniformity of the cells is lowered, selection is made in consideration of the growth rate of the cells to be used.
  • (A) is a production method including a step of adding a vascular cell and a biocompatible polymer block after forming a cell structure by the above-described method using non-vascular cells.
  • the step of adding a vascular cell and a biocompatible polymer block refers to the above-described method of fusing the prepared cell structures (mosaic cell masses) with each other, and the volume under differentiation medium or growth medium. Both methods are included.
  • (B) is a production method including a step of adding a non-vascular cell and a biocompatible polymer block after forming a cell structure by the above-described method using vascular cells.
  • the step of adding non-vascular cells and biocompatible polymer block refers to the above-described method of fusing the prepared cell structures (mosaic cell masses) with each other under a differentiation medium or a growth medium. Both methods for increasing the volume are included.
  • (C) is a production method in which a non-vascular cell and a vascular cell are used substantially simultaneously and a cell structure is formed by the method described above.
  • the cell structure described above can be used in the treatment of brain damage. That is, the present invention provides a cell structure for use in the treatment of brain injury, and a therapeutic agent for brain injury comprising the cell structure described above.
  • Brain damage broadly means a state in which brain function has been damaged, and examples include, but are not limited to, brain trauma, hypoxic ischemic brain injury, cerebral infarction and / or stroke. is not.
  • the route of administration of the cell structure for treating brain damage and the therapeutic agent for brain injury of the present invention there are no particular limitations on the route of administration of the cell structure for treating brain damage and the therapeutic agent for brain injury of the present invention, and systemic administration (eg, parenteral administration) may be used, or local administration (eg, transplantation to a treatment site).
  • systemic administration eg, parenteral administration
  • local administration eg, transplantation to a treatment site.
  • Administration of the cell structure for treating brain injury or the agent for treating brain injury of the present invention can be performed by various methods, for example, by injection through an injection cannula, a needle or a shunt, but is not limited thereto.
  • parenteral administration such as intravenous administration, intraarterial administration, intramuscular administration, intradermal administration or subcutaneous administration is preferred.
  • the cell structure for brain injury treatment or the agent for treating brain injury of the present invention can also be locally administered to a treatment site (a disease site, for example, a lesion site of the brain).
  • a treatment site a disease site, for example, a lesion site of the brain.
  • the advantage of local administration is that cells can be more accurately targeted to the lesion site. More preferred is local administration.
  • the transplantation can be performed using stereotactic surgery.
  • the patient is anesthetized.
  • the patient's head is placed in a nuclear magnetic resonance imaging (MRI) compatible stereotaxic frame, and a micropositioner with a microinjector is placed on the skull.
  • MRI nuclear magnetic resonance imaging
  • a dental drill or other suitable instrument can be used to create a burr hole in the patient's skull.
  • the number of cells in the cell structure for brain injury treatment and the agent for treating brain injury of the present invention can be set to the number of cells calculated so as to produce a desired therapeutic effect.
  • the number of cells per administration is preferably about 1.0 ⁇ 10 4 to 5.0 ⁇ 10 7 per kg of the patient's body weight. / Kg body weight, more preferably about 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 7 pieces / kg body weight, more preferably about 1.0 ⁇ 10 6 to 6.0 ⁇ 10 6 pieces / kg kg body weight.
  • the treatment method of brain injury including the process of administering the cell structure for brain injury treatment of said invention to the patient who has brain injury.
  • the preferred range of administration method and cell structure is the same as described above.
  • the preferred range of the cell transplantation therapeutic agent and the cell structure is the same as described above.
  • Example 1 Recombinant peptide (recombinant gelatin)
  • CBE3 Molecular weight: 51.6 kD Structure: GAP [(GXY) 63 ] 3 G Number of amino acids: 571 RGD sequence: 12 Imino acid content: 33% Almost 100% of amino acids are GXY repeating structures.
  • the amino acid sequence of CBE3 does not include serine, threonine, asparagine, tyrosine and cysteine.
  • CBE3 has an ERGD sequence. Isoelectric point: 9.34, GRAVY value: -0.682, 1 / IOB value: 0.323
  • Amino acid sequence (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing) (same as SEQ ID NO: 3 in WO2008 / 103041, except that X at the end is corrected to “P”)
  • GAP GAPGLQGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGPAGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGAPG
  • Example 2 Production of Recombinant Peptide Porous Body (Polymer Porous Body) An aluminum cylindrical cup-shaped container having a thickness of 1 mm and a diameter of 47 mm was prepared.
  • the cylindrical cup has a curved surface as a side surface, the side surface is closed with 1 mm aluminum, and the bottom surface (flat plate shape) is also closed with 1 mm aluminum.
  • the upper surface has an open shape.
  • Teflon registered trademark
  • the inner diameter of the cylindrical cup is 45 mm.
  • this container is referred to as a cylindrical container.
  • a CBE3 aqueous solution was prepared, and this CBE3 aqueous solution was poured into a cylindrical container.
  • the CBE3 aqueous solution was cooled from the bottom using a cooling shelf in the freezer.
  • the temperature of the cooling shelf, the thickness of the heat insulating plate (glass plate) sandwiched between the shelf and the cylindrical container, the final concentration of the CBE3 aqueous solution to be added, and the amount of the aqueous solution were prepared as described below.
  • Condition a shelf temperature ⁇ 40 ° C., glass plate thickness 2.2 mm, final concentration of CBE3 aqueous solution 12% by mass, aqueous solution amount 4 mL.
  • Condition b shelf temperature ⁇ 60 ° C., glass plate thickness 2.2 mm, final concentration of CBE3 aqueous solution 7.5% by mass, amount of aqueous solution 4 mL.
  • Condition c shelf temperature ⁇ 40 ° C., glass plate thickness 2.2 mm, final concentration of CBE3 aqueous solution 4.0 mass%, amount of aqueous solution 4 mL.
  • the frozen CBE3 block thus obtained was lyophilized to obtain a CBE3 porous body.
  • Comparative Example 1 Production of Recombinant Peptide Simple Freezing Porous Material
  • 2000 mg of CBE3 is dissolved in 18 mL of ultrapure water to prepare 20 mL of a CBE3 solution having a final concentration of 10% by mass.
  • the CBE3 solution was thinly stretched to produce a thin plate-like gel having a thickness of about 4 mm.
  • a white plate with a silicon frame (about 5 cm ⁇ 10 cm) attached thereto and firmly pressed so that there is no air gap was used.
  • the CBE3 solution (50 ° C.) was poured into the frame. After pouring the solution, the solution was moved to 4 ° C. and gelled for about 1 hour.
  • the solution was moved to ⁇ 80 ° C. and the gel was frozen for 3 hours. After freezing, it was freeze-dried with a freeze dryer (EYELA, FDU-1000).
  • the freeze-dried material obtained at this time was a porous material, and the average pore size was 57.35 ⁇ m. Hereinafter, this is referred to as a simple frozen porous body.
  • Example 3 Evaluation of pore size and space occupancy rate of recombinant peptide porous body
  • the pore size and space occupancy were evaluated.
  • the obtained porous body was thermally cross-linked at 160 ° C. for 20 hours, insolubilized, and then swollen with physiological saline for a sufficient time. Thereafter, frozen tissue sections were prepared with a microtome, and HE (hematoxylin and eosin) -stained specimens were prepared.
  • a cross-sectional image with a real scale size of 1.5 mm was prepared from the sample, and the area of each hole was measured, and then the circle diameter when the area was converted into a circle was calculated to obtain the hole size.
  • the average value of 20 or more holes was defined as the average hole size.
  • the porous body under condition a was 66.39 ⁇ m
  • the porous body under condition b was 63.17 ⁇ m
  • the porous body under condition c was 56.36 ⁇ m.
  • the area occupied by pores of a certain pore size was divided by the total area from the two-dimensional cross-sectional image used above, and the percentage was obtained.
  • the space occupation ratio of the pores of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m was 100% for the porous body in condition a, 99.9% for the porous body in condition b,
  • the porous material of c was 99.9%.
  • the space occupancy ratio of the pores of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m was 94.2% for the porous body under condition a, 97.9% for the porous body under condition b, and 99.3% for the porous body under condition c. .
  • the porous material of condition c has a bulk density of 0.05 g / cm 3 , a true density of 1.23 g / cm 3 , and a porosity of 96% (coefficient of variation (CV) value) Was 8%).
  • the porous bodies of the condition a and the condition b have a porosity of 87% (CV value is 10%) and 92% (CV value is 7%), respectively.
  • Example 5 Preparation of recombinant peptide block (pulverization and cross-linking of porous material)
  • the CBE3 porous material obtained under the conditions a, b and c obtained in Example 2 was pulverized with a new power mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005).
  • the pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain CBE3 blocks of 25 to 53 ⁇ m, 53 to 106 ⁇ m, and 106 ⁇ m to 180 ⁇ m. Thereafter, thermal crosslinking was performed at 160 ° C.
  • condition a is “12% medium”
  • 25 to 53 ⁇ m of condition b is “7.5% small”
  • 53 to 106 ⁇ m of condition b is “7.5% medium”
  • 106 to 180 ⁇ m is called “7.5% larger”
  • 53 to 106 ⁇ m of condition c is called “4% medium”.
  • This crosslinked gel was immersed in 1 L of 0.2M glycine solution and shaken at 40 ° C. for 2 hours. Thereafter, the cross-linked gel was washed with shaking in 5 L of ultrapure water for 1 hour, the ultrapure water was replaced with a new one, and again washed for 1 hour.
  • the cross-linked gel after washing was frozen at ⁇ 80 ° C. for 5 hours, and then freeze-dried with a freeze dryer (EYELA, FDU-1000).
  • the obtained freeze-dried product was pulverized with a New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005). The pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain a CBE3 / GA crosslinked ⁇ block of 25 to 53 ⁇ m.
  • Comparative Example 3 Preparation of Comparative Recombinant Peptide Block
  • a comparative recombinant peptide block that can be produced in a process that does not contain glutaraldehyde estimated from the prior art (Patent Document 5) is described below.
  • Blocks were prepared using recombinant peptide CBE3 as a substrate.
  • the simple frozen porous body obtained in Comparative Example 1 was pulverized with New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005). The pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain a CBE3 block of 25 to 53 ⁇ m. It was placed in a 160 ° C. oven and thermally crosslinked for 72 hours.
  • Example 6 Measurement of tap density of recombinant peptide block
  • the tap density is a value indicating how many blocks can be densely packed in a certain volume. The smaller the value, the more densely packed, that is, the block structure is complicated. It can be said that.
  • the tap density was measured as follows. First, a funnel with a cap (diameter 6 mm, length 21.8 mm cylindrical: capacity 0.616 cm 3 ) was prepared, and the mass of the cap alone was measured. After that, a cap was attached to the funnel, and the block was poured from the funnel so that the block accumulated in the cap.
  • the cap part was struck 200 times on a hard place such as a desk, the funnel was removed, and it was rubbed with a spatula. The mass was measured with the cap fully filled. The mass of only the block was calculated from the difference from the mass of only the cap, and the tap density was determined by dividing by the volume of the cap.
  • the block of Comparative Example 2 was 715 mg / cm 3 and the block of Comparative Example 3 was 524 mg / cm 3 .
  • “medium in 12%” was 372 mg / cm 3
  • “7.5% small” was 213 mg / cm 3
  • “medium in 7.5%” was 189 mg / cm 3
  • Example 7 Calculation of “square root of area ⁇ perimeter” in a two-dimensional cross-sectional image of a recombinant peptide block
  • the relationship between “square root of area” and “perimeter” of a block was determined as an index indicating the complexity of the block. . That is, it can be said that the smaller the value of “square root of area ⁇ perimeter” is, the more complicated the block is. This value was calculated using image analysis software. First, an image that shows the shape of the block was prepared. Specifically, in this example, a block group that had been well swollen with water was made into a frozen section with a microtome, and a sample stained with HE (hematoxylin and eosin)) was used.
  • HE hematoxylin and eosin
  • the block of Comparative Example 2 was 0.248, and the block of Comparative Example 3 was 0.139.
  • “12% medium” is 0.112, “7.5% small” is 0.083, “7.5% medium” is 0.082, and “7.5% large”.
  • “in 4%” was 0.061.
  • the value of “square root of area ⁇ perimeter” is smaller than the block of Comparative Example 3 due to the complexity of the structure, and it is also found that there is a correlation with the tap density. It was.
  • Example 8 Production of mosaic cell mass using recombinant peptide block (hMSC) Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) were adjusted to 100,000 cells / mL with a growth medium (Takara Bio: MSCGM BulletKit (registered trademark)), and the CBE3 block prepared in Example 5 was adjusted to 0.1 mg / mL. Then, 200 ⁇ L is seeded on a Sumilon Celtite X96U plate (Sumitomo Bakelite, bottom is U-shaped), centrifuged (600 g, 5 minutes) with a desktop plate centrifuge, allowed to stand for 24 hours, and 1 mm in diameter.
  • hMSC Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells
  • a spherical cell mosaic cell mass consisting of CBE3 blocks and hMSC cells was produced (0.001 ⁇ g block per cell).
  • the mosaic cell mass was spherical because it was prepared in a U-shaped plate. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Example 9 Production of mosaic cell mass using recombinant peptide block (hMSC + hECFC) Human vascular endothelial progenitor cells (hECFC) were adjusted to 100,000 cells / mL with a growth medium (Lonza: EGM-2 + ECFC serum supplement), and the CBE3 block prepared in Example 5 was added to 0.05 mg / mL. After that, 200 ⁇ L was seeded on a Sumilon Celtite X96U plate, centrifuged (600 g, 5 minutes) with a desktop plate centrifuge, and allowed to stand for 24 hours to produce a flat mosaic cell mass composed of ECFC and CBE3 blocks. .
  • hMSC human bone marrow-derived mesenchymal stem cells
  • a mosaic cell mass composed of hMSC, hECFC and CBE3 blocks having a spherical shape of about 1 mm in diameter was prepared. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Prepared in Example 8 were Sumilon Celtite X96U Plates They were lined up and cultured for 24 hours. As a result, it was clarified that the mosaic cell mass naturally fuses when the cells arranged on the outer periphery are joined between the mosaic cell masses. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Prepared in Example 9 were Sumilon Celtite X96U Plates They were lined up and cultured for 24 hours. As a result, it was clarified that the mosaic cell mass naturally fuses when the cells arranged on the outer periphery are joined between the mosaic cell masses. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Example 12 In vitro ATP assay The amount of ATP (adenosine triphosphate) produced and retained by cells in each mosaic cell mass was quantified. ATP is known as an energy source for all living organisms. By quantifying the amount of ATP synthesized and retained, the state of metabolic activity and activity of cells can be known. For the measurement, CellTiter-Glo (Promega) was used. The mosaic cell masses produced in Example 8, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 were both of Day 7, and the amount of ATP in each mosaic cell mass was quantified using CellTiter-Glo.
  • ATP adenosine triphosphate
  • the mosaic cell mass using the comparative CBE3 block resulted in a smaller amount of ATP.
  • the mosaic cell mass using the CBE3 block for the present invention has a higher ATP amount than the mosaic cell mass using the GA cross-linked ⁇ block. This is the case when the CBE3 block for the present invention is “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, or “4% medium”.
  • more ATP was produced than the mosaic cell mass using the GA cross-linked ⁇ block (FIG. 1). That is, it became clear that the mosaic cell mass using the CBE3 block for the present invention having a complicated structure has a better survival state of the internal cells.
  • Example 13 Production of Giant Mosaic Cell Mass Using Recombinant Peptide Block
  • a giant mosaic cell mass by fusing 1 mm mosaic cell mass as in Example 10
  • the operation can be simplified if a huge mosaic cell mass can be produced.
  • 50 mL of a 1.5 mass% agarose (Agarose S) solution was added to a 9 cm Petri dish of Sumilon Celtite that had been processed without cell adhesion using a growth medium (Takara Bio: MSCGM BulletKit (registered trademark)).
  • silicon having a 1 cm square shape was fixed so as to be immersed in an agarose solution by about 5 mm, and after the agarose had hardened, the silicon was removed to prepare a container having a 1 cm square recess in the agarose.
  • An appropriate amount of growth medium was added thereto, and the gel was stored so as not to dry.
  • the medium was removed, and a typical “in 7.5%” 16 mg of the block prepared in Example 5 and a suspension of 2.5 million cells of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) were placed in the depressions. Then 25 mL of growth medium was gently added. After culturing for 1 day, a giant mosaic cell mass 1 cm square and 2-3 mm thick could be produced.
  • This method can be any of the GA cross-linked ⁇ block, the comparison block and the block for the present invention, and does not depend on the type of the block.
  • Example 14 Transplantation of Mosaic Cell Mass Using Recombinant Peptide Block Mice were NOD / SCID (Charles River) males, 4-6 weeks old. Under anesthesia, the mouse abdomen body hair was removed, the upper abdomen was cut subcutaneously, scissors were inserted from the cut, and the skin was peeled off from the muscles.
  • Example 15 Collection of Mosaic Cell Mass Using Recombinant Peptide Block Dissection was performed 1 week and 2 weeks after transplantation. The skin of the abdomen was peeled off, and the skin to which the mosaic cell mass adhered was cut into a square size of about 1 square cm. When the mosaic cell mass was also attached to the abdominal muscle, it was collected together with the muscle.
  • Example 16 Specimen analysis Tissue sections were prepared for a piece of skin to which a mosaic cell mass adhered and a mosaic cell mass before transplantation. The skin was immersed in 4% paraformaldehyde and formalin fixation was performed. Then, it embedded with paraffin and produced the tissue section
  • FIG. 2 shows HE specimens two weeks after transplanting Comparative Example 6 and Comparative Example 7 in “7.5%” of Example 10.
  • the survival rate described in FIG. 2 indicates the ratio of the number of living cells in the total number of cells (live cells + dead cells).
  • the mosaic cell mass using the block of Comparative Example 6 (B in FIG. 2). : 37 viable cells: survival rate 45%) shows that there are few viable cells.
  • the mosaic cell mass (C in FIG. 2: 116 viable cells: survival rate 84%) using the block for the present invention of Example 10 (“7.5%”) is the block of Comparative Example 6.
  • the survival state of the transplanted cell between the block groups for this invention is shown in FIG.
  • the survival rate described in FIG. 3 indicates the ratio of the number of living cells in the total number of cells (the number of living cells + the number of dead cells).
  • the survival rate of “7.5% large” of 106-180 ⁇ m size is 57%
  • the survival rate of “7.5% small” is 62%
  • the survival rate of “medium 7.5%” is 84%
  • the survival rate of “out of 4%” was 82%. That is, among the block groups for the present invention, “7.5% small”, “7.5% medium”, and “4% medium” are more than 106-180 ⁇ m size “7.5% large”. It was found that cell survival was improved (FIG. 3).
  • FIG. 4 shows an HE specimen 2 weeks after transplantation when the mosaic cell mass of Example 10 using the block of the present invention having a size of 53 to 106 ⁇ m was transplanted. Moreover, as a result of measuring the number of blood vessels in FIG. 4, it was 63 / mm 2 . As shown in FIG. 4, it was also found that blood vessels were attracted inside the mosaic cell mass.
  • Example 11 Furthermore, in the case of transplanting a mosaic cell mass containing vascular cells in a representative example of “7.5%” in Example 11, the HE specimen 2 weeks after transplantation is shown in FIG. Show. As a result of measuring the number of blood vessels in FIG. 5, it was 180 / mm 2 . Compared with the case where Example 10 is transplanted, as shown in FIG. 5, when the mosaic cell mass containing the vascular cells of Example 11 is transplanted, more blood vessels are formed inside the mosaic cell mass. It became clear.
  • Example 17 Calculation of ECFC ratio and concentration in hMSC + hECFC mosaic cell cluster Among Example 9, a mosaic cell cluster using a representative "7.5% medium” was used for staining a section of a CD31 antibody for hECFC staining. Immunostaining was performed with a kit using DAB color development (EPT Anti CD31 / PECAM-1) (Daco LSAB2 kit universal K0673 Daco LSAB2 kit / HRP (DAB) for both rabbit and mouse primary antibodies). Using the image processing software ImageJ (registered trademark) and a staining method with CD31 antibody, the ratio of the area of hECFC (vascular cells) in the center was determined. The “center” here is as defined above. As a result, the ratio of the area of hECFC (vasculature cells) at the center of the representative “7.5%” mosaic cell mass of Example 9 was 99%.
  • DAB color development EPT Anti CD31 / PECAM-1
  • DAB DAB color development
  • the above-mentioned CD31 antibody staining and HE staining are superimposed, whereby hECFC cells present in the center Density was calculated.
  • the cell density of the central vascular system can be obtained by actually counting the number of cells in a sliced sample and dividing the number of cells by the volume. First, using Photoshop, the above two images were overlaid, and the number of HE-stained cell nuclei superimposed with the CD31 antibody staining was counted to calculate the number of cells.
  • the volume was determined by calculating the area of the center using ImageJ (registered trademark) and multiplying the thickness of the sliced specimen by 2 ⁇ m.
  • ImageJ registered trademark
  • the number of hECFC (vasculature cells) at the center of the representative “7.5%” mosaic cell mass of Example 9 was 2.58 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3 .
  • Example 18 Production of Recombinant Peptide Porous Body (Polymer Porous Body) An aluminum cylindrical cup-shaped container having a thickness of 1 mm and a diameter of 47 mm was prepared.
  • the cylindrical cup has a curved surface as a side surface, the side surface is closed with 1 mm aluminum, and the bottom surface (flat plate shape) is also closed with 1 mm aluminum.
  • the upper surface has an open shape.
  • Teflon registered trademark
  • the inner diameter of the cylindrical cup is 45 mm.
  • this container is referred to as a cylindrical container.
  • Recombinant peptide aqueous solution was prepared with a final concentration of CBE3 of 7.5% by mass, and this recombinant peptide aqueous solution was poured into a cylindrical container.
  • the aqueous recombinant peptide solution was cooled from the bottom using a cooling shelf in the freezer. At this time, the cooling process of the liquid temperature was changed by changing the temperature of the cooling shelf, the thickness of the heat insulating plate (glass plate) sandwiched between the shelf and the cylindrical container, and the amount of the aqueous solution of the recombinant peptide to be inserted.
  • the shelf temperature was ⁇ 40 ° C., ⁇ 60 ° C., and ⁇ 80 ° C.
  • the glass plate was 0.7 mm, 1.1 mm, and 2.2 mm
  • the amount of the recombinant peptide aqueous solution was 4 mL, 12 mL, and 16 mL, and combinations thereof were performed.
  • the temperature of the portion is referred to as the internal maximum liquid temperature.
  • the temperature does not start to rise until the internal maximum liquid temperature reaches ⁇ 9.2 ° C., and the internal maximum liquid temperature is not frozen.
  • the temperature of the solvent is equal to or lower than “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” (FIG. 8). After this state, it can be seen that the temperature began to rise at ⁇ 9.2 ° C. and solidification heat was generated (FIG. 8). It was also confirmed that ice formation actually started at that timing. Thereafter, the temperature passes around 0 ° C. for a certain time. Here, a mixture of water and ice was present.
  • the temperature starts to decrease again from 0 ° C., but at this time, the liquid portion disappears and becomes ice (FIG. 8).
  • the temperature being measured is the solid temperature inside the ice. In other words, it is not liquid temperature.
  • A, B, D, E, F, and H are production methods by a freezing process in which the internal maximum liquid temperature is not more than “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or less in an unfrozen state.
  • Frozen recombinant peptide block with internal maximum liquid temperature ⁇ “solvent melting point –3 ° C” Further, this is a production method by a freezing process in which C, G and I are not frozen and the internal maximum liquid temperature does not take a liquid temperature of “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or lower.
  • the thus obtained frozen recombinant peptide block was lyophilized to obtain a CBE3 porous material.
  • A, B, D, E, F and H are derived from “CBE3 porous body with internal maximum liquid temperature ⁇ “ solvent melting point ⁇ 3 ° C. ””
  • C, G and I are derived from “internal maximum liquid temperature ⁇ “ solvent melting point ⁇ It is referred to as “3 ° C. CBE3 porous body”.
  • Example 19 The CBE3 porous body obtained in Example 18 was evaluated for the porous pore size and pore shape.
  • the obtained porous body was subjected to thermal crosslinking at 160 ° C. for 20 hours, insolubilized, and then swelled with physiological saline for a sufficient time. Thereafter, frozen tissue sections were prepared with a microtome, and HE (hematoxylin and eosin)) stained specimens were prepared. Images of the central part of the obtained specimen are shown in FIG. 7 (internal maximum liquid temperature> “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” and internal maximum liquid temperature ⁇ “solvent melting point ⁇ 3 ° C.”).
  • the internal maximum liquid temperature is not more than “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” in an unfrozen state, and further, “solvent melting point ⁇ 7 ° C.” It was found that by making the following, almost all the shapes of the holes can be made into spherical holes.
  • a to I The pore shapes and average pore sizes for A to I are as follows.
  • H Ball hole 80%, 76.58 ⁇ m
  • Example 20 Preparation of recombinant peptide block (pulverization and crosslinking of porous material)
  • the CBE3 porous material obtained in Example 19 was pulverized with New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005).
  • the pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain recombinant peptide blocks of 25 to 53 ⁇ m and 53 to 106 ⁇ m. Thereafter, thermal crosslinking was performed at 160 ° C. under reduced pressure for 72 hours to obtain a sample.
  • Example 21 For treatment of cerebral infarction: polymer solution freezing step and drying step A polytetrafluoroethylene (PTFE) cylindrical cup-shaped container having a bottom surface thickness of 3 mm, a diameter of 51 mm, a side surface thickness of 8 mm, and a height of 25 mm is used. Prepared. When the cylindrical cup has a curved surface as a side surface, the side surface is closed with 8 mm PTFE, and the bottom surface (flat plate shape) is also closed with 3 mm PTFE. On the other hand, the upper surface has an open shape. Therefore, the inner diameter of the cylindrical cup is 43 mm.
  • this container is referred to as a PTFE thick / cylindrical container.
  • the CBE3 aqueous solution was poured into a PTFE thick / cylindrical container, and the CBE3 aqueous solution was cooled from the bottom using a cooling shelf in a vacuum freeze dryer (TF5-85ATNNN: Takara Seisakusho).
  • the combination of the container, the final concentration of the CBE3 aqueous solution, the amount of liquid, and the shelf temperature was prepared as described below.
  • Example 22 For treatment of cerebral infarction: Measurement of internal maximum liquid temperature in an unfrozen state in each freezing step In the solution of Example 21, the internal maximum liquid temperature in an unfrozen state was determined in the same manner as in Example 18. It was measured. As a result, the shelf temperature is set to ⁇ 10 ° C. (before lowering to ⁇ 20 ° C.), the liquid temperature is below the melting point of 0 ° C., and freezing does not occur in this state (unfreezing / supercooling) became. Thereafter, when the shelf temperature was further lowered to ⁇ 20 ° C., the timing at which the liquid temperature suddenly rose to around 0 ° C. was confirmed, and it was found that the heat of solidification was generated and freezing was started.
  • the temperature being measured is the solid temperature inside the ice, that is, not the liquid temperature (see FIG. 9).
  • the maximum internal liquid temperature in the unfrozen state was ⁇ 8.8 ° C.
  • the temperature at the position closest to the cooling side is defined as the cooling surface liquid temperature
  • the measured cooling surface liquid temperature and internal maximum liquid temperature The differential temperature of (non-cooled surface liquid temperature) is described below.
  • the differential temperature when the non-cooled surface liquid temperature reaches the melting point (0 ° C.) the differential temperature immediately before the shelf temperature is lowered from ⁇ 10 ° C. to ⁇ 20 ° C., and the differential temperature immediately before the generation of solidification heat are described.
  • the “differential temperature just before” referred to in the present invention represents the highest temperature among the temperature differences that can be detected between 1 second and 20 seconds before the event.
  • Example 23 For treatment of cerebral infarction: Production of polymer block (CBE3 block) from CBE3 porous body (pulverization and crosslinking of porous body)
  • the CBE3 porous material obtained in Example 21 was pulverized with New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005).
  • the pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain uncrosslinked blocks of 25 to 53 ⁇ m, 53 to 106 ⁇ m, and 106 ⁇ m to 180 ⁇ m. Thereafter, thermal crosslinking was performed at 160 ° C.
  • crosslinking time was 8 hours, 16 hours, 24 hours, 48 hours, 72 hours, and 96 hours
  • crosslinking time was 8 hours, 16 hours, 24 hours, 48 hours, 72 hours, and 96 hours
  • Example 24 For treatment of cerebral infarction: Tap density of CBE3 block, For the CBE3 block (53 to 106 ⁇ m) produced in Example 23, the tap density was measured in the same manner as in Example 6. As a result, the CBE3 block of Example 23 was 135 mg / cm 3 . From this, it can be seen that the CBE3 block of Example 23 satisfies that the tap density is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less as in Examples 12 and 20.
  • Example 25 For treatment of cerebral infarction: Calculation of “square root of area ⁇ perimeter” in two-dimensional cross-sectional image of CBE3 block The CBE3 block (53 to 106 ⁇ m) prepared in Example 23 was treated in the same manner as Example 7. The value of “square root of area ⁇ perimeter” was measured. As a result, the block of Example 23 was 0.053. From this, the CBE3 block of Example 23 satisfies that the value of the square root of the cross-sectional area divided by the circumference is 0.01 or more and 0.13 or less in Examples 12 and 20. I understand.
  • Example 26 Production of mosaic cell mass using CBE3 block (GFP expressing rat MSC) GFP (green fluorescent protein) -expressing rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells (GFP rat MSC: Fischer 344 (F344) Rat Mesenchymal Stem Cells with GFP, CSC-C1313, Creative Bioarray) to 100,000 cells / mL in recommended growth medium
  • GFP rat MSC green fluorescent protein
  • F344 Rat Mesenchymal Stem Cells with GFP, CSC-C1313, Creative Bioarray
  • Example 27 Production of mosaic cell mass using CBE3 block (SD rat bone marrow cells)
  • Example 23 SD (Sprague-Dawley) rat bone marrow cells (rat BMSC, BMC01, Cosmo Bio) were adjusted to 150,000 cells / mL with a recommended growth medium (Cosmo Bio: culture medium for bone marrow cells, BMCM).
  • the CBE3 block (53-106 ⁇ m) prepared in step 1 was added to 0.15 mg / mL.
  • Example 28 Production of mosaic cell mass using CBE3 block (hMSC) Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) were adjusted to 100,000 cells / mL with a growth medium (Takara Bio: MSCGM BulletKit (registered trademark)), and the CBE3 block prepared in Example 23 (53-106 ⁇ m) was 0. .1 mg / mL was added. 200 ⁇ L of the obtained mixture was seeded on a Sumilon Celtite X96U plate (Sumitomo Bakelite, bottom U-shaped), centrifuged (600 g, 5 minutes) with a desktop plate centrifuge, allowed to stand for 24 hours, and spherical with a diameter of 1 mm.
  • a growth medium Tea Bio: MSCGM BulletKit (registered trademark)
  • a mosaic cell mass consisting of CBE3 block and hMSC cells was prepared (0.001 ⁇ g block per cell).
  • the mosaic cell mass was spherical because it was prepared in a U-shaped plate.
  • This mosaic cell mass is the same as the mosaic cell mass using D in Example 20 in the same in vitro assay as in Example 12 and the results of transplantation into animals by the same evaluation as in Examples 14 to 16. High performance (high cell viability) was shown.
  • Example 8 Cell-containing CBE3 sponge
  • the CBE3 porous material obtained in Example 21 was molded into a diameter of 5 mm x 1 mm to obtain a CBE3 sponge.
  • GFP-expressing rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells (GFP rat MSC: Fischer 344 (F344) Rat Mesenchymal Stem Cells with GFP, CSC-C1313, Creative Bioarray) are suspended in the recommended medium. Cells were grown to 0.5 ⁇ 10 6 cells / cell by seeding 1.2 ⁇ 10 4 cells / cell and culturing for 24 days. Thereby, a cell-containing CBE3 sponge was obtained.
  • Example 29 Preparation of rat cerebral infarction animal model (MCAO model SD rat) For SD rat males 9 weeks old, ⁇ Neurosurgery.68 (6): 1733-1742, June 2011, T Sugiyama et.al.Therapeutic Impact of Human Bone Marrow Stromal Cells Expanded by Animal Serum-Free Medium for Cerebral Infarct in A cerebral infarction was created in the right brain by performing middle cerebral artery occlusion (MCAO) in the same manner as that of Rats. Under isoflurane anesthesia, the rat right temporal region was opened, the skull was opened, and the right cerebral middle cerebral artery was ligated with a suture.
  • MCAO middle cerebral artery occlusion
  • the blood vessels in the field of view were cauterized with a bipolar core regulator and closed. Thereafter, the carotid artery was temporarily ligated for 90 minutes, and blood flow was resumed to produce a cerebral infarction model.
  • motor function evaluation it evaluated by quantifying the motor function evaluation by Rotarod, or the improvement of the left turning action. Rotarod's evaluation was set to accelerate to 4-40 rpm in 300 seconds, and six tests a day were conducted at intervals of 5 minutes or more each time. The average of these 6 tests was evaluated as a percentage (%) of the normal value of the same individual (100% if normal).
  • the left-turning behavior is based on the fact that the lower function of the left body is observed because the MCAO model creates a cerebral infarction in the right brain. Specifically, it was evaluated in which direction the rat first walked with only the front legs of the rat on the ground and the back legs floating in the air. The direction was left: -1 point, straight: 0 point, right: 0 point, and evaluated by quantifying the average value obtained by performing the test six times. The normal rat goes straight, so it becomes 0 point, and the rat that made the right cerebral infarction moves counterclockwise, so a value close to -1 point comes out.
  • Example 30 Preparation of rat cerebral infarction animal model (MCAO model Nude rat) A cerebral infarction in the right brain, which was subjected to middle cerebral artery occlusion (MCAO), was prepared in the same manner as in Example 29 for 9 weeks old male immunodeficient nude rats. In this motor function evaluation, the left turning behavior was evaluated in the same manner as in Example 29.
  • MCAO model Nude rat Middle cerebral artery occlusion
  • Example 31 Administration of GFP-expressing rat MSC mosaic cell mass, cell suspension, or cell-containing CBE3 sponge to cerebral infarction rats After the onset of the MCAO model SD rats prepared in Example 29 ( 7 days after treatment with MCAO) On day 7, the GFP-expressing rat MSC mosaic cell mass produced in Example 26, the cell suspension in the same cell suspended in 100 ⁇ L of PBS as a comparative example, and the cell produced in Comparative Example 8 The contained CBE3 sponge was administered as a local administration by being directly implanted near the site of brain injury.
  • Example 32 Improvement of motor function of cerebral infarction rat (GFP expressing rat MSC mosaic cell mass) As a result of Example 31, as shown in FIG. 10, in the state where the GFP-expressing rat MSC was used as a cell, in the mosaic cell mass (administered on the seventh day in the graph), 14 days and 21 days were very prominent. It was found that significant improvement in motor function was observed. On the other hand, in the cell suspension administration used as a comparison, no improvement in motor function was confirmed even after administration. Similarly, the cell-containing CBE3 sponge for comparison did not show a significant effect like a mosaic cell mass, and the motor function remained flat.
  • the GFP-expressing rat MSC used for transplantation is a Fischer rat cell and the administered cerebral infarction rat is an SD rat, it was found that the effect of treating cerebral infarction can also be obtained with other (allogeneic) cells.
  • Example 33 Administration of mosaic cell mass of SD rat bone marrow cells or cell suspension to cerebral infarction rat 7 days after onset (after MCAO treatment) for MCAO model SD rat prepared in Example 29
  • the SD rat bone marrow cell mosaic cell mass produced in Example 27, or a cell suspension in which the same cells are suspended in 100 ⁇ L of PBS as a comparative example is locally administered and injected directly into the vicinity of the brain injury site with a syringe.
  • ⁇ 10 6 cells / animal 1.33 ⁇ 10 6 cells / kg body weight
  • cell suspensions were 1.6 ⁇ 10 6 cells / animal and 0.38 ⁇ 10 6 cells / animal, administered between administration groups
  • Comparative evaluation was performed with the number of cells changed in a state in which the number of cells was combined. The number of animals was 10 in each group.
  • Example 34 Improvement of motor function of cerebral infarction rat (SD rat bone marrow cell mosaic cell mass) As a result of Example 33, as shown in FIG. 11, in the state where SD rat bone marrow cells were used as cells, in the mosaic cell mass (administered on the seventh day in the graph), 21 days, 28 days, and 35 days were obtained. It was found that there was a very significant improvement in motor function of left-turning behavior. In addition, the effect of improvement was higher in the mosaic cell mass having a larger number of cells. On the other hand, in the cell suspension administration used as a comparison, the improvement of motor function was not observed at all in the group of few cells (0.38 ⁇ 10 6 cells / animal).
  • Example 36 Improvement of motor function in cerebral infarction rat (hMSC mosaic cell mass) As a result of Example 35, as shown in FIG. 11, in the state where hMSC was used as the cells, the mosaic cell mass was administered after 14 days (administered on the 7th day in the graph), 14 days, 21 days, 28 days, 35 days. It was found that there was a very significant improvement in motor function of left-turning behavior. From this, it became clear that the effect can be confirmed in the state using human cells. At the same time, since the cells used for transplantation were human cells and the transplanted side was a rat, it was found that the treatment of cerebral infarction can be obtained even if heterogeneous cells are used in an immunocompromised state.
  • Example 37 hMSC expression analysis The hMSC used in Example 28 was analyzed for gene expression in the nervous system. The RT-PCR method was used for the analysis. Primers were purchased from TaqMan® Gene Expression Assays from life technologies applied biosystems. Analyzed subjects were Sox2 (Cat. # 4331182 Hs01053049_s1 Amplicon Length: 91), Nestin (Nestin, Cat. # 4331182 Hs0418731_g1 Amplicon Length: 581) GAD1 (GABA synthesis, Cat. # 4331182 Hs01065893_m1 Amplicon Length: 100), GRIA1 (Glutamate receptor 1, Cat.
  • HTR1B Serotonin Receptor 1B, Cat. # 4331182 Hs00265286_s1 Amplicon Length: 67
  • HTR2A Serotonin Receptor 2A, Cat. # 4331182 Hs01035li_T1 , Cat. # 4331182 Hs00984349_m1 Amplicon Length: 58
  • Ascl1 nodegenerative stem cell neuron differentiation marker, Cat. # 4351372 Hs04187546_g1 Amplicon Length: 81
  • Hes1 Neural stem cell astrocyte differentiation marker, Cat. # 4331182 Hs00172878_m1 Amplicon Length: 78
  • Olig2 nodegenerative stem cell oligodendrocyte differentiation marker, Cat. It is.
  • RT-PCR normal concentration RT-PCR (RT-PCR was performed using 200 ng of extracted RNA) and high concentration RT-PCR (RT using PCR of 1000 ng of extracted RNA) -PCR was performed) and the magnitude relationship of expression was examined.
  • RT-PCR was performed under the following conditions. RNA extraction from the cells was performed according to the protocol using an extraction kit NucleoSpin RNA XS (MACHEREY-NAGEL # U0902A).
  • the RT-PCR reagent kit is PrimeScript One Step RT-PCR Kit ver. 2 (Dye Plus) (TaKaRa PR057A) was used.
  • the thermal cycler conditions for RT-PCR were 50 cycles at 50 ° C. for 30 minutes and 94 ° C. for 2 minutes, followed by “94 ° C. 30 seconds, 60 ° C. 30 seconds, 72 ° C. 15 seconds” as one cycle.
  • Example 38 In Examples 26, 27 and 28, the mosaic cell mass was formed by allowing the CBE3 block and the cells to stand for 24 hours. In Example 38, the time required for formation of the mosaic cell mass was examined under the same conditions as in Example 28 using the same CBE3 block and cells as in Example 28. Using the U-shaped plate, the process of forming the cell structure (mosaic cell mass) was confirmed with a microscope. Initially, CBE3 blocks and cells are dispersed, and the results of measuring the length of the spread of the dispersion are shown in FIG. The diameter of the vertical axis in FIG. 12 indicates the length of spread between the block and the cell. As the cell structure is formed, the length (diameter) of the spread between the block and the cell becomes shorter.

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Abstract

 本発明の課題は、グルタルアルデヒドを含まず、脳損傷に対して十分な治療効果を発揮できる脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法及び脳損傷治療剤を提供することである。本発明によれば、生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の前記細胞間の隙間に複数個の前記生体親和性高分子ブロックが配置されている脳損傷治療用細胞構造体であって、前記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は前記生体親和性高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、脳損傷治療用細胞構造体が提供される。

Description

脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、及び脳損傷治療剤
 本発明は、脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、及び脳損傷治療剤に関する。詳しくは、本発明は、細胞間の隙間に生体親和性高分子ブロックが配置されている脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、及び脳損傷治療剤に関する。
 現在、機能障害や機能不全に陥った生体組織・臓器の再生を図る再生医療の実用化が進められている。再生医療は、生体が持っている自然治癒能力だけでは回復できなくなった生体組織を、細胞、足場及び成長因子の三因子を使って元の組織と同じような形態や機能を再び作り出す新たな医療技術である。近年では、細胞を使った治療が徐々に実現されつつある。例えば、自家細胞を用いた培養表皮、自家軟骨細胞を用いた軟骨治療、間葉系幹細胞を用いた骨再生治療、筋芽細胞を用いた心筋細胞シート治療、角膜上皮シートによる角膜再生治療、及び神経再生治療などが挙げられる。これら新たな治療は、従来の人工物による代替医療(例えば、人工骨補填剤やヒアルロン酸注射など)とは異なり、生体組織の修復・再生を図るものであり、高い治療効果を得られる。実際、自家細胞を用いた培養表皮や培養軟骨などの製品が市販されてきた。
 特許文献1には、生体親和性を有する高分子ブロックと細胞とを含み、上記複数個の細胞間の隙間に複数個の上記高分子ブロックが配置されている細胞構造体が記載されている。特許文献1に記載の細胞構造体においては、外部から細胞構造体の内部への栄養送達が可能であり、十分な厚みを有するとともに、構造体中で細胞が均一に存在している。特許文献1の実施例においては、リコンビナントゼラチンや天然ゼラチン素材からなる高分子ブロックを用いて高い細胞生存活性が実証されている。特許文献2には、生体親和性を有する高分子ブロックと少なくとも一種類の細胞とを含み、上記複数個の細胞間の隙間に複数個の上記高分子ブロックが配置されている細胞移植用細胞構造体が記載されている。特許文献2の実施例においては、細胞移植用細胞構造体を用いて血管形成が評価されている。
 また、細胞移植により疾患を治療することも報告されている。例えば、特許文献3には、細胞生理活性物質及び細胞を含む組成物が記載されており、肝細胞増殖因子(HGF)と血管内皮細胞による併用療法が脳組織の再生に有効であることが記載されている。また、特許文献4には、フィブリン、生体内分解性高分子及び細胞を含有する血管新生誘導剤が記載されている。さらに、特許文献5には、Notch遺伝子及び/又はNotchシグナル伝達関連遺伝子を導入した骨髄間質細胞を生体適合性高分子に接着させた細胞含有組成物を用いて脳卒中などの中枢神経疾患を治療することが記載されている。
国際公開WO2011/108517号 特開2014-12114号公報 特開2005-35945号公報 特開2004-143067号公報 特開2012-219100号公報
 特許文献1及び特許文献2の実施例に記載されている細胞構造体の高分子ブロックにおいては、高分子の架橋のためにグルタルアルデヒドが使用されている。人体に対する細胞移植治療のためには、グルタルアルデヒドを使用しない方法で作製した細胞構造体を使用することが望ましい。しかし、グルタルアルデヒドを使用しない方法で作製された細胞構造体の脳損傷治療に対する有効性については未だ報告がない。
 特許文献3には脳組織にHGFと血管内皮細胞を投与する併用療法が記載されているが、脳梗塞後の運動機能の改善は評価されておらず、脳損傷に対して十分な治療効果が発揮されるかどうかは不明である。特許文献4に記載の血管新生誘導剤はフィブリンの使用を必須とするものであり、また脳梗塞後の運動機能の改善は評価されておらず、脳損傷に対して十分な治療効果が発揮されるかどうかは不明である。また、特許文献5に記載の組成物は、骨髄間質細胞にNotch遺伝子及び/又はNotchシグナル伝達関連遺伝子を導入することにより得られる細胞又は髄間質細胞を特殊な条件下で培養することにより得られる細胞という特定の性質を有する細胞を使用するものである。
 本発明は、グルタルアルデヒドを含まず、移植した細胞の壊死が抑制され(即ち、細胞生存率に優れる)、かつ脳損傷に対して十分な治療効果を発揮できる脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、及び脳損傷治療剤を提供することを課題とした。
 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを使用して、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックを配置することによって細胞移植用細胞構造体を製造する際に、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である生体親和性高分子ブロックを使用することによって、移植した細胞の壊死が抑制される(即ち、細胞生存率に優れる)細胞構造体を提供できることを見出した。さらに本発明者らは、上記の細胞構造体を脳梗塞ラットに投与することによってラットの運動機能を改善できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
 即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1) 生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の上記細胞間の隙間に複数個の上記生体親和性高分子ブロックが配置されている脳損傷治療用細胞構造体であって、上記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は上記生体親和性高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、脳損傷治療用細胞構造体。
(2) 上記細胞が、少なくとも間葉系幹細胞及び/又は骨髄細胞を含む、(1)に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(3) 1回の投与当たり投与される細胞数が、1.0×105 ~ 1.0×107 個/kg体重である、(1)又は(2)に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(4) 脳損傷が、脳外傷、低酸素性虚血性脳損傷、脳梗塞及び/又は脳卒中である、(1)から(3)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(5) 上記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが10μm以上300μm以下である、(1)から(4)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(6) 上記細胞構造体の厚さ又は直径が400μm以上3cm以下である、(1)から(5)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(7) 上記細胞構造体が、細胞1個当り0.0000001μg以上1μg以下の生体親和性高分子ブロックを含む、(1)から(6)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(8) 上記生体親和性高分子ブロックがリコンビナントペプチドからなる、(1)から(7)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(9) 上記リコンビナントペプチドが、
配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるペプチド;
配列番号1に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;又は
配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;
の何れかである、(8)に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(10) 上記生体親和性高分子ブロックにおいて、上記生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている、(1)から(9)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(11) 上記生体親和性高分子ブロックが、生体親和性高分子の多孔質体を粉砕することにより得られる顆粒の形態にある、(1)から(10)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(12) 上記生体親和性高分子ブロックが、
生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a;及び
上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b:
を含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックである、(1)から(11)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(13) 上記生体親和性高分子ブロックが、
生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a;
上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b;及び
上記工程bで得られた多孔質体を粉砕する工程c:
を含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックである、(1)から(12)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(14) 上記工程aにおいて、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融より7℃低い温度以下となる、(12)又は(13)に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(15) 上記細胞構造体が、上記生体親和性高分子ブロックと上記細胞とを混合し、10時間以上培養することにより得られる細胞構造体である、(1)から(14)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体。
(16) (1)から(15)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体を複数個融合することにより得られる、脳損傷治療用細胞構造体。
(17) タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である生体親和性高分子ブロックと細胞とを混合し、10時間以上培養する工程を含む、(1)から(16)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体の製造方法。
(18) (1)から(16)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体を含む、脳損傷治療剤。
(19) (1)から(16)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体を、脳損傷を有する患者に投与する工程を含む、脳損傷の治療方法。
(20) 脳損傷治療剤の製造のための、(1)から(16)の何れかに記載の脳損傷治療用細胞構造体の使用。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体及び脳損傷治療剤は、グルタルアルデヒドを使用することなく製造することができることから、人体に安全である。本発明の脳損傷治療用細胞構造体及び脳損傷治療剤は、移植した細胞の壊死が抑制され(即ち、細胞生存率に優れる)、脳梗塞などの脳損傷を効果的に治療することができる。
図1は、in vitro ATPアッセイにおけるブロックによる違いを示す。 図2は、本発明で用いるブロック又は比較用ブロックを用いたhMSCモザイク細胞塊中での細胞の生存状態の違い(2週間後)を示す。 図3は、本発明で用いるブロック群内間での移植細胞の生存状態を示す。hMSCモザイク細胞塊中の生存とブロックサイズによる差を示す。 図4は、移植2週間後のhMSCモザイク細胞塊における血管形成を示す。 図5は、移植2週間後のhMSC+hECFCモザイク細胞塊における血管形成を示す。 図6は、多孔質体における各空孔サイズの空間占有率を示す。 図7は、CBE3多孔質体のHE断面画像及びポア形状と内部最高液温を示す。 図8は、棚板温度-40℃(硝子板2.2mm)での内部最高液温の時間変化を示す。 図9は、CBE3多孔質体の作製時の液温プロファイルを示す。 図10は、GFP発現ラットMSCモザイク細胞塊の脳梗塞ラットへの投与による運動機能改善を示す。 図11は、ラット骨髄細胞モザイク細胞塊の脳梗塞ラットへの投与及びhMSCモザイク細胞塊の脳梗塞発症ヌードラットへの投与による運動機能改善を示す。 図12は、モザイク細胞塊の形成に必要な時間を調べた結果を示す。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
 本発明は、生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の上記細胞間の隙間に複数個の上記生体親和性高分子ブロックが配置されている脳損傷治療用細胞構造体であって、上記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は上記生体親和性高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、脳損傷治療用細胞構造体、その製造方法、並びに上記脳損傷治療用細胞構造体を含む脳損傷治療剤に関する。なお、本発明における細胞構造体は、本明細書中において、モザイク細胞塊(モザイク状になっている細胞塊)と称する場合もある。
(1)生体親和性高分子ブロック
(1-1)生体性親和性高分子
 生体性親和性とは、生体に接触した際に、長期的かつ慢性的な炎症反応などのような顕著な有害反応を惹起しないことを意味する。本発明で用いる生体親和性高分子は、生体に親和性を有するものであれば、生体内で分解されるか否かは特に限定されないが、生分解性高分子であることが好ましい。非生分解性材料として具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル、ステンレス、チタン、シリコーンおよびMPC(2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン)などが挙げられる。生分解性材料としては、具体的にはリコンビナントペプチドなどのポリペプチド(例えば、以下に説明するゼラチン等)、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸コポリマー(PLGA)、ヒアルロン酸、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、コンドロイチン、セルロース、アガロース、カルボキシメチルセルロース、キチン、およびキトサンなどが挙げられる。上記の中でも、リコンビナントペプチドが特に好ましい。これら生体親和性高分子には細胞接着性を高める工夫がなされていてもよい。具体的には、1.「基材表面に対する細胞接着基質(フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン)や細胞接着配列(アミノ酸一文字表記で現わされる、RGD配列、LDV配列、REDV配列、YIGSR配列、PDSGR配列、RYVVLPR配列、LGTIPG配列、RNIAEIIKDI配列、IKVAV配列、LRE配列、DGEA配列、及びHAV配列)ペプチドによるコーティング」、「基材表面のアミノ化、カチオン化」、又は「基材表面のプラズマ処理、コロナ放電による親水性処理」といった方法を使用できる。
 リコンビナントペプチドを含むポリペプチドの種類は生体親和性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ゼラチン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、プロネクチン、ラミニン、テネイシン、フィブリン、フィブロイン、エンタクチン、トロンボスポンジン、レトロネクチンが好ましく、最も好ましくはゼラチン、コラーゲン、アテロコラーゲンである。本発明で用いるためのゼラチンとしては、好ましくは、天然ゼラチン又はリコンビナントゼラチンであり、さらに好ましくはリコンビナントゼラチンである。ここでいう天然ゼラチンとは天然由来のコラーゲンより作られたゼラチンを意味する。リコンビナントゼラチンについては、本明細書中後記する。
 本発明で用いる生体親和性高分子の親水性値「1/IOB」値は、0から1.0が好ましい。より好ましくは、0から0.6であり、さらに好ましくは0から0.4である。IOBとは、藤田穆により提案された有機化合物の極性/非極性を表す有機概念図に基く、親疎水性の指標であり、その詳細は、例えば、"Pharmaceutical Bulletin", vol.2, 2, pp.163-173(1954)、「化学の領域」vol.11, 10, pp.719-725(1957)、「フレグランスジャーナル」, vol.50, pp.79-82(1981)等で説明されている。簡潔に言えば、全ての有機化合物の根源をメタン(CH4)とし、他の化合物はすべてメタンの誘導体とみなして、その炭素数、置換基、変態部、環等にそれぞれ一定の数値を設定し、そのスコアを加算して有機性値(OV)、無機性値(IV)を求め、この値を、有機性値をX軸、無機性値をY軸にとった図上にプロットしていくものである。有機概念図におけるIOBとは、有機概念図における有機性値(OV)に対する無機性値(IV)の比、すなわち「無機性値(IV)/有機性値(OV)」をいう。有機概念図の詳細については、「新版有機概念図-基礎と応用-」(甲田善生等著、三共出版、2008)を参照されたい。本明細書中では、IOBの逆数をとった「1/IOB」値で親疎水性を表している。「1/IOB」値が小さい(0に近づく)程、親水性であることを表す表記である。
 本発明で用いる生体親和性高分子の「1/IOB」値を上記範囲とすることにより、親水性が高く、かつ、吸水性が高くなることから、栄養成分の保持に有効に作用し、結果として、細胞構造体(モザイク細胞塊)における細胞の安定化・生存しやすさに寄与するものと推定される。
 本発明で用いる生体親和性高分子がポリペプチドである場合は、Grand average of hydropathicity(GRAVY)値で表される親疎水性指標において、0.3以下、マイナス9.0以上であることが好ましく、0.0以下、マイナス7.0以上であることがさらに好ましい。Grand average of hydropathicity(GRAVY)値は、『Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A., Duvaud S., Wilkins M.R., Appel R.D., Bairoch A.;Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server;(In) John M. Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press (2005). pp. 571-607』及び『Gasteiger E., Gattiker A., Hoogland C., Ivanyi I., Appel R.D., Bairoch A.; ExPASy: the proteomics server for in-depth protein knowledge and analysis.; Nucleic Acids Res. 31:3784-3788(2003).』の方法により得ることができる。
 本発明で用いる生体親和性高分子のGRAVY値を上記範囲とすることにより、親水性が高く、かつ、吸水性が高くなることから、栄養成分の保持に有効に作用し、結果として、細胞構造体(モザイク細胞塊)における細胞の安定化・生存しやすさに寄与するものと推定される。
(1-2)架橋
 本発明で用いる生体親和性高分子は、架橋されているものでもよいし、架橋されていないものでもよいが、架橋されているものが好ましい。架橋されている生体親和性高分子を使用することにより、培地中で培養する際および生体に移植した際に瞬時に分解してしまうことを防ぐという効果が得られる。一般的な架橋方法としては、熱架橋、アルデヒド類(例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドなど)による架橋、縮合剤(カルボジイミド、シアナミドなど)による架橋、酵素架橋、光架橋、紫外線架橋、疎水性相互作用、水素結合、イオン性相互作用などが知られている。本発明ではグルタルアルデヒドを使用しない架橋方法を使用することが好ましい。本発明では、アルデヒド類又は縮合剤を使用しない架橋方法を使用することがより好ましい。即ち、本発明における生体親和性高分子ブロックは、好ましくは、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックであり、より好ましくは、アルデヒド類又は縮合剤を含まない生体親和性高分子ブロックである。本発明で使用する架橋方法としては、さらに好ましくは熱架橋、紫外線架橋、又は酵素架橋であり、特に好ましくは熱架橋である。
 酵素による架橋を行う場合、酵素としては、高分子材料間の架橋作用を有するものであれば特に限定されないが、好ましくはトランスグルタミナーゼおよびラッカーゼ、最も好ましくはトランスグルタミナーゼを用いて架橋を行うことができる。トランスグルタミナーゼで酵素架橋するタンパク質の具体例としては、リジン残基およびグルタミン残基を有するタンパク質であれば特に制限されない。トランスグルタミナーゼは、哺乳類由来のものであっても、微生物由来のものであってもよく、具体的には、味の素(株)製アクティバシリーズ、試薬として発売されている哺乳類由来のトランスグルタミナーゼ、例えば、オリエンタル酵母工業(株)製、Upstate USA Inc.製、Biodesign International製などのモルモット肝臓由来トランスグルタミナーゼ、ヤギ由来トランスグルタミナーゼ、ウサギ由来トランスグルタミナーゼなど、ヒト由来の血液凝固因子(Factor XIIIa、Haematologic Technologies, Inc.社)などが挙げられる。
 架橋(例えば、熱架橋)を行う際の反応温度は、架橋ができる限り特に限定されないが、好ましくは、-100℃~500℃であり、より好ましくは0℃~300℃であり、更に好ましくは50℃~300℃であり、更に好ましくは100℃~250℃であり、更に好ましくは120℃~200℃である。
(1-3)リコンビナントゼラチン
 本発明で言うリコンビナントゼラチンとは、遺伝子組み換え技術により作られたゼラチン類似のアミノ酸配列を有するポリペプチドもしくは蛋白様物質を意味する。本発明で用いることができるリコンビナントゼラチンは、コラーゲンに特徴的なGly-X-Yで示される配列(X及びYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す)の繰り返しを有するものが好ましい。ここで、複数個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。好ましくは、細胞接着シグナルが一分子中に2配列以上含まれている。本発明で用いるリコンビナントゼラチンとしては、コラーゲンの部分アミノ酸配列に由来するアミノ酸配列を有するリコンビナントゼラチンを用いることができる。例えばEP1014176、US特許6992172号、国際公開WO2004/85473、国際公開WO2008/103041等に記載のものを用いることができるが、これらに限定されるものではない。本発明で用いるリコンビナントゼラチンとして好ましいものは、以下の態様のリコンビナントゼラチンである。
 リコンビナントゼラチンは、天然のゼラチン本来の性能から、生体親和性に優れ、且つ天然由来ではないことで牛海綿状脳症(BSE)などの懸念がなく、非感染性に優れている。また、リコンビナントゼラチンは天然セラチンと比べて均一であり、配列が決定されているので、強度及び分解性においても架橋等によってブレを少なく精密に設計することが可能である。
 リコンビナントゼラチンの分子量は、特に限定されないが、好ましくは2kDa以上100kDa以下であり、より好ましくは2.5kDa以上95kDa以下であり、さらに好ましくは5kDa以上90kDa以下であり、最も好ましくは10kDa以上90kDa以下である。
 リコンビナントゼラチンは、コラーゲンに特徴的なGly-X-Yで示される配列の繰り返しを有することが好ましい。ここで、複数個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Gly-X-Y において、Glyはグリシンを表し、X及びYは、任意のアミノ酸(好ましくは、グリシン以外の任意のアミノ酸)を表す。コラーゲンに特徴的なGly-X-Yで示される配列とは、ゼラチン・コラーゲンのアミノ酸組成および配列における、他のタンパク質と比較して非常に特異的な部分構造である。この部分においてはグリシンが全体の約3分の1を占め、アミノ酸配列では3個に1個の繰り返しとなっている。グリシンは最も簡単なアミノ酸であり、分子鎖の配置への束縛も少なく、ゲル化に際してのヘリックス構造の再生に大きく寄与している。X及びYで表されるアミノ酸はイミノ酸(プロリン、オキシプロリン)が多く含まれ、全体の10%~45%を占めることが好ましい。好ましくは、リコンビナントゼラチンの配列の80%以上、更に好ましくは95%以上、最も好ましくは99%以上のアミノ酸が、Gly-X-Yの繰り返し構造である。
 一般的なゼラチンは、極性アミノ酸のうち電荷を持つものと無電荷のものが1:1で存在する。ここで、極性アミノ酸とは具体的にシステイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン及びアルギニンを指し、このうち極性無電荷アミノ酸とはシステイン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン及びチロシンを指す。本発明で用いるリコンビナントゼラチンにおいては、構成する全アミノ酸のうち、極性アミノ酸の割合が10~40%であり、好ましくは20~30%である。且つ上記極性アミノ酸中の無電荷アミノ酸の割合が5%以上20%未満、好ましくは10%未満であることが好ましい。さらに、セリン、スレオニン、アスパラギン、チロシン及びシステインのうちいずれか1アミノ酸、好ましくは2以上のアミノ酸を配列上に含まないことが好ましい。
 一般にポリペプチドにおいて、細胞接着シグナルとして働く最小アミノ酸配列が知られている(例えば、株式会社永井出版発行「病態生理」Vol.9、No.7(1990年)527頁)。本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、これらの細胞接着シグナルを一分子中に2以上有することが好ましい。具体的な配列としては、接着する細胞の種類が多いという点で、アミノ酸一文字表記で現わされる、RGD配列、LDV配列、REDV配列、YIGSR配列、PDSGR配列、RYVVLPR配列、LGTIPG配列、RNIAEIIKDI配列、IKVAV配列、LRE配列、DGEA配列、及びHAV配列の配列が好ましい。さらに好ましくはRGD配列、YIGSR配列、PDSGR配列、LGTIPG配列、IKVAV配列及びHAV配列、特に好ましくはRGD配列である。RGD配列のうち、好ましくはERGD配列である。細胞接着シグナルを有するリコンビナントゼラチンを用いることにより、細胞の基質産生量を向上させることができる。例えば、細胞として、間葉系幹細胞を用いた軟骨分化の場合には、グリコサミノグリカン(GAG)の産生を向上させることができる。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンにおけるRGD配列の配置としては、RGD間のアミノ酸数が0~100の間、好ましくは25~60の間で均一でないことが好ましい。
 この最小アミノ酸配列の含有量は、細胞接着・増殖性の観点から、タンパク質1分子中3~50個が好ましく、さらに好ましくは4~30個、特に好ましくは5~20個である。最も好ましくは12個である。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンにおいて、アミノ酸総数に対するRGDモチーフの割合は少なくとも0.4%であることが好ましい。リコンビナントゼラチンが350以上のアミノ酸を含む場合、350のアミノ酸の各ストレッチが少なくとも1つのRGDモチーフを含むことが好ましい。アミノ酸総数に対するRGDモチーフの割合は、更に好ましくは少なくとも0.6%であり、更に好ましくは少なくとも0.8%であり、更に好ましくは少なくとも1.0%であり、更に好ましくは少なくとも1.2%であり、最も好ましくは少なくとも1.5%である。リコンビナントペプチド内のRGDモチーフの数は、250のアミノ酸あたり、好ましくは少なくとも4、更に好ましくは6、更に好ましくは8、更に好ましくは12以上16以下である。RGDモチーフの0.4%という割合は、250のアミノ酸あたり、少なくとも1つのRGD配列に対応する。RGDモチーフの数は整数であるので、0.4%の特徴を満たすには、251のアミノ酸からなるゼラチンは、少なくとも2つのRGD配列を含まなければならない。好ましくは、本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、250のアミノ酸あたり、少なくとも2つのRGD配列を含み、より好ましくは250のアミノ酸あたり、少なくとも3つのRGD配列を含み、さらに好ましくは250のアミノ酸あたり、少なくとも4つのRGD配列を含む。本発明で用いるリコンビナントゼラチンのさらなる態様としては、少なくとも4つのRGDモチーフ、好ましくは6つ、より好ましくは8つ、さらに好ましくは12以上16以下のRGDモチーフを含む。
 リコンビナントゼラチンは部分的に加水分解されていてもよい。
 好ましくは、本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、式:A-[(Gly-X-Y)nm-Bで示されるものである。n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す。mとして好ましくは2~10、好ましくは3~5である。nは3~100が好ましく、15~70がさらに好ましく、50~65が最も好ましい。Aは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、Bは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す。
 より好ましくは、本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、 式:Gly-Ala-Pro-[(Gly-X-Y)633-Gly(式中、63個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、63個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す。なお、63個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)で示されるものである。
 繰り返し単位には天然に存在するコラーゲンの配列単位を複数結合することが好ましい。ここで言う天然に存在するコラーゲンとは天然に存在するものであればいずれでも構わないが、好ましくはI型、II型、III型、IV型、又はV型コラーゲンである。より好ましくは、I型、II型、又はIII型コラーゲンである。別の形態によると、上記コラーゲンの由来は好ましくは、ヒト、ウシ、ブタ、マウス又はラットであり、より好ましくはヒトである。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンの等電点は、好ましくは5~10であり、より好ましくは6~10であり、さらに好ましくは7~9.5である。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンは脱アミン化されていない。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンはテロペプタイドを有さない。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンは、アミノ酸配列をコードする核酸により調製された実質的に純粋なポリペプチドである。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンとして特に好ましくは、
(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるペプチド;
(2)配列番号1に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;又は
(3)配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上(さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上)の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;
 「1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列」における「1若しくは数個」とは、好ましくは1~20個、より好ましくは1~10個、さらに好ましくは1~5個、特に好ましくは1~3個を意味する。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、当業者に公知の遺伝子組み換え技術によって製造することができ、例えばEP1014176A2号公報、米国特許第6992172号公報、国際公開WO2004/85473号、国際公開WO2008/103041号等に記載の方法に準じて製造することができる。具体的には、所定のリコンビナントゼラチンのアミノ酸配列をコードする遺伝子を取得し、これを発現ベクターに組み込んで、組み換え発現ベクターを作製し、これを適当な宿主に導入して形質転換体を作製する。得られた形質転換体を適当な培地で培養することにより、リコンビナントゼラチンが産生されるので、培養物から産生されたリコンビナントゼラチンを回収することにより、本発明で用いるリコンビナントゼラチンを調製することができる。
(1-4)生体親和性高分子ブロック
 本発明では、上記した生体親和性高分子からなるブロック(塊)を使用する。
 本発明における生体親和性高分子ブロックの形状は特に限定されるものではない。例えば、不定形、球状、粒子状、粉状、多孔質状、繊維状、紡錘状、扁平状およびシート状であり、好ましくは、不定形、球状、粒子状、粉状および多孔質状であり、より好ましくは不定形である。不定形とは、表面形状が均一でないもののことを示し、例えば、岩のような凹凸を有する物を示す。
 本発明における生体親和性高分子ブロックのタップ密度は、10mg/cm3以上500mg/cm3以下であり、好ましくは、20mg/cm3以上400mg/cm3以下、より好ましくは40mg/cm3以上220mg/cm3以下、更に好ましくは50mg/cm3以上150mg/cm3以下である。
 タップ密度は、ある体積にどれくらいのブロックを密に充填できるかを表す値であり、値が小さいほど、密に充填できない、すなわちブロックの構造が複雑であることが分かる。生体親和性高分子ブロックのタップ密度とは、生体親和性高分子ブロックの表面構造の複雑性、及び生体親和性高分子ブロックを集合体として集めた場合に形成される空隙の量を表していると考えられる。タップ密度が小さい程、高分子ブロック間の空隙が多くなり、細胞の生着領域が多くなる。また、小さ過ぎないことで、細胞同士の間に適度に生体親和性高分子ブロックが存在出来、細胞移植用細胞構造体とした場合に同構造体内部への栄養分送達を可能とすることから、上記の範囲に収まることが好適であると考えられる。
 本明細書でいうタップ密度は、以下のように測定できる。測定のために(直径6mm、長さ21.8mmの円筒状:容量0.616cm3)の容器(以下、キャップと記載する)を用意する。まず、キャップのみの質量を測定する。その後、キャップにロートを付け、ブロックがキャップに溜まるようにロートから流し込む。十分量のブロックを入れた後、キャップ部分を200回机などの硬いところにたたきつけ、ロートをはずし、スパチュラですりきりにする。このキャップにすりきり一杯入った状態で質量を測定する。キャップのみの質量との差からブロックのみの質量を算出し、キャップの体積で割ることで、タップ密度を求めることができる。
 本発明における生体親和性高分子ブロックの「断面積の平方根÷周囲長」は、0.01以上0.13以下であり、好ましくは、0.02以上0.12以下、より好ましくは0.03以上0.115以下、更に好ましくは0.05以上0.09以下である。
 生体親和性高分子ブロックの「断面積の平方根÷周囲長」とは、タップ密度と同様に、生体親和性高分子ブロックの表面構造の複雑性、及び高分子ブロックを集合体として集めた場合に形成される空隙の量を表していると考えられる。「断面積の平方根÷周囲長」が小さい程、生体親和性高分子ブロック間の空隙が多くなり、細胞の生着領域が多くなる。また、小さ過ぎないことで、細胞同士の間に適度に生体親和性高分子ブロックが存在でき、細胞移植用細胞構造体とした場合に同構造体内部への栄養分送達を可能とすることから、上記の範囲に収まることが好適であると考えられる。
 生体親和性高分子ブロックの、二次元断面像における「面積の平方根÷周囲長」とは、生体親和性高分子ブロックの断面標本を作製し、断面構造を確認することによって求めることができる。例えば、まず、生体親和性高分子ブロックの断面構造を薄切標本(例えばHE染色標本)として用意する。この際、生体親和性高分子ブロックだけでも構わないし、生体親和性高分子ブロックと細胞を含む細胞構造体として断面構造を観察することでも構わない。一つの生体親和性高分子ブロックについて、その断面積及び周囲長を求め、その後、「断面積の平方根÷周囲長」を算出する。それを10か所以上の複数個にわたって計測し、それらの平均値として「断面積の平方根÷周囲長」を得ることができる。
 本発明における生体親和性高分子ブロック一つの大きさは、特に限定されないが、好ましくは1μm以上700μm以下であり、より好ましくは10μm以上700μm以下であり、さらに好ましくは10μm以上300μm以下であり、さらに好ましくは20μm以上200μm以下であり、さらに好ましくは20μm以上150μm以下であり、特に好ましくは25μm以上106μm以下であり、また50μm以上120μm以下であることも好ましい。生体親和性高分子ブロック一つの大きさを上記の範囲内にすることにより、より優れた血管形成を達成することができる。なお、生体親和性高分子ブロック一つの大きさとは、複数個の生体親和性高分子ブロックの大きさの平均値が上記範囲にあることを意味するものではなく、複数個の生体親和性高分子ブロックを篩にかけて得られる、一つ一つの生体親和性高分子ブロックのサイズを意味するものである。
 ブロック一つの大きさは、ブロックを分ける際に用いたふるいの大きさで定義することができる。例えば、180μmのふるいにかけ、通過したブロックを106μmのふるいにかけた際にふるいの上に残るブロックを、106~180μmの大きさのブロックとすることができる。次に、106μmのふるいにかけ、通過したブロックを53μmのふるいにかけた際にふるいの上に残るブロックを、53~106μmの大きさのブロックとすることができる。次に、53μmのふるいにかけ、通過したブロックを25μmのふるいにかけた際にふるいの上に残るブロックを、25~53μmの大きさのブロックとすることができる。
(1-5)生体親和性高分子ブロックの製造方法
 生体親和性高分子ブロックの製造方法は、上記(1-4)に記載した条件を満たす生体親和性高分子ブロックが得られる限りは特に限定されない。例えば、生体親和性高分子の多孔質体を、粉砕機(ニューパワーミルなど)を用いて粉砕することにより顆粒の形態とすることができ、これにより上記(1-4)に記載した条件を満たす生体親和性高分子ブロックを得ることができる。
 本発明における「多孔質体」としては好ましくは、1mm角の材料として用意した場合に、本体内部に複数の「10μm以上500μm以下の空孔」を有する材料で、かつその本体中で空孔の占める体積が50%以上の材料を使用することができる。これらの材料において、内部の空孔は、互いに連通していてもよく、一部もしくは全部の空孔が材料表面に開口していてもよい。
 生体親和性高分子の多孔質体を製造する際に、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度(「溶媒融点-3℃」)以下となる凍結工程を含めることによって、形成される氷は球状となる。この工程を経て、氷が乾燥されることで、球状の等方的な空孔(球孔)を持つ多孔質体が得られる。溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度(「溶媒融点-3℃」)以上となる凍結工程を含まずに、凍結されることで、形成される氷は柱/平板状となる。この工程を経て、氷が乾燥されると、一軸あるいは二軸上に長い、柱状あるいは平板状の空孔(柱/平板孔)を持つ多孔質体が得られる。
 本発明においては、多孔質体の有する空孔の形状は、柱/平板孔であるよりも、球孔であることが好ましく、また、空孔のうち球孔の占める割合が50%以上であることがさらに好ましい。
 本発明では好ましくは、
生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度(「溶媒融点-3℃」)以下となる、凍結処理により凍結する工程a;及び
上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b:
を含む方法により、生体親和性高分子の多孔質体を製造することができる。上記工程によれば、空孔の内、球孔の占める割合が50%以上とすることができるからである。
 好ましくは、上記工程bで得られた多孔質体を粉砕する工程cを含めることができる。
 より好ましくは、上記工程aにおいて、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融より7℃低い温度(「溶媒融点-7℃」)以下となる凍結処理により凍結することができる。この工程によれば、空孔の内、球孔の占める割合が80%以上とすることができるからである。
 多孔質体の有する空孔の平均空孔サイズは、上記多孔質体の断面構造観察から得られる。まず、多孔質体の断面構造を薄切標本(例えばHE(ヘマトキシリン・エオシン)染色標本)として用意する。その後、高分子で形成されている壁の内、明瞭な突起部については、最接突起部と繋ぎ、空孔を明瞭化させる。そうして得られた区切られた個々の空孔面積を計測し、その後、上記面積を円換算した場合の円直径を算出する。得られた円直径を空孔サイズとし、20個以上の平均値を平均空孔サイズとすることができる。
 本明細書中における、ある空孔サイズの空間占有率とは、ある空孔サイズを有す空孔が多孔質体中で、どれくらいの体積を占めているかという割合のことをいう。 具体的には、二次元断面画像から、ある空孔サイズの空孔が占める面積を全面積で除することにより、割合として求めることができる。また、用いる断面画像としては、実寸1.5mm大についての断面画像を利用することができる。
 多孔質体の空孔サイズ20μm~200μmが占める空間占有率は、好ましくは83%以上100%以下であり、より好ましくは85%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下、特に好ましくは95%以上100%以下である。
 多孔質体の空孔サイズ30μm~150μmが占める空間占有率は、好ましくは60%以上100%以下であり、より好ましくは70%以上100%以下、さらに好ましくは80%以上100%以下、特に好ましくは90%以上100%以下である。
 多孔質体の空孔サイズ20μm~200μmが占める空間占有率、及び多孔質体の空孔サイズ30μm~150μmが占める空間占有率とは、多孔質体中における空孔サイズ分布が所定の範囲に収まることを表している。つまり、上記多孔質体を粉砕することで得た高分子ブロックにおいて、サイズ20μm~200μm大の高分子ブロックとした際、上記空孔サイズは、一つの高分子ブロックサイズと近いサイズであり、結果的に上記空孔サイズの割合が多い多孔質体では、粉砕後の高分子ブロックの構造が複雑となり、結果的にタップ密度や、「断面積の平方根÷周囲長」を小さくすることに繋がる。
 空孔の形状については、個々の空孔について、長軸と短軸を求め、そこから「長軸÷短軸」を算出。それら「長軸÷短軸」が1以上2以下の場合を球孔、3以上の場合を柱/平板孔とすることができる。
 本発明における多孔質体の空孔率は、嵩密度(ρ)と真密度(ρc)を用いて、空孔率(P) = 1-ρ/ρc (%)により求めることができる。嵩密度(ρ)は、乾燥質量と体積から算出し、真密度(ρc)は、ハバード型形の比重瓶法により求めることができる。本発明における高分子多孔質体の空孔率は、好ましくは81%以上99.99%以下であり、より好ましくは95.01%以上99.9%以下である。
(2)細胞
 本発明で用いる細胞は、脳損傷の治療を行えるものであれば任意の細胞を使用することができ、その種類は特に限定されない。また、使用する細胞は1種でもよいし、複数種の細胞を組合せて用いてもよい。また、使用する細胞として、好ましくは、動物細胞であり、より好ましくは脊椎動物由来細胞、特に好ましくはヒト由来細胞である。脊椎動物由来細胞(特に、ヒト由来細胞)の種類は、万能細胞、体性幹細胞、前駆細胞、又は成熟細胞の何れでもよい。万能細胞としては、例えば、胚性幹(ES)細胞、生殖幹(GS)細胞、又は人工多能性幹(iPS)細胞を使用することができる。体性幹細胞としては、例えば、間葉系幹細胞(MSC)、造血幹細胞、羊膜細胞、臍帯血細胞、骨髄細胞(骨髄由来細胞)、心筋幹細胞、脂肪由来幹細胞、又は神経幹細胞を使用することができる。前駆細胞及び成熟細胞としては、例えば、神経、脳、又は骨髄に由来する細胞を使用することができる。ヒト由来細胞としては、例えば、ES細胞、iPS細胞、MSC、神経細胞、血管内皮細胞、骨髄由来細胞、又は造血幹細胞を使用することができる。また、細胞の由来は、自家細胞又は他家細胞の何れでも構わない。例えば、脳虚血・脳梗塞に対しては、神経前駆細胞、または、神経細胞に分化可能な細胞を投与することができる。
 また本発明においては、血管系細胞を使用することもできる。本明細書において、血管系細胞とは、血管形成に関連する細胞を意味し、血管および血液を構成する細胞、およびその細胞に分化することができる前駆細胞、体性幹細胞である。ここで、血管系細胞には、ES細胞、GS細胞、又はiPS細胞等の万能細胞や、間葉系幹細胞(MSC)のような血管および血液を構成する細胞に、自然には分化しないものは含まれない。血管系細胞として、好ましくは血管を構成する細胞である。脊椎動物由来細胞(特に、ヒト由来細胞)では、血管を構成する細胞の具体例としては、血管内皮細胞および血管平滑筋細胞を挙げることができる。血管内皮細胞は、静脈内皮細胞および動脈内皮細胞の何れでもよい。血管内皮細胞の前駆細胞としては、血管内皮前駆細胞を使用することができる。好ましくは血管内皮細胞および血管内皮前駆細胞である。血液を構成する細胞としては、血球細胞が使用でき、リンパ球や好中球などの白血球細胞、単球細胞、それらの幹細胞である造血幹細胞を使用できる。
 本明細書において、非血管系細胞とは、上記の血管系細胞以外の細胞を意味する。例えば、ES細胞、iPS細胞、間葉系幹細胞(MSC)、または神経細胞を使用することができる。好ましくは、MSCまたはiPS細胞を使用することができる。より好ましくは、MSCである。
 本発明で用いる細胞としては、神経系の遺伝子を発現している細胞を用いることができ、好ましくは神経系の遺伝子を発現しているMSCを用いることができる。
 神経系の遺伝子としては、Sox2, Nestin(ネスチン), NeuroD1(Neurogenic differentiation 1), GAD1(GABA合成), GRIA1(グルタミン酸受容体1),GRIA2(グルタミン酸受容体2), CHRM1(アセチルコリン受容体1), GABRA1(GABAA受容体α1), GABBR1(GABAB受容体1), CHAT(アセチルコリン合成), DDC(セロトニン/DOPA合成),HTR1A(セロトニン受容体1A), HTR1B(セロトニン受容体1B)、HTR2A(セロトニン受容体2A), 5-HTT(セロトニントランスポーター), Ascl1(神経幹細胞ニューロン分化マーカー), Hes1(神経幹細胞アストロサイト分化マーカー), 及びOlig2(神経幹細胞オリゴデンドロサイト分化マーカー)などが挙げられるが、特に限定されない。本発明で用いる細胞としては、上記した神経系の遺伝子のうちの1種以上、好ましくは2種以上、より好ましくは3種以上、さらに好ましくは5種以上、さらに好ましくは7種以上、特に好ましくは10種以上、最も好ましくは13種以上を発現している細胞(好ましくはMSC)を用いることができる。
 例えば、Sox2, Nestin, NeuroD1, GAD1, GRIA1,GRIA2,GABRA1, GABBR1, DDC,HTR1B、HTR2A, 5-HTT, Hes1から選択される遺伝子のうちの1種以上、好ましくは2種以上、より好ましくは3種以上、さらに好ましくは5種以上、さらに好ましくは7種以上、特に好ましくは10種以上、最も好ましくは13種全てを発現している細胞(好ましくはMSC)を使用することができる。但し、本発明においては、上記遺伝子を発現していないMSC、又は上記遺伝子以外の神経系の遺伝子を発現しているMSCを用いることもできる。
 なお、細胞における特定の遺伝子の発現状態(発現の有無及び発現の程度)を測定するための方法は、当業者に公知であり、RT-PCR(逆転写ポリメラーゼ連鎖反応)、ノザンブロット法等の常法により測定することができる。
(3)脳損傷治療用細胞構造体
 本発明においては、生体親和性高分子ブロックと細胞とを用いて、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックをモザイク状に3次元的に配置させることによって細胞移植のために適した厚みを有することが可能となる。さらに、生体親和性高分子ブロックと細胞とがモザイク状に3次元に配置されることにより、構造体中で細胞が均一に存在する細胞構造体を形成され、外部から細胞構造体の内部への栄養送達を可能となる。これにより、本発明の脳損傷治療用細胞構造体を用いて、細胞移植を行うと、移植された細胞の壊死を抑制し、移植が可能となる。なお、ここでいう「壊死の抑制」とは、細胞構造体とせず、細胞のみを移植した場合と比較して、壊死の程度が低いことを意味する。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体においては、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックが配置されているが、ここで、「細胞間の隙間」とは、構成される細胞により、閉じられた空間である必要はなく、細胞により挟まれていればよい。なお、すべての細胞間に隙間がある必要はなく、細胞同士が接触している箇所があってもよい。生体親和性高分子ブロックを介した細胞間の隙間の距離、即ち、ある細胞とその細胞から最短距離に存在する細胞を選択した際の隙間距離は特に制限されるものではないが、生体親和性高分子ブロックの大きさであることが好ましく、好適な距離も生体親和性高分子ブロックの好適な大きさの範囲である。
 また、生体親和性高分子ブロックは、細胞により挟まれた構成となるが、すべての生体親和性高分子ブロック間に細胞がある必要はなく、生体親和性高分子ブロック同士が接触している箇所があってもよい。細胞を介した生体親和性高分子ブロック間の距離、即ち、生体親和性高分子ブロックとその生体親和性高分子ブロックから最短距離に存在する生体親和性高分子ブロックを選択した際の距離は特に制限されるものではないが、使用される細胞が1~数個集まった際の細胞の塊の大きさであることが好ましく、例えば、10μm以上1000μm以下であり、好ましくは10μm以上100μm以下であり、より好ましくは10μm以上50μm以下である。
 なお、本明細書中、「構造体中で細胞が均一に存在する細胞構造体」等、「均一に存在する」との表現を使用しているが、完全な均一を意味するものではなく、外部から細胞構造体の内部への栄養送達を可能とすること、移植された細胞の壊死を防止することを意味するものである。
 脳損傷治療用細胞構造体の厚さ又は直径は、所望の厚さとすることができるが、下限としては、215μm以上であることが好ましく、400μm以上がさらに好ましく、730μm以上であることが最も好ましい。厚さ又は直径の上限は特に限定されないが、使用上の一般的な範囲としては3cm以下が好ましく、2cm以下がより好ましく、1cm以下であることが更に好ましい。また、脳損傷治療用細胞構造体の厚さ又は直径の範囲として、好ましくは、400μm以上3cm以下、より好ましくは500μm以上2cm以下、更に好ましくは720μm以上1cm以下である。脳損傷治療用細胞構造体の厚さ又は直径を上記の範囲内とすることにより、血管形成をより促進することができる。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体においては、好ましくは、生体親和性高分子ブロックからなる領域と細胞からなる領域とがモザイク状に配置されている。尚、本明細書中における「脳損傷治療用細胞構造体の厚さ又は直径」とは、以下のことを示すものとする。細胞構造体中のある一点Aを選択した際に、その点Aを通る直線の内で、細胞構造体外界からの距離が最短になるように細胞構造体を分断する線分の長さを線分Aとする。細胞構造体中でその線分Aが最長となる点Aを選択し、その際の線分Aの長さのことを「脳損傷治療用細胞構造体の厚さ又は直径」とする。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体においては、細胞と生体親和性高分子ブロックの比率は特に限定されないが、好ましくは細胞1個当りの生体親和性高分子ブロックの比率が0.0000001μg以上1μg以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.000001μg以上0.1μg以下、より好ましくは0.00001μg以上0.01μg以下、最も好ましくは0.00002μg以上0.006μg以下である。細胞と生体親和性高分子ブロックの比率を上記範囲とすることより、細胞をより均一に存在させることができる。下限を上記範囲とすることにより、上記用途に使用した際に細胞の効果を発揮することができ、上限を上記範囲とすることにより、任意で存在する生体親和性高分子ブロック中の成分を細胞に供給できる。ここで、生体親和性高分子ブロック中の成分は特に制限されないが、後述する培地に含まれる成分が挙げられる。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体は、血管新生因子を含んでいてもよい。ここで、血管新生因子としては、塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、肝細胞増殖因子(HGF)などを好適に挙げることができる。血管新生因子を含む細胞構造体の製造方法は、特に制限されないが、例えば、血管新生因子を含浸させた生体親和性高分子ブロックを使用することにより、製造することができる。血管新生を促進する観点からは、本発明の脳損傷治療用細胞構造体は、血管新生因子を含むことが好ましい。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体は、非血管系細胞を含むものでもよい。また、細胞構造体を構成する細胞は、非血管系細胞のみでもよい。細胞として非血管系細胞のみを含む細胞構造体により、移植後、移植部位に、血管を形成することができる。また、細胞構造体を構成する細胞が二種類以上であり、非血管系細胞および血管系細胞の両方を含む場合には、非血管系細胞のみで構成されている場合と比較して、より血管形成することが可能となり、好ましい。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体としては、細胞構造体の内部において血管形成されているものも好ましい。
 なお、本発明の脳損傷治療用細胞構造体としては、二種類以上の細胞を含み、かつ非血管系細胞および血管系細胞の両方を含む細胞構造体を用いて、細胞構造体の内部に血管形成されたものも含む。
(4)脳損傷治療用細胞構造体の製造方法
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体は、生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合することによって製造することができる。より具体的には、本発明の脳損傷治療用細胞構造体は、生体親和性高分子ブロックと、細胞とを交互に配置することにより製造できる。製造方法は特に限定されないが、好ましくは生体親和性高分子ブロックを形成したのち、細胞を播種する方法である。具体的には、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートすることによって、本発明の脳損傷治療用細胞構造体を製造することができる。例えば、容器中、容器に保持される液体中で、細胞と、予め作製した生体親和性高分子ブロックとをモザイク状に配置する。配置の手段としては、自然凝集、自然落下、遠心、攪拌を用いることで、細胞と生体親和性基材からなるモザイク状の配列形成を促進又は制御することが好ましい。
 本発明によれば、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である生体親和性高分子ブロックと細胞とを混合し、10時間以上培養する工程を含む本発明の脳損傷治療用細胞構造体の製造方法が提供される。即ち、本発明の脳損傷治療用細胞構造体は、生体親和性高分子ブロックと細胞とを混合し、10時間以上培養することにより得たものであることが好ましく、12時間以上培養することにより得たものであることがより好ましく、15時間以上培養することにより得たものであることがさらに好ましく、18時間以上培養することにより得たものであることが特に好ましい。なお、生体親和性高分子ブロックと細胞とを混合した後、遠心することなく上記した時間だけ培養することが好ましい。
 用いられる容器としては、細胞低接着性材料又は細胞非接着性材料からなる容器が好ましく、より好ましくはポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラス、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートからなる容器である。容器底面の形状は平底型、U字型、V字型であることが好ましい。
 上記の方法で得られた細胞構造体(モザイク細胞塊)は、例えば、
(a)別々に調製した細胞構造体(モザイク細胞塊)同士を融合させる、又は
(b)分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる、
などの方法により所望の大きさの細胞構造体を製造することができる。融合の方法、ボリュームアップの方法は特に限定されない。
 例えば、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートする工程において、培地を分化培地又は増殖培地に交換することによって、細胞構造体をボリュームアップさせることができる。好ましくは、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートする工程において、生体親和性高分子ブロックをさらに添加することによって、所望の大きさの細胞構造体であって、細胞構造体中に細胞が均一に存在する細胞構造体を製造することができる。
 別々に調製した細胞構造体同士を融合させる場合には、例えば、複数個の生体親和性高分子ブロックと複数個の細胞とを含み、上記複数の細胞により形成される複数個の隙間の一部または全部に、一または複数個の上記生体親和性高分子ブロックが配置されている細胞構造体を複数個融合させることができる。上記(a)に記載の通り細胞構造体の複数個を融合させることによって得られる細胞構造体も、本発明の脳損傷治療用細胞構造体として使用することができる。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体の製造方法における「生体親和性高分子ブロック(種類、大きさ等)」、「細胞」、「細胞間の隙間」、「得られる細胞構造体(大きさ等)」、「細胞と生体親和性高分子ブロックの比率」等の好適な範囲は、本明細書中上記と同様である。
 上記融合前の各細胞構造体の厚さ又は直径は好ましくは10μm以上1cm以下であり、より好ましくは10μm以上2000μm以下、更に好ましくは15μm以上1500μm以下、最も好ましくは、20μm以上1300μm以下である。融合後の厚さ又は直径は好ましくは400μm以上3cm以下であり、より好ましくは500μm以上2cm以下であり、更に好ましくは720μm以上1cm以下である。
 上記した生体親和性高分子ブロックをさらに添加することによって、所望の大きさの細胞構造体を製造する方法としては、具体的には、複数個の第一の生体親和性高分子ブロックと、複数個の細胞とを含み、上記複数の細胞により形成される複数個の隙間の一部または全部に、一または複数個の上記生体親和性高分子ブロックが配置されている細胞構造体に、更に、第二の生体親和性高分子ブロックを添加しインキュベートする方法を挙げることができる。ここで、「生体親和性高分子ブロック(種類、大きさ等)」、「細胞」、「細胞間の隙間」、「得られる細胞構造体(大きさ等)」、「細胞と生体親和性高分子ブロックの比率」等の好適な範囲は、本明細書中上記と同様である。
 融合させたい細胞構造体同士は、0以上50μm以下の距離に設置することが好ましく、より好ましくは、0以上20μm以下、更に好ましくは0以上5μm以下の距離である。細胞構造体同士を融合させる際、細胞の増殖・伸展によって細胞あるいは細胞が産生する基質が接着剤の役割を果たし、接合させることが考えられ、上記範囲とすることにより、細胞構造体同士の接着が容易となる。
 上記により得られる細胞構造体の厚さ又は直径の範囲として、好ましくは、400μm以上3cm以下、より好ましくは500μm以上2cm以下、更に好ましくは720μm以上1cm以下である。
 細胞構造体に、更に、第二の生体親和性高分子ブロックを添加しインキュベートする際の、第二の生体親和性高分子ブロックの添加するペースは、使用する細胞の増殖の速度に合わせて、適宜、選択することが好ましい。具体的には、第二の生体親和性高分子ブロックを添加するペースが早いと細胞が細胞構造体の外側へと移動し、細胞の均一性が低くなり、添加のペースが遅いと、細胞の割合が多くなる箇所ができ、細胞の均一性が低くなるため、使用する細胞の増殖速度を考慮し、選択する。
 非血管系細胞および血管系細胞の両方を含む場合の細胞構造体の製造方法として、例えば、下記(a)~(c)の製造方法を好適に挙げることができる。
(a)は非血管系細胞を用いて前述の方法で細胞構造体を形成した後、血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法である。ここで、「血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程」とは、前述した、調製した細胞構造体(モザイク細胞塊)同士を融合させる方法、および、分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる方法、いずれも含むものである。
(b)は血管系細胞を用いて前述の方法で細胞構造体を形成した後、非血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法である。ここで、「非血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程」とは、前述した、調製した細胞構造体(モザイク細胞塊)同士を融合させる方法、および、分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる方法、いずれも含むものである。
(c)は、非血管系細胞および血管系細胞を実質的に同時に使用し、前述の方法で細胞構造体を形成させる製造方法である。
(5)細胞構造体の脳損傷治療用途、脳損傷治療剤及び脳損傷治療方法
 上記した細胞構造体は、脳損傷の治療において使用することができる。即ち、本発明は、脳損傷の治療において使用するための細胞構造体、並びに上記した細胞構造体を含む脳損傷治療剤を提供するものである。
 脳損傷とは、脳の機能に損傷が生じた状態を広く意味し、例えば、脳外傷、低酸素性虚血性脳損傷、脳梗塞及び/又は脳卒中などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体及び脳損傷治療剤の投与経路とは特に限定されず、全身投与(非経口投与など)でもよいし、局所投与(例えば、治療部位への移植など)でもよい。本発明の脳損傷治療用細胞構造体又は脳損傷治療剤の投与は、種々の方法により、例えば注射カニューレ、針またはシャントを介した注入により行うことができるが、これらに限定されない。本発明の脳損傷治療用細胞構造体又は脳損傷治療剤を全身投与する場合は、非経口投与、例えば静脈内投与、動脈内投与、筋肉内投与、皮内投与又は皮下投与が好ましい。本発明の脳損傷治療用細胞構造体又は脳損傷治療剤は、治療部位(疾患部位、例えば、脳の病変部位など)に局所投与することもできる。局所投与の利点は、病変部位へ細胞をより精確にターゲッティングできることである。より好ましくは局所投与である。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体又は脳損傷治療を脳の病変部位に移植する場合、移植は、定位的外科手術を用いて実行することができる。この場合、患者は麻酔される。患者の頭部は核磁気共鳴画像(MRI)適合性定位枠中に置かれ、そしてマイクロインジェクターを有するマイクロポジショナーは頭蓋上に配置される。標的部位の真上の硬膜の領域を露出するために、歯科用ドリルまたはその他の適切な器具を用いて、患者の頭蓋骨にバー・ホール(burr hole)を作ることができる。
 本発明の脳損傷治療用細胞構造体及び脳損傷治療剤における細胞数は、所望の治療効果が生じるよう算定された細胞数に設定することができる。本発明の脳損傷治療用細胞構造体及び脳損傷治療剤について、1回の投与当たりの細胞数は患者の体重1kg当たりで、好ましくは約1.0×104 ~ 5.0×107 個/kg体重であり、より好ましくは、約1.0×105 ~ 1.0×107 個/kg体重であり、さらに好ましくは約1.0×106 ~ 6.0×106 個/kg体重である。
 また本発明によれば、上記した本発明の脳損傷治療用細胞構造体を、脳損傷を有する患者に投与する工程を含む、脳損傷の治療方法が提供される。投与方法及び細胞構造体の好適な範囲は前述と同様である。
 さらに本発明によれば、脳損傷治療剤の製造のための、上記した本発明の脳損傷治療用細胞構造体の使用が提供される。細胞移植治療剤及び細胞構造体の好適な範囲は前述と同様である。
 以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
[実施例1]リコンビナントペプチド(リコンビナントゼラチン)
 リコンビナントペプチド(リコンビナントゼラチン)として以下記載のCBE3を用意した(WO2008/103041に記載)。
CBE3
分子量:51.6kD
構造: GAP[(GXY)63]3G
アミノ酸数:571個
RGD配列:12個
イミノ酸含量:33%
ほぼ100%のアミノ酸がGXYの繰り返し構造である。CBE3のアミノ酸配列には、セリン、スレオニン、アスパラギン、チロシン及びシステインは含まれていない。CBE3はERGD配列を有している。
等電点:9.34、GRAVY値:-0.682、1/IOB値:0.323
 アミノ酸配列(配列表の配列番号1)(WO2008/103041号公報の配列番号3と同じ。但し末尾のXは「P」に修正)
GAP(GAPGLQGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGPAGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPP)3G
 [実施例2] リコンビナントペプチド多孔質体(高分子多孔質体)の作製
 厚さ1mm、直径47mmのアルミ製円筒カップ状容器を用意した。円筒カップは曲面を側面としたとき、側面は1mmのアルミで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も1mmのアルミで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。また、側面の内部にのみ、肉厚1mmのテフロン(登録商標)を均一に敷き詰め、結果として円筒カップの内径は45mmになっている。以後、この容器のことを円筒形容器と呼称する。
 CBE3水溶液を調製し、このCBE3水溶液を円筒形容器に流し込んだ。冷凍庫内で冷却棚板を用いて底面からCBE3水溶液を冷却した。この際、冷却棚板の温度、及び棚板と円筒形容器の間に挟む断熱板(硝子板)の厚さ、入れるCBE3水溶液の最終濃度、及び水溶液量を以下に記載の通り用意した。
条件a:棚板温度-40℃、硝子板の厚さ2.2mm、CBE3水溶液の最終濃度12質量%、水溶液量4mL。
条件b:棚板温度-60℃、硝子板の厚さ2.2mm、CBE3水溶液の最終濃度7.5質量%、水溶液量4mL。
条件c:棚板温度-40℃、硝子板の厚さ2.2mm、CBE3水溶液の最終濃度4.0質量%、水溶液量4mL。
 このようにして得た凍結CBE3ブロックを凍結乾燥して、CBE3多孔質体を得た。
 [比較例1] リコンビナントペプチド単純凍結多孔質体の作製
 50℃で、2000mgのCBE3を18mLの超純水に溶解し、終濃度10質量%のCBE3溶液を20mL作製する。そのCBE3溶液を薄く伸ばして4mm厚程度の薄い板状のゲルを作製した。容器については、白い板に、シリコン枠(5cm×10cm程度)をつけて、空気の隙間がないようにしっかりとシリコン枠を押し付けたものを使用した。上記の枠内へ上記のCBE3溶液(50℃)を流し込んだ。液を流し込んだら、4℃へ移して約1時間ゲル化させ、固まっていることを確認した後、-80℃へ移して、ゲルを3時間凍結させた。凍結後、凍結乾燥機(EYELA、FDU-1000)で凍結乾燥を行った。尚、この時に得られた凍結乾燥体は多孔質体ではあり、平均ポアサイズが57.35μmとなっていた。以後、これを単純凍結多孔質体と呼称する。
[実施例3]リコンビナントペプチド多孔質体の空孔サイズと空間占有率の評価
 実施例2で得られたCBE3多孔質体および比較例1で得られた単純凍結多孔質体について、多孔質体の空孔サイズと空間占有率の評価を実施した。得られた多孔質体を160℃で20時間の熱架橋を施し、不溶化したのち、十分時間、生理食塩水で膨潤した。その後、ミクロトームで凍結組織切片を作製し、HE(ヘマトキシリン・エオシン)染色標本を作製した。 標本から実スケール1.5mm大の断面像を用意し、個々の空孔面積を計測し、その後、上記面積を円換算した場合の円直径を算出し、空孔サイズとした。この空孔の20ヶ以上の平均値を平均空孔サイズとした。その結果、条件aの多孔質体は66.39μm、条件bの多孔質体は63.17μm、条件cの多孔質体は56.36μmであった。
 算出した空孔サイズを元に、上記で用いた二次元断面画像から、ある空孔サイズの空孔が占める面積を全面積で除することにより、割合として求めた。その結果、実施例2で得られたCBE3多孔質体では20μm~200μmの空孔の空間占有率は、条件aの多孔質体は100%、条件bの多孔質体は99.9%、条件cの多孔質体は99.9%であった。30μm~150μmの空孔の空間占有率は、条件aの多孔質体は94.2%、条件bの多孔質体は97.9%、条件cの多孔質体は99.3%であった。
 一方、比較例1で得られた単純凍結多孔質体では、空孔のサイズに大きくばらつきがあり、大きいサイズの集まった箇所と小さいサイズの集まった箇所が存在した。大きいサイズの箇所では、20μm~200μmの空孔の空間占有率は74.3%であり、30μm~150μmの空孔の空間占有率は55.8%であった。小さいサイズの集まった箇所では、20μm~200μmの空孔の空間占有率は82.8%であり、30μm~150μmの空孔の空間占有率は57.2%であった。大きいサイズの箇所と小さいサイズの箇所が半分ずつ混在することから、20μm~200μmの空孔の空間占有率は78.6%であり、30μm~150μmの空孔の空間占有率は56.5%となる(図6)。
 [実施例4] リコンビナントペプチド多孔質体の空孔率測定
 実施例2で得られたCBE3多孔質体について、空孔率を測定した。測定に当たっては、嵩密度(ρ)と真密度(ρc)を測定し、空孔率(P = 1-ρ/ρc(%))を求めた。CBE3多孔質体の嵩密度(ρ)は、乾燥質量と体積から算出した。真密度(ρc)は、ハバード型形の比重瓶法により求めた。サンプル数(N)=4の結果として、条件cの多孔質体では嵩密度が0.05g/cm3、真密度が1.23g/cm3、空孔率96%(変動係数(CV)値は8%)であることが明らかになった。また、条件a及び条件bの多孔質体ではそれぞれ空孔率が87%(CV値は10%)及び92%(CV値は7%)であることが分かった。
 [実施例5] リコンビナントペプチドブロックの作製(多孔質体の粉砕と架橋)
 実施例2で得られた条件a、条件b及び条件cのCBE3多孔質体をニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μm、53~106μm、106μm~180μmのCBE3ブロックを得た。 その後、減圧下160℃で熱架橋(架橋時間は24時間、48時間、56時間、60時間、72時間、84時間、96時間、120時間、288時間の9種類を実施した)を施して、試料を得た。以下、条件aの53~106μmを「12%中」、条件bの25~53μmを「7.5%小」、条件bの53~106μmを「7.5%中」、条件bの106~180μmを「7.5%大」、条件cの53~106μmを「4%中」と呼ぶ。
 [比較例2]リコンビナントペプチドのGA(グルタルアルデヒド)架橋μブロックの作製
 特許文献5に記載されているグルタルアルデヒドを使用する比較例として、基材としてリコンビナントペプチドCBE3を用いて、不定形のGA架橋μブロックを作製した。1000mgのCBE3を9448μLの超純水に溶解し、1mol/LのHClを152μL添加後、終濃度1.0質量%となるように、25質量%グルタルアルデヒドを400μL添加し、50℃で3時間反応させ、架橋ゲルを作製した。この架橋ゲルを、1Lの0.2Mグリシン溶液へ浸漬し、40℃2時間振とうさせた。その後、架橋ゲルを、5Lの超純水中で1時間振とう洗浄、超純水を新しい物へ置換し、再び洗浄1時間、を繰り返し、計6回洗浄した。洗浄後の架橋ゲルを、-80℃で5時間凍結させた後、凍結乾燥機(EYELA、FDU-1000)で凍結乾燥を行った。得られた凍結乾燥体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μmのCBE3・GA架橋μブロックを得た。
 [比較例3] 比較用リコンビナントペプチドブロックの作製
 比較例として、従来技術(特許文献5)から類推されるグルタルアルデヒドを含まない工程で作製した場合にできる比較用リコンビナントペプチドブロックを、以下に記載の通り作製した。基材としてリコンビナントペプチドCBE3を用いてブロックを作製した。比較例1で得られた単純凍結多孔質体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μmのCBE3ブロックを得た。それを160℃のオーブンに入れ、72時間熱架橋した。
 [実施例6]リコンビナントペプチブロックのタップ密度測定
 タップ密度は、ある体積にどれくらいのブロックを密に充填できるかを表す値であり、値が小さいほど、密に充填できない、すなわちブロックの構造が複雑であると言える。タップ密度は、以下のように測定した。まず、ロートの先にキャップ(直径6mm、長さ21.8mmの円筒状:容量0.616cm3)が付いたものを用意し、キャップのみの質量を測定した。その後、ロートにキャップを付け、ブロックがキャップに溜まるようにロートから流し込んだ。十分量のブロックを入れた後、キャップ部分を200回、机などの硬いところにたたきつけ、ロートをはずし、スパチュラですりきりにした。このキャップにすりきり一杯入った状態で質量を測定した。キャップのみの質量との差からブロックのみの質量を算出し、キャップの体積で割ることで、タップ密度を求めた。
 その結果、比較例2のブロックは715mg/cm3、比較例3のブロックは524mg/cm3であった。
 一方、実施例5のブロックは「12%中」が372mg/cm3、「7.5%小」が213mg/cm3、「7.5%中」が189mg/cm3、「7.5%大」が163mg/cm3、「4%中」が98mg/cm3であった。実施例5のブロックでは、構造の複雑性に由来して、比較例3のブロックに対して、タップ密度は小さくなることが分かった。
[実施例7] リコンビナントペプチドブロックの二次元断面画像における「面積の平方根÷周囲長」の算出
 ブロックの複雑性を示す指標として、ブロックの「面積の平方根」と「周囲長」の関係を求めた。すなわち、ブロックの「面積の平方根÷周囲長」の値が小さい方がより複雑であると言える。この値は、画像解析ソフトを用いて算出した。まず、ブロックの形が分かる画像を用意した。具体的に、本実施例では、水で良く膨潤させたブロック群を、ミクロトームで凍結切片にし、HE(ヘマトキシリン・エオシン))染色した標本を用いた。ブロック以外に細胞などが存在する場合は、photoshop(登録商標)で、自動選択ツールで製剤のみを抽出し、画像上にブロックのみとなるようにする。その画像を、Imagej(登録商標)を用いて、ブロックの面積と周囲長を求め、「面積の平方根÷周囲長」の値を算出した。ただし、10μm以下のブロックは除いた。
 その結果、比較例2のブロックは0.248、比較例3のブロックは0.139となった。
 一方、実施例5のブロックは、「12%中」が0.112、「7.5%小」が0.083、「7.5%中」が0.082、「7.5%大」が0.071、「4%中」が0.061であった。実施例5のブロックでは、構造の複雑性に由来して、比較例3のブロックに対して、「面積の平方根÷周囲長」の値は小さくなり、また、タップ密度と相関があることも分かった。
 [実施例8] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて10万cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は球状であった。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
[比較例4] 比較用リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて10万cells/mLに調整し、比較例3で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は、球状であった。
 [比較例5] リコンビナントペプチドGA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 比較用のグルタルアルデヒドを含むモザイク細胞塊を以下の通り作成した。ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて10万cells/mLに調整し、比較例2で作製したGA架橋μブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、GA架橋μブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は、球状であった。
[実施例9] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC+hECFC)
 ヒト血管内皮前駆細胞(hECFC)を増殖培地(Lonza:EGM-2+ECFC serum supplement)にて10万cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.05mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレートに播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、扁平状の、ECFCとCBE3ブロックからなるモザイク細胞塊を作製した。その後、培地を除去し、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて10万cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、hECFCモザイク細胞塊がある200μLをスミロンセルタイトX96Uプレートに播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、hMSCとhECFCとCBE3ブロックからなるモザイク細胞塊を作製した。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
 [実施例10] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC)の融合
 実施例8で作製した2日目のモザイク細胞塊(本発明用のCBE3ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
 [実施例11] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC+hECFC)の融合
 実施例9で作製した2日目のモザイク細胞塊(本発明用のCBE3ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
[比較例6] 比較用リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC)の融合
 比較例4で作製した2日目のモザイク細胞塊(比較用のCBE3ブロック由来)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。
 [比較例7] リコンビナントペプチドGA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC)の融合
 比較例5で作製した2日目のモザイク細胞塊(GA架橋μブロック由来)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。
 [実施例12]  in vitro ATP アッセイ
 各モザイク細胞塊中の細胞が産生・保持しているATP(アデノシン三リン酸)量を定量した。ATPは生物全般のエネルギー源として知られ、ATP合成量・保持量を定量することで、細胞の代謝活性の状態、活動状態を知ることができる。測定には、CellTiter-Glo(Promega社)を用いた。実施例8および比較例4、比較例5で作製したモザイク細胞塊について、ともにDay7のもので、CellTiter-Gloを用いて、各モザイク細胞塊中のATP量を定量した。その結果、GA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊に比べ、比較用のCBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊では、ATP量が少ない結果となった。一方、本発明用のCBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊は、GA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊よりもATP量が多いことが分かった。これは本発明用のCBE3ブロックが、「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」いずれの場合においても、同様に、GA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊よりも多くのATPを産生している結果となった(図1)。つまり、複雑な構造を持つ本発明用のCBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊の方が、内部の細胞の生存状態が良好であることが明らかになった。
 これらの結果をまとめると、GA架橋の比較例2の場合、タップ密度が715mg/cm3で性能が得られていたが、GAを用いない比較例3では524mg/cm3でも性能が得られなかった。一方で、実施例5の「12%中」:372mg/cm3、「7.5%小」:213mg/cm3、「7.5%中」:189mg/cm3、「7.5%大」:163mg/cm3、「4%中」:98mg/cm3で性能が得られていることから、GAを用いない場合では、特にタップ密度が500mg/cm3以下であることが重要だとわかる。
 同様に、GA架橋の比較例2の場合、「面積の平方根÷周囲長」が0.248で性能が得られていたが、GA(グルタルアルデヒド)を用いない比較例3では0.139でも性能が得られなかった。一方で、実施例5の「12%中」:0.112、「7.5%小」:0.083、「7.5%中」:0.082、「7.5%大」:0.071、「4%中」:0.061で性能が得られていることから、GAを用いない場合では、特に「面積の平方根÷周囲長」が0.13以下であることが重要だとわかる。
[実施例13] リコンビナントペプチドブロックを用いた巨大モザイク細胞塊の作製
 実施例10のように1mmのモザイク細胞塊を融合して、巨大なモザイク細胞塊を作製することは可能であるが、一度に巨大なモザイク細胞塊を作製できる方が、操作を簡便化できる。ここで、細胞の接着しない加工を施したスミロンセルタイトの9cmシャーレに、を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))で1.5質量%アガロース(Agarose S)溶液を50mL入れた。その際、1cm四方の棒状にしたシリコンを5mm程度アガロース溶液中に浸るように固定し、アガロースが固まった後、シリコンを取り除き、アガロース中に1cm四方の窪みができた容器を作成した。そこに増殖培地を適量入れ、ゲルが乾かないように保存した。培地を取り除き、実施例5で作製したブロックの内、代表的な「7.5%中」16mgと、250万cellsのヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)の懸濁物を窪みに入れ、その後静かに25mLの増殖培地を添加した。1日培養後、1cm四方、厚さ2-3mmの巨大モザイク細胞塊を作製できた。これを、25mLの増殖培地を入れたスミロンセルタイトの9cmシャーレに移し、さらに2日培養後、25mLの増殖培地を入れたスピナーフラスコに移して攪拌培養し、培養7日後のモザイク細胞塊の断面のHE染色標本を作製した。その結果、培養7日後でも内部の細胞が生存していることを確認した。このように、細胞とブロックを混合し、型に流して培養することで、巨大なモザイク細胞塊を作製可能であることが明らかになった。また、この方法は、GA架橋μブロック、比較用ブロック及び本発明用のブロックの何れでも可能であり、ブロックの種類に依存しない。
 [実施例14]リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の移植
 マウスはNOD/SCID(チャールズリバー)のオス、4~6週齢のものを用いた。麻酔下でマウス腹部の体毛を除去し、上腹部の皮下に切れ込みを入れ、切れ込みからはさみを差し込み、皮膚を筋肉からはがした後、実施例10、実施例11、比較例6、及び比較例7で作成したモザイク細胞塊をピンセットですくい、切れ込みから1.5cmほど下腹部寄りの皮下に移植し、皮膚の切れ込み部を縫合した。
 [実施例15] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の採取
 解剖は移植から1週後及び2週後に行った。腹部の皮膚をはがし、モザイク細胞塊が付着した皮膚を、約1平方cmの正方形の大きさに切り取った。モザイク細胞塊が腹部の筋肉にも付着している場合は、筋肉と共に採取した。
 [実施例16] 標本解析
 モザイク細胞塊が付着した皮膚片および、移植前のモザイク細胞塊について組織切片を作製した。皮膚を4%パラホルムアルデヒドに浸漬し、ホルマリン固定を行った。その後、パラフィンで包埋し、モザイク細胞塊を含む皮膚の組織切片を作製した。切片はHE染色(ヘマトキシリン・エオシン染色)を行った。
 実施例10の「7.5%中」、比較例6および比較例7を移植した2週間後のHE標本を図2に示す。図2に記載の生存率は、全細胞数(生細胞数+死細胞数)中の生細胞数の割合を示す。
 比較例7のGA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊(図2のA:生細胞数100個:生存率80%)に比べ、比較例6のブロックを用いたモザイク細胞塊(図2のB:生細胞数37個:生存率45%)では、生細胞が少ないことが分かる。一方、実施例10の本発明用のブロック(「7.5%中」)を用いたモザイク細胞塊(図2のC:生細胞数116個:生存率84%)は、比較例6のブロックを用いたモザイク細胞塊(図2のB:生細胞数37個:生存率45%)に比べて、生細胞が多く、生存が良好であることが分かった。この結果は、実施例12でのin vitroアッセイの結果とも一致し、本発明用のブロックを採用することによって、移植した細胞の生存を良くすることが可能であることが分かった。
 また、本発明用のブロック群内間での移植細胞の生存状態を図3に示す。図3に記載の生存率は、全細胞数(生細胞数+死細胞数)中の生細胞数の割合を示す。
 106~180μmサイズの「7.5%大」の生存率は57%であり、「7.5%小」の生存率は62%であり、「7.5%中」の生存率は84%であり、「4%中」の生存率は82%であった。即ち、本発明用のブロック群内間では、106~180μmサイズの「7.5%大」よりも、「7.5%小」、「7.5%中」、「4%中」が更に細胞の生存が良くなることが分かった(図3)。また、最上の移植結果をもたらすものとしては、「7.5%中」と「4%中」が、「7.5%小」よりも、移植細胞の生存が良いことも分かった(図3)。即ち、高分子ブロックのタップ密度又は高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が所定の範囲内となるような構造を有することが重要であり、中でも、「53~106μm」>「25~53μm」>「106~180μm」という順で移植後の細胞生存が良くなることも分かった。
 また、この53~106μmの大きさの本発明用のブロックを用いた実施例10のモザイク細胞塊を移植した場合における移植2週間後のHE標本を図4に示す。また、図4中の血管数を計測した結果、63本/mm2であった。図4に示す通り、モザイク細胞塊内部に血管が誘引されていることも分かった。
 さらに、実施例11の内、代表的な「7.5%中」を用いた物について、血管系の細胞を入れたモザイク細胞塊を移植した場合における移植2週間後のHE標本を図5に示す。図5中の血管数を計測した結果、180本/mm2であった。実施例10を移植した場合に比べ、図5に示す通り、実施例11の血管系の細胞を入れたモザイク細胞塊を移植した場合には、モザイク細胞塊内部により多くの血管が形成されていることが明らかになった。
 [実施例17]  hMSC+hECFCモザイク細胞塊中のECFCの割合と濃度の算出
 実施例9の内、代表的な「7.5%中」を用いたモザイク細胞塊は、切片をhECFC染色用にCD31抗体(EPT  Anti CD31/PECAM-1)にDAB発色を用いたキット(ダコLSAB2キット ユニバーサル K0673 ダコLSAB2キット/HRP(DAB) ウサギ・マウス一次抗体両用)による免疫染色を行った。画像処理ソフトImageJ(登録商標)、CD31抗体による染色方法を使用し、中心部のhECFC(血管系の細胞)の面積の割合を求めた。なお、ここでいう「中心部」とは上記定義したものである。
 その結果、実施例9の代表的な「7.5%中」モザイク細胞塊の中心部のhECFC(血管系の細胞)の面積の割合は99%であった。
 さらに実施例9の代表的な「7.5%中」モザイク細胞塊について、上記のCD31抗体による染色と、HE染色(ヘマトキシリン・エオシン染色)を重ね合わせることで、中心部に存在するhECFCの細胞密度を算出した。中心部の血管系の細胞密度は、実際に薄切標本の細胞数を数え、細胞数を体積で割って求めることができる。まず、Photoshopを用いて、上記2枚の画像を重ね合わせ、CD31抗体による染色と重なったHE染色の細胞核の数をカウントして細胞数を算出した。一方、体積は、ImageJ(登録商標)を用いて中心部の面積を求め、その薄切標本の厚みの2μmをかけることで求められた。
 その結果、実施例9の代表的な「7.5%中」モザイク細胞塊の中心部のhECFC(血管系の細胞)の細胞数は2.58×10-4cells/μm3であった。
[実施例18] リコンビナントペプチド多孔質体(高分子多孔質体)の作製
 厚さ1mm、直径47mmのアルミ製円筒カップ状容器を用意した。円筒カップは曲面を側面としたとき、側面は1mmのアルミで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も1mmのアルミで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。また、側面の内部にのみ、肉厚1mmのテフロン(登録商標)を均一に敷き詰め、結果として円筒カップの内径は45mmになっている。以後、この容器のことを円筒形容器と呼称する。
 CBE3を最終濃度7.5質量%としてリコンビナントペプチド水溶液を調製し、このリコンビナントペプチド水溶液を円筒形容器に流し込んだ。冷凍庫内で冷却棚板を用いて底面からリコンビナントペプチド水溶液を冷却した。この際、冷却棚板の温度、及び棚板と円筒形容器の間に挟む断熱板(硝子板)の厚さ、入れるリコンビナントペプチド水溶液量を変えることにより、液温の冷却過程を変えた。棚板温度は-40℃と-60℃と-80℃、硝子板は0.7mmと1.1mmと2.2mm、リコンビナントペプチド水溶液量は4mLと12mLと16mL、それらの組合せを実施した。
 また、それぞれの水溶液は、底面から冷却される為、円中心部の水表面温度が最も冷却されにくい。従って、その部分が、溶液内で最も温度の高い液温となるため、その部分の液温を測定した(以後、上記部分の液温のことを内部最高液温と呼称する)。
 その結果、棚板温度-40℃で硝子板2.2mmの場合には、内部最高液温が-9.2℃となるまで、温度上昇が始まらず、内部最高液温が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下の液温をとった状態である(図8)。この状態を経た後、-9.2℃で温度上昇がはじまり、凝固熱が発生したことがわかる(図8)。また、そのタイミングで実際に氷形成が始まっていることも確認出来た。その後、温度は0℃付近を一定時間経過していく。ここでは、水と氷の混合物が存在する状態となっていた。最後0℃から再び温度降下が始まるが、この時、液体部分はなくなり氷となっている(図8)。測定している温度は氷内部の固体温度となる。つまり液温ではなくなる。 このように、凝固熱が発生する瞬間の内部最高液温を見れば、内部最高液温が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」を経た後に凍結したかどうかが分かる。
 この凝固熱が発生する瞬間の未凍結状態での内部最高液温を組合せの6種類について、測定すると、以下のようになった。
A 棚板温度-40℃で硝子板2.2mm、液量4mLは、-9.2℃
B 棚板温度-40℃で硝子板1.1mm、液量4mLは、-8.3℃
C 棚板温度-40℃で硝子板0.7mm、液量4mLは、-2.2℃
D 棚板温度-60℃で硝子板2.2mm、液量4mLは、-7.2℃
 尚、ここでいうDが実施例2でいうところの「条件b」である。
E 棚板温度-80℃で硝子板2.2mm、液量4mLは、-3.9℃
F 棚板温度-80℃で硝子板1.1mm、液量4mLは、-3.1℃
G 棚板温度-80℃で硝子板0.7mm、液量4mLは、 5.8℃
H 棚板温度-40℃で硝子板2.2mm、液量12mLは、-6.5℃
I 棚板温度-40℃で硝子板2.2mm、液量16mLは、-2.4℃
 このことから、A、B、D、E、F及びHが、未凍結状態で内部最高液温が「溶媒融点-3℃」以下の液温をとる凍結工程による製造法である。(内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」の凍結リコンビナントペプチドブロック)
 また、C、G及びIが未凍結状態で内部最高液温が「溶媒融点-3℃」以下の液温をとらない凍結工程による製造法である。(内部最高液温>「溶媒融点-3℃」の凍結リコンビナントペプチドブロック)
 このようにして得た凍結リコンビナントペプチドブロックを凍結乾燥して、CBE3多孔質体を得た。A、B、D、E、F及びH由来を『内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」のCBE3多孔質体』、C、G及びI由来を『内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」のCBE3多孔質体』と呼ぶ。
[実施例19]
 実施例18で得られたCBE3多孔質体について、多孔質の空孔サイズと空孔形状の評価を実施した。得られた多孔質体を160℃、20時間の熱架橋を施し、不溶化したのち、十分時間、生理食塩水で膨潤。その後、ミクロトームで凍結組織切片を作製し、HE(ヘマトキシリン・エオシン))染色標本を作製した。
 得られた標本の中心部分の画像を図7(内部最高液温>「溶媒融点-3℃」、と、内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」)に示した。その結果、内部最高液温>「溶媒融点-3℃」(C,G,I)では、空孔は80%以上が柱/平板孔となり、球孔は20%以下であった。一方、内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」(A,B,D,E,F,H)では、空孔は50%以上が球孔となっていた。また、この内部最高液温≦「溶媒融点-7℃」(A,B,D)では、空孔は80%以上が球孔となっており、ほぼ全てが球孔で構成されていた。これにより、多孔質体の空孔形状を球孔にするには、未凍結状態で内部最高液温が「溶媒融点-3℃」以下となることが重要で、更に「溶媒融点-7℃」以下とすることで、空孔の形状をほぼ全て球孔にすることができることが分かった。
 A~Iについての空孔形状及び平均ポアサイズは、以下の通りである。
A:球孔100%、62.74μm
B:球孔100%、65.36μm
C:柱/平板孔90%、79.19μm
D:球孔100%、63.17μm
E:球孔70%、69.44μm
F:球孔50%、53.98μm
G:柱/平板孔90%、79.48μm
H:球孔80%、76.58μm
I:柱/平板孔90%、79.65μm
[実施例20]リコンビナントペプチドブロックの作製(多孔質体の粉砕と架橋)
 実施例19で得られたCBE3多孔質体をニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μm及び53~106μmのリコンビナントペプチドブロックを得た。その後、減圧下160℃で72時間、熱架橋を施して、試料を得た。これらの試料は、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であること、又は上記高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下であることを充足するものであった。これらの試料を使用して実施例8及び実施例10と同じようにして作製したモザイク細胞塊ではA~Iによらず、実施例12と同じin vitroアッセイ、並びに実施例14~16と同じ評価による動物への移植結果において、いずれも、比較用ブロックよりも高い性能(細胞の高い生存率)を示した。ただ、これらのA~Iの中で性能差を見ると僅かな差が生じており、A、B、Dが最も性能が高く、ついでE、F、H、その後にC、G、Iがくるという順番になっていた。つまり、これは多孔質体の空孔形状によって、性能差を生じうることを示している。実施例16では、代表的な結果としてD(実施例2でいうところの「条件b」)について詳細に記述している。
 [実施例21]  脳梗塞治療用:高分子溶液の凍結工程、および乾燥工程
 底面厚さ3mm、直径51mm、側面厚さ8mm、高さ25mmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製円筒カップ状容器を用意した。円筒カップは曲面を側面としたとき、側面は8mmのPTFEで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も3mmのPTFEで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。よって、円筒カップの内径は43mmになっている。以後、この容器のことをPTFE厚・円筒形容器と呼称する。
 PTFE厚・円筒形容器、にCBE3水溶液を流し込み、真空凍結乾燥機(TF5-85ATNNN:宝製作所)内で冷却棚板を用いて底面からCBE3水溶液を冷却した。この際の容器、CBE3水溶液の最終濃度、液量、および棚板温度の設定の組み合わせは、以下に記載の通りで用意した。
PTFE厚・円筒形容器、CBE3水溶液の最終濃度4質量%、水溶液量8mL。
 棚板温度の設定は、-10℃になるまで冷却し、-10℃で1時間、その後-20℃で2時間、さらに-40℃で3時間、最後に-50℃で1時間凍結を行った。本凍結品はその後、棚板温度を-20℃設定に戻してから-20℃で24時間の真空乾燥を行い、24時間後にそのまま真空乾燥を続けた状態で棚板温度を20℃へ上昇させ、十分に真空度が下がる(1.9×105Pa)まで、さらに20℃で48時間の真空乾燥を実施した後に、真空凍結乾燥機から取り出した。それによって多孔質体を得た。
[実施例22] 脳梗塞治療用:各凍結工程での未凍結状態での内部最高液温測定
 実施例21の溶液内で、実施例18と同様にして未凍結状態での内部最高液温を測定した。その結果、棚板温度-10℃設定区間(-20℃度に下げる前)において液温が融点である0℃を下回り、かつその状態で凍結が起こっていない(未凍結・過冷却)状態となった。その後、棚板温度を-20℃へ更に下げていくことによって、液温が0℃付近へ急激に上昇するタイミングが確認され、ここで凝固熱が発生し凍結が開始されたことが分かった。また、そのタイミングで実際に氷形成が始まっていることも確認出来た。その後、温度は0℃付近を一定時間経過していく。ここでは、水と氷の混合物が存在する状態となっていた。最後0℃から再び温度降下が始まるが、この時、液体部分はなくなり氷となっている。従って、測定している温度は氷内部の固体温度となり、つまり液温ではなくなる(図9を参照)。
 図9から分かるように未凍結状態での内部最高液温は、-8.8℃であった。このことから、内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」となっていることが分かる。
 一方、水面付近の内部最高液温(非冷却面液温)に対して、冷却側に最も近い位置の温度を冷却面液温、と定義し測定した場合の冷却面液温と内部最高液温(非冷却面液温)の差温を以下に記す。
 非冷却面液温が融点(0℃)になった時の差温、棚板温度を-10℃から-20℃へ下げる直前の差温と、凝固熱発生直前の差温を記載する。尚、本発明で言うところの「直前の差温」とは、上記イベントの1秒前~20秒前までの間で検知可能な温度差の内、最も高い温度のことを表している。
凝固熱発生直前、未凍結状態での内部最高液温(非冷却面液温):-8.8℃
非冷却面液温が融点(0℃)になった時の差温:1.1℃
-10℃から-20℃へ下げる直前の差温:0.2℃
凝固熱発生直前の差温:1.1℃
(図9を参照)
[実施例23] 脳梗塞治療用:CBE3多孔質体からの高分子ブロック(CBE3ブロック)の作製(多孔質体の粉砕と架橋)
 実施例21で得られたCBE3多孔質体をニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μm、53~106μm、106μm~180μmの未架橋ブロックを得た。その後、減圧下160℃で熱架橋(架橋時間は8時間、16時間、24時間、48時間、72時間、96時間の6種類を実施した)を施して、試料CBE3ブロックを得た。以下、48時間架橋を施した。尚、架橋時間の違いは本願の評価においては性能に影響が見られない為、ここでは48時間架橋したものを代表として使用している。
[実施例24]  脳梗塞治療用:CBE3ブロックのタップ密度、
 実施例23で作製したCBE3ブロック(53~106μm)について、実施例6と同様にして、タップ密度を測定した。その結果、実施例23のCBE3ブロックは135mg/cm3であった。このことから実施例23のCBE3ブロックは実施例12及び実施例20でいうところの、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であることを充足するものであることが分かる。
[実施例25]  脳梗塞治療用:CBE3ブロックの二次元断面画像における「面積の平方根÷周囲長」の算出
 実施例23で作製したCBE3ブロック(53~106μm)について、実施例7と同様にして、「面積の平方根÷周囲長」の値を測定した。その結果、実施例23のブロックは0.053であった。このことから実施例23のCBE3ブロックは実施例12及び実施例20でいうところの、断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下であることを充足するものであることが分かる。
[実施例26]  CBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(GFP発現ラットMSC)
 GFP(緑色蛍光タンパク質)発現ラット骨髄由来間葉系幹細胞(GFPラットMSC:Fischer 344 (F344) Rat Mesenchymal Stem Cells with GFP、CSC-C1313、Creative Bioarray)を推奨増殖培地にて10万cells/mLに調整し、実施例23で作製したCBE3ブロック(53~106μm)を0.1mg/mLとなるように加えた。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mmの球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は球状であった(GFP発現ラットMSCモザイク細胞塊、と呼称する)。尚、本モザイク細胞塊は、実施例12と同じin vitroアッセイ、並びに実施例14~16と同じ評価による動物への移植結果において、いずれも、実施例20のDを用いたモザイク細胞塊と同程度の高い性能(細胞の高い生存率)を示した。
[実施例27]  CBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(SDラット骨髄細胞)
 SD(Sprague-Dawley)ラット骨髄細胞(ラットBMSC、BMC01、コスモバイオ社)を推奨増殖培地(コスモバイオ社:骨髄細胞用培養メディウム、BMCM)にて15万cells/mLに調整し、実施例23で作製したCBE3ブロック(53-106μm)を0.15mg/mLとなるように加えた。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mmの球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は球状であった。尚、本モザイク細胞塊は、実施例12と同じin vitroアッセイ、並びに実施例14~16と同じ評価による動物への移植結果において、いずれも、実施例20のDを用いたモザイク細胞塊と同程度の高い性能(細胞の高い生存率)を示した。
[実施例28]  CBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて10万cells/mLに調整し、実施例23で作製したCBE3ブロック(53-106μm)を0.1mg/mLとなるように加えた。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mmの球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は球状であった。尚、本モザイク細胞塊は、実施例12と同じin vitroアッセイ、並びに実施例14~16と同じ評価による動物への移植結果において、いずれも、実施例20のDを用いたモザイク細胞塊と同程度の高い性能(細胞の高い生存率)を示した。
[比較例8]  細胞含有CBE3スポンジ
 実施例21で得られたCBE3多孔質体をφ5mm×1mmに成型し、CBE3スポンジを得た。このCBE3スポンジに対して、GFP発現ラット骨髄由来間葉系幹細胞(GFPラットMSC:Fischer 344 (F344) Rat Mesenchymal Stem Cells with GFP、CSC-C1313、Creative Bioarray)を、推奨培地に懸濁した状態で1.2×104cells/個を播種し、24日間培養することで0.5×106cells/個まで細胞を増殖させた。これにより細胞含有CBE3スポンジを得た。
[実施例29]  ラット脳梗塞動物モデル作製(MCAOモデルSDラット)
 SDラット雄9週令に対して、「Neurosurgery. 68(6):1733-1742, June 2011, T Sugiyama et. al. Therapeutic Impact of Human Bone Marrow Stromal Cells Expanded by Animal Serum-Free Medium for Cerebral Infarct in Rats」の方法と同様にして、中大脳動脈閉塞術(MCAO)を施すことで右脳に脳梗塞を作製した。イソフルラン麻酔下で、ラット右側側頭部を開頭、頭蓋骨をあけて右脳側中大脳動脈を縫合糸で結紮した。視野内の血管をバイポーラコアレユレータで焼灼し、閉頭した。その後、頚動脈を90分間一時結紮し、血流を再開させることで、脳梗塞モデルを作製した。
 なお、運動機能評価としては、Rotarodによる運動機能評価、または左旋回行動の改善を定量化することで評価した。Rotarodの評価は、4-40rpmへ300秒で加速していく設定とし、1日6回の試験を各回5分以上の間隔をあけて実施した。この6回の試験の平均値を、同個体の正常時の数値に対する割合(%)として評価した(正常ならば100%となる)。
 また、左旋回行動については、本MCAOモデルが右脳に脳梗塞を作っていることから、左半身の機能低下が観察されることに基づいている。具体的には、ラットの前両足だけを地面に着け、後ろ両足が宙に浮いた状態で、最初にラットがどの方向に向いて歩いていくかを評価した。方向は左:-1点、まっすぐ:0点、右:0点として6回試験を行った平均値を数値化することで評価した。正常時のラットはまっすぐ進む為、0点となり、右脳梗塞を作ったラットでは左回りに動くため、-1点に近い値が出てくる。
 [実施例30] ラット脳梗塞動物モデル作製(MCAOモデルNudeラット)
 免疫不全ヌード(Nude)ラット雄9週令に対して、実施例29と同様にして、中大脳動脈閉塞術(MCAO)を施した右脳の脳梗塞を作製した。この運動機能評価も実施例29と同様の方法で左旋回行動の評価を行った。
[実施例31]  脳梗塞ラットへの、GFP発現ラットMSCのモザイク細胞塊、または細胞懸濁液、または細胞含有CBE3スポンジの投与
 実施例29で作製したMCAOモデルSDラットに対して、発症後(MCAO処置後)7日の時に、実施例26で作製したGFP発現ラットMSCモザイク細胞塊、また比較例として同じ細胞をPBS100μLに懸濁した状態の細胞懸濁液、また比較例8で作製した細胞含有CBE3スポンジを局所投与として、脳損傷部位付近に直接埋殖することにより投与した。
 投与した量は、GFP発現ラットMSCモザイク細胞塊は25個/匹(細胞数では0.5×106 cells/匹=1.34×106cells/kg体重)、細胞懸濁液は0.5×106cells/匹、細胞含有CBE3スポンジは1個/匹(細胞数では0.5×106cells/匹)とし、投与群間で投与された細胞数を合わせた状態にて比較評価した。尚、動物の個体数は各群10匹で実施した。
[実施例32]  脳梗塞ラットの運動機能改善(GFP発現ラットMSCモザイク細胞塊)
 実施例31の結果、図10に示す通り、GFP発現ラットMSCを細胞として用いた状態で、モザイク細胞塊では投与後(グラフで7日目に投与)に、14日、21日と非常に顕著な運動機能の改善が認められることが分かった。一方、比較として用いた細胞懸濁液投与では、投与後も運動機能の改善は全く確認されなかった。同様に、比較である細胞含有CBE3スポンジでもモザイク細胞塊のような顕著な効果は確認されず、運動機能は横ばいのままであった。尚、モザイク細胞塊、及び細胞懸濁液の投与については、同じ実験を2回行っている為、グラフ中に「2回目」というデータを示している。
 このことから、運動機能の改善効果の大きさは、「モザイク細胞塊」≫「細胞含有スポンジ」≧「細胞懸濁液」となることが分かった。また、梗塞発生から7日目という急性期において使用しても効果が得られることが分かった。これは48時間以内の超急性期でなくても効果が得られることを意味している。さらに、移植に用いたGFP発現ラットMSCはFischerラット細胞であり、投与された脳梗塞ラットはSDラットであることから、他家(同種)細胞でも脳梗塞治療効果が得られることが分かった。
[実施例33]  脳梗塞ラットへの、SDラット骨髄細胞のモザイク細胞塊、または細胞懸濁液の投与
 実施例29で作製したMCAOモデルSDラットに対して、発症後(MCAO処置後)7日の時に、実施例27で作製したSDラット骨髄細胞モザイク細胞塊、また比較例として同じ細胞をPBS100μLに懸濁した状態の細胞懸濁液を局所投与として、脳損傷部位付近に直接注射器で注入することにより投与した。
 投与した量は、SDラット骨髄細胞モザイク細胞塊は53個/匹、13個/匹(細胞数では1.6×106cells/匹=4.35×106cells/kg体重、0.38×106cells/匹=1.33×106cells/kg体重)、細胞懸濁液は1.6×106cells/匹、0.38×106cells/匹とし、投与群間で投与された細胞数を合わせた状態にて、細胞数を変えた比較評価を行った。尚、動物の個体数は各群10匹で実施した。
[実施例34]  脳梗塞ラットの運動機能改善(SDラット骨髄細胞モザイク細胞塊)
 実施例33の結果、図11に示す通り、SDラット骨髄細胞を細胞として用いた状態で、モザイク細胞塊では投与後(グラフで7日目に投与)に、21日、28日、35日と非常に顕著な左旋回行動の運動機能改善が認められる、と分かった。また、改善の効果は細胞数が多いモザイク細胞塊の方が高かった。 一方、比較として用いた細胞懸濁液投与では、少ない細胞数(0.38×106cells/匹)群では全く運動機能の改善が見られなかった。また、多い細胞数(1.6×106cells/匹)を投与しても、細胞懸濁液群では、運動機能改善には限界があり、同数をモザイク細胞塊で投与した郡より顕著に改善が低いことはもとより、少ない細胞数のモザイク細胞塊群よりも運動機能改善が悪いことが明らかとなった。
 結果をまとめると、運動機能の改善効果の大きさは、「細胞数多いモザイク細胞塊(1.6×106cells/匹)」>「細胞数少ないモザイク細胞塊(0.38×106cells/匹)」>「細胞多い細胞懸濁液(1.6×106cells/匹)」≫「細胞少ない細胞懸濁液(0.38×106cells/匹)」となった。
[実施例35]  脳梗塞・免疫不全ラットへの、hMSCのモザイク細胞塊の投与
 実施例30で作製したMCAOモデルNudeラット(免疫不全)に対して、発症後(MCAO処置後)7日の時に、実施例28で作製したhMSCモザイク細胞塊を局所投与として、脳損傷部位付近に直接埋殖することにより投与した。投与した量は、hMSCモザイク細胞塊は45個/匹(細胞数では0.89×106cells/匹=5.50×106cells/kg体重)とした。尚、動物の個体数は10匹で実施した。
[実施例36]  脳梗塞ラットの運動機能改善(hMSCモザイク細胞塊)
 実施例35の結果、図11に示す通り、hMSCを細胞として用いた状態で、モザイク細胞塊では投与後(グラフで7日目に投与)に、14日、21日、28日、35日と非常に顕著な左旋回行動の運動機能改善が認められる、と分かった。
 このことから、ヒトの細胞を用いた状態で、効果が確認できることが明らかとなった。同時に、移植に用いた細胞がヒト細胞であり、移植された側がラットであることから、免疫不全状態においては、異種細胞を用いても脳梗塞治療効果が得られることが分かった。
[実施例37]  hMSCの発現解析
 実施例28にて使用したhMSCについて、神経系の遺伝子発現を解析した。解析にはRT-PCR手法を用いた。プライマーはlife technologies applied biosystemsのTaqMan(登録商標) Gene Expression Assaysから購入した。解析した対象は、Sox2(Cat.#4331182 Hs01053049_s1 Amplicon Lenghe:91), Nestin(ネスチン、Cat.#4331182 Hs04187831_g1 Amplicon Lenghe:58), NeuroD1(Neurogenic differentiation 1、Cat.#4331182 Hs01922995_s1 Amplicon Lenghe:110), GAD1(GABA合成、Cat.#4331182 Hs01065893_m1 Amplicon Lenghe:100), GRIA1(グルタミン酸受容体1、Cat.#4331182 Hs00181348_s1 Amplicon Lenghe:86),GRIA2(グルタミン酸受容体2、Cat.#4331182 Hs00181331_m1 Amplicon Lenghe:71), CHRM1(アセチルコリン受容体1、Cat.#4331182 Hs00265195_s1 Amplicon Lenghe:82), GABRA1(GABAA受容体α1、Cat.#4331182 Hs00971228_m1 Amplicon Lenghe:82), GABBR1(GABAB受容体1、Cat.#4331182 Hs00559488_m1 Amplicon Lenghe:68), CHAT(アセチルコリン合成、Cat.#4331182 Hs00252848_m1 Amplicon Lenghe:64), DDC(セロトニン/DOPA合成、Cat.#4351372 Hs01105048_m1 Amplicon Lenghe:70),HTR1A(セロトニン受容体1A、Cat.#4331182 Hs00265014_s1 Amplicon Lenghe:75), HTR1B(セロトニン受容体1B、Cat.#4331182 Hs00265286_s1 Amplicon Lenghe:67)、HTR2A(セロトニン受容体2A、Cat.#4331182 Hs01033524_m1 Amplicon Lenghe:99), 5-HTT(セロトニントランスポーター、Cat.#4331182 Hs00984349_m1 Amplicon Lenghe:58), Ascl1(神経幹細胞ニューロン分化マーカー、Cat.#4351372 Hs04187546_g1 Amplicon Lenghe:81), Hes1(神経幹細胞アストロサイト分化マーカー、Cat.#4331182 Hs00172878_m1 Amplicon Lenghe:78), 及びOlig2(神経幹細胞オリゴデンドロサイト分化マーカー、Cat.#4331182 Hs00300164_s1 Amplicon Lenghe:86)である。
 尚、発現量との関係を知るために、通常濃度RT-PCR(200ngの抽出RNAを使用してRT-PCRを行った)、と高濃度RT-PCR(1000ngの抽出RNAを使用してRT-PCRを行った)を行い、発現の大小関係を調べた。
 RT-PCRは以下の条件で行った。
 細胞からのRNA抽出は抽出キットNucleoSpin RNA XS(MACHEREY-NAGEL社#U0902A)を使用し、プロトコール通りに実施した。RT-PCRの試薬キットはPrimeScript One Step RT-PCR Kit ver.2(Dye Plus)(TaKaRa PR057A)を用いた。RT-PCRのサーマルサイクラー条件は50℃で30分、94℃で2分処理した後、「94℃30秒、60℃30秒、72℃15秒」を1サイクルとして、50サイクル実施した。
 結果は、表1にまとめた通りであった。尚、表中の記号は以下を意味する。
++:通常PCR、高濃度PCRともに標的遺伝子を検出できた場合。
+:通常PCRでは補足出来ないが、高濃度PCRで標的遺伝子を検出できた場合。
-:通常PCRでも高濃度PCRでも標的遺伝子を検出できなかった場合。
尚、検出出来たかどうかは、電気泳動によりバンドが目視確認出来たかどうかで判断した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[実施例38]
 実施例26、27及び28においては、モザイク細胞塊は、CBE3ブロックと細胞とを24時間静置することにより形成させた。本実施例38では、実施例28と同様のCBE3ブロックと細胞とを用いて実施例28と同様の条件において、モザイク細胞塊の形成に必要な時間を調べた。U字型プレートで使用して、細胞構造体(モザイク細胞塊)が形成される過程を顕微鏡で確認した。最初はCBE3ブロックと細胞とが分散しているが、その分散の広がりの長さを測定した結果を図12に示す。図12の縦軸の直径は、ブロックと細胞との広がりの長さを示す。細胞構造体を形成するにつれてブロックと細胞との広がりの長さ(直径)は短くなる。図12の結果から分かるように、CBE3ブロックと細胞を混合して、1、2、3、4、5、6及び7時間静置した状態では、本発明で言うモザイク細胞塊はできておらず、細胞とブロックとが別々の状態で存在していた。即ち、図12において、1、2、3、4、5、6及び7時間静置した状態では、ブロックと細胞との広がりの長さが減少していることから、塊が一つにまとまっていないことが分かる。一方、15、18、21、23、26、29、45及び69時間静置した状態では、ブロックと細胞との広がり(直径)の長さが変化しなくなっていることから、一つのモザイク細胞塊の形成が終わっていたことが分かる。

Claims (18)

  1. 生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の前記細胞間の隙間に複数個の前記生体親和性高分子ブロックが配置されている脳損傷治療用細胞構造体であって、前記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は前記生体親和性高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、脳損傷治療用細胞構造体。
  2. 前記細胞が、少なくとも間葉系幹細胞及び/又は骨髄細胞を含む、請求項1に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  3. 1回の投与当たり投与される細胞数が、1.0×105 ~ 1.0×107 個/kg体重である、請求項1又は2に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  4. 脳損傷が、脳外傷、低酸素性虚血性脳損傷、脳梗塞及び/又は脳卒中である、請求項1から3の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  5. 前記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが10μm以上300μm以下である、請求項1から4の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  6. 前記細胞構造体の厚さ又は直径が400μm以上3cm以下である、請求項1から5の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  7. 前記細胞構造体が、細胞1個当り0.0000001μg以上1μg以下の生体親和性高分子ブロックを含む、請求項1から6の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  8. 前記生体親和性高分子ブロックがリコンビナントペプチドからなる、請求項1から7の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  9. 前記リコンビナントペプチドが、
    配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるペプチド;
    配列番号1に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;又は
    配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;
    の何れかである、請求項8に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  10. 前記生体親和性高分子ブロックにおいて、前記生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている、請求項1から9の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  11. 前記生体親和性高分子ブロックが、生体親和性高分子の多孔質体を粉砕することにより得られる顆粒の形態にある、請求項1から10の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  12. 前記生体親和性高分子ブロックが、
    生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a;及び
    前記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b:
    を含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックである、請求項1から11の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  13. 前記生体親和性高分子ブロックが、
    生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a;
    前記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b;及び
    前記工程bで得られた多孔質体を粉砕する工程c:
    を含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックである、請求項1から12の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  14. 前記工程aにおいて、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融より7℃低い温度以下となる、請求項12又は13に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  15. 前記細胞構造体が、前記生体親和性高分子ブロックと前記細胞とを混合し、10時間以上培養することにより得られる細胞構造体である、請求項1から14の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体。
  16. 請求項1から15の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体を複数個融合することにより得られる、脳損傷治療用細胞構造体。
  17. タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である生体親和性高分子ブロックと細胞とを混合し、10時間以上培養する工程を含む、請求項1から16の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体の製造方法。
  18. 請求項1から16の何れか一項に記載の脳損傷治療用細胞構造体を含む、脳損傷治療剤。
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