JP2004350601A - Method for differentiating embryonic stem cell of primatial animal to hemopoietic cell - Google Patents

Method for differentiating embryonic stem cell of primatial animal to hemopoietic cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for supplying a hemopoietic cell, a differentiated cell or the like of a primatial animal. <P>SOLUTION: The method for differentiating the embryonic stem cell of the primatial animal to the hemopoietic cell comprises keeping the embryonic stem cell of the primatial animal in a condition suitable for differentiation induction of the hemopoietic cell, transplanting the obtained cell in a fetus in the uterus of a pregnant sheep, and obtaining the hemopoietic cell of the primatial animal from the born fetus of the sheep. The method for producing the hemopoietic cell of the primatial animal comprises using a stroma cell strain from which a macrophage colony-stimulating factor is deleted as a feeder cell, keeping the embryonic cell of the primatial animal on the feeder cell, transplanting the obtained cell derived from the primatial animal in the fetus in the uterus of the pregnant sheep, growing the fetus so as to be born, and separating the hemopoietic cell of the primatial animal differentiated from the embryonic stem cell of the primatial animal from the born fetus. The hemopoietic cell obtained by the production method, and the method for creating a chimera sheep producing the hemopoietic cell of the primatial animal by keeping the embryonic stem cell of the primatial animal in a condition suitable for the differentiation induction, and transplanting the obtained cell in the fetus in the uterus of the pregnant sheep are also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、霊長類動物の造血系細胞、分化細胞等の供給のための技術に関する。より詳しくは、本発明は、霊長類動物の胚性幹細胞から造血系細胞への分化方法、該分化方法により得られる造血系細胞、霊長類動物の造血系細胞を生産するキメラヒツジの作製方法、霊長類動物の分化細胞を生産するキメラヒツジの作製方法、並びに霊長類動物の分化細胞の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
再生不良性白血病等の疾患の患者に対して、骨髄移植、末梢血幹細胞移植、臍帯血幹細胞移植等に代表される造血幹細胞移植を行ない、患者の体内において、血液細胞を産生させることが行なわれている。
【0003】
しかしながら、前記造血幹細胞移植においては、移植対象の患者に適合する造血幹細胞の安定供給が困難であること、造血幹細胞の採取の際、ドナーに体力的又は肉体的にダメージを与える場合があること等の欠点がある。
【0004】
そこで、造血幹細胞の安定供給を図るため、ブタ胎仔に経子宮的にヒト造血幹細胞に移植し、ブタ体内で造血前駆細胞を増幅させることが試みられている(非特許文献1)。
【0005】
一方、機能障害を有する組織や臓器の機能回復、修復、再生等を目的とする再生医療への応用のため、胚性幹細胞(以下、ES細胞ともいう)の分化について、イン・ビトロでの研究が行なわれている。
【0006】
胚性幹細胞から血液細胞へのイン・ビトロでの分化の試みの例として、造血幹細胞の自己再生に関連するホメオティックセレクター遺伝子であるHoxB4を導入したマウスES細胞から、最終造血幹細胞の表現型を示す細胞へ分化させること(非特許文献2)、OP9ストロマ細胞を利用して、マウスES細胞から、造血前駆細胞と推定される細胞へ分化させること(非特許文献3、非特許文献4)、アカゲザルES細胞を、マウスS17ストロマ細胞上で培養して、造血幹細胞に分化させること(非特許文献5)、マウスES細胞から造血前駆細胞へ分化させること(非特許文献6)が挙げられる。
【0007】
また、前記非特許文献5には、骨形成タンパク質−4(BMP−4)存在下で、アカゲザルES細胞を培養することにより、BMP−4非存在下の場合に比べ、造血幹細胞の分化が15倍に増加することが開示されている。さらに、前記非特許文献6には、BMP−4存在下で、マウスES細胞を培養することにより、BMP−4非存在下の場合に比べ、造血前駆細胞の分化が増加することが開示されている。
【0008】
しかしながら、一般的に、発生の初期に出現する細胞(神経細胞、心筋細胞、胎児造血細胞等)については、イン・ビトロでの分化に比べ、造血幹細胞、肝細胞、膵臓β細胞等の発生の後期に「場」誘導的に出現する細胞は、前記ES細胞からの分化が困難であるという欠点がある。
【0009】
また、非特許文献2に記載の分化方法では、ES細胞に、造血幹細胞の自己再生に関連するHoxB4を導入されたES細胞が用いられるため、得られた造血幹細胞の適用範囲が限定される場合があるという欠点がある。
【0010】
さらに、非特許文献3及び4に記載の分化方法では、OP9ストロマ細胞が用いられるため、実際には、卵黄嚢造血(一次造血)が再現されるにとどまるものと考えられ、造血系を再構築しうる造血幹細胞の分化の誘導は困難であるという欠点がある。
【0011】
【非特許文献1】
中内啓光、他1名、“3.ヒト血液キメラブタの樹立とその応用”、「第117回日本医学会シンポジウム記録集 幹細胞と細胞療法−[III]組織・器官幹細胞:臨床応用への基盤開発(2) 2000年8月4日〜6日開催、p99−106 [online]、インターネット<URL:http://www.med.or.jp/jams/symposium/kiroku/117/pdf/117099.pdf>
【非特許文献2】
マイケル カイバ(Michael Kyba)ら、Cell、第109巻、2002年4月5日発行、p29−37
【非特許文献3】
仲野徹著、“5.胚性幹細胞からの血液細胞への分化”、横田崇ら編、実験医学 増刊「幹細胞研究の最前線と再生医療への応用 発生・分化メカニズムの解明、そして臨床へ」 2001年9月25日発行、第19巻、第15号、p1966−1971
【非特許文献4】
仲野徹(Toru Nakano)ら、Science、第265巻、1994年8月19日、p1098−1101
【非特許文献5】
フェイ リ(Fei Li)ら、Blood、第98巻、2001年7月15日発行、p335−342
【非特許文献6】
ブリット エム.ヨハンソン(Britt M.Johansson)ら、Molecular and Cellular Biology、第15巻、第1号、1995年1月発行、p141−151
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、霊長類の造血系細胞を安定に供給すること、霊長類動物の胚性幹細胞への外来遺伝子の導入等の遺伝子工学的操作を行なうことなく、該霊長類動物の胚性幹細胞を造血系細胞に分化させること等の少なくとも1つを可能にする、霊長類動物の胚性幹細胞からの造血系細胞への分化方法を提供することを目的とする。また、本発明は、霊長類の造血系細胞を安定に供給すること、霊長類の造血系細胞を大量に供給すること、霊長類動物の輸血用血小板を安定に供給すること、霊長類動物の移植用のCD34+細胞を安定に供給すること等の少なくとも1つを可能にする、霊長類動物の造血系細胞の製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、前記製造方法により得られた造血系細胞を提供することを目的とする。また、本発明は、霊長類の造血系細胞を安定に供給することができる、キメラヒツジの作製方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、
〔1〕 霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、ついで、出生したヒツジ胎仔から霊長類動物の造血系細胞を得ることを特徴とする、霊長類動物の胚性幹細胞から造血系細胞への分化方法、
〔2〕 (I)マクロファージコロニー刺激因子を欠損したストロマ細胞株をフィーダー細胞とし、該フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持するステップ、及び
(II)前記ステップ(I)で得られた霊長類動物由来の細胞を、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させるステップ、
を含む、前記〔1〕記載の分化方法、
〔3〕 ステップ(I)において、骨形成タンパク質−4の存在下、フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持する、前記〔2〕記載の分化方法、
〔4〕 (I)マクロファージコロニー刺激因子を欠損したストロマ細胞株をフィーダー細胞とし、該フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持するステップ、
(II)前記ステップ(I)で得られた霊長類動物由来の細胞を、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させるステップ、及び
(III)前記ステップ(II)で出生した胎仔より、該霊長類動物の胚性幹細胞から分化した霊長類動物の造血系細胞を分離するステップ
を含む、霊長類動物の造血系細胞の製造方法、
〔5〕 前記〔4〕記載の製造方法により得られる造血系細胞、並びに
〔6〕 霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植することを特徴とする、霊長類動物の造血系細胞を生産するキメラヒツジの作製方法、
に関する。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明は、胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導条件で処理し、得られた細胞を、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔に移植することにより、出生後のヒツジ胎仔が、本質的にサル由来の造血系細胞を産生するという本発明者らの驚くべき知見に基づく。
【0015】
本発明の霊長類動物の胚性幹細胞から造血系細胞への分化方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、ついで、生まれたヒツジ胎仔から霊長類動物の造血系細胞を得ることを特徴とする方法である。
【0016】
本発明の分化方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件(以下、造血系分化誘導条件ともいう)で維持することに1つの大きな特徴がある。
【0017】
本発明の分化方法においては、霊長類動物の胚性幹細胞を、前記造血系分化誘導条件に維持するため、未分化胚性幹細胞をそのまま移植しても、該未分化胚性幹細胞から造血系細胞への分化が実質的に起こらないにもかかわらず、驚くべく、該霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞に分化させることができるという優れた効果を発揮する。
【0018】
また、本発明の分化方法においては、霊長類動物の胚性幹細胞が、前記造血系分化誘導条件に維持されるため、該霊長類動物の胚性幹細胞は、ヒツジ胎仔へ移植された際、該ヒツジ胎仔の体内環境をより有効に利用して、分化することができるという優れた効果を発揮する。
【0019】
さらに、本発明の分化方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を造血系細胞に分化させるために、該霊長類動物の胚性幹細胞に、分化を惹起する外来遺伝子(例えば、ホメオティックセレクター遺伝子)の導入等の遺伝子工学的操作を施すことが実質的に要求されない点で有利である。したがって、本発明の分化方法は、高度な技術や高価な機械、試薬等を必要とせず、移植用の細胞、組織の供給等に有用である。
【0020】
また、本発明の分化方法は、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔が用いられることにも1つの大きな特徴がある。
【0021】
本発明の分化方法は、前記ヒツジ胎仔が用いられているため、霊長類動物の胚性幹細胞を前記造血系分化誘導条件に維持して得られた細胞を、驚くべく、本質的に霊長類動物に由来する造血系細胞に分化させることができるという優れた効果を発揮する。
【0022】
また、本発明の分化方法によれば、前記ヒツジ胎仔が用いられているため、霊長類とのキメラ率が高くなるという優れた効果を得ることができる。したがって、本発明の分化方法によれば、より効率よく、ヒツジ体内で、本質的に霊長類動物に由来する造血系細胞を得ることができるという優れた効果が発揮される。
【0023】
さらに、本発明の分化方法によれば、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔が用いられているため、出生後に、霊長類動物の胚性幹細胞を、さらに移植することができるという優れた特徴を有する。したがって、本発明の分化方法によれば、本質的に霊長類動物に由来する造血系細胞を、より効率よく、安定して供給することができる。
【0024】
本発明の分化方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、前記造血系分化誘導条件に維持して得られた細胞を、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔に移植することにも1つの大きな特徴がある。
【0025】
本発明の分化方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、前記造血系分化誘導条件に維持して得られた細胞を、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔に移植するため、霊長類動物に由来する造血系細胞を、効率よく、安定して供給することができる。さらに、本発明の分化方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、前記造血系分化誘導条件に維持して得られた細胞を、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔に移植するため、ヒツジに対しては、作用しない霊長類のサイトカインにより、移植された霊長類動物の胚性幹細胞又は本質的に霊長類動物に由来する造血系細胞を選択的に刺激することができるという優れた効果を発揮する。したがって、霊長類動物に由来する造血系細胞を、より効率よく、安定して供給することができる。
【0026】
本明細書において、霊長類動物とは、ヒト、サル等をいう。前記サルとしては、例えば、カニクイザル、アカゲザル、ニホンザル、マーモセット等が挙げられる。
【0027】
本明細書において、胚性幹細胞(以下、ES細胞ともいう)とは、多分化能と自己複製能とを有する未分化細胞をいう。
【0028】
本発明の分化方法に用いられる霊長類動物の胚性幹細胞としては、具体的には、例えば、CMK6細胞等が挙げられる。
【0029】
かかる胚性幹細胞は、例えば、フィーダー細胞として、マウス胚繊維芽細胞等の細胞であって、分裂増殖を停止させた細胞を用い、ES細胞用培地で培養することにより維持及び供給されうる。
【0030】
前記ES細胞用培地としては、胚性幹細胞の種類により、該胚性幹細胞に適した培地であればよい。具体的には、例えば、カニクイザル由来胚性幹細胞株CMK6の場合、200mlあたりの組成として、DMEM/F12 163ml、ウシ胎仔血清 30ml(最終濃度15%)、L−グルタミン 2ml(最終濃度2mM)、ペニシリン(100U/ml)−ストレプトマイシン(100μg/ml) 2ml、非必須アミノ酸溶液 2ml、2−メルカプトエタノール 1ml(最終濃度0.1mM)を含む培地が挙げられる。
【0031】
前記胚性幹細胞の未分化状態の維持及び増殖は、胚性幹細胞の種類により異なるが、例えば、白血病阻害因子(LIF)の存在等の条件に培養することにより行なわれうる。
【0032】
また、前記胚性幹細胞の未分化状態の維持及び増殖のための培養条件としては、胚性幹細胞の種類により異なるが、例えば、5% COの気相で、36〜38℃、好ましくは、37℃で維持すること等が挙げられる。
【0033】
前記胚性幹細胞の未分化状態の維持及び増殖のために用いられる前記フィーダー細胞は、細胞の種類により異なるが、例えば、D10培地等で維持、増殖等を行なうことができる。
【0034】
前記フィーダー細胞の培養条件は、細胞の種類により異なるが、例えば、5%COの気相で、36〜38℃、好ましくは、37℃で維持すること等が挙げられる。
【0035】
本明細書において、造血系細胞としては、例えば、造血幹細胞及び該造血幹細胞から分化してできる細胞群、すなわち、赤芽球、骨髄球、巨核球系、リンパ球等の性質を有する細胞が挙げられ、具体的には、赤芽球、骨髄球等が挙げられる。
【0036】
本発明において、造血系細胞の分化誘導に適した条件、すなわち、造血系分化誘導条件とは、例えば、IV型コラーゲンの存在下に培養する条件、α−最小必須培地(α−MEM)等の存在下に培養する条件、造血系分化に適したフィーダー細胞上で培養する条件、胚葉体作成後、ディッシュに接着させる条件等の種々の条件及びこれらのいずれかの組み合わせの条件等が挙げられる。
【0037】
本発明において、「霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞」は、造血コロニー形成能及び表面マーカーの発現を評価した場合、いずれも陰性となる分化段階の細胞である。かかる細胞は、いわゆる中胚葉細胞若しくは該中胚葉細胞の状態、性質等に近い細胞であってもよい。具体的には、カニクイザル由来胚性幹細胞株CMK6を造血系細胞の分化誘導に適した条件で約6日間維持して得られた細胞等が挙げられる。
【0038】
前記造血コロニー形成能は、例えば、後述のコロニーアッセイ等により評価されうる。
【0039】
前記表面マーカーとしては、CD45、TER119、α−インテグリン、VE−カドヘリン、c−Kit、Sca−1、CD34、CD13、CD14、GPIIb/IIIa、CD3、CD4、CD8、sIgM、CD19等が挙げられる。
【0040】
造血系分化誘導条件に維持する際に用いられるフィーダー細胞としては、マクロファージ刺激因子を欠損したストロマ細胞株が挙げられ、マクロファージ刺激因子を欠損したマウス骨髄細胞株、マクロファージ刺激因子を欠損したマウス卵黄嚢細胞株等をマイトマイシンC処理又はX線処理して得られた細胞等が挙げられる。前記マクロファージ刺激因子を欠損したストロマ細胞株としては、OP9細胞株、前記マウス骨髄細胞株としては、S17細胞株〔コリンズ(Collins)ら、J.Immunol.、1987年発行、第138巻、p1082−1087〕、前記マウス卵黄嚢細胞株としては、C166細胞株〔ワン(Wang)ら、In Vitro Cell.Dev.Biol.Anim.、1996年発行、第32巻、p292−299〕等が挙げられる。
【0041】
造血系分化誘導条件に維持する際に用いられる前記フィーダー細胞は、例えば、MEM培地(Minimum Essential medium Eagle)を用いて、ゼラチンコートした培養容器に播種すること等により作製されうる。フィーダー細胞は、培養容器を隙間無く覆う程度まで播種すればよい。
【0042】
前記フィーダー細胞の培養条件は、用いられる細胞の種類により異なるが、ストロマ細胞株OP9細胞の場合、例えば、5% COの気相で、好ましくは、36〜38℃、特に好ましくは、37℃で維持すること等が挙げられる。
【0043】
造血系分化誘導条件に維持する際に用いられるフィーダー細胞は、具体的には、OP9細胞をフィーダー細胞として用いる場合、
− OP9細胞用培地{例えば、1250mlあたりの組成:α−MEM〔ギブコ(Gibco)社製、カタログ番号:12000−022〕 980ml、ウシ胎仔血清 250ml(最終濃度20%)、ペニシリン(100U/ml)−ストレプトマイシン(100μg/ml) 10ml、200mM L−グルタミン溶液 10ml}で、37℃、5% CO条件下で培養し、
− 培養液内で接着してコンフルエント又はその直前まで生育した細胞を、リン酸緩衝化生理食塩水で2回洗浄し、
− 洗浄後のディッシュ上の細胞をトリプシンにて処理し、
− 前記OP9細胞用培地を添加して、細胞を含む培地を回収し、
− 得られた細胞を、前記OP細胞用培地に、1:4〜5で継代し、
− 37℃、5% CO条件下に、コンフルエントになるまで培養し、
− 得られた細胞を、マイトマイシンCで不活化させ、
− 得られた細胞(例えば、1×10細胞/ml)を、ゼラチンコートした培養ディッシュ上、前記OP9細胞用培地に播種し、培養すること
により得られうる。
【0044】
本発明に用いられる妊娠ヒツジは、安全性、例えば、流産を予防する観点から、妊娠後40日以上、好ましくは、50日以上、より好ましくは、60日以上であり、免疫拒絶を減少させ、移植細胞の生着率を十分に得る観点から、妊娠後85日以下、好ましくは、75日以下、より好ましくは、60日以下であることが望ましい。したがって、子宮内の胎仔は、妊娠50〜80日であることが望ましい。
【0045】
本発明の分化方法としては、より具体的には、
(I)マクロファージコロニー刺激因子を欠損したストロマ細胞株をフィーダー細胞とし、該フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持するステップ、及び
(II)前記ステップ(I)で得られた霊長類動物由来の細胞を、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させるステップ、
を含む方法が挙げられる。
【0046】
前記ステップ(I)において、霊長類動物の胚性幹細胞は、より分化させるさせる観点から、密度が高くなるように播種することが望ましい。
【0047】
前記ステップ(I)において、フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞に応じた培地で培養されることが望ましい。
【0048】
なお、培養中、培地は、適宜交換すればよい。
【0049】
また、前記ステップ(I)において、フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞は、5% COの気相で、好ましくは、36〜38℃、特に好ましくは、37℃で維持することが望ましい。
【0050】
具体的には、例えば、カニクイザル胚性幹細胞株CMK6の場合、分化用培地〔100mlあたりの組成:IMDM(Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium) 84ml、8% ウマ血清 8ml、8% ウシ胎仔血清 8ml、5×10−6M ヒドロコルチゾン 0.18μg、BMP−4 2μg(最終濃度20ng/ml)、SCF 2μg(最終濃度20ng/ml)、IL−3 2μg(最終濃度20ng/ml)、IL−6 1μg(最終濃度10ng/ml)、VEGF 2μg(最終濃度20ng/ml)、G−CSF 2μg(最終濃度20ng/ml)、Flt.3リガンド 2μg(最終濃度10ng/ml)、EPO 200U(2U/ml)〕 5mlに懸濁し、得られた細胞懸濁液を、フィーダー細胞上に 5×10細胞に対し、適切量の細胞播種し、その後、37℃、5% CO条件下で6日間培養する条件が挙げられる。
【0051】
前記ステップ(I)を行なうことにより得られた細胞は、前記「霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞」に該当する。
【0052】
ステップ(I)において、より効率よく造血系細胞を得る観点から、好ましくは、前記造血系分化誘導条件に加え、骨形成タンパク質−4の存在下、フィーダー細胞上、白血病阻害因子非存在下に霊長類動物の胚性幹細胞を維持することが望ましい。
【0053】
前記ステップ(I)を行なうことにより得られた細胞を、ついで、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させる〔ステップ(II)〕。
【0054】
移植に用いられる細胞は、トリプシンで処理し、例えば、0.1% BSA(ウシ血清アルブミン)/HBSS(ハンクス平衡塩水溶液)に、生着率、キメラ率等を向上させる観点から、例えば、1×10細胞以上、好ましくは、1×10細胞〜1×10細胞、好ましくは、1×10細胞〜1×10細胞となるように懸濁することにより調製されうる。
【0055】
ステップ(II)において、胎仔への細胞の移植は、例えば、肝臓内、肝実質内、腹腔内、心臓内、臍帯内等に移植用細胞を穿刺注入すること等により行なわれうる。
【0056】
移植手術は、例えば、
− 妊娠約60日目の妊娠ヒツジを、予め、移植の1週間〜10日前に、移植時における飼育環境に慣れさせ、
− ヒツジ母体を麻酔し、
− ヒツジを、施術するに適切な体位に固定し、
− 清潔操作で、移植箇所への移植用細胞を容易にするように、種々の手術、例えば、腹腔内又は肝実質内に細胞を移植する場合、下腹部正中切開で開腹後、子宮母体腹腔外に翻転させること
等により行なわれうる。
【0057】
腹腔内へ細胞を移植する場合、例えば、ヒツジの子宮筋層を切開し、温存したまま露出させた卵膜内にヒツジ胎仔を追い込み、透明な卵膜を通して直視下に胎仔腹腔内に移植用細胞を穿刺注入し、子宮筋層、腹膜筋層、皮膚を層々に縫合閉腹すればよい。また、肝実質内へ細胞を移植する場合、子宮壁上から超音波ガイド下、ヒツジ胎仔の肝実質内に、移植用細胞を穿刺注入し、腹膜筋層、皮膚を層々に縫合閉腹すればよい。
【0058】
ステップ(II)において、移植手術の施術後、妊娠ヒツジは、出生までの間、例えば、通常の飼育と同様の条件下、飼育される。
【0059】
ステップ(II)で得られたヒツジ胎仔が、本質的に霊長類に由来する造血系細胞を産生していることは、ヒツジ胎仔より、適切な組織、例えば、肝臓、骨髄等の組織を採取し、初代培養用の細胞を得、得られた細胞について、(1) 造血コロニーアッセイを行なうこと、(2) 前記(1)で形成された造血コロニーについて、霊長類動物に特異的なマーカー遺伝子の発現を調べることにより、評価されうる。
【0060】
前記(1)の造血コロニーアッセイは、例えば、
▲1▼ ヒツジ胎仔より、肝臓の組織生検、骨髄等の組織を得、
▲2▼ 得られた組織について、トリプシン処理、DNaseI処理、溶解処理等の組織に応じた適切な処理を行ない、細胞を得、
▲3▼ 得られた細胞を、2% FBS(ウシ胎仔血清)−IMDMに懸濁して、細胞浮遊液を得、
▲4▼ 得られた細胞浮遊液と、MeC培地{例えば、商品名:MethoCultGF+〔ステムセルテクノロジーズ(StemCell Technologies)社製、カタログ番号:ST−04435〕等}とを混合して、攪拌し、
▲5▼ ついで、得られた細胞を含む培地を、ディッシュの中央に注入し、37℃、5% COの条件下で14日間インキュベーションする
ことにより行なわれる。
【0061】
また、前記(2)の霊長類動物に特異的なマーカー遺伝子の発現は、造血コロニーアッセイで形成されたコロニーから、慣用の方法でDNAを抽出し、得られたDNAについて、例えば、霊長類動物に特異的なマーカー遺伝子に特異的なプローブを用いたハイブリダイゼーション、特異的なプライマー対を用いたPCR等により、該遺伝子を検出することにより、評価されうる。
【0062】
なお、本発明の分化方法においては、前記ステップ(II)で得られたヒツジ胎仔に、ステップ(I)で得られた細胞をさらに移植してもよい。ステップ(I)で得られた細胞をさらに移植することにより、霊長類の造血系細胞を、効率よく、安定に供給することができる。
【0063】
また、本発明の分化方法においては、前記ステップ(II)で得られたヒツジ胎仔に、霊長類動物に特異的なサイトカイン等を投与してもよい。サイトカインをヒツジ胎仔に投与することにより、ヒツジ胎仔の体内において、本質的に霊長類に由来する造血系細胞への分化を選択的に刺激することが可能になる。
【0064】
前記サイトカインとしては、幹細胞因子(SCF)、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)、オンコステインM(OSM)、flk2/flk3リガンド、インターロイキン−1、インターロイキン−3、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、ケモカイン、エリスロポエチン、トロンボポエチン等及びこれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。
【0065】
本発明の分化方法により得られる霊長類動物の造血系細胞の評価は、例えば、CD45、TER119、α−インテグリン、VE−カドヘリン、c−Kit、Sca−1、CD34(幹細胞マーカー)、CD13(骨髄球マーカー)、CD14(骨髄球マーカー)、GpIIb/IIIa(巨核球系マーカー)、CD3(T細胞マーカー)、CD4(T細胞マーカー)、CD8(T細胞マーカー)、sIgM(B細胞マーカー)、CD19(B細胞マーカー)等の発現の有無を指標とすることにより行なわれうる。
【0066】
本発明の分化方法は、霊長類動物の造血系細胞の製造に用いられる。したがって、本発明により、霊長類動物の造血系細胞の製造方法が提供される。
【0067】
本発明の霊長類動物の造血系細胞の製造方法は、
(I)マクロファージコロニー刺激因子を欠損したストロマ細胞株をフィーダー細胞とし、該フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持するステップ、
(II)前記ステップ(I)で得られた霊長類動物由来の細胞を、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させるステップ、及び
(III)前記ステップ(II)で出生した胎仔より、該霊長類動物の胚性幹細胞から分化した霊長類動物の造血系細胞を分離するステップ
を含む方法である。
【0068】
本発明の製造方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系分化誘導条件で維持することに1つの大きな特徴がある。したがって、本発明の製造方法によれば、霊長類動物の胚性幹細胞を、前記造血系分化誘導条件に維持するため、未分化胚性幹細胞をそのまま移植しても、該未分化胚性幹細胞から造血系細胞への分化が実質的に起こらないにもかかわらず、驚くべく、該霊長類動物の胚性幹細胞から造血系細胞を製造することができるという優れた効果を発揮する。
【0069】
また、本発明の分化方法においては、霊長類動物の胚性幹細胞が、ヒツジ胎仔へ移植された際、該胚性幹細胞に、該ヒツジ胎仔の体内環境をより有効に利用させることができるため、霊長類動物の造血系細胞を安定に供給することができるという優れた効果を発揮する。
【0070】
また、本発明の製造方法は、妊娠ヒツジの子宮内のヒツジ胎仔が用いられることにも1つの大きな特徴がある。
【0071】
本発明の製造方法は、前記ヒツジ胎仔が用いられているため、霊長類とのキメラ率が高くなり、それにより、霊長類動物の胚性幹細胞から、霊長類動物の造血系細胞を霊長類の造血系細胞を大量に供給することができるという優れた効果を発揮する。
【0072】
さらに、本発明の製造方法によれば、出生後に、霊長類胚性幹細胞を、さらに移植することができ、また、ヒツジに対しては、作用しない霊長類のサイトカインにより、移植された霊長類胚性幹細胞又は本質的に霊長類動物に由来する造血系細胞を選択的に刺激することができるため、本質的に霊長類動物に由来する造血系細胞を、より効率よく、安定して供給することができる。
【0073】
また、本発明の製造方法によれば、輸血用血小板、移植用CD34+細胞を、安定して供給することができる。
【0074】
本発明の製造方法における前記ステップ(I)及びステップ(II)は、本発明の分化方法におけるステップ(I)及びステップ(II)と同様である。
【0075】
前記ステップ(III)においては、前記ステップ(II)で出生した胎仔より、該霊長類動物の胚性幹細胞から分化した霊長類動物の造血系細胞を分離する。
【0076】
ステップ(III)においては、ヒツジ胎仔は、キメラ率の観点から、出生後、できる限り早期の個体であることが望ましい。
【0077】
また、前記分化方法の場合と同様に、霊長類の造血系細胞を、効率よく、安定に供給する観点から、前記ステップ(II)で出生したヒツジ胎仔に、ステップ(I)で得られた細胞をさらに移植してもよく、霊長類動物に特異的な前記サイトカイン等を投与してもよい。
【0078】
ステップ(III)において、霊長類動物の造血系細胞の分離は、例えば、
1) ヒツジ胎仔から、肝臓、骨髄、血液(末梢血、臍帯血)、胸腺、脾臓等を採取し、
2) 得られた器官から、適切な手法により、細胞群を得、
3) 得られた細胞群から、霊長類動物に由来する造血系細胞を分離すること
等により得られうる。
【0079】
前記ステップ3)においては、例えば、霊長類動物に特異的なマーカー又は該マーカーに対する抗体等を用いたフロサイトメトリー、イムノビーズを用いる方法等が行なわれる。
【0080】
前記「霊長類動物に特異的なマーカー」としては、例えば、霊長類に交叉し、ヒツジに交叉しないマーカーであればよく、HLA−ABC、β2−ミクログロブリン、CD45等が挙げられる。
【0081】
本発明の製造方法により得られる霊長類動物の造血系細胞の評価は、前記分化方法と同様に、例えば、CD45、TER119、α−インテグリン、VE−カドヘリン、c−Kit、Sca−1、CD34、CD13、CD14、GPIIb/IIIa、CD3、CD4、CD8、sIgM、CD19等の発現の有無を指標とすることにより行なわれうる。
【0082】
なお、本発明の製造方法により得られた霊長類動物の造血系細胞も本発明に含まれる。かかる造血系細胞は、特に限定されないが、例えば、血管新生療法用の移植材料等の用途が期待され、心筋梗塞等の虚血性疾患への応用が可能となる。
【0083】
また、本発明の分化方法と同様の操作により、霊長類動物の造血系細胞を生産するキメラヒツジを作製することができる。したがって、霊長類動物の造血系細胞を生産するキメラヒツジの作製方法も本発明に含まれる。
【0084】
本発明の霊長類動物の造血系細胞を生産するキメラヒツジの作製方法は、霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植することを1つの大きな特徴とする。
【0085】
本発明のキメラヒツジの作製方法によれば、霊長類の造血系細胞をより安定に供給することができるキメラヒツジを得ることができる。
【0086】
本発明のキメラヒツジの作製方法により得られたキメラヒツジは、免疫的に寛容な状態で、本質的に霊長類動物に由来する細胞を有しているため、該キメラヒツジには、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞をさらに移植することができる。また、本発明のキメラヒツジの作製方法により得られたキメラヒツジは、霊長類動物に特異的なサイトカインを投与することにより、体内において、本質的に霊長類に由来する造血系細胞への分化を選択的に刺激することができる。
【0087】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、かかる実施例によりなんら限定されるものではない。なお、以下の実施例において、「%」は、特に明記がない場合は、重量%を示すものとする。また、CO、O及びNにおける「%」表記は、体積%を示すものとする。
【0088】
実施例1 サル胚性幹細胞の培養
(1)フィーダー細胞の作製
継代5回までのマウス胚繊維芽細胞BALB/cAJc1(H2抗原のハプロタイプH−2d)(日本クレア社供給)を、最終濃度 10μg/mlのマイトマイシンCを含むD10培地〔組成:10% FCS、DMEM〕で2〜4時間培養することにより、細胞の分裂増殖を停止させて、不活化させた。ついで、マイトマイシンCを含む培地を除去した。処理後の細胞をリン酸緩衝化生理食塩水で洗浄した。洗浄後の細胞をトリプシン・EDTA処理(0.05% トリプシン、1mM EDTA)して、細胞浮遊液を得、ついで、細胞浮遊液を遠心分離して細胞を得た。
【0089】
ついで、得られた細胞をD10培地に懸濁し、ゼラチンコートした6cm培養ディッシュ〔ファルコン(FALCON)社製、商品名:Tissue culture dish〕に1×10個となるように播種した。ディッシュに接着するまで培養して得られた細胞を、フィーダー細胞として用いた。
【0090】
(2)カニクイザル由来ES細胞株CMK6の培養
前記実施例1(1)のフィーダー細胞の培養物より、D10培地を除去し、リン酸緩衝化生理食塩水で、該フィーダー細胞を洗浄した。
【0091】
ついで、凍結保存されていたカニクイザル由来ES細胞CMK6を、ES細胞用培地〔200mlあたりの組成:DMEM−F12〔ギブコ(GIBCO)社製〕 163ml、ウシ胎仔血清 30ml(最終濃度15%)、L−グルタミン 2ml(最終濃度2mM)、ペニシリン(100U/ml)−ストレプトマイシン(100μg/ml) 2ml、非必須アミノ酸溶液〔ギブコ(GIBCO)社製〕 2ml、2−メルカプトエタノール 1ml(最終濃度0.1mM)〕 5mlに懸濁した。得られた細胞懸濁液を、前記フィーダー細胞上に、播種した。なお、培養は、37℃、5% CO条件下で行なった。また、ES細胞用培地は、2日に1回交換した。
【0092】
7日間培養後、古い培地を吸引して、除去し、細胞を、リン酸緩衝化生理食塩水で洗浄した。ついで、ディッシュ上の細胞に、0.25% トリプシン/HBSS(ハンクス平衡塩水溶液) 1mlを添加し、37℃で4〜5分間インキュベーションした。その後、常温下でディッシュの底を軽く叩き、細胞のコロニーを剥離させた。
【0093】
ついで、前記細胞のコロニーから、前記ES細胞用培地を用いて、5mlピペットによるピペッティングで未分化な細胞のコロニーを回収した。回収された細胞を前記ES細胞用培地に懸濁し、得られた細胞懸濁液 5mlを、6cmディッシュ上のフィーダー細胞に播種した。その後、コロニーの大きさに応じ、2〜4日毎に継代した。
【0094】
得られた未分化ES細胞を、ヒツジ胎仔への移植に用いた。また、かかる未分化ES細胞を、以下の造血系分化誘導に用いた。
【0095】
また、前記未分化ES細胞を、培地〔組成:15% FCS/DMEM−F12〕で培養することにより、胚様体を得た。かかる胚葉体をヒツジへの移植に用いた。
【0096】
実施例2 サル胚性幹細胞の造血系分化誘導
(1)フィーダー細胞の作製
マクロファージコロニー刺激因子の機能不全マウスである(C57BL/6×C3H)F2−op/opマウスの新生仔頭蓋冠より作製されたストロマ細胞株で、前脂肪細胞株であるOP9細胞を、OP9細胞用培地{1250mlあたりの組成:α−MEM〔ギブコ(Gibco)社製、カタログ番号:12000−022〕 980ml、ウシ胎仔血清 250ml(最終濃度20%)、ペニシリン(100U/ml)−ストレプトマイシン(100μg/ml) 10ml、200mM L−グルタミン溶液 10ml}で、37℃、5% CO条件下で培養した。その後、培養液内で接着してコンフルエント又はその直前まで生育した細胞を、リン酸緩衝化生理食塩水で2回洗浄した。ついで、洗浄後のディッシュ上の細胞に、0.1% トリプシン−EDTA(2ml/10cmディッシュ)を添加し、インキュベーターで5分間保温した。
【0097】
前記ディッシュに、前記OP9細胞用培地を添加し、細胞を含む培地を50mlコニカルチューブに回収した。回収された細胞を含む培地を1500rpmで5分間遠心分離した。得られた細胞を、前記OP細胞用培地に、1:4〜1:5(約2.5×10細胞〜4×10細胞で播種し、37℃、5% CO条件下に、コンフルエントになるまで培養した。
【0098】
得られた細胞を、10cmディッシュ〔ファルコン(FALCON)社製)上、最終濃度10μg/mlのマイトマイシンCを含む前記OP9細胞用培地 10mlで2〜4時間培養することにより、細胞の分裂増殖を停止させて、不活化させた。ついで、マイトマイシンCを含む培地を除去した。処理後の細胞をリン酸緩衝化生理食塩水で洗浄した。洗浄後の細胞をトリプシン・EDTA処理(0.05% トリプシン、1mM EDTA)して、細胞浮遊液を得、ついで、細胞浮遊液を遠心分離して細胞を得た。
【0099】
得られた細胞を、ゼラチンコートした6cm培養ディッシュ〔ファルコン(FALCON)社製、商品名:Tissue Culture Dish〕上、前記OP9細胞用培地 に、1:2(培地あたり約1×10細胞/ml)で播種した。培養して得られた細胞を、以下の造血系分化誘導培養におけるフィーダー細胞として用いた。
【0100】
(2)造血系分化誘導培養
前記実施例1で、0.25% トリプシン/HBSS 1mlに回収されたカニクイザル由来ES細胞株CMK6株及びCMK6/SeV株を、分化用培地〔100mlあたりの組成:IMDM 84ml、8% ウマ血清 8ml、8%ウシ胎仔血清 8ml、5×10−6M ヒドロコルチゾン 0.18μg、BMP−4 2μg(最終濃度20ng/ml)、SCF 2μg(最終濃度20ng/ml)、IL−3 2μg(最終濃度20ng/ml)、IL−6 1μg(最終濃度10ng/ml)、VEGF 2μg(最終濃度20ng/ml)、G−CSF 2μg(最終濃度20ng/ml)、Flt.3リガンド 2μg(最終濃度10ng/ml)、EPO 200U(2U/ml)〕 5mlに懸濁し、得られた細胞懸濁液を、前記実施例2(1)で得られた造血系分化誘導培養におけるフィーダー細胞上に1:3で播種した。
【0101】
その後、37℃、5% CO条件下で6日間培養した。なお、培養中、培地を適宜交換した。得られた細胞を、造血系分化誘導処理細胞として、以下の移植等に用いた(図1)。
【0102】
(3)移植用細胞処理
前記実施例2(2)で得られた造血系分化誘導処理細胞のディッシュから、培地を吸引して、除去し、ディッシュに、0.25% トリプシン/HBSS 1mlを添加し、37℃、5% COの条件下、4分間インキュベーションした。
【0103】
ついで、スクレーパー〔商品名:cell scraper−M、スミロン(SUMILON社製)〕で、フィーダー細胞上の細胞を、フィーダー細胞ごと、前記分化用培地 20mlの入った50ml容コニカルチューブに回収し、800rpm、4分間遠心分離した。
【0104】
上清を、吸引し、除去し、細胞を、50ml容コニカルチューブ中、前記分化用培地 20mlに懸濁し、細胞浮遊液を得た。
【0105】
移植直前に、前記細胞浮遊液を、800rpmで4分間遠心分離した。上清を吸引して、除去し、ついで、得られた細胞に、0.1%BSA/HBSS 20mlを添加し、懸濁して、800rpmで4分間遠心分離することにより、洗浄した、
【0106】
その後、上清を吸引して、除去し、細胞を、0.1%BSA/HBSS 0.4mlに懸濁した。得られた懸濁液を、1.5ml アシストチューブに入れ、氷上で保存した。
【0107】
実施例3 細胞移植
実験用ヒツジ取り扱い業者ジャパンラムから購入した妊娠ヒツジを使用した。妊娠約60日目に移植を予定し、移植の1週間〜10日前に、移植時における飼育環境に慣れさせた。また、腹部超音波検査による胎仔の確認を行なった。
【0108】
ヒツジ母体を、ケタミン筋注(15mg/kg体重)で麻酔した。ヒツジを、手術台上に仰向けに寝かせ、体位をとって固定後、経口気管内挿管し、自発呼吸のもとO/空気/ハロセンで全身麻酔下に手術を行なった。
【0109】
手術は、清潔操作で行なった。下腹部正中切開で開腹後、子宮を腹腔内に翻転させた。
【0110】
移植用細胞の注入場所は、胎仔の▲1▼腹腔内及び▲2▼肝実質内の二通りとした。
【0111】
腹腔内への移植の場合、ヒツジの子宮筋層を切開し、温存したまま露出させた卵膜内にヒツジ胎仔を追い込み、透明な卵膜を通して直視下に胎仔腹腔内に23G針で、実施例1で得られた未分化ES細胞、胚葉体、実施例2で得られた移植用細胞(1×10〜1×10細胞)を穿刺注入し、子宮筋層、腹膜筋層、皮膚を層々に縫合閉腹した。また、肝実質内への移植の場合、子宮壁上から超音波ガイド下、ヒツジ胎仔肝実質内に25Gカテラン針で、移植用細胞(1×10〜1×10細胞)を穿刺注入し、腹膜筋層、皮膚を層々に縫合閉腹した。
【0112】
手術終了後、抗生物質(マイシリン・ゾル)を筋肉内注射した。ついで、抜管し、ヒツジの麻酔覚醒を確認した。
【0113】
実施例4 胎仔からの試料採取
移植後1ヶ月目の胎仔について、母体全身麻酔下に帝王切開で取り出して解剖し、造血組織を含む全身組織を試料として採取した。
【0114】
具体的には、左右の子宮に2頭〔移植胎仔(尾切)、対照胎仔〕ずつ、計4頭の胎仔を妊娠している母体より、以下のような手順で、組織の採取及び処理を同時に行なった。
【0115】
採取した組織を以下に示す。
内胚葉系組織
1.肝(胆管、肝実質、肝動脈、門脈領域を含む)
2.膵頭部(膵管、膵実質)
3.胸腺
4.甲状腺
5.肺(気管支、肺胞)
6.小腸
7.大網(臓側腹膜)
外胚葉系組織
8.大脳
9.脊髄
10.皮膚(付属器;毛、汗腺、脂腺)
11.尾部切断創(皮膚) 〔細胞移植した胎仔より採取〕
中胚葉系組織
12.脂肪(結合組織)
13.軟骨(骨端軟骨)
14.骨髄
15.リンパ節
16.骨格筋
17.心筋
18.大動脈
19.脾臓
20.腎臓
21.生殖腺
なお、初代培養用に下記試料を採取した。
22.末梢血(臍帯動脈血)
23.臍帯血(臍帯静脈血)
24.骨髄(還流後)
25.肝(還流後)
26.腹水(還流後)
【0116】
ヒツジ母体に、経口挿管により、自発呼吸、O/空気/ハロセンで麻酔導入を開始した。15分後、母体を帝王切開し、片側子宮の胎仔2頭を取り出し、組織を採取し、処理した。なお、細胞を移植した胎仔(移植胎仔)の体重は、950gであり、対照胎仔の体重は、1040gであった。
【0117】
ついで、臍帯が母体とつながった状態で、臍帯静脈血(臍帯血試料)と臍帯動脈血(末梢血試料)とを採血した。ここで、採血量は、移植胎仔の臍帯血試料について、10ml、移植胎仔の末梢血試料について、20ml、対照胎仔の臍帯血試料について、20ml、対照胎仔の末梢血試料について、20mlとした。
【0118】
臍帯を切離し、ついで、臍帯静脈に、6Gアトムチューブでカニューレ挿入した。臍帯動脈について、カニューレ挿入ができなかったため、切離断端を開放とした。
【0119】
臍帯静脈側のカニューレに還流液(冷ラクテック500ml)をつなぎ、点滴にて還流を開始した。臍帯動脈側を脱血路として血液の流出が無くなるまで(全1000ml程度)還流を行なった。
【0120】
移植胎仔及び対照胎仔それぞれについて、開腹し、部分肝、大腿骨を初代培養用試料として清潔操作で採取した。また、臓器を摘出した。摘出された臓器を、氷上のシャーレに分けて置いた。
【0121】
5mm×5mm×3mmの組織標本を、各3検体ずつ切り出した。そのうち2検体は、4% 緩衝パラホルムアルデヒド(PFA)/8% スクロースの入った15mlサンプル瓶へ入れ、一晩固定を行なった。かかる試料を、4% PFA固定試料とした。
【0122】
なお、骨髄試料については、脱灰を行なった。
【0123】
また、前記4% PFA固定試料を、順に、50% エタノール、60% エタノール、70% エタノール、80% エタノール、90% エタノールで1〜2時間維持し、100% エタノールで1〜2時間維持し、さらに、100%エタノールで1〜2時間維持し、その後、100% エタノールで1晩維持し、さらに100% エタノールで1晩維持することにより脱水し、ベンゼンに浸漬(30分間×2回)させ、ついで、パラフィンに浸漬(45分間×2回)させることにより、4% PFA固定後パラフィン包埋切片試料を得た。
【0124】
残部の1検体は、クリオモルド1号に設置し包埋凍結させた。前記包埋凍結は、OCTコンパウンドで包埋し、液体窒素で凍結させることにより行なった。かかる試料を、新鮮凍結切片用の標本とした。
【0125】
残った臓器から小片をいくつか切り出し、クライオチューブ3本に1つずつ入れ、チューブごと液体窒素で凍結させた。これらの臓器の小片を、DNA抽出用又はRNA抽出用の標本とした。
【0126】
また、流産、死産若しくは出生後死亡した場合、胎仔を取り出し、末梢血(ヘパリン採血) 約20ml、骨髄〔ヘパリン生食(10単位/ml)に採取〕 適量、臍帯血(ヘパリン採血) 約20ml、肝臓(ヘパリン生食中に採取) 約10gを採取し、体表、腹腔内、胸腔内及び脳を剖検し、テラトーマ等の腫瘍形成がないか確認した。腫瘍形成が確認された場合、腫瘍を摘出し、4% パラホルムアルデヒドで固定した。
【0127】
また、出生後に解析を行なった症例では、出生後からおよそ月に1回のペースで末梢血と骨髄を採取した。具体的には、出生時には、臍帯血(ヘパリン採血)約20mlを採取し、出生時又は生後7日以内において、末梢血(ヘパリン採血) 約20mlを採取した。出生後には、末梢血(ヘパリン採血) 約20mlを、最初の数ヶ月間において、2週間毎に採取し、骨髄(ヘパリン生食中に採取)を1ヶ月毎に適量採取した。採取した試料を、無菌コニカルチューブに入れて、室温で振とう保管し、有核細胞を分離し、凍結保存した。
【0128】
肝臓、臍帯血、骨髄、末梢血等の造血系組織や細胞は、溶血法により白血球分化画に分離し、DNA抽出用又はRNA抽出用試料、初代培養用試料、FACS解析用試料として凍結保存した。
【0129】
なお、初代培養用試料として、肝臓については、以下のように細胞処理を行なった。試料を無菌操作下で採取し、該試料を適当に細切し、50ml コニカルチューブに回収し、1% トリプシン/EDTA/リン酸緩衝化生理食塩水 20mlを添加し、よく懸濁し、37℃で10分間振盪させながらインキュベーションした。得られた産物に、DNase I溶液〔10mg DNase Iを1ml 0.15M NaClに溶解させた溶液〕 200μlを添加し、さらに、1M MgClを100μl添加し、37℃で10分間インキュベーションした。その後、産物を、70mm径 ナイロンメッシュ〔ファルコン(FALCON)社製、商品名:cell strainer)でろ過し、産物と同量のD10培地を添加した。その後、1500rpmで5分間遠心分離し、上清を吸引除去した。なお、赤血球が混入によりペレットが赤色である場合、該ペレットに、約1O倍量以上のACK lysing bufferを添加し、15〜0分間氷上で維持し、ついで、1500rpmで5分間4℃で遠心分離した。約40mlのリン酸緩衝化生理食塩水で、ペレットを2回洗浄した。上清を、吸引して、除去し、得られたペレットを、10〜10細胞/バイアルでセルバンカーに懸濁し、−80℃で凍結保存した。
【0130】
また、初代培養用試料として、臍帯血、末梢血及び骨髄については、以下のように細胞処理を行なった。試料を、ヘパリン採血に順じて無菌操作で採取し、血液 35mlを50ml コニカルチューブに入れ、1500rpm、10分間遠心分離した。血漿を、吸引して、除去し、ペレットを、50ml コニカルチューブ5本に分注した。ついで、各コニカルチューブに、40ml(ペレットの約10倍量)のACK lysing bufferを添加し、混和させ、氷上で、15分間インキュベーションした。1500rpmで5分間、4℃での遠心分離後、上清を吸引して、除去した。なお、ペレットが赤色である場合、1500rpm、10分間遠心分離を繰り返した。ついで、ペレットに、リン酸緩衝化生理食塩水 40mlを添加し、懸濁し、それぞれのチューブを1本のチューブにまとめ、1500rpmで5分間、4℃で遠心分離することにより洗浄を行なった。かかる洗浄を、2回行なった。上清を吸引除去し、ペレットを5×10細胞/バイアル/mlとなるようにセルバンカーで懸濁し、凍結保存した。
【0131】
実施例5 各組織由来のゲノムDNAの解析
前記実施例4で得られた試料からQIAamp DNA Mini Kit及びQIAamp DNA Blood Mini Kitを用いて、キットに添付の製造者のプロトコールに従い、DNAを抽出した。
【0132】
サル由来の細胞を移植したヒツジ胎仔の解析のために、サルβ2−ミクログロブリンに対するプライマー対として、外部プライマー対:
CB2MG−2F:5’−GTCTGGATTTCATCCATCTG−3’ (配列番号:1)とhB2MG 5R:5’−GGCTGTGACAAAGTCACATGG−3’ (配列番号:2)とからなるプライマー対、及び
内部プライマー対:
CB2MG−2F:5’−GTCTGGGTTTCATCCATCCG−3’ (配列番号:3)とhB2MG−3R:5’−GGTGAATTCAGTGTAGTACAA G−3’ (配列番号:4)とからなるプライマー対
を用い、前記DNAを鋳型として、半定量的PCRを行なった。なお、PCR条件は、 反応液〔組成:H0 30.75μl、10×PCR緩衝液 5μl、dNTP(各2.5mM) 4μl、Ex Taq(5U/μl) 0.25μl、プライマー(各10pM) 各2.5μl、試料由来DNA(250ng相当量) 5μl〕を用い、95℃で5分間のインキュベーションの後、95℃で1分間と58℃で1分間と72℃で1分間とを1サイクルとして、外部増幅時には、25サイクル、内部増幅時には、30サイクルを行ない、72℃で5分間インキュベーションして、4℃で維持する条件とした。
【0133】
また、β−アクチンに対するプライマー対:
Cβ1:5’−CATTGTCATGGACTCTGGCGACGG−3’(配列番号:5)と
Cβ2:5’−CATCTCCTGCTCGAAGTCTAGGGC−3’(配列番号:6)と
からなるプライマー対を用い、同様にPCRを行なった。
【0134】
なお、定量のために、下記表1に示す希釈系列の試料を作製し、用いた。
【0135】
【表1】

Figure 2004350601
【0136】
また、ヒト臍帯血CD34+細胞を移植したヒツジ胎仔を対照として用いた。このとき、β2−ミクログロブリンに対するプライマー対として、外部プライマー対:
hB2MG−2F 5’−GTCTGGATTTCATCCATCTG−3’ (配列番号:7)と前記hB2MG 5Rとからなるプライマー対、及び
内部プライマー対:
hB2MG−2F 5’−GTCTGGGTTTCATCCATCCG−3’ (配列番号:3と同じ)と前記hB2MG−3Rとからなるプライマー対を用い、前記DNAを鋳型として、半定量的PCRを行なった。なお、PCR条件は、 反応液〔組成:H0 30.75μl、10×PCR緩衝液 5μl、dNTP(各2.5mM) 4μl、Ex Taq(5U/μl) 0.25μl、プライマー(各10pM) 各2.5μl、試料由来DNA(250ng相当量) 5μl〕を用い、95℃で5分間のインキュベーションの後、95℃で1分間と58℃で1分間と72℃で1分間とを1サイクルとして、外部増幅時には、25サイクル、内部増幅時には、30サイクルを行ない、72℃で5分間インキュベーションして、4℃で維持する条件とした。
【0137】
なお、定量のために、下記表2に示す希釈系列の試料を作製し、用いた。
【0138】
【表2】
Figure 2004350601
【0139】
PCRにより生成した産物を、2% アガロースゲル(0.01% EtBr含有)による電気泳動に供した。
【0140】
その結果、ヒト臍帯血CD34+細胞(対照群)をヒツジ胎仔の肝実質内に移植後、約4ヶ月の個体の末梢血からのみ0.01%未満のキメラ率でサル由来のβ2−ミクログロブリンの塩基配列が検出された。
【0141】
実施例6 造血系組織及び細胞のコロニーアッセイ及びコロニー解析
初代培養用に分離した細胞で造血コロニーアッセイを行なった。
【0142】
凍結保存されていた細胞のクライオチューブを37℃の恒温槽で溶解し、9mlの2% FBS−IMDMを入れた15ml コニカルチューブ中に懸濁し、得られた懸濁液の一部を用いて細胞数を計数した。ついで、懸濁液を、1300rpmで4分間遠心分離し、得られたペレットを、2% FBS−IMDMで1×10細胞/mlとなるように懸濁し、細胞浮遊液を得た。さらに、2% FBS−IMDMで10倍希釈して、1×10細胞/mlの細胞浮遊液を調製した。
【0143】
14mlのポリスチレン丸底チューブに、商品名:Methocult GF+〔ステムセルテクノロジーズ(StemCell Technologies)社製、カタログ番号:ST−04435〕を4ml入れ、細胞浮遊液を400μl添加し、キャップを閉めて激しく振って攪拌した。その後、泡が消えるまで約5分間静置した。
【0144】
ついで、得られた細胞を含む培地 1.1mlを、18G針を付けた2.5ml 注射器で、3.5mm ディッシュの中央に注入し、ディッシュの底に均一に広げた。
【0145】
15cm ペトリ皿に、3.5cm ディッシュを6枚と、リン酸緩衝化生理食塩水 3mlを含む 3.5cm ディッシュを保湿用として入れ、37℃、5% COの条件下でインキュベーションした。
【0146】
コロニーの計数は、インキュベーション開始から、14日目に行なった。
【0147】
しかしながら、かかる方法では、サル由来の造血前駆細胞だけでなくヒツジ由来の造血前駆細胞もコロニーを形成していることがわかった。
【0148】
そこで、コロニーを形成している培地からコロニーを取り、各コロニーからDNAを抽出し、得られたDNAを鋳型とし、サルβ2−ミクログロブリンに対するプライマー対を用いて、PCRを行ない、サル由来の造血前駆細胞の存在を確認した。
【0149】
サルβ2−ミクログロブリンに対するプライマー対として、外部プライマー対:前記CB2MG−2FとhB2MG 5Rとからなるプライマー対、及び
内部プライマー対:前記CB2MG−2FとhB2MG−3Rとからなるプライマー対を用い、前記DNAを鋳型として、PCRを行なった。なお、PCR条件は、 反応液〔組成:H0 30.75μl、10×PCR緩衝液 5μl、dNTP(各2.5mM) 4μl、Ex Taq(5U/μl) 0.25μl、プライマー(各10pM) 各2.5μl、試料由来DNA(250ng相当量) 5μl〕を用い、95℃で5分間のインキュベーションの後、94℃で30秒間と57℃で1分間と72℃で1分間とを1サイクルとして、外部増幅時及び内部増幅時ともに、25サイクルを行ない、72℃で5分間インキュベーションして、4℃で維持する条件とした。得られた産物について、2% アガロースゲルによる電気泳動により解析した。
【0150】
その結果、造血系分化誘導サルES細胞を用いた場合、図2に示されるように、造血系分化誘導処理をしたES細胞を腹腔内に移植後1ヶ月の個体の胎仔肝臓で約30%(n=1)であり、造血系分化誘導処理をしたES細胞を肝実質内に移植した出生後(移植後3〜6ヶ月)の個体の骨髄で約1%(n=3)の頻度でサル由来の造血コロニーがあることがわかった。すなわち、ES細胞を、造血系分化誘導処理し、ヒツジ胎仔に導入することにより、該ヒツジ胎仔は、サル由来の造血系細胞を産生することがわかった。
【0151】
配列表フリーテキスト
配列番号:1は、プライマーCB2MG−2Fの配列である。
【0152】
配列番号:2は、プライマーhB2MG 5Rの配列である。
【0153】
配列番号:3は、プライマーCB2MG−2FCB又はhB2MG−2Fの配列である。
【0154】
配列番号:4は、プライマーhB2MG−3Rの配列である。
【0155】
配列番号:5は、プライマーCβ1の配列である。
【0156】
配列番号:6は、プライマーCβ2の配列である。
【0157】
配列番号:7は、プライマーhB2MG−2Fの配列である。
【0158】
【発明の効果】
本発明の霊長類動物の胚性幹細胞からの造血系細胞への分化方法によれば、霊長類の造血系細胞を安定に供給することができ、霊長類動物の胚性幹細胞への外来遺伝子の導入等の遺伝子工学的操作を行なうことなく、該霊長類動物の胚性幹細胞を造血系細胞に分化させることができ、霊長類動物の個体にとって異種動物において、該個体にとって同種である造血系細胞を得ることができるという優れた効果を奏する。また、本発明の霊長類動物の造血系細胞の製造方法によれば、霊長類の造血系細胞を安定に供給することができ、霊長類の造血系細胞を大量に供給することができ、霊長類動物の個体にとって異種動物において、該個体にとって同種である造血系細胞を得ることができ、霊長類動物の輸血用血小板を安定に供給することができ、霊長類動物の衣装供養のCD34+細胞を安定に供給することができるという優れた効果を奏する。また、本発明の霊長類の造血系細胞を産生するキメラヒツジの作製方法によれば、霊長類の造血系細胞を安定に供給することができるキメラヒツジを得ることができるという優れた効果を奏する。
【0159】
【配列表】
Figure 2004350601
Figure 2004350601
Figure 2004350601
Figure 2004350601

【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を示す。パネル(A)は、未分化胚性幹細胞を示し、スケールバーは、100μmを示す。パネル(B)は、OP9細胞上BMP−4の存在下での培養時の細胞を示す。パネル(C)は、胚性幹細胞を、造血系分化誘導条件に維持して得られた細胞を示し、スケールバーは、100μmを示す。
【図2】図2は、移植後に得られたヒツジ胎仔において、サルβ2−ミクログロブリンを検出した結果を示す図である。図中、パネル(A)は、胎仔肝臓、パネル(B)は、骨髄の結果を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for supplying hematopoietic cells, differentiated cells and the like of primates. More specifically, the present invention relates to a method for differentiating primate embryonic stem cells into hematopoietic cells, a hematopoietic cell obtained by the differentiation method, a method for producing a chimeric sheep that produces hematopoietic cells of a primate, The present invention relates to a method for producing a chimeric sheep that produces differentiated cells of primates, and a method for producing differentiated cells of primates.
[0002]
[Prior art]
For patients with diseases such as aplastic leukemia, hematopoietic stem cell transplantation represented by bone marrow transplantation, peripheral blood stem cell transplantation, umbilical cord blood stem cell transplantation, etc. is performed to produce blood cells in the patient's body. ing.
[0003]
However, in the above-mentioned hematopoietic stem cell transplantation, it is difficult to stably supply hematopoietic stem cells suitable for the patient to be transplanted, and there are cases where the donor is physically or physically damaged when hematopoietic stem cells are collected. There are disadvantages.
[0004]
Therefore, in order to stably supply hematopoietic stem cells, attempts have been made to transplant hematopoietic stem cells transuterinely into pig fetuses to amplify hematopoietic progenitor cells in the pig body (Non-patent Document 1).
[0005]
On the other hand, in vitro research on the differentiation of embryonic stem cells (hereinafter also referred to as ES cells) for application to regenerative medicine for the purpose of functional recovery, repair, and regeneration of dysfunctional tissues and organs Has been done.
[0006]
As an example of an in vitro differentiation from embryonic stem cells to blood cells, the phenotype of the final hematopoietic stem cells was determined from mouse ES cells into which HoxB4, a homeotic selector gene related to self-renewal of hematopoietic stem cells, was introduced. Differentiation into cells shown (Non-Patent Document 2), differentiation from mouse ES cells to cells presumed to be hematopoietic progenitor cells using OP9 stromal cells (Non-Patent Documents 3 and 4), Rhesus monkey ES cells are cultured on mouse S17 stromal cells and differentiated into hematopoietic stem cells (Non-patent Document 5), and from mouse ES cells to hematopoietic progenitor cells (Non-patent Document 6).
[0007]
Further, Non-Patent Document 5 discloses that by culturing rhesus monkey ES cells in the presence of bone morphogenetic protein-4 (BMP-4), the differentiation of hematopoietic stem cells is 15 as compared to the case in the absence of BMP-4. Doubled increase is disclosed. Furthermore, Non-Patent Document 6 discloses that culturing mouse ES cells in the presence of BMP-4 increases the differentiation of hematopoietic progenitor cells as compared to the case in the absence of BMP-4. Yes.
[0008]
However, in general, cells (neural cells, cardiomyocytes, fetal hematopoietic cells, etc.) appearing early in the development of hematopoietic stem cells, hepatocytes, pancreatic β cells, etc., compared to in vitro differentiation. Cells appearing in a “field” inductive in the later stage have a drawback that differentiation from the ES cells is difficult.
[0009]
Further, in the differentiation method described in Non-Patent Document 2, since ES cells into which HoxB4 related to self-renewal of hematopoietic stem cells is used are used as ES cells, the applicable range of the obtained hematopoietic stem cells is limited. There is a drawback that there is.
[0010]
Furthermore, since the differentiation methods described in Non-Patent Documents 3 and 4 use OP9 stromal cells, it is considered that the yolk sac hematopoiesis (primary hematopoiesis) is actually reproduced and the hematopoietic system is reconstructed. However, it is difficult to induce differentiation of hematopoietic stem cells.
[0011]
[Non-Patent Document 1]
Hiromitsu Nakauchi, 1 other, “3. Establishment of human blood chimera pig and its application”, “Record of 117th Medical Society Symposium Stem Cell and Cell Therapy-[III] Tissue / Organ Stem Cell: Development of Foundation for Clinical Application (2) August 4-6, 2000, p99-106 [online], Internet <URL: http://www.med.or.jp/jams/symposium/kiroku/117/pdf/1170099.pdf >
[Non-Patent Document 2]
Michael Kyba et al., Cell, Vol. 109, April 5, 2002, p29-37.
[Non-Patent Document 3]
Toru Nakano, “5. Differentiation of embryonic stem cells into blood cells”, edited by Takashi Yokota et al., Experimental Medicine Special Issue “Forefront of Stem Cell Research and Application to Regenerative Medicine, Elucidation of Developmental and Differentiation Mechanisms, and Clinical” Published September 25, 2001, Vol. 19, No. 15, p 1966-971
[Non-Patent Document 4]
Toru Nakano et al., Science, Vol. 265, August 19, 1994, p1098-1101
[Non-Patent Document 5]
Fei Li, et al., Blood, Vol. 98, issued July 15, 2001, p335-342
[Non-Patent Document 6]
Brit M. Johansson et al., Molecular and Cellular Biology, Vol. 15, No. 1, published in January 1995, p141-151
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a stable supply of primate hematopoietic cells and the introduction of embryonic stem cells of the primate animal without performing genetic engineering operations such as introduction of a foreign gene into the embryonic stem cell of the primate animal. It is an object of the present invention to provide a method for differentiating hematopoietic cells from primate embryonic stem cells, which enables at least one of differentiation into hematopoietic cells. The present invention also provides a stable supply of primate hematopoietic cells, a large supply of primate hematopoietic cells, a stable supply of primate blood transfusion platelets, It is an object of the present invention to provide a method for producing hematopoietic cells of a primate animal that enables at least one of stably supplying CD34 + cells for transplantation. Furthermore, this invention aims at providing the hematopoietic cell obtained by the said manufacturing method. It is another object of the present invention to provide a method for producing a chimeric sheep that can stably supply primate hematopoietic cells.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] Embryonic stem cells of primates are maintained under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells, and the obtained cells are transplanted into fetuses in the uterus of pregnant sheep, and then primates from the born sheep fetuses. A method of differentiating primate embryonic stem cells into hematopoietic cells, characterized by obtaining hematopoietic cells of the primate,
[2] (I) using a stromal cell line deficient in macrophage colony-stimulating factor as a feeder cell, maintaining a primate embryonic stem cell on the feeder cell; and
(II) transplanting the cells derived from the primate obtained in the step (I) to a fetus in the uterus of a pregnant sheep, and growing the fetus until birth.
The differentiation method according to [1] above,
[3] The differentiation method according to [2] above, wherein in step (I), embryonic stem cells of primate animals are maintained on feeder cells in the presence of bone morphogenetic protein-4.
[4] (I) using a stromal cell line deficient in macrophage colony-stimulating factor as a feeder cell, and maintaining primate embryonic stem cells on the feeder cell;
(II) transplanting the cells derived from the primate obtained in the step (I) into a fetus in a uterus of a pregnant sheep, and allowing the fetus to grow to birth; and
(III) A step of separating hematopoietic cells of the primate animal differentiated from embryonic stem cells of the primate from the fetus born in the step (II)
A method for producing hematopoietic cells of primates,
[5] Hematopoietic cells obtained by the production method of [4] above, and
[6] A primate animal characterized in that embryonic stem cells of a primate animal are maintained under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells, and the obtained cells are transplanted into a fetus in the uterus of a pregnant sheep. A method for producing a chimeric sheep producing hematopoietic cells of
About.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, embryonic stem cells are treated under conditions for inducing differentiation of hematopoietic cells, and the obtained cells are transplanted into a sheep fetus in the uterus of a pregnant sheep. Based on the inventors' surprising discovery that monkey-derived hematopoietic cells are produced.
[0015]
The method for differentiating primate embryonic stem cells from hematopoietic cells of the present invention comprises maintaining primate embryonic stem cells under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells, and subjecting the resulting cells to pregnancy sheep. A primate hematopoietic cell is obtained from the born sheep fetus.
[0016]
The differentiation method of the present invention has one major feature in maintaining primate embryonic stem cells under conditions suitable for induction of differentiation of hematopoietic cells (hereinafter also referred to as hematopoietic differentiation induction conditions).
[0017]
In the differentiation method of the present invention, in order to maintain embryonic stem cells of primate animals under the above-described conditions for inducing hematopoietic differentiation, even if the undifferentiated embryonic stem cells are transplanted as they are, hematopoietic cells from the undifferentiated embryonic stem cells Surprisingly, the primate embryonic stem cells can be differentiated into hematopoietic cells in spite of the fact that differentiation into the cells does not occur substantially.
[0018]
Further, in the differentiation method of the present invention, since the primate embryonic stem cells are maintained in the hematopoietic differentiation induction conditions, when the primate embryonic stem cells are transplanted into a sheep fetus, It exhibits an excellent effect of being able to differentiate by utilizing the internal environment of the sheep fetus more effectively.
[0019]
Furthermore, in the differentiation method of the present invention, in order to differentiate embryonic stem cells of a primate animal into hematopoietic cells, a foreign gene (for example, a homeotic selector gene) that induces differentiation in the embryonic stem cell of the primate animal. It is advantageous in that it is not substantially required to perform genetic engineering operations such as introduction of. Therefore, the differentiation method of the present invention does not require advanced techniques, expensive machines, reagents and the like, and is useful for supplying cells and tissues for transplantation.
[0020]
In addition, the differentiation method of the present invention has one major feature in that a sheep fetus in the uterus of a pregnant sheep is used.
[0021]
Since the sheep fetus is used in the differentiation method of the present invention, the cells obtained by maintaining the embryonic stem cells of the primate animal under the hematopoietic differentiation induction conditions are surprisingly and essentially primate animals. It exhibits an excellent effect of being able to differentiate into hematopoietic cells derived from.
[0022]
Further, according to the differentiation method of the present invention, since the sheep fetus is used, an excellent effect that the chimera ratio with the primate is increased can be obtained. Therefore, according to the differentiation method of the present invention, the excellent effect that hematopoietic cells derived from primate animals can be obtained in the sheep more efficiently.
[0023]
Furthermore, according to the differentiation method of the present invention, since the fetus in the uterus of the pregnant sheep is used, it has an excellent feature that embryonic stem cells of primate animals can be further transplanted after birth. . Therefore, according to the differentiation method of the present invention, hematopoietic cells derived essentially from primates can be supplied more efficiently and stably.
[0024]
The differentiation method of the present invention is one of the major features of transplanting cells obtained by maintaining embryonic stem cells of primate animals under the above-mentioned conditions for inducing differentiation of hematopoietic systems to sheep fetuses in the uterus of pregnant sheep. There is.
[0025]
The differentiation method of the present invention is derived from a primate animal in order to transplant a cell obtained by maintaining embryonic stem cells of a primate animal under the above-mentioned hematopoietic differentiation induction conditions to a sheep fetus in the uterus of a pregnant sheep. Hematopoietic cells can be supplied efficiently and stably. Furthermore, the differentiation method of the present invention is a method for transplanting cells obtained by maintaining embryonic stem cells of primate animals under the conditions for inducing differentiation of hematopoietic system to a sheep fetus in the uterus of a pregnant sheep. Thus, the non-acting primate cytokine exerts an excellent effect that it can selectively stimulate embryonic stem cells of transplanted primates or hematopoietic cells derived essentially from primates. . Therefore, hematopoietic cells derived from primates can be supplied more efficiently and stably.
[0026]
In this specification, primate animals refer to humans, monkeys, and the like. Examples of the monkey include cynomolgus monkey, rhesus monkey, Japanese monkey, marmoset, and the like.
[0027]
In the present specification, embryonic stem cells (hereinafter also referred to as ES cells) refer to undifferentiated cells having multipotency and self-renewal ability.
[0028]
Specific examples of primate embryonic stem cells used in the differentiation method of the present invention include CMK6 cells.
[0029]
Such embryonic stem cells can be maintained and supplied by using cells such as mouse embryo fibroblasts, which have stopped dividing proliferation, as feeder cells and culturing them in a medium for ES cells.
[0030]
The medium for ES cells may be any medium suitable for embryonic stem cells depending on the type of embryonic stem cells. Specifically, for example, in the case of cynomolgus monkey-derived embryonic stem cell line CMK6, the composition per 200 ml is DMEM / F12 163 ml, fetal calf serum 30 ml (final concentration 15%), L-glutamine 2 ml (final concentration 2 mM), penicillin (100 U / ml) -Streptomycin (100 μg / ml) 2 ml, non-essential amino acid solution 2 ml, 2-mercaptoethanol 1 ml (final concentration 0.1 mM).
[0031]
The maintenance and proliferation of the undifferentiated state of the embryonic stem cells can be performed, for example, by culturing under conditions such as the presence of leukemia inhibitory factor (LIF), depending on the type of embryonic stem cells.
[0032]
In addition, the culture conditions for maintaining and proliferating the undifferentiated state of the embryonic stem cells vary depending on the type of embryonic stem cells. For example, 5% CO2In the gas phase, it may be maintained at 36 to 38 ° C, preferably 37 ° C.
[0033]
The feeder cells used for maintaining and proliferating the undifferentiated state of the embryonic stem cells vary depending on the cell type, and can be maintained, proliferated, etc. in a D10 medium, for example.
[0034]
The culture conditions of the feeder cells vary depending on the cell type, but for example, 5% CO2.2In the gas phase, it may be maintained at 36 to 38 ° C, preferably 37 ° C.
[0035]
In the present specification, examples of hematopoietic cells include hematopoietic stem cells and cell groups obtained by differentiation from the hematopoietic stem cells, that is, cells having properties such as erythroblasts, myeloid cells, megakaryocytes, and lymphocytes. Specific examples include erythroblasts and myelocytes.
[0036]
In the present invention, conditions suitable for induction of differentiation of hematopoietic cells, that is, conditions for inducing differentiation of hematopoietic cells include, for example, conditions for culturing in the presence of type IV collagen, α-minimum essential medium (α-MEM), etc. Various conditions such as conditions for culturing in the presence, conditions for culturing on feeder cells suitable for hematopoietic differentiation, conditions for adhering to the dish after preparation of the embryoid body, conditions for any combination of these, and the like can be mentioned.
[0037]
In the present invention, "the cells obtained by maintaining primate embryonic stem cells under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells" are evaluated when hematopoietic colony forming ability and expression of surface markers are evaluated. It is a cell in the differentiation stage that becomes negative. Such cells may be so-called mesoderm cells or cells close to the state, properties, etc. of the mesoderm cells. Specifically, cells obtained by maintaining the cynomolgus monkey-derived embryonic stem cell line CMK6 for about 6 days under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells can be mentioned.
[0038]
The hematopoietic colony forming ability can be evaluated by, for example, a colony assay described later.
[0039]
As the surface marker, CD45, TER119, α4-Integrin, VE-cadherin, c-Kit, Sca-1, CD34, CD13, CD14, GPIIb / IIIa, CD3, CD4, CD8, sIgM, CD19 and the like.
[0040]
Examples of feeder cells used for maintaining hematopoietic differentiation induction conditions include stromal cell lines lacking macrophage stimulating factor, mouse bone marrow cell line lacking macrophage stimulating factor, and mouse yolk sac lacking macrophage stimulating factor. Examples include cells obtained by treating cell lines and the like with mitomycin C treatment or X-ray treatment. The stromal cell line deficient in the macrophage stimulating factor is OP9 cell line, and the mouse bone marrow cell line is S17 cell line [Collins et al. Immunol. 1987, Vol. 138, p1082-1087], the mouse yolk sac cell line is C166 cell line [Wang et al., In Vitro Cell. Dev. Biol. Anim. 1996, Vol. 32, p292-299].
[0041]
The feeder cells used for maintaining the hematopoietic differentiation induction conditions can be prepared by, for example, seeding in a gelatin-coated culture vessel using a MEM medium (Minimum Essential medium Eagle). The feeder cells may be seeded to such an extent that the culture vessel is covered without any gap.
[0042]
The culture conditions of the feeder cells vary depending on the type of cells used, but in the case of the stromal cell line OP9 cells, for example, 5% CO 22In the gas phase, it is preferably maintained at 36 to 38 ° C, particularly preferably 37 ° C.
[0043]
Specifically, the feeder cells used when maintaining the hematopoietic differentiation induction conditions, when using OP9 cells as feeder cells,
-Medium for OP9 cells {eg, composition per 1250 ml: α-MEM (Gibco, catalog number: 12000-022) 980 ml, fetal calf serum 250 ml (final concentration 20%), penicillin (100 U / ml) -Streptomycin (100 μg / ml) 10 ml, 200 mM L-glutamine solution 10 ml} at 37 ° C., 5% CO2Cultured under conditions,
-The cells that have adhered to the culture and grown to confluence or immediately before are washed twice with phosphate buffered saline;
-Treating the cells on the dish after washing with trypsin;
-Adding the OP9 cell culture medium to recover the medium containing the cells;
-The obtained cells are subcultured 1: 4-5 in the medium for OP cells,
-37 ° C, 5% CO2Incubate until confluent under conditions,
The cells obtained are inactivated with mitomycin C,
-Obtained cells (eg 1 × 105Cells / ml) on a gelatin-coated culture dish and seeded in the OP9 cell culture medium.
Can be obtained.
[0044]
The pregnancy sheep used in the present invention is 40 days or more after pregnancy, preferably 50 days or more, more preferably 60 days or more from the viewpoint of safety, for example, prevention of miscarriage, to reduce immune rejection, From the viewpoint of obtaining a sufficient survival rate of transplanted cells, it is desirable that it is 85 days or less after pregnancy, preferably 75 days or less, more preferably 60 days or less. Therefore, it is desirable that the fetus in the uterus be 50 to 80 days pregnant.
[0045]
As a differentiation method of the present invention, more specifically,
(I) using a stromal cell line deficient in macrophage colony-stimulating factor as a feeder cell, and maintaining primate embryonic stem cells on the feeder cell; and
(II) transplanting the cells derived from the primate obtained in the step (I) to a fetus in the uterus of a pregnant sheep, and growing the fetus until birth.
The method containing is mentioned.
[0046]
In the step (I), it is desirable to seed the embryonic stem cells of the primate animal so as to increase the density from the viewpoint of further differentiation.
[0047]
In the step (I), it is desirable to culture on feeder cells in a medium corresponding to embryonic stem cells of primate animals.
[0048]
In addition, what is necessary is just to change a culture medium suitably during culture | cultivation.
[0049]
In the step (I), the embryonic stem cell of the primate is 5% CO 2 on the feeder cell.2In the gas phase, it is preferably maintained at 36 to 38 ° C, particularly preferably 37 ° C.
[0050]
Specifically, for example, in the case of a cynomolgus monkey embryonic stem cell line CMK6, a differentiation medium (composition per 100 ml: IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium) 84 ml, 8% horse serum 8 ml, 8% fetal calf serum 8 ml 5 × 10-6M Hydrocortisone 0.18 μg, BMP-4 2 μg (final concentration 20 ng / ml), SCF 2 μg (final concentration 20 ng / ml), IL-3 2 μg (final concentration 20 ng / ml), IL-6 1 μg (final concentration 10 ng / ml) ), VEGF 2 μg (final concentration 20 ng / ml), G-CSF 2 μg (final concentration 20 ng / ml), Flt. 3 ligand 2 μg (final concentration 10 ng / ml), EPO 200 U (2 U / ml)] 5 ml, and the resulting cell suspension was placed on feeder cells at 5 × 10 55Cells are seeded with an appropriate amount of cells, then 37 ° C., 5% CO 22The conditions which culture | cultivate on conditions for 6 days are mentioned.
[0051]
The cells obtained by carrying out the step (I) correspond to the “cells obtained by maintaining primate embryonic stem cells under conditions suitable for induction of hematopoietic cell differentiation”.
[0052]
In step (I), from the viewpoint of obtaining hematopoietic cells more efficiently, it is preferable that the primate be added in the presence of bone morphogenetic protein-4, on feeder cells, and in the absence of leukemia inhibitory factor, in addition to the above-mentioned hematopoietic differentiation induction conditions It is desirable to maintain embryonic stem cells of primates.
[0053]
The cells obtained by carrying out the step (I) are then transplanted into a fetus in the uterus of a pregnant sheep, and the fetus is grown until it reaches birth [step (II)].
[0054]
The cells used for transplantation are treated with trypsin and, for example, 0.1% BSA (bovine serum albumin) / HBSS (Hanks balanced salt aqueous solution) is used to improve the engraftment rate, chimera rate, etc., for example, 1 × 106Cells or more, preferably 1 × 106Cells to 1 × 109Cells, preferably 1 × 107Cells to 1 × 109It can be prepared by suspending into cells.
[0055]
In step (II), transplantation of cells into the fetus can be performed, for example, by puncture injection of transplantation cells into the liver, liver parenchyma, intraperitoneal cavity, heart, umbilical cord, or the like.
[0056]
Transplant surgery is, for example,
-Pregnant sheep on the 60th day of gestation are accustomed to the breeding environment at the time of transplantation 1 week to 10 days before transplantation,
-Anesthetize the sheep mother,
-Fix the sheep in the proper position for the treatment,
-In order to facilitate transplantation of cells to the transplant site with a clean operation, for example, when transplanting cells into the abdominal cavity or liver parenchyma, the abdominal midline incision is followed by uterine maternal extraperitoneal Reversing
Or the like.
[0057]
When transplanting cells into the abdominal cavity, for example, the ovine myometrium is incised, the sheep fetus is driven into the exposed egg membrane, and the cells for transplantation into the fetal abdominal cavity are directly viewed through the transparent egg membrane. And then the myometrium, peritoneal muscle layer and skin are closed and closed. In addition, when transplanting cells into the liver parenchyma, if the cells for transplantation are punctured and injected into the liver parenchyma of the sheep fetus under ultrasound guide from the uterine wall, the peritoneal muscle layer and the skin are sutured and closed in layers. Good.
[0058]
In step (II), after the transplantation operation, the pregnant sheep is raised until birth, for example, under the same conditions as normal breeding.
[0059]
The fact that the sheep fetus obtained in step (II) is essentially producing hematopoietic cells derived from primates is that appropriate tissues such as liver, bone marrow, etc. are collected from the sheep fetus. Obtaining a cell for primary culture, and (1) conducting a hematopoietic colony assay on the obtained cell, (2) a marker gene specific to a primate animal for the hematopoietic colony formed in (1) above. It can be assessed by examining expression.
[0060]
The (1) hematopoietic colony assay is, for example,
(1) Obtain a tissue biopsy of the liver, bone marrow, etc. from a sheep fetus,
(2) The obtained tissue is treated appropriately according to the tissue such as trypsin treatment, DNase I treatment, lysis treatment, etc., to obtain cells,
(3) The obtained cells are suspended in 2% FBS (fetal bovine serum) -IMDM to obtain a cell suspension.
(4) The obtained cell suspension and MeC medium {for example, trade name: MethoCultGF + [manufactured by StemCell Technologies, catalog number: ST-04435] etc.} are mixed and stirred.
(5) Next, the medium containing the obtained cells was injected into the center of the dish, and the culture was performed at 37 ° C., 5% CO 2.2Incubate under conditions of 14 days
Is done.
[0061]
In addition, the expression of the marker gene specific to the primate animal of the above (2) is performed by extracting the DNA from the colony formed by the hematopoietic colony assay by a conventional method. It can be evaluated by detecting the gene by hybridization using a probe specific to a specific marker gene, PCR using a specific primer pair, or the like.
[0062]
In the differentiation method of the present invention, the cells obtained in step (I) may be further transplanted into the sheep fetus obtained in step (II). By further transplanting the cells obtained in step (I), primate hematopoietic cells can be supplied efficiently and stably.
[0063]
In the differentiation method of the present invention, a cytokine specific to a primate animal may be administered to the sheep fetus obtained in the step (II). Administration of cytokines to sheep fetuses enables selective stimulation of differentiation into hematopoietic cells derived essentially from primates within the sheep fetus.
[0064]
Examples of the cytokine include stem cell factor (SCF), basic fibroblast growth factor (bFGF), oncostane M (OSM), flk2 / flk3 ligand, interleukin-1, interleukin-3, granulocyte colony stimulating factor ( G-CSF), chemokine, erythropoietin, thrombopoietin, etc., and any combination thereof.
[0065]
Evaluation of hematopoietic cells of primate animals obtained by the differentiation method of the present invention is, for example, CD45, TER119, α4-Integrin, VE-cadherin, c-Kit, Sca-1, CD34 (stem cell marker), CD13 (myelocyte marker), CD14 (myelocyte marker), GpIIb / IIIa (megakaryocyte marker), CD3 (T cell marker) ), CD4 (T cell marker), CD8 (T cell marker), sIgM (B cell marker), CD19 (B cell marker) and the like.
[0066]
The differentiation method of the present invention is used for production of primate hematopoietic cells. Accordingly, the present invention provides a method for producing primate hematopoietic cells.
[0067]
The method for producing hematopoietic cells of the primate animal of the present invention comprises:
(I) using a stromal cell line deficient in a macrophage colony-stimulating factor as a feeder cell, and maintaining embryonic stem cells of a primate animal on the feeder cell;
(II) transplanting the cells derived from the primate obtained in the step (I) into a fetus in a uterus of a pregnant sheep, and allowing the fetus to grow to birth; and
(III) A step of separating hematopoietic cells of the primate animal differentiated from embryonic stem cells of the primate from the fetus born in the step (II)
It is a method including.
[0068]
The production method of the present invention has one major characteristic in maintaining embryonic stem cells of primate animals under conditions for inducing hematopoietic differentiation. Therefore, according to the production method of the present invention, in order to maintain the embryonic stem cells of primate animals under the hematopoietic differentiation induction conditions, even if the undifferentiated embryonic stem cells are transplanted as they are, the undifferentiated embryonic stem cells In spite of the fact that differentiation into hematopoietic cells does not occur substantially, it is surprisingly effective that hematopoietic cells can be produced from embryonic stem cells of the primate animal.
[0069]
Further, in the differentiation method of the present invention, when embryonic stem cells of a primate animal are transplanted into a sheep fetus, the embryonic stem cell can more effectively utilize the internal environment of the sheep fetus, It exhibits the excellent effect of being able to stably supply hematopoietic cells of primates.
[0070]
In addition, the production method of the present invention has one major feature in that a sheep fetus in the womb of a pregnant sheep is used.
[0071]
Since the sheep fetus is used in the production method of the present invention, the chimera rate with the primate is increased, whereby the primate hematopoietic cells are converted from the primate embryonic stem cells. It exhibits an excellent effect that a large amount of hematopoietic cells can be supplied.
[0072]
Furthermore, according to the production method of the present invention, primate embryonic stem cells can be further transplanted after birth, and the primate embryo transplanted by a primate cytokine that does not act on sheep. Because hematopoietic stem cells or hematopoietic cells derived essentially from primates can be selectively stimulated, hematopoietic cells derived essentially from primates can be supplied more efficiently and stably. Can do.
[0073]
Further, according to the production method of the present invention, blood transfusion platelets and transplanted CD34 + cells can be stably supplied.
[0074]
The steps (I) and (II) in the production method of the present invention are the same as the steps (I) and (II) in the differentiation method of the present invention.
[0075]
In the step (III), hematopoietic cells of the primate differentiated from the embryonic stem cells of the primate are separated from the fetus born in the step (II).
[0076]
In step (III), the sheep fetus is desirably an individual as early as possible after birth from the viewpoint of chimera rate.
[0077]
Further, as in the case of the differentiation method, from the viewpoint of efficiently and stably supplying primate hematopoietic cells, the cells obtained in step (I) were introduced into the sheep fetus born in step (II). May be further transplanted, and the above cytokines specific to primates may be administered.
[0078]
In step (III), the separation of primate hematopoietic cells is, for example,
1) Collecting liver, bone marrow, blood (peripheral blood, umbilical cord blood), thymus, spleen, etc. from sheep fetuses,
2) From the obtained organ, obtain a cell group by an appropriate method,
3) Isolating hematopoietic cells derived from primates from the obtained cell population.
Or the like.
[0079]
In the step 3), for example, a flow cytometry using a marker specific to a primate animal or an antibody against the marker, a method using an immunobead, and the like are performed.
[0080]
The “marker specific to a primate animal” may be any marker that crosses primates and does not cross sheep, and includes HLA-ABC, β2-microglobulin, CD45 and the like.
[0081]
The evaluation of primate hematopoietic cells obtained by the production method of the present invention can be performed by, for example, CD45, TER119, α, as in the differentiation method.4-It can be performed by using the presence or absence of expression of integrin, VE-cadherin, c-Kit, Sca-1, CD34, CD13, CD14, GPIIb / IIIa, CD3, CD4, CD8, sIgM, CD19, etc. as an index.
[0082]
In addition, hematopoietic cells of primate animals obtained by the production method of the present invention are also included in the present invention. Such hematopoietic cells are not particularly limited, but are expected to be used as, for example, transplantation materials for angiogenesis therapy, and can be applied to ischemic diseases such as myocardial infarction.
[0083]
In addition, chimeric sheep that produce hematopoietic cells of primates can be produced by the same operation as the differentiation method of the present invention. Accordingly, a method for producing a chimeric sheep that produces hematopoietic cells of a primate animal is also included in the present invention.
[0084]
The method for producing a chimeric sheep producing hematopoietic cells of a primate animal according to the present invention comprises maintaining embryonic stem cells of a primate animal under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells, and obtaining the obtained cells from a pregnant sheep. One major feature is the transplantation into fetuses in the womb.
[0085]
According to the method for producing a chimeric sheep of the present invention, a chimeric sheep capable of supplying primate hematopoietic cells more stably can be obtained.
[0086]
Since the chimeric sheep obtained by the method for producing a chimeric sheep of the present invention has cells derived from primates in an immunologically tolerant state, the chimeric sheep has differentiation induction of hematopoietic cells. The cells obtained can be further transplanted by maintaining the conditions suitable for the above. In addition, the chimeric sheep obtained by the method for producing a chimeric sheep of the present invention selectively differentiates into hematopoietic cells derived from primates in the body by administering a specific cytokine to a primate animal. Can irritate.
[0087]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by this Example. In the following examples, “%” represents “% by weight” unless otherwise specified. CO2, O2And N2The “%” notation in FIG.
[0088]
Example 1 Culture of monkey embryonic stem cells
(1) Preparation of feeder cells
Mouse embryo fibroblasts BALB / cAJc1 (H2 antigen haplotype H-2d) (supplied by Claire Japan) up to 5 passages were added to D10 medium [composition: 10% FCS, containing mitomycin C at a final concentration of 10 μg / ml] By culturing in DMEM] for 2 to 4 hours, cell division and growth were stopped and inactivated. Subsequently, the medium containing mitomycin C was removed. The treated cells were washed with phosphate buffered saline. The washed cells were treated with trypsin / EDTA (0.05% trypsin, 1 mM EDTA) to obtain a cell suspension, and then the cell suspension was centrifuged to obtain cells.
[0089]
Subsequently, the obtained cells were suspended in D10 medium and gelatin-coated 6 cm culture dish (manufactured by FALCON, trade name: Tissue culture dish) 1 × 106Seeds to be individual. Cells obtained by culturing until adhering to the dish were used as feeder cells.
[0090]
(2) Culture of cynomolgus monkey-derived ES cell line CMK6
The D10 medium was removed from the feeder cell culture of Example 1 (1), and the feeder cells were washed with phosphate buffered saline.
[0091]
Next, cynomolgus monkey-derived ES cells CMK6 that had been cryopreserved were transferred to ES cell medium [composition per 200 ml: DMEM-F12 (manufactured by Gibco)] 163 ml, fetal calf serum 30 ml (final concentration 15%), L- Glutamine 2 ml (final concentration 2 mM), penicillin (100 U / ml) -streptomycin (100 μg / ml) 2 ml, non-essential amino acid solution [manufactured by Gibco] 2 ml, 2-mercaptoethanol 1 ml (final concentration 0.1 mM)] Suspended in 5 ml. The obtained cell suspension was seeded on the feeder cells. The culture is performed at 37 ° C. and 5% CO.2Performed under conditions. The ES cell medium was changed once every two days.
[0092]
After culturing for 7 days, the old medium was aspirated and removed, and the cells were washed with phosphate buffered saline. Then, 1 ml of 0.25% trypsin / HBSS (Hanks balanced salt solution) was added to the cells on the dish and incubated at 37 ° C. for 4 to 5 minutes. Thereafter, the bottom of the dish was tapped at room temperature to detach the cell colonies.
[0093]
Next, undifferentiated cell colonies were recovered from the cell colonies by pipetting with a 5 ml pipette using the ES cell medium. The collected cells were suspended in the ES cell medium, and 5 ml of the obtained cell suspension was seeded on feeder cells on a 6 cm dish. Thereafter, the cells were passaged every 2 to 4 days according to the size of the colonies.
[0094]
The obtained undifferentiated ES cells were used for transplantation into sheep fetuses. Such undifferentiated ES cells were used for the following induction of hematopoietic differentiation.
[0095]
The undifferentiated ES cells were cultured in a medium [composition: 15% FCS / DMEM-F12] to obtain embryoid bodies. Such embryoid bodies were used for transplantation into sheep.
[0096]
Example 2 Induction of hematopoietic differentiation of monkey embryonic stem cells
(1) Preparation of feeder cells
Macrophage colony-stimulating factor dysfunctional mouse (C57BL / 6 × C3H) F2-op / op mouse stromal cell line prepared from neonatal calvaria, preadipocyte line OP9 cells for OP9 cells Medium {Composition per 1250 ml: α-MEM [manufactured by Gibco, catalog number: 12000-022] 980 ml, fetal calf serum 250 ml (final concentration 20%), penicillin (100 U / ml) -streptomycin (100 μg / ml) ) 10 ml, 200 mM L-glutamine solution 10 ml} at 37 ° C., 5% CO2Cultured under conditions. Thereafter, the cells that adhered in the culture and grew to confluence or immediately before that were washed twice with phosphate buffered saline. Subsequently, 0.1% trypsin-EDTA (2 ml / 10 cm dish) was added to the cells on the dish after washing, and the mixture was incubated for 5 minutes in an incubator.
[0097]
The OP9 cell culture medium was added to the dish, and the medium containing the cells was collected in a 50 ml conical tube. The medium containing the collected cells was centrifuged at 1500 rpm for 5 minutes. The obtained cells were added to the OP cell culture medium at 1: 4 to 1: 5 (about 2.5 × 10 55Cells ~ 4 x 105Seeded with cells, 37 ° C, 5% CO2Under conditions, the cells were cultured until they became confluent.
[0098]
By culturing the obtained cells on a 10 cm dish (manufactured by FALCON) in 10 ml of the OP9 cell medium containing mitomycin C at a final concentration of 10 μg / ml for 2 to 4 hours, cell division and growth were stopped. And inactivated. Subsequently, the medium containing mitomycin C was removed. The treated cells were washed with phosphate buffered saline. The washed cells were treated with trypsin / EDTA (0.05% trypsin, 1 mM EDTA) to obtain a cell suspension, and then the cell suspension was centrifuged to obtain cells.
[0099]
The obtained cells were placed in a gelatin-coated 6 cm culture dish (manufactured by FALCON, trade name: Tissue Culture Dish) in the above OP9 cell culture medium 1: 2 (about 1 × 10 per medium).5Cells / ml). The cells obtained by culturing were used as feeder cells in the following hematopoietic differentiation induction culture.
[0100]
(2) Hematopoietic differentiation induction culture
In Example 1, the cynomolgus monkey-derived ES cell lines CMK6 and CMK6 / SeV recovered in 1 ml of 0.25% trypsin / HBSS were differentiated from the medium for differentiation (composition per 100 ml: 84 ml of IMDM, 8 ml of 8% horse serum, 8% fetal calf serum 8ml, 5x10-6M Hydrocortisone 0.18 μg, BMP-4 2 μg (final concentration 20 ng / ml), SCF 2 μg (final concentration 20 ng / ml), IL-3 2 μg (final concentration 20 ng / ml), IL-6 1 μg (final concentration 10 ng / ml) ), VEGF 2 μg (final concentration 20 ng / ml), G-CSF 2 μg (final concentration 20 ng / ml), Flt. 3 ligand 2 μg (final concentration 10 ng / ml), EPO 200 U (2 U / ml)] suspended in 5 ml, and the resulting cell suspension was used in the hematopoietic differentiation induction culture obtained in Example 2 (1). Seed 1: 3 on feeder cells.
[0101]
Then, 37 ° C, 5% CO2Cultured under conditions for 6 days. During culture, the medium was changed as appropriate. The obtained cells were used for the following transplantation and the like as hematopoietic differentiation induction-treated cells (FIG. 1).
[0102]
(3) Cell processing for transplantation
The medium is aspirated and removed from the dish of the hematopoietic differentiation-inducing cells obtained in Example 2 (2), and 1 ml of 0.25% trypsin / HBSS is added to the dish at 37 ° C., 5% CO2Incubated for 4 minutes under the following conditions.
[0103]
Subsequently, the cells on the feeder cells were collected in a 50 ml conical tube containing 20 ml of the differentiation medium together with the feeder cells with a scraper [trade name: cell scraper-M, Sumilon (manufactured by SUMILON)], 800 rpm, Centrifuged for 4 minutes.
[0104]
The supernatant was aspirated and removed, and the cells were suspended in 20 ml of the differentiation medium in a 50 ml conical tube to obtain a cell suspension.
[0105]
Immediately before transplantation, the cell suspension was centrifuged at 800 rpm for 4 minutes. The supernatant was aspirated and removed, and then the cells obtained were washed by adding 20 ml of 0.1% BSA / HBSS, suspending and centrifuging at 800 rpm for 4 minutes.
[0106]
Thereafter, the supernatant was aspirated and removed, and the cells were suspended in 0.4 ml of 0.1% BSA / HBSS. The resulting suspension was placed in a 1.5 ml assist tube and stored on ice.
[0107]
Example 3 Cell transplantation
Pregnant sheep purchased from Japan Lamb, an experimental sheep handling company, was used. Transplantation was scheduled on the 60th day of pregnancy, and it was made accustomed to the rearing environment at the time of transplantation 1 week to 10 days before transplantation. In addition, fetuses were confirmed by abdominal ultrasonography.
[0108]
Sheep mothers were anesthetized with ketamine intramuscular injection (15 mg / kg body weight). Lay the sheep on its back on the operating table, position and fix it, and then intubate the oral trachea.2Surgery was performed under general anesthesia with / air / halothane.
[0109]
The operation was performed with a clean operation. After laparotomy with a midline incision in the lower abdomen, the uterus was turned into the abdominal cavity.
[0110]
The cells for transplantation were injected in two ways: (1) in the fetus and (2) in the liver parenchyma.
[0111]
In the case of transplantation into the abdominal cavity, the myometrium of the sheep is incised, the sheep fetus is driven into the exposed egg membrane while being preserved, and the 23G needle is inserted into the abdominal cavity of the fetus under direct vision through the transparent egg membrane. 1 undifferentiated ES cells, embryoid bodies, transplant cells obtained in Example 2 (1 × 107~ 1x108Cells) were injected through puncture, and the myometrium, peritoneal muscle layer, and skin were closed in layers. In the case of transplantation into the liver parenchyma, cells for transplantation (1 × 10 6) are carried out with ultrasound from the uterine wall and into the sheep fetal liver parenchyma using a 25 G catalan needle.7~ 1x108Cells) was punctured and injected, and the peritoneal muscle layer and the skin were closed and closed.
[0112]
After the operation, antibiotics (mycillin sol) were injected intramuscularly. Subsequently, the tube was extubated, and anesthesia awakening of the sheep was confirmed.
[0113]
Example 4 Sample collection from fetus
The fetuses 1 month after transplantation were removed by cesarean section under maternal general anesthesia and dissected, and whole body tissues including hematopoietic tissues were collected as samples.
[0114]
Specifically, each of the two uterus (transplanted fetus (tail-cut), control fetus), and a total of 4 fetuses, from the mother who is pregnant, tissue collection and processing in the following procedure At the same time.
[0115]
The collected tissues are shown below.
Endoderm tissue
1. Liver (including bile duct, liver parenchyma, hepatic artery, portal vein area)
2. Pancreatic head (pancreatic duct, pancreatic parenchyma)
3. Thymus
4). Thyroid
5). Lung (bronchi, alveoli)
6). Small intestine
7). Omentum (visceral peritoneum)
Ectodermal tissue
8). Cerebrum
9. Spinal cord
10. Skin (appendix; hair, sweat glands, sebaceous glands)
11. Tail amputation (skin) [collected from a cell transplanted fetus]
Mesodermal tissue
12 Fat (connective tissue)
13. Cartilage
14 Bone marrow
15. Lymph nodes
16. Skeletal muscle
17. Myocardium
18. Aorta
19. spleen
20. kidney
21. Gonadal
The following samples were collected for primary culture.
22. Peripheral blood (umbilical artery blood)
23. Umbilical cord blood (umbilical cord venous blood)
24. Bone marrow (after reflux)
25. Liver (after reflux)
26. Ascites (after reflux)
[0116]
Sheep maternal, spontaneously breathing, O by oral intubation2Induction of anesthesia was started with / air / halocene. After 15 minutes, the maternal body was cesarean sectioned, and two unilateral uterus fetuses were removed, and the tissue was collected and processed. In addition, the body weight of the fetus transplanted with cells (transplanted fetus) was 950 g, and the body weight of the control fetus was 1040 g.
[0117]
Subsequently, umbilical cord venous blood (umbilical cord blood sample) and umbilical arterial blood (peripheral blood sample) were collected with the umbilical cord connected to the mother. Here, the amount of blood collected was 10 ml for the cord blood sample of the transplanted fetus, 20 ml for the peripheral blood sample of the transplanted fetus, 20 ml for the cord blood sample of the control fetus, and 20 ml for the peripheral blood sample of the control fetus.
[0118]
The umbilical cord was dissected and then the umbilical vein was cannulated with a 6G atom tube. As the umbilical artery could not be cannulated, the cut end was opened.
[0119]
A reflux solution (cold lactec 500 ml) was connected to the cannula on the umbilical vein side, and reflux was started by infusion. Reflux was performed using the umbilical artery side as a blood removal path until blood flowed out (about 1000 ml in total).
[0120]
Each of the transplanted fetus and the control fetus was laparotomized, and the partial liver and femur were collected as a primary culture sample by a clean operation. The organ was removed. The extracted organ was divided into petri dishes on ice.
[0121]
Three tissue specimens of 5 mm × 5 mm × 3 mm were cut out. Two of them were placed in a 15 ml sample bottle containing 4% buffered paraformaldehyde (PFA) / 8% sucrose and fixed overnight. This sample was a 4% PFA fixed sample.
[0122]
The bone marrow sample was decalcified.
[0123]
In addition, the 4% PFA-fixed sample is sequentially maintained in 50% ethanol, 60% ethanol, 70% ethanol, 80% ethanol, 90% ethanol for 1 to 2 hours, and 100% ethanol for 1 to 2 hours, Furthermore, it maintains for 1 to 2 hours with 100% ethanol, and then dehydrates by maintaining overnight with 100% ethanol, and further with 100% ethanol overnight, soaking in benzene (twice for 30 minutes), Subsequently, it was immersed in paraffin (45 minutes × twice) to obtain a paraffin-embedded section sample after fixing with 4% PFA.
[0124]
The remaining one specimen was placed in Cryomold No. 1 and embedded and frozen. The embedding and freezing were carried out by embedding with OCT compound and freezing with liquid nitrogen. This sample was used as a specimen for a fresh frozen section.
[0125]
Several small pieces were cut out from the remaining organs, placed one by one into three cryotubes, and the tubes were frozen with liquid nitrogen. Small pieces of these organs were used as samples for DNA extraction or RNA extraction.
[0126]
In case of miscarriage, stillbirth or death after birth, the fetus is taken out, peripheral blood (heparin blood sampling) about 20 ml, bone marrow (collected in heparin saline (10 units / ml)) appropriate amount, umbilical cord blood (heparin blood sampling) about 20 ml, liver (Collected during heparinized diet) Approximately 10 g was collected, and the body surface, intraperitoneal cavity, intrathoracic cavity, and brain were necropsied to confirm that there was no teratoma or other tumor formation. When tumor formation was confirmed, the tumor was removed and fixed with 4% paraformaldehyde.
[0127]
In addition, in cases analyzed after birth, peripheral blood and bone marrow were collected at a rate of about once a month after birth. Specifically, about 20 ml of umbilical cord blood (heparin blood collection) was collected at birth, and about 20 ml of peripheral blood (heparin blood collection) was collected at birth or within 7 days after birth. After birth, about 20 ml of peripheral blood (heparin blood collection) was collected every 2 weeks during the first few months, and an appropriate amount of bone marrow (collected during heparin diet) was collected every month. The collected sample was put in a sterile conical tube and stored by shaking at room temperature, and nucleated cells were separated and stored frozen.
[0128]
Hematopoietic tissues and cells such as liver, umbilical cord blood, bone marrow, and peripheral blood were separated into leukocyte differentiation fractions by hemolysis, and cryopreserved as DNA extraction samples or RNA extraction samples, primary culture samples, and FACS analysis samples. .
[0129]
As the primary culture sample, the liver was subjected to cell treatment as follows. A sample is collected under aseptic procedure, the sample is appropriately minced and collected in a 50 ml conical tube, 20 ml of 1% trypsin / EDTA / phosphate buffered saline is added, and the suspension is well suspended at 37 ° C. Incubated for 10 minutes with shaking. To the obtained product, 200 μl of DNase I solution [solution of 10 mg DNase I dissolved in 1 ml 0.15M NaCl] was added, and further 1M MgCl2100 μl was added and incubated at 37 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the product was filtered through a 70 mm diameter nylon mesh (manufactured by FALCON, trade name: cell strainer), and the same amount of D10 medium as the product was added. Thereafter, the mixture was centrifuged at 1500 rpm for 5 minutes, and the supernatant was removed by suction. If the pellet is red due to red blood cell contamination, add approximately 10 times more ACK lysing buffer to the pellet, maintain on ice for 15 to 0 minutes, and then centrifuge at 1500 rpm for 5 minutes at 4 ° C. did. The pellet was washed twice with about 40 ml of phosphate buffered saline. The supernatant is aspirated and removed, and the resulting pellet is 106-107The cells / vials were suspended in a cell banker and stored frozen at −80 ° C.
[0130]
Further, as a sample for primary culture, umbilical cord blood, peripheral blood and bone marrow were subjected to cell treatment as follows. A sample was collected by aseptic operation following heparin blood collection, and 35 ml of blood was placed in a 50 ml conical tube and centrifuged at 1500 rpm for 10 minutes. Plasma was aspirated and removed, and the pellet was dispensed into five 50 ml conical tubes. Then, 40 ml (about 10 times the amount of pellet) ACK lysing buffer was added to each conical tube, mixed, and incubated on ice for 15 minutes. After centrifugation at 1500 rpm for 5 minutes at 4 ° C., the supernatant was aspirated and removed. When the pellet was red, the centrifugation was repeated at 1500 rpm for 10 minutes. Next, 40 ml of phosphate buffered saline was added to the pellet, suspended, and each tube was combined into one tube and washed by centrifugation at 1500 rpm for 5 minutes at 4 ° C. Such washing was performed twice. Aspirate the supernatant and remove the pellet 5 × 106The cells / vials / ml were suspended in a cell banker and stored frozen.
[0131]
Example 5 Analysis of genomic DNA from each tissue
DNA was extracted from the sample obtained in Example 4 using the QIAamp DNA Mini Kit and the QIAamp DNA Blood Mini Kit according to the manufacturer's protocol attached to the kit.
[0132]
For analysis of sheep embryos transplanted with monkey-derived cells, as a primer pair for monkey β2-microglobulin, an external primer pair:
A primer pair consisting of CB2MG-2F: 5'-GTCTGGATTTCCATCCATCT-3 '(SEQ ID NO: 1) and hB2MG 5R: 5'-GGCTGTGACAAAGTCACATGG-3' (SEQ ID NO: 2); and
Internal primer pair:
Primer pair consisting of CB2MG-2F: 5'-GTCTGGGTTTCATCCATCCCG-3 '(SEQ ID NO: 3) and hB2MG-3R: 5'-GGTGAATTCAGGTGTAGTACAA G-3' (SEQ ID NO: 4)
Using the DNA as a template, semiquantitative PCR was performed. PCR conditions are as follows: reaction solution [composition: H20 30.75 μl, 10 × PCR buffer 5 μl, dNTP (2.5 mM each) 4 μl, Ex Taq (5 U / μl) 0.25 μl, primer (10 pM each) 2.5 μl each, sample-derived DNA (equivalent to 250 ng) 5 μl], after incubation at 95 ° C. for 5 minutes, 95 ° C. for 1 minute, 58 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 1 minute as one cycle, 25 cycles for external amplification, 30 cycles for internal amplification The cycle was performed, and the condition was maintained at 4 ° C. by incubating at 72 ° C. for 5 minutes.
[0133]
Also, a primer pair for β-actin:
Cβ1: 5'-CATTGTCCATGGACTCTGGCGACGG-3 '(SEQ ID NO: 5)
Cβ2: 5'-CATCTCCCTGCTCGAAGTCTAGGGC-3 '(SEQ ID NO: 6)
PCR was performed in the same manner using a primer pair consisting of
[0134]
For quantification, samples of the dilution series shown in Table 1 below were prepared and used.
[0135]
[Table 1]
Figure 2004350601
[0136]
Sheep fetuses transplanted with human umbilical cord blood CD34 + cells were used as a control. At this time, as a primer pair for β2-microglobulin, an external primer pair:
a primer pair consisting of hB2MG-2F 5'-GTCTGGATTTCCATCCATTG-3 '(SEQ ID NO: 7) and hB2MG 5R, and
Internal primer pair:
Semi-quantitative PCR was performed using a primer pair consisting of hB2MG-2F 5'-GTCTGGGTTTCATCATCATCG-3 '(same as SEQ ID NO: 3) and hB2MG-3R, and using the DNA as a template. PCR conditions are as follows: reaction solution [composition: H20 30.75 μl, 10 × PCR buffer 5 μl, dNTP (2.5 mM each) 4 μl, Ex Taq (5 U / μl) 0.25 μl, primer (10 pM each) 2.5 μl each, sample-derived DNA (equivalent to 250 ng) 5 μl], after incubation at 95 ° C. for 5 minutes, 95 ° C. for 1 minute, 58 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 1 minute as one cycle, 25 cycles for external amplification, 30 cycles for internal amplification The cycle was performed, and the condition was maintained at 4 ° C. by incubating at 72 ° C. for 5 minutes.
[0137]
For quantification, samples of the dilution series shown in Table 2 below were prepared and used.
[0138]
[Table 2]
Figure 2004350601
[0139]
The product generated by PCR was subjected to electrophoresis on a 2% agarose gel (containing 0.01% EtBr).
[0140]
As a result, after transplantation of human umbilical cord blood CD34 + cells (control group) into the liver parenchyma of sheep fetuses, the β2-microglobulin derived from monkeys has a chimera rate of less than 0.01% only from the peripheral blood of individuals about 4 months old. The base sequence was detected.
[0141]
Example 6 Colony assay and colony analysis of hematopoietic tissue and cells
Hematopoietic colony assays were performed on cells isolated for primary culture.
[0142]
The cryo-tube of the cryopreserved cell is lysed in a 37 ° C. constant temperature bath, suspended in a 15 ml conical tube containing 9 ml of 2% FBS-IMDM, and a portion of the resulting suspension is used to produce cells. Numbers were counted. The suspension was then centrifuged at 1300 rpm for 4 minutes and the resulting pellet was washed with 1% 10% with 2% FBS-IMDM.6It suspended so that it might become a cell / ml, and the cell suspension was obtained. Furthermore, it is diluted 10 times with 2% FBS-IMDM, and 1 × 105A cell / ml cell suspension was prepared.
[0143]
Place 4 ml of trade name: Methocult GF + [manufactured by StemCell Technologies, catalog number: ST-04435] into a 14 ml polystyrene round bottom tube, add 400 μl of the cell suspension, close the cap and shake vigorously. did. Then, it was left still for about 5 minutes until the foam disappeared.
[0144]
Next, 1.1 ml of the medium containing the obtained cells was injected into the center of a 3.5 mm dish with a 2.5 ml syringe equipped with an 18G needle and spread evenly on the bottom of the dish.
[0145]
In a 15 cm Petri dish, put 3.5 cm dish containing 6 pieces of 3.5 cm dish and 3 ml of phosphate buffered saline for moisturizing, 37 ° C, 5% CO2Incubation was performed under the following conditions.
[0146]
Colony counting was performed on the 14th day from the start of incubation.
[0147]
However, in this method, it was found that not only monkey-derived hematopoietic progenitor cells but also sheep-derived hematopoietic progenitor cells formed colonies.
[0148]
Therefore, colonies are taken from the medium forming the colonies, DNA is extracted from each colony, PCR is performed using the obtained DNA as a template and a primer pair for monkey β2-microglobulin, and hematopoiesis derived from monkeys The presence of progenitor cells was confirmed.
[0149]
As a primer pair for monkey β2-microglobulin, an external primer pair: a primer pair consisting of CB2MG-2F and hB2MG 5R, and
Internal primer pair: PCR was performed using the primer pair consisting of the CB2MG-2F and hB2MG-3R and the DNA as a template. PCR conditions are as follows: reaction solution [composition: H20 30.75 μl, 10 × PCR buffer 5 μl, dNTP (2.5 mM each) 4 μl, Ex Taq (5 U / μl) 0.25 μl, primer (10 pM each) 2.5 μl each, sample-derived DNA (equivalent to 250 ng) 5 μl] and after incubation at 95 ° C. for 5 minutes, 94 cycles of 30 seconds, 57 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute are used as 25 cycles for both external amplification and internal amplification. The test was carried out at 72 ° C. for 5 minutes and maintained at 4 ° C. The obtained product was analyzed by electrophoresis on a 2% agarose gel.
[0150]
As a result, when hematopoietic differentiation-inducing monkey ES cells were used, as shown in FIG. 2, about 30% of the embryonic liver of the individual one month after transplantation of hematopoietic differentiation induction treatment into the peritoneal cavity ( n = 1), monkeys with a frequency of about 1% (n = 3) in the bone marrow of individuals after birth (3-6 months after transplantation) transplanted into the liver parenchyma with ES cells that have undergone hematopoietic differentiation induction treatment It was found that there is a hematopoietic colony derived from. That is, it was found that when the ES cells were induced to induce hematopoietic differentiation and introduced into sheep fetuses, the sheep fetuses produced monkey-derived hematopoietic cells.
[0151]
Sequence listing free text
SEQ ID NO: 1 is the sequence of primer CB2MG-2F.
[0152]
SEQ ID NO: 2 is the sequence of primer hB2MG 5R.
[0153]
SEQ ID NO: 3 is the sequence of primer CB2MG-2FCB or hB2MG-2F.
[0154]
SEQ ID NO: 4 is the sequence of primer hB2MG-3R.
[0155]
SEQ ID NO: 5 is the sequence of primer Cβ1.
[0156]
SEQ ID NO: 6 is the sequence of primer Cβ2.
[0157]
SEQ ID NO: 7 is the sequence of primer hB2MG-2F.
[0158]
【The invention's effect】
According to the method for differentiating hematopoietic cells from embryonic stem cells of primate animals of the present invention, hematopoietic cells of primates can be stably supplied, and foreign genes can be transferred to primate embryonic stem cells. Hematopoietic cells that can differentiate embryonic stem cells of primate animals into hematopoietic cells without performing genetic engineering operations such as introduction, and are heterogeneous for primate animals and allogeneic to the individuals There is an excellent effect that can be obtained. Further, according to the method for producing hematopoietic cells of primate animals of the present invention, primate hematopoietic cells can be stably supplied, and a large amount of primate hematopoietic cells can be supplied. Hematopoietic cells that are allogeneic to the individual can be obtained in a heterogeneous animal for the ape-like animal, platelets for blood transfusion of the primate animal can be stably supplied, and CD34 + cells for primate animal costume feeding can be obtained. There is an excellent effect that it can be supplied stably. Further, according to the method for producing a chimeric sheep producing primate hematopoietic cells of the present invention, there is an excellent effect that a chimeric sheep capable of stably supplying primate hematopoietic cells can be obtained.
[0159]
[Sequence Listing]
Figure 2004350601
Figure 2004350601
Figure 2004350601
Figure 2004350601

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows cells obtained by maintaining primate embryonic stem cells under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells. Panel (A) shows undifferentiated embryonic stem cells and the scale bar shows 100 μm. Panel (B) shows cells during culture in the presence of BMP-4 on OP9 cells. Panel (C) shows cells obtained by maintaining embryonic stem cells under hematopoietic differentiation induction conditions, and the scale bar indicates 100 μm.
FIG. 2 is a diagram showing the results of detection of monkey β2-microglobulin in an ovine fetus obtained after transplantation. In the figure, panel (A) shows the result of fetal liver and panel (B) shows the result of bone marrow.

Claims (6)

霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、ついで、出生したヒツジ胎仔から霊長類動物の造血系細胞を得ることを特徴とする、霊長類動物の胚性幹細胞から造血系細胞への分化方法。The primate embryonic stem cells are maintained under conditions suitable for induction of hematopoietic cell differentiation. A method for differentiating primate embryonic stem cells into hematopoietic cells, characterized by obtaining hematopoietic cells. (I)マクロファージコロニー刺激因子を欠損したストロマ細胞株をフィーダー細胞とし、該フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持するステップ、及び
(II)前記ステップ(I)で得られた霊長類動物由来の細胞を、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させるステップ、
を含む、請求項1記載の分化方法。
(I) using a stromal cell line deficient in macrophage colony-stimulating factor as a feeder cell, and maintaining embryonic stem cells of a primate animal on the feeder cell; and (II) a primate obtained in step (I) Transplanting animal-derived cells into a fetus in the uterus of a pregnant sheep and allowing the fetus to grow to birth;
The differentiation method according to claim 1, comprising:
ステップ(I)において、骨形成タンパク質−4の存在下、フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持する、請求項2記載の分化方法。The differentiation method according to claim 2, wherein in step (I), embryonic stem cells of primate animals are maintained on feeder cells in the presence of bone morphogenetic protein-4. (I)マクロファージコロニー刺激因子を欠損したストロマ細胞株をフィーダー細胞とし、該フィーダー細胞上、霊長類動物の胚性幹細胞を維持するステップ、
(II)前記ステップ(I)で得られた霊長類動物由来の細胞を、妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植し、該胎仔を出生にいたるまで生育させるステップ、及び
(III)前記ステップ(II)で出生した胎仔より、該霊長類動物の胚性幹細胞から分化した霊長類動物の造血系細胞を分離するステップ
を含む、霊長類動物の造血系細胞の製造方法。
(I) a step of maintaining a stromal cell line deficient in a macrophage colony-stimulating factor as a feeder cell, and maintaining embryonic stem cells of a primate animal on the feeder cell;
(II) transplanting the cells derived from the primate animal obtained in the step (I) to a fetus in the uterus of a pregnant sheep and growing the fetus until birth, and (III) the step (II) A method of producing hematopoietic cells of a primate animal, comprising isolating hematopoietic cells of a primate animal differentiated from embryonic stem cells of the primate animal from a fetus born in step 1).
請求項4記載の製造方法により得られる造血系細胞。A hematopoietic cell obtained by the production method according to claim 4. 霊長類動物の胚性幹細胞を、造血系細胞の分化誘導に適した条件で維持し、得られた細胞を妊娠ヒツジの子宮内の胎仔に移植することを特徴とする、霊長類動物の造血系細胞を生産するキメラヒツジの作製方法。A primate hematopoietic system characterized by maintaining embryonic stem cells of a primate animal under conditions suitable for inducing differentiation of hematopoietic cells and transplanting the obtained cells into a fetus in the uterus of a pregnant sheep A method for producing a chimeric sheep producing cells.
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