JP2006521807A - Induction of terminally differentiated dopaminergic neurons derived from human embryonic stem cells - Google Patents

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Abstract

本発明の開示は、多能性の幹細胞(例えばヒト胚幹細胞)から神経前駆細胞と分化した神経細胞(例えばドーパミン作動性神経細胞およびセロトニン作動性神経細胞)を効率よく生産するための改善された方法に関する。開示された方法を用いることで、チロシン・ヒドロキシラーゼ(ドーパミン作動性神経細胞の特異的マーカー)に陽性の細胞が高い割合で含まれる細胞集団が単離された。本発明の開示の神経前駆細胞および最終分化細胞は、大量に発生することができることから、パーキンソン病等の神経障害で、細胞置換療法のための優れた供給源として用いることが可能である。The disclosure of the present invention has been improved to efficiently produce neural progenitor cells and differentiated neurons (eg, dopaminergic and serotonergic neurons) from pluripotent stem cells (eg, human embryonic stem cells). Regarding the method. By using the disclosed method, a cell population containing a high percentage of cells positive for tyrosine hydroxylase (a specific marker of dopaminergic neurons) was isolated. Since the neural progenitor cells and terminally differentiated cells disclosed in the present invention can be generated in large quantities, they can be used as an excellent source for cell replacement therapy in neurological disorders such as Parkinson's disease.

Description

関連出願との相互参照
該当なし
連邦政府の委託研究または開発に関する言明
該当なし
マイクロフィッシュ添付物
該当なし
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、ヒト胚幹細胞等の多能性胚幹細胞から最終分化神経細胞、例えばドーパミン作動性神経細胞およびセロトニン作動性神経細胞を生産する改善された方法に関する。本発明の開示にもとづいて生じたドーパミン作動性神経細胞およびセロトニン作動性神経細胞は、神経変性障害および神経疾患での細胞置換療法のための優れた供給源として用いることが可能である。
Cross-reference to related applications N / A Federal government commissioned research or development statement N / A Microfiche attachment N / A Background of invention The present invention relates to an improved method for producing terminally differentiated neurons, such as dopaminergic and serotonergic neurons, from pluripotent embryonic stem cells such as human embryonic stem cells. The dopaminergic and serotonergic neurons resulting from the disclosure of the present invention can be used as an excellent source for cell replacement therapy in neurodegenerative disorders and neurological diseases.

2.関連技術の説明
神経変性障害および神経疾患、例えばパーキンソン病、アルツハイマー症、および統合失調症は、我々の社会でますます顕著になってきている。これらの神経障害の多くに、ドーパミン作動性もしくはセロトニン作動性の神経細胞がかかわっている。ドーパミン作動性神経細胞は、中脳の腹側面および腹外側面にあって、姿勢反射、運動、および報酬関連挙動を制御する。これらの神経細胞は、前脳にある多重構造を神経支配し、該神経の変性または異常機能はパーキンソン病、統合失調症、および薬物嗜癖に関連する(Hynes et al.,1995,Cell 80:95−101)。セロトニン作動性神経細胞は、後脳の腹側面および腹外側面に集中しており、大脳皮質、大脳辺縁系、および脊髄を含む中枢神経系の大部分を神経支配する。これらの神経細胞は、意識、覚醒、行動特性、および摂食行動のレベルを制御し、さらに異常機能が攻撃性、鬱病、および統合失調症に結び付けられていた(Jacobs and Gelperin,1981,Serotonin Neurotransmission and Behavior.The MIT Press,Cambridge,Mass.)。セロトニン作動性の機能障害は、種々の精神的疾患、神経的疾患、および他の疾患(例えば、精神の抑うつ(Asberg et al.,1986,J.Clin.Psychiatry 47:23−35)、自殺(Lester,1995,Pharmocopsychiatry 28(2):45−50)、および激しい攻撃行動)の病態生理学でも、ある種の役割を演じている可能性がある(Brown et al.,J.Clin.Psychiatry,1990,54:31−41;Eichelman,1990,Anon.Rev.Med.41:149−158)。
2. Description of Related Art Neurodegenerative disorders and neurological diseases such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, and schizophrenia are becoming increasingly prominent in our society. Many of these neuropathies involve dopaminergic or serotonergic neurons. Dopaminergic neurons are on the ventral and ventrolateral sides of the midbrain and control postural reflexes, movements, and reward-related behavior. These neurons innervate multiple structures in the forebrain, and degeneration or abnormal function of the nerves is associated with Parkinson's disease, schizophrenia, and drug addiction (Hynes et al., 1995, Cell 80:95). -101). Serotonergic neurons are concentrated on the ventral and ventrolateral sides of the hindbrain and innervate most of the central nervous system, including the cerebral cortex, limbic system, and spinal cord. These neurons control levels of consciousness, arousal, behavioral characteristics, and feeding behavior, and abnormal functions have been linked to aggressiveness, depression, and schizophrenia (Jacobs and Gelperin, 1981, Serotonin Neurotransmission). and Behavior. The MIT Press, Cambridge, Mass.). Serotonergic dysfunction can be attributed to a variety of mental, neurological and other disorders (eg, mental depression (Asberg et al., 1986, J. Clin. Psychiatry 47: 23-35), suicide ( Lester, 1995, Pharmcopsychiatry 28 (2): 45-50), and the pathophysiology of aggressive aggressive behavior) may also play a role (Brown et al., J. Clin. Psychiatry, 1990). , 54: 31-41; Eichelman, 1990, Anon. Rev. Med. 41: 149-158).

パーキンソン病は、行動を制御する脳の領域にある神経細胞(ニューロン)の変質によって生ずる進行性神経疾患である。この変質は、ドーパミンとして知られている脳情報伝達化学物質を少なくし、それによって疾患を特徴づける運動機能障害を生ずる。病理学的研究は、黒質のドーパミン作動性神経細胞の損失がパーキンソン病に関与することを示す。例えば、実験動物で、黒質線条体路の左右対称の病巣によって生ずる症候群は、パーキンソン病で観察される運動機能障害、すなわち安静時振せん、硬直、運動不能症、および姿勢異常と全く類似している。6−ヒドロキシドパミン(OHDA)に起因する黒質線条体路の左右対称の病巣は、重大な運動不能、渇感欠如、無摂食症、および感覚無視が齧歯動物で生じた(Ungerstedt,1971,U.Acta Physiol.Scand.Suppl.367:95−121;Yirek and Sladek,1990,Anon.Rev.Neurosci.13:415−440)。   Parkinson's disease is a progressive neurological disease caused by alteration of nerve cells (neurons) in the brain region that controls behavior. This alteration reduces the brain signaling chemical known as dopamine, thereby causing motor dysfunction that characterizes the disease. Pathological studies indicate that the loss of substantia nigra dopaminergic neurons is involved in Parkinson's disease. For example, in experimental animals, the syndrome caused by symmetrical lesions of the nigrostriatal tract is quite similar to the motor dysfunctions observed in Parkinson's disease: resting tremor, stiffness, immobility, and postural abnormalities is doing. Symmetrical lesions of the nigrostriatal tract due to 6-hydroxydopamine (OHDA) resulted in significant inability to move, lack of thirst, anorexia, and neglect of sensation in rodents (Ungerstedt, 1971) , U. Acta Physiol.Scan.Suppl.367: 95-121; Yirek and Sladek, 1990, Anon.Rev.Neurosci.13: 415-440).

パーキンソン症候群では、ドパミン作用受容体の状態の変化は、病勢悪化の段階に依存しうる。パーキンソン症候群の顕著な特徴は、大脳基底核の全ての構成要素に含まれるドーパミンの著しい減少である(Homykiewicz,1988,Mt.Sinai J.Med.55:11−20)。ドーパミンが減少すると、視床、淡蒼球、視床下核等、脳の種々の他の領域が機能障害を起こし始める。これらの領域は、脳の他の部分にシグナルを送ることから、これらの小さな領域での機能障害が広範囲にわたる脳機能障害を導く。   In Parkinson's syndrome, changes in dopaminergic receptor status may depend on the stage of disease progression. A prominent feature of Parkinson's syndrome is a significant decrease in dopamine contained in all components of the basal ganglia (Homykiewicz, 1988, Mt. Sinai J. Med. 55: 11-20). When dopamine is reduced, various other areas of the brain, such as the thalamus, pallidum, and subthalamic nucleus, begin to fail. Because these areas send signals to other parts of the brain, dysfunction in these small areas leads to extensive brain dysfunction.

パーキンソン病の有病率は、日本の82人/10万人ないし英国の108人/10万人から北米人口の約1%(約100万人)に至る幅広い範囲で変動する。インドでは、パーキンソン病の有病率は、北インドで14人/10万人、南インドで27人/10万人、東インドで16人/10万人、さらに西インドのパルシー教徒地域で363人/10万人である。パーキンソン病が不治であると現在考えられている一方で、パーキンソン病の症状を緩和するレボドバ、ブロモクリプチン、ペルゴリド、セレジリン、抗コリン作用薬、およびアマンタジン等、種々の薬物療法が利用可能である。これらの薬剤がパーキンソン病の症状を緩和することができるにもかかわらず、それはしばしば顕著な副作用を有する。さらに、これらの薬物は、疾患を治療するわけでも、神経細胞の累進的な損失を遅らせるわけでもなく、症状を緩和するだけであり、薬効がしばしば時間経過にともなって消耗する。一部の患者では、薬物療法に対する反応性が低下し始め、他の患者では過敏になり、運動障害(ジスキネジー)が生ずる。   The prevalence of Parkinson's disease varies widely from 82 / 100,000 in Japan to 108 / 100,000 in the UK to about 1% of the North American population (about 1 million). In India, the prevalence of Parkinson's disease is 14 / 100,000 in North India, 27 / 100,000 in South India, 16 / 100,000 in East India, and 363 in the West Indian Parcy region. People / 100,000 people. While Parkinson's disease is currently considered incurable, various drug therapies are available, such as levodoba, bromocriptine, pergolide, selegiline, anticholinergics, and amantadine that relieve the symptoms of Parkinson's disease. Even though these drugs can alleviate the symptoms of Parkinson's disease, it often has significant side effects. In addition, these drugs do not treat the disease or delay the progressive loss of nerve cells, but only relieve symptoms, and the efficacy is often exhausted over time. In some patients, responsiveness to drug therapy begins to decline, in others it becomes irritable, resulting in movement disorders (dyskinesia).

これらの不満足な結果は、例えば、淡蒼球切断、淡蒼球の深部脳刺激法(DBS)、さらに脳の過敏性領域を破壊する試みまたは該領域を鎮めるためにDBSに電極を置くことによってネットワーク異常を遮る試みを含む外科的アプローチおよびドーパ受容体アゴニスト治療等、この疾患を処置するための他の戦略の開発をもたらした。パーキンソン病の患者に対するこれらの種類および他の種類の手術が多少なりとも有益な結果をもたらすにもかかわらず、そのような手術の長期間に及ぶ作用効果については知られていない。これらの処置も一定の限界と副作用とを有する。   These unsatisfactory results include, for example, pallidus amputation, deep brain stimulation (DBS) of the pallidus, attempts to destroy sensitive areas of the brain, or placing electrodes in the DBS to calm the area. It has led to the development of other strategies to treat this disease, such as surgical approaches including attempts to block network abnormalities and dopa receptor agonist therapy. Despite these and other types of surgery on patients with Parkinson's disease have some beneficial results, the long-term effects of such surgery are not known. These treatments also have certain limitations and side effects.

この難病のために探究されているもう一つの戦略は、遺伝子治療である。神経系疾患の分子基礎の発見と遺伝子導入系の進歩とによって、多種多様な中枢神経系疾患に対する局所的および全体的な治療遺伝子送達が可能となった。しかし、遺伝子治療は、例えば導入遺伝子発現の安定性および調節とベクターおよび発現された導入遺伝子の両方の安全性というある種の限界を有する(Costantini et al.,2000,Gene Therapy 7:93−109)。遺伝子治療に用いられることが知られているベクターとして、限定されるものではないが、単純疱疹(ヘルペス)ウイルス1型(HSV−1)(During et al.,1994,Science 266:1399−1403)、アデノ随伴ウイルス・ベクター(AAV)(During et al.,1998,Gene Therapy 5:820−827)、レトロウイルス、HSV/エプスタインバーウイルス(HSV/EBV)ハイブリッド・ベクター、ならびにHSV/AAVハイブリッド・ベクターが挙げられる。ある遺伝子治療法がパーキンソン病の動物モデルを治療する上で有用であることがわかった。神経保護分子を放出する被包性かつ遺伝子改変された細胞系と、グリア細胞系由来神経栄養因子遺伝子(GDNF)と、該GDNF遺伝子をコードするレンチウイルス・ベクターとが、移植片の生着および分化を改善し、その結果、動物モデルでの行動の回復が加速された(Zurn et al.,2001,Brain Res Rev.36:222−229;Date et al.,2001,Cell Transplant 10:397−401)。神経幹細胞を用いた遺伝子治療が、生体内で治療レベルのGDNFを発現することに効果的であるともわかった(Akerud et al.,J.Neurosci.21:8108−8118)。   Another strategy being explored for this intractable disease is gene therapy. The discovery of the molecular basis of neurological diseases and advances in gene transfer systems have enabled local and global therapeutic gene delivery for a wide variety of central nervous system diseases. However, gene therapy has certain limitations, for example, stability and regulation of transgene expression and safety of both the vector and the expressed transgene (Cosantini et al., 2000, Gene Therapy 7: 93-109). ). Vectors known to be used for gene therapy include, but are not limited to, herpes simplex virus type 1 (HSV-1) (During et al., 1994, Science 266: 1399-1403). Adeno-associated virus vector (AAV) (During et al., 1998, Gene Therapy 5: 820-827), retrovirus, HSV / Epstein Barr virus (HSV / EBV) hybrid vector, and HSV / AAV hybrid vector Is mentioned. A gene therapy has been found useful in treating animal models of Parkinson's disease. An encapsulated and genetically modified cell line that releases a neuroprotective molecule, a glial cell line-derived neurotrophic factor gene (GDNF), and a lentiviral vector encoding the GDNF gene, Improved differentiation, resulting in accelerated behavioral recovery in animal models (Zurn et al., 2001, Brain Res Rev. 36: 222-229; Date et al., 2001, Cell Transplant 10: 397- 401). Gene therapy using neural stem cells has also been shown to be effective in expressing therapeutic levels of GDNF in vivo (Akerud et al., J. Neurosci. 21: 8108-8118).

細胞移植は、別の治療戦略であり、この治療戦略によって、他の神経変性障害および神経疾患と同様に、パーキンソン病で失われた神経細胞を置換することへの期待が与えられる。胎児組織移植による臨床試験(依然としておこなわれている)によって、細胞を脳に入れる方法が開発され、この考えの実行可能性が示されるとともに、少なくとも数人の患者にとって有望な結果がもたらされた。パーキンソン病を呈する患者の線条体に、ドーパミン作用神経細胞の前駆体を直接移植組織する試みもなされており、ヒト胎児または胚のドーパミン作動性神経細胞の移植が、パーキンソン病患者に対して有益な効果を持つことがわかった(Freed et al.,2001,N.Engl.J.Med.344:710−719)719)。   Cell transplantation is another therapeutic strategy that gives hope to replace nerve cells lost in Parkinson's disease, as well as other neurodegenerative disorders and diseases. Clinical trials with fetal tissue transplantation (still in progress) have developed a method to put cells into the brain, which has shown the feasibility of this idea and has shown promising results for at least some patients . Attempts have also been made to transplant dopaminergic neuron precursors directly into the striatum of patients with Parkinson's disease, and transplantation of human fetal or embryonic dopaminergic neurons is beneficial for Parkinson's disease patients (Freed et al., 2001, N. Engl. J. Med. 344: 710-719) 719).

しかし、データは、移植片の異所的配置よりもむしろ経路の解剖学的修飾が完全な回復を得る上で求められることを示唆している(Winkler et al.,2000,Prog.Brain Res.127:233−265)。また、胎児黒質移植組織治療は、患者での臨床的に信頼性のある改善を得るために、少なくとも5〜10の胎児から得たヒト胎児組織を必要とするが、このことは非常に大きな倫理的、法律的、および安全上の問題を提起する。このように、神経変性障害および神経疾患を処置するために、ドーパミン作動性神経細胞等の神経細胞にとって代わる供給源に対して切迫した必要性が存在している。   However, the data suggests that anatomical modification of the pathway rather than ectopic placement of the graft is required to obtain a complete recovery (Winkler et al., 2000, Prog. Brain Res. 127: 233-265). Fetal substantia nigra transplant tissue treatment also requires human fetal tissue from at least 5-10 fetuses in order to obtain clinically reliable improvements in patients, which is very large Raise ethical, legal and safety issues. Thus, there is an urgent need for alternative sources of neurons, such as dopaminergic neurons, to treat neurodegenerative disorders and diseases.

最近、神経幹細胞の再生可能な供給源が、成体ヒト脳で発見された。自己再生能および全細胞型形成能を持つ神経幹細胞によって、潜在的にドーパミン産生脳細胞の無制限の供給源が提供されることから、神経変性障害および神経疾患に対する完全に新規な治療的アプローチが約束される(Eriksson et al.,1998,Nature Medicine 4:1313−1317)。胚性ヒト前脳に由来する神経幹細胞の培養が生体外で最高100万倍に拡大し得ることが報告された。これらの成体神経幹細胞が、パーキンソン病の十分に特徴づけられたモデルであるラット成体に移植された。この動物モデルで上記細胞は、移植後、最高1年間生存し、神経に分化し、数匹の実験動物で運動不全を減少させることができた(Svendsen et al.,1997,Exp.Neurol.148:135−146)。残念なことに、成体神経幹細胞は、組織培養では寿命が限られている(Kukekov et al.,1999,Exp.Neurol.156:333−344)。   Recently, a renewable source of neural stem cells has been discovered in the adult human brain. Neural stem cells with the ability to self-renew and form all cells potentially provide an unlimited source of dopamine-producing brain cells, promising a completely new therapeutic approach to neurodegenerative disorders and neurological diseases (Eriksson et al., 1998, Nature Medicine 4: 1313-1317). It has been reported that the culture of neural stem cells derived from embryonic human forebrain can be expanded up to 1 million times in vitro. These adult neural stem cells were transplanted into adult rats, a well-characterized model of Parkinson's disease. In this animal model, the cells survived for up to 1 year after transplantation, differentiated into nerves, and were able to reduce motor dysfunction in several experimental animals (Svendsen et al., 1997, Exp. Neurol. 148). : 135-146). Unfortunately, adult neural stem cells have a limited life span in tissue culture (Kukekov et al., 1999, Exp. Neurol. 156: 333-344).

種々の神経変性障害および神経疾患を処置するために用いてもよいドーパミン作動性神経細胞および他の神経細胞の1つの生存可能な代用源は、多能性の胚幹(ES)細胞、特にヒトES細胞である。ES細胞は、未分化状態で際限なく増殖することができ、かつ多能性であり、このことは、身体に存在するほぼ全ての細胞型にES細胞が分化可能であることを意味している。ES細胞が身体にある分化した細胞のほぼ全部になる能力があることから、ES細胞は多岐にわたる組織および器官(例えば、心臓、脾臓、神経組織、筋肉、および軟骨)に対する置換細胞を生成する潜在能力を持つ。ES細胞は胚盤胞の内細胞塊(ICM)に由来することができ、それは移植に先だって生ずる胚の成長の一段階である。ヒトES細胞は、受精後、4日目から7日目まで続く成長中の胚の初期段階にあるヒト胚盤胞に由来するものであってもよい。ICMに由来するES細胞を生体外で培養し、適当な条件下で際限なく増殖することができる。   One viable surrogate source of dopaminergic and other neurons that may be used to treat various neurodegenerative disorders and diseases is pluripotent embryonic stem (ES) cells, particularly humans ES cells. ES cells can grow indefinitely in an undifferentiated state and are pluripotent, which means that ES cells can differentiate into almost any cell type present in the body. . ES cells have the potential to generate replacement cells for a wide variety of tissues and organs (eg, heart, spleen, nervous tissue, muscle, and cartilage) because of the ability of ES cells to become nearly all of the differentiated cells in the body Has the ability. ES cells can be derived from the inner cell mass (ICM) of the blastocyst, which is a stage of embryo growth that occurs prior to transplantation. Human ES cells may be derived from human blastocysts at an early stage of a growing embryo that lasts from day 4 to day 7 after fertilization. ES cells derived from ICM can be cultured in vitro and grown indefinitely under appropriate conditions.

ES細胞は、数多くの種で首尾よく確立されており、例えばマウス(Evans et al.,1981,Nature 292:154−156)、ラット(Iannaccone et al.,1994,Dev.Biol.,163:288−292)、ブタ(Evans et al.,1990,Theriogenology 33:125−128;Notarianni et al.,1990,J.Reprod.Fertil.Suppl.41:51−6)、ヒツジおよびヤギ(Meinecke−Tillmann and Meinecke,1996,J.Animal Breeding and Genetics 113:413−426;Notarianni et al.,1991,J.Reprod.Fertil.Suppl.43:255−60)、ウサギ(Giles et al.,1993,Mol.Reprod.Dev.36:130−138;Graves et al.,1993,Mol.Reprod.Dev.36:424−433)、ミンク(Sukoyan et al.,Mol.Reprod.Dev.1992,33:418−431)、ハムスター(Doetscbman et al.,1988,Dev.Biol.127:224−227)、ニワトリ(Pain et al.,1996,Development 122(8):2339−48)、霊長類(米国特許第5,843,780号)、ならびにヒト(Thomson et al.,,1998,Science 282:1145−1147;Reubinoff et al.,2000,Nature Biotech.18:399−403)が挙げられる。他の哺乳類ES細胞と同様に、ヒトES細胞を免疫欠損マウスに注射した場合、ヒトES細胞が分化して3つの胚葉全ての組織を形成し、ヒトES細胞の多能性が証明される。公表された報告によれば、ヒトES細胞を1年以上にわたって、培養された状態で維持することでき、その期間中、ヒトES細胞が多能性、自己再生能、および正常な核型を保持される(Thomson et al.,1995,PNAS 92:7844−7848)。   ES cells have been successfully established in a number of species, such as mice (Evans et al., 1981, Nature 292: 154-156), rats (Inanaccon et al., 1994, Dev. Biol., 163: 288). -292), pigs (Evans et al., 1990, Therogenology 33: 125-128; Notarianni et al., 1990, J. Reprod. Fertil. Suppl. 41: 51-6), sheep and goats (Meinecken-Tillm) Meinecke, 1996, J. Animal Breeding and Genetics 113: 413-426; Notarianni et al., 1991, J. Reprod. Fertil.Suppl.43: 255-60), rabbit (Giles et al., 1993, Mol. Reprod. Dev. 36: 130-138; Graves et al., 1993, Mol.Reprod. Dev. 36: 424-433). ), Mink (Sukoyan et al., Mol. Reprod. Dev. 1992, 33: 418-431), hamster (Doetscbman et al., 1988, Dev. Biol. 127: 224-227), chicken (Pain et al. , 1996, Development 122 (8): 2339-48), primates (US Pat. No. 5,843,780), and humans (Thomson et al., 1998, Science 282: 1145-1). . 47; Reubinoff et al, 2000, Nature Biotech.18: 399-403), and the like. As with other mammalian ES cells, when human ES cells are injected into immune-deficient mice, human ES cells differentiate to form tissues of all three germ layers, demonstrating the pluripotency of human ES cells. According to published reports, human ES cells can be maintained in culture for over a year, during which human ES cells retain pluripotency, self-renewal ability and normal karyotype (Thomson et al., 1995, PNAS 92: 7844-7848).

研究は、ES細胞が神経前駆細胞に分化し得ることを示した(Zhang et al.,2001,Nature Biotech.19:1129−33;WO 01/88104;米国特許出願第09/872,183号、第09/888,309号、および第10/157,288号;WO 03/000868;各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。したがって、これらの細胞をさらにドーパミン作動性神経細胞に分化させることができる(Rolletschek et al.,2001,Mech.Dev.105:93−104)。ES細胞分化の初期段階は、胚様体分化であり、例えば、1μMのレチノイン酸によって胚様体内の神経分化が促進される(Bain et al.,1995,Dev.Biol.168:342−357)。レチノイン酸を神経細胞の生成に使用することはできるが、レチノイン酸は強力な催奇形物質である。間質細胞誘導活性(SIDA)を用いることで(Kawasaki et al.,2000,Neuron 28:1−20)、核受容体関連−1遺伝子(Nurr−1)の発現によって(Kim et al.,2002,Nature 418:50−56)、または未分化ES細胞を直接マウス・モデルに移植することで(Bjorklund et al.,2002,Proc.Natl Acad.Sci.99:2344−2349)、ES細胞をドーパミン作動性神経細胞に分化させることについて、いくつかの報告が公表されている。Leeら(Lee et al.,2000,Nat.Biotechnol.18:675−79)は、生体外で、ES細胞を神経前駆細胞に分化させ、さらにドーパミン作動性およびセロトニン作動性神経細胞に分化させるための方法を報告した。しかし、これらの実験のすべてがマウスES細胞を用いておこなわれたものであり、分化プロトコールは、5〜50%のドーパミン作動性神経細胞を生産した。Leeらの研究(WO 01/83715)では約20%、Studerらの研究(WO 02/086073)では5〜50%のマウスES細胞がドーパミン作動性神経細胞に分化した。ドーパミン作動性神経細胞もまたヒトES細胞から分化する一方で、得られたドーパミン作動性神経細胞の収率は、集団に含まれる全細胞に占める割合として収率がたったの約5〜7%であった(WO 03/000868)。   Studies have shown that ES cells can differentiate into neural progenitor cells (Zhang et al., 2001, Nature Biotech. 19: 1129-33; WO 01/88104; US patent application 09 / 872,183, 09 / 888,309, and 10 / 157,288; WO 03/000868; the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification). Therefore, these cells can be further differentiated into dopaminergic neurons (Rollettsch et al., 2001, Mech. Dev. 105: 93-104). The initial stage of ES cell differentiation is embryoid body differentiation, for example, 1 μM retinoic acid promotes neuronal differentiation in the embryoid body (Bain et al., 1995, Dev. Biol. 168: 342-357). . Although retinoic acid can be used to generate neurons, retinoic acid is a powerful teratogen. By using stromal cell inducing activity (SIDA) (Kawasaki et al., 2000, Neuron 28: 1-20), by the expression of nuclear receptor associated-1 gene (Nurr-1) (Kim et al., 2002). , Nature 418: 50-56), or by transplanting undifferentiated ES cells directly into a mouse model (Bjorklund et al., 2002, Proc. Natl Acad. Sci. 99: 2344-2349). Several reports have been published on differentiating into functional neurons. Lee et al. (Lee et al., 2000, Nat. Biotechnol. 18: 675-79) to differentiate ES cells into neural progenitor cells in vitro and further to dopaminergic and serotonergic neurons. Reported the method. However, all of these experiments were performed using mouse ES cells and the differentiation protocol produced 5-50% dopaminergic neurons. About 20% of mouse ES cells differentiated into dopaminergic neurons in the study of Lee et al. (WO 01/83715) and in the study of Studer et al. (WO 02/086073). While dopaminergic neurons also differentiate from human ES cells, the yield of dopaminergic neurons obtained is only about 5-7% as a percentage of total cells in the population. (WO 03/000868).

パーキンソン病は、中脳の黒質でドーパミン作動性神経細胞の選択的かつ漸進的喪失によって特徴づけられることから、細胞移植戦略にとっては特に適した臨床標的であると考えられている。特定の脳部位内でのドーパミン産生神経の喪失は、患者が患者自身の運動を制御または指示することができない結果となる神経細胞の異常な発射をもたらす。しかし、多数のドーパミン作動性神経細胞が細胞置換療法に必要である。したがって、ヒトES細胞からドーパミン作動性神経細胞を誘導するための代替えのプロトコルが求められている。このことは、パーキンソン病に対するこのような処置の有効性を増大させるとともに処置の成功率も高める。さらに、これらドーパミン作動性神経細胞を生体外で用いることで、神経変性障害および神経疾患でドーパミン産生脳細胞の死を予防または減少させる物質の同定を助けることができる。   Parkinson's disease is considered a particularly suitable clinical target for cell transplantation strategies because it is characterized by selective and gradual loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra of the midbrain. Loss of dopamine-producing nerves within specific brain regions results in abnormal firing of neurons that results in the patient being unable to control or direct their own movements. However, a large number of dopaminergic neurons are required for cell replacement therapy. Therefore, there is a need for an alternative protocol for inducing dopaminergic neurons from human ES cells. This increases the effectiveness of such treatment against Parkinson's disease and increases the success rate of treatment. Furthermore, the use of these dopaminergic neurons in vitro can help identify substances that prevent or reduce the death of dopaminergic brain cells in neurodegenerative disorders and neurological diseases.

発明の要約
本発明の開示は、神経前駆細胞、最終的には分化した神経を、多能性の幹細胞(例えば、ヒト幹細胞等の多能性の幹細胞から生産するための改良された方法に関する。例えば、本発明の開示は、ヒト幹細胞の集団が高い割合で、ドーパミン作動性神経細胞の特異的マーカーであるチロシンキナーゼ(TH)に陽性の神経に分化にする(例えば、少なくとも約60%)。本発明の開示は、ヒト幹細胞の集団が高い割合でセロトニン作動性神経細胞に分化することも示す。本発明の開示の方法にもとづいて生ずるドーパミン作動性およびセロトニン作動性神経細胞の割合は、既に述べられた方法よりも高い。本明細書に開示される方法もまた、星状細胞およびオリゴデンドロサイトと同様に、ヒト胚幹細胞から、コロン作動性および感覚神経の表現型特徴を持つ細胞を生成するために用いられることが可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present disclosure relates to an improved method for producing neural progenitor cells, and ultimately differentiated nerves, from pluripotent stem cells (eg, pluripotent stem cells such as human stem cells). For example, the present disclosure makes a high proportion of human stem cell populations differentiate into neurons that are positive for tyrosine kinase (TH), a specific marker of dopaminergic neurons (eg, at least about 60%). The present disclosure also shows that a high proportion of human stem cell populations differentiate into serotonergic neurons, the proportion of dopaminergic and serotonergic neurons resulting from the disclosed method is already The methods disclosed herein are also similar to astrocytes and oligodendrocytes from human embryonic stem cells, and they are colonic and sensitive. It can be used to generate cells with phenotypic characteristics of the optic nerve.

本発明の開示は、霊長類の多能性の幹細胞を分化させることで得られる、生体外培養状態の分化した細胞からなる集団であって、前記分化した細胞の少なくとも60%がチロシン・ヒドロキシラーゼを発現するドーパミン作動性神経細胞、またはチロシン・ヒドロキシラーゼを発現するドーパミン作動性神経細胞である、細胞集団を提供する。他の実施形態では、少なくとも約30%、40%、50%、70%、80%、90%、95%または99%の分化した細胞がドーパミン作動性神経細胞である。本発明は、霊長類の多能性の幹細胞を分化させることで得られる,生体外培養状態の分化した細胞からなる集団であって、少なくとも30%の分化した細胞がセロトニン作動性神経細胞である。別の実施形態では、少なくとも約40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、または99%の分化した細胞がセロトニン作動性神経細胞である。好ましい実施形態では、神経前駆体細胞または神経に分化した霊長類の多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である。   The disclosure of the present invention is a population comprising differentiated cells in an in vitro culture state obtained by differentiating primate pluripotent stem cells, wherein at least 60% of the differentiated cells are tyrosine hydroxylase A cell population is provided that is a dopaminergic neuron that expresses or a dopaminergic neuron that expresses tyrosine hydroxylase. In other embodiments, at least about 30%, 40%, 50%, 70%, 80%, 90%, 95% or 99% of the differentiated cells are dopaminergic neurons. The present invention is a group of differentiated cells in an in vitro culture state obtained by differentiating primate pluripotent stem cells, and at least 30% of the differentiated cells are serotonergic neurons. . In another embodiment, at least about 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, or 99% of the differentiated cells are serotonergic neurons. In a preferred embodiment, the neural progenitor cells or neuronal differentiated primate pluripotent stem cells are human embryonic stem cells.

本発明の開示はまた、霊長類の多能性の幹細胞から、分化した神経細胞からなる集団を生成する方法であって、
(a)霊長類の多能性の幹細胞の培養を増殖させるステップと、
(b)多能性の幹細胞を培養して、ネスチンに陽性の神経前駆細胞を選択するステップと、
(c)NCAM陽性細胞をエンリッチするためのネスチン陽性神経前駆細胞を選別するステップと、
(d)分化培地でネスチン陽性NCAM陽性細胞を培養することで、ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させて、分化した神経細胞集団を生成するステップと、
を含む、分化神経細胞集団を生成するための方法を提供する。
The present disclosure also provides a method for generating a population of differentiated neurons from primate pluripotent stem cells, comprising:
(A) expanding a culture of primate pluripotent stem cells;
(B) culturing pluripotent stem cells and selecting nestin-positive neural progenitor cells;
(C) selecting nestin-positive neural progenitor cells for enrichment of NCAM-positive cells;
(D) culturing nestin-positive NCAM-positive cells in a differentiation medium to differentiate the nestin-positive NCAM-positive cells to generate a differentiated neuronal cell population;
A method for generating a differentiated neural cell population is provided.

好ましい実施形態では、前記霊長類の多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である。別の好ましい実施形態では、上記方法で用いられる多能性の幹細胞は、好ましくはレーザー・アブレーション法を用いて得られる。   In a preferred embodiment, said primate pluripotent stem cell is a human embryonic stem cell. In another preferred embodiment, the pluripotent stem cells used in the above method are preferably obtained using a laser ablation method.

別の実施形態では、上記方法は、胚様体を形成するために、ステップ(b)の多能性の幹細胞を培養するステップを、さらに含む。好ましくは、これらの胚様体を、例えば無血清培地で多能性の幹細胞または胚様体を培養することで、ネスチンに対して陽性である神経前駆体に選ぶ条件下で培養する。好ましい実施形態では、上記無血清培地がITSFn無血清合成培地であり、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、塩基性線維芽細胞成長因子、トランスフェリン、およびフィブロネクチンからなる群から選択される1種類以上の可溶性因子を好ましくは含む。好ましい実施形態では、これらの方法は、少なくとも約60〜75%のネスチン陽性細胞、より好ましくは約80〜90%ネスチン陽性細胞、およびもっとも好ましくは約95〜99%のネスチン陽性細胞を生成する。   In another embodiment, the method further comprises culturing the pluripotent stem cells of step (b) to form embryoid bodies. Preferably, these embryoid bodies are cultured under conditions that select neural progenitors that are positive for nestin, eg, by culturing pluripotent stem cells or embryoid bodies in a serum-free medium. In a preferred embodiment, the serum-free medium is an ITSFn serum-free synthetic medium and one or more soluble factors selected from the group consisting of insulin, sodium selenite, basic fibroblast growth factor, transferrin, and fibronectin. Is preferably included. In preferred embodiments, these methods produce at least about 60-75% nestin positive cells, more preferably about 80-90% nestin positive cells, and most preferably about 95-99% nestin positive cells.

次に、上記ネスチン陽性神経前駆細胞を保存して、適当な免疫学的技術、例えば免疫標識および蛍光選別(ソーティング)、例えば磁気細胞分離(MACS)、固相吸着、蛍光活性化細胞ソーティング(FACS)、細胞表面マーカーに対するフロー免疫細胞化学、またはフロー・サイトメトリー・アッセイによって、NCAM陽性細胞をエンリッチすることが可能である。好ましい実施形態によれば、これらの方法は、少なくとも約40〜70%のNCAM陽性細胞、より好ましくは約50〜60%のNCAM陽性細胞、および最も好ましくは約80〜99%のNCAM陽性細胞を含むネスチン陽性細胞を生成する。いくつかの実施形態では、上記方法は、さらに、増殖培地中でネスチン陽性NCAM陽性神経前駆細胞を、好ましくは6〜10日にわたって、増殖させるステップ(c)を含む。好ましくは、上記増殖培地は、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、ラミニン、プトレッシン、プロゲステロン、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、上皮細胞増殖因子(EGF)、ソニック・ヘッジホッグ(SHH)、線維芽細胞増殖因子−8(FGF−8)、および脳誘導神経向性因子(BDNF)からなる群から選択される1種類以上の可溶性因子を含む。   The nestin-positive neural progenitor cells are then stored and appropriate immunological techniques such as immunolabeling and fluorescence sorting (sorting) such as magnetic cell separation (MACS), solid phase adsorption, fluorescence activated cell sorting (FACS). ), NCAM positive cells can be enriched by flow immunocytochemistry against cell surface markers, or by flow cytometry assays. According to preferred embodiments, these methods comprise at least about 40-70% NCAM positive cells, more preferably about 50-60% NCAM positive cells, and most preferably about 80-99% NCAM positive cells. Generate nestin positive cells containing. In some embodiments, the method further comprises the step (c) of growing nestin positive NCAM positive neural progenitor cells in a growth medium, preferably for 6-10 days. Preferably, the growth medium is insulin, sodium selenite, transferrin, laminin, putrescine, progesterone, basic fibroblast growth factor (bFGF), epidermal growth factor (EGF), sonic hedgehog (SHH), One or more soluble factors selected from the group consisting of fibroblast growth factor-8 (FGF-8) and brain-induced neurotropic factor (BDNF).

上記ネスチン陽性NCAM陽性神経前駆細胞を、1種類以上の集団を倍加させるために、好ましくは、培養および連続的に継代する。これらの細胞もまた、液体窒素で凍結保存する。NCAM陽性神経前駆細胞を、好ましくは、上記方法のステップ(d)に記載したように、30〜50日間にわたって分化培地中で増殖させる。好ましい実施形態では、上記分化培地が、ウシ胎仔血清、B27、アスコルビン酸、およびN−アセチル・システインが補充された神経基本培地を含む。別の好ましい実施形態では、上記分化培地は、TGF−β3またはインターロイキン−1βあるいは両方を、さらに含む。好ましくは、上記分化培地は、アスコルビン酸、N−アセチル、システイン・グリア細胞系誘導神経向性因子(GDNF)、ジブチリル環状AMP(db−cAMF)、脳誘導神経向性因子(BDNF)、ニューチュリン、ソニック・ヘッジホッグ・タンパク質(SHH)、および線維芽細胞増殖因子−8(FGF−8)からなる群から選択される1種類以上の分化剤を、さらに含む。   The nestin-positive NCAM-positive neural progenitor cells are preferably cultured and serially passaged to double one or more populations. These cells are also stored frozen in liquid nitrogen. NCAM positive neural progenitor cells are preferably grown in differentiation medium for 30-50 days as described in step (d) of the method above. In a preferred embodiment, the differentiation medium comprises a neural basal medium supplemented with fetal calf serum, B27, ascorbic acid, and N-acetyl cysteine. In another preferred embodiment, the differentiation medium further comprises TGF-β3 or interleukin-1β or both. Preferably, the differentiation medium is ascorbic acid, N-acetyl, cysteine glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), dibutyryl cyclic AMP (db-cAMF), brain-induced neurotrophic factor (BDNF), Neuturin. And one or more differentiating agents selected from the group consisting of Sonic hedgehog protein (SHH), and fibroblast growth factor-8 (FGF-8).

好ましい実施形態では、上に開示された方法は、分化した神経細胞集団を生成するために用いられ、この分化した神経細胞集団は、好ましくは、約40〜60%のドーパミン作動性神経細胞、より好ましくは70〜80%のドーパミン作動性神経細胞、最も好ましくは90〜99%ドーパミン作動性神経細胞を含む。いくつかの実施形態では、これらの方法は、分化した神経細胞集団を生成するために用いられ、この分化した神経細胞集団は、好ましくは約20〜50%のセロトニン作動性神経細胞、より好ましくは30〜70%のセロトニン作動性神経細胞、最も好ましくは60〜99%のセロトニン作動性神経細胞を含む。他の実施形態では、これらの方法は、分化した神経細胞集団を生成するために用いられ、この分化した神経細胞集団は、好ましくは約15〜40%のオリゴデンドロサイト、より好ましくは約25〜50%オリゴデンドロサイト、最も好ましくは約60〜99%のオリゴデンドロサイトを含む。   In a preferred embodiment, the method disclosed above is used to generate a differentiated neuronal population, which is preferably about 40-60% more dopaminergic neurons. Preferably it contains 70-80% dopaminergic neurons, most preferably 90-99% dopaminergic neurons. In some embodiments, these methods are used to generate a differentiated neuronal population, which is preferably about 20-50% serotonergic neurons, more preferably 30-70% serotonergic neurons, most preferably 60-99% serotonergic neurons. In other embodiments, these methods are used to generate a differentiated neuronal population, which is preferably about 15-40% oligodendrocytes, more preferably about 25-25. 50% oligodendrocytes, most preferably about 60-99% oligodendrocytes.

本発明の開示は、神経前駆細胞からドーパミン作動性神経細胞を生成する方法を提供するもので、該方法は、ネスチンに陽性の細胞として上記神経前駆細胞をエンリッチし、TGF−β3またはインターロイキン−1βあるいはそれら両方の存在下で、細胞を培養することで、ドーパミン作動性神経細胞を生成するために、上記ネスチン陽性細胞を分化させることを含む。好ましくは、少なくとも40〜99%のネスチン陽性細胞が、それらの方法を用いてドーパミン作動性神経細胞に分化する。別の実施形態では、これらの方法は、さらに、NCAMに陽性の細胞として、上記神経前駆細胞をエンリッチし、これらのネスチン陽性NCAM陽性細胞を好ましくは分化させてドーパミン作動性神経細胞(例えば、少なくとも60〜99%の細胞をドーパミン作動性神経細胞に分化させる)を生成する。本発明の開示はまた、神経前駆細胞から神経を生成する方法を提供するもので、該方法は、神経前駆細胞を、ネスチンおよびNCAMに陽性の細胞にエンリッチし、ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させて、TGF−β3またはインターロイキン−1βあるいはそれら両方の存在下で細胞を培養することで、セロトニン作動性神経細胞を生成する。好ましくは、これらの方法を用いて、約30〜99%のネクチン陽性NCAM陽性細胞がセロトニン作動性神経細胞に分化する。   The disclosure of the present invention provides a method of generating dopaminergic neurons from neural progenitor cells, which enriches the neural progenitor cells as nestin-positive cells and produces TGF-β3 or interleukin- Culturing the cells in the presence of 1β or both includes differentiating the nestin positive cells to produce dopaminergic neurons. Preferably, at least 40-99% of nestin positive cells differentiate into dopaminergic neurons using these methods. In another embodiment, these methods further enrich the neural progenitor cells as NCAM positive cells and preferably differentiate these nestin positive NCAM positive cells to produce dopaminergic neurons (e.g., at least 60-99% of cells are differentiated into dopaminergic neurons). The present disclosure also provides a method of generating nerves from neural progenitor cells, which enriches neural progenitor cells into cells that are positive for nestin and NCAM and differentiates nestin positive NCAM positive cells. Then, by culturing the cells in the presence of TGF-β3 and / or interleukin-1β, serotonergic neurons are generated. Preferably, using these methods, about 30-99% of nectin positive NCAM positive cells differentiate into serotonergic neurons.

本発明の開示はまた、本明細書に記載したように霊長類の多脳性の幹細胞に由来する対象となる分化した神経細胞に投与することで、神経変成障害または神経疾患を持つ被検体を処置するための方法を提供する。例えば、分化した神経細胞からなる集団を以下のように誘導してもよい。すなわち、
(a)霊長類の多能性の幹細胞の培養を増殖させ、
(b)多能性の幹細胞を培養して、ネスチンに対して陽性である神経前駆細胞を選択し、
(c)NCAM陽性細胞をエンリッチするための前記ネスチン陽性神経前駆細胞を選別し、
(d)分化培地中で、ネスチン陽性NCAM陽性細胞を培養し、該細胞を分化させることで、分化した神経細胞からなる集団を生成し、
(e)治療上有効な量からなる分化した神経細胞からなる集団を被検体の中枢神経系に投与する
好ましくは、上記分化培地はTGF−β3またはインターロイキン−1βあるいはそれら両方を含む。好ましい実施形態では、被検体は患者、より好ましくは、ヒト患者であり、霊長類の多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である。好ましくは、ヒト胚幹細胞は患者と組織適合する。例えば、使用した多脳性の幹細胞が本質的に患者のものと同一のゲノムを有する。特定の実施例において、ドーパミン作動性、セロトニン作動性、コリン作動性、感覚神経細胞、またはその代わりとして神経膠星状細胞、あるいはオリゴデンドロサイトは、分化した神経細胞からなる集団から分離されて、患者に投与される。これらの細胞は、例えば分化した神経細胞からなる集団を含むもので、被検体に投与されることで、種々の神経変成障害または神経疾患、例えば限定されるものではないが、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン(舞踏)病、脊髄損傷、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、てんかん、脳梗塞、および虚血からなる群から選択される。好ましくは、上記細胞を移植によって、例えば所望の細胞を被検体の脳に移植することによって、投与する。
The present disclosure also treats a subject with a neurodegenerative disorder or neurological disease by administering to a differentiated neural cell of interest derived from a primate multicerebral stem cell as described herein. Provide a way to do that. For example, a population composed of differentiated nerve cells may be induced as follows. That is,
(A) proliferating a culture of primate pluripotent stem cells;
(B) culturing pluripotent stem cells and selecting neural progenitor cells that are positive for nestin;
(C) selecting the nestin positive neural progenitor cells for enrichment of NCAM positive cells;
(D) culturing nestin-positive NCAM-positive cells in a differentiation medium and differentiating the cells to generate a population of differentiated neurons,
(E) Administering a population of differentiated neurons comprising a therapeutically effective amount to the central nervous system of a subject Preferably, the differentiation medium comprises TGF-β3 or interleukin-1β or both. In a preferred embodiment, the subject is a patient, more preferably a human patient, and the primate pluripotent stem cells are human embryonic stem cells. Preferably, human embryonic stem cells are tissue compatible with the patient. For example, the multicerebral stem cells used have essentially the same genome as that of the patient. In certain embodiments, dopaminergic, serotonergic, cholinergic, sensory neurons, or alternatively astrocytes, or oligodendrocytes are isolated from a population consisting of differentiated neurons, Administered to patients. These cells include, for example, a population of differentiated nerve cells and can be administered to a subject to cause various neurodegenerative disorders or neurological diseases such as, but not limited to, Parkinson's disease, Alzheimer's disease. , Huntington's disease, spinal cord injury, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), epilepsy, cerebral infarction, and ischemia. Preferably, the cells are administered by transplantation, for example, by transplanting the desired cells into the subject's brain.

別の実施形態では、本明細書に記載したように、霊長類の多能性の幹細胞に由来する分化した神経細胞を用いて、化合物(例えば低分子および薬物)のスクリーニングを、分化した神経細胞または該細胞の活性に対するそのような化合物の効果について、おこなうことができる。このような化合物のスクリーニングは、神経細胞毒性または変調についてもおこなうことができる。化合物を分化した神経細胞の集団に添加して細胞の生存率、形態、表現型、機能的活性、または他の特徴を、該化合物にさらしていない点を除いては同様の条件下で培養の分化した神経細胞と比較することで、化合物の評価をおこなうこといができる。例えば、上記化合物は、神経伝達物質の合成、放出、または細胞による取り込みの変化に作用するかどうかについて決定するために、スクリーニングされる。   In another embodiment, as described herein, screening of compounds (eg, small molecules and drugs) is performed using differentiated neurons derived from primate pluripotent stem cells. Alternatively, the effect of such compounds on the activity of the cells can be performed. Screening for such compounds can also be done for neurotoxicity or modulation. A compound is added to a population of differentiated neurons and cultured under similar conditions, except that the cell viability, morphology, phenotype, functional activity, or other characteristics are not exposed to the compound. By comparing with differentiated nerve cells, the compound can be evaluated. For example, the compounds are screened to determine whether they affect neurotransmitter synthesis, release, or changes in cellular uptake.

発明の詳細な説明
本発明の開示は、多能性の幹細胞から分化する神経血統の細胞の効果的な生成方法を提供する。本明細書中で生成される細胞として、限定されるものではないが、神経前駆細胞、ドーパミン作動性、セロトニン作動性、コリン作動性、および感覚神経細胞、さらにまた星状細胞およりオリゴデンドロサイトの表現型の特徴を持つ細胞が挙げられる。本明細書で生ずる細胞は、そのような細胞の評価をおこなう当業者によって容易に理解される表現型の特徴、形態学的特徴、および/または細胞マーカーによって、同定される。本明細書で使用するように、「神経前駆細胞(neuroprogenitor cell)」という用語は、「神経前駆細胞(neural progenitor cell)」または「神経前駆細胞(neural precursor cell)」という用語と相互に置き換えることができ、神経前駆体もしくは神経細胞等の神経細胞あるいはグリア前駆体、星状細胞、もしくはオリゴデンドロサイト等のグリア細胞のいずれかである子孫を生成することができる。本明細書中に開示される方法は、細胞が神経系列の細胞に分化するのを促進する環境条件と可溶因子との組み合わせで、細胞を培養することを含む。さらに、物理的分離またはマニピュレーション技術を用いて、さらに所望の神経細胞型についてエンリッチすることができる。
Detailed Description of the Invention The present disclosure provides an effective method of generating cells of neuronal lineage that differentiate from pluripotent stem cells. Cells produced herein include, but are not limited to, neural progenitor cells, dopaminergic, serotonergic, cholinergic, and sensory neurons, and also astrocytes and oligodendrocytes Cells with phenotypic characteristics. The cells generated herein are identified by phenotypic characteristics, morphological characteristics, and / or cell markers that are readily understood by one of ordinary skill in the art of evaluating such cells. As used herein, the term “neuroprogenitor cell” is used interchangeably with the term “neural progenitor cell” or “neural progenitor cell”. Progeny that are either neural cells such as neural progenitors or neurons, or glial precursors, astrocytes, or glial cells such as oligodendrocytes can be generated. The methods disclosed herein include culturing cells in a combination of environmental conditions and soluble factors that promote the differentiation of the cells into cells of the neural lineage. In addition, physical separation or manipulation techniques can be used to further enrich for the desired neuronal cell type.

これらの前駆体および分化した神経細胞を数多くの用途に用いることができ、該用途として、治療および実験用途、同様に生体外薬物開発およびスクリーニング(例えば、神経細胞毒性に関する化合物もしくは神経細胞の機能を修飾する能力)が挙げられる。   These precursors and differentiated neurons can be used in a number of applications, including therapeutic and experimental applications, as well as in vitro drug development and screening (eg, compounds related to neurotoxicity or neuronal function). Ability to modify).

多能性の幹細胞に由来する前駆体および分化した神経細胞(例えば、ドーパミン作動性神経細胞およびセロトニン作動性神経細胞、同様に他の特化した神経細胞型)は、神経変性障害および神経疾患を患っている個体に対して、相当な潜在的利点とともに、これらの神経の潜在的に非限定的な供給元を提供する。本明細書中に記載した前駆体および分化した神経細胞は、一般に、該神経細胞が由来する細胞集団の子孫であることから、本質的に親集団(遺伝的改変、形質転換、またはトランスフェクションされた親集団を含む)と同じゲノムを有する。   Progenitors and differentiated neurons derived from pluripotent stem cells (eg, dopaminergic and serotonergic neurons, as well as other specialized neuronal types) are associated with neurodegenerative disorders and diseases For affected individuals, it provides a potentially non-limiting source of these nerves, with considerable potential benefits. Since the precursors and differentiated neurons described herein are generally descendants of the cell population from which they are derived, they are essentially parental populations (genetically modified, transformed, or transfected). Have the same genome).

本発明の開示の一実施形態は、多能性の幹細胞、好ましくはドーパミン作動性神経細胞等の中脳神経の特徴を持つ霊長類胚幹(ES)細胞または霊長類胚生殖(EG)細胞から神経細胞を生成する方法に関する。別の実施形態は、多能性の幹細胞、好ましくはセレトニン作動性神経細胞等の後脳神経の特徴を持つ霊長類ES細胞または霊長類EG細胞から神経細胞を生成する方法に関する。これらの方法で使用し得る霊長類ES細胞またはEG細胞は、最も好ましくはヒトES細胞またはEG細胞である。これらの神経は、ある種の可溶性因子および環境条件の存在下で細胞を培養することで、多能性の幹細胞から誘導される。   One embodiment of the present disclosure provides for pluripotent stem cells, preferably primate embryonic stem (ES) cells or primate embryonic reproductive (EG) cells with mesencephalic nerve characteristics such as dopaminergic neurons. It relates to a method of generating cells. Another embodiment relates to a method of generating neurons from primate ES cells or primate EG cells having hindbrain neural characteristics such as pluripotent stem cells, preferably serotonergic neurons. Primate ES cells or EG cells that can be used in these methods are most preferably human ES cells or EG cells. These nerves are derived from pluripotent stem cells by culturing the cells in the presence of certain soluble factors and environmental conditions.

本明細書で用いられるように、「ドーパミン作動性神経(dopaminergic neurons)」という用語は、ドーパミン合成の律速酵素であるチロシン・ヒドロキシラーゼ(TH)を発現する神経細胞のことをいう。好ましくは、ドーパミン作動性神経細胞は、神経伝達物質ドーパミンを分泌し、ドーパミン−β−ヒドロキシラーゼをほとんど発現しない。ドーパミン作動性神経細胞は、生体内で線条体、大脳辺縁系、および新皮質を神経支配して、運動ニューロンを含む神経細胞のいくつかの他の種類と共に、腹側中脳にある。ドーパミン作動性神経細胞は、特に中脳の黒質に位置して、姿勢反射、運動、および報酬関連挙動を制御する。正常機能的ドーパミン作動性神経細胞の喪失によって、パーキンソン病が生じ、その異常な機能は統合失調症および薬物嗜癖を伴っている。本明細書で用いられるように、「セロトニン作動性神経細胞」とは、神経伝達物質セロトニン(5−ヒドロキシトリプタミン)を分泌する神経細胞のことをいう。セロトニン作動性神経細胞は、概して発射の緩徐性、周期的パターンを有し、生体内で後脳の腹側面および腹外側面に集中しており、また大脳皮質、大脳辺縁系、および脊髄を含む中枢神経系の大部分を神経支配する。これらの神経細胞は、認識、興奮、挙動、および摂食行動のレベルを制御する。セロトニン作動性神経細胞の異常機能は、攻撃性、鬱(自殺行為を含む)、および精神分裂症に結びついている。   As used herein, the term “dopaminergic neurons” refers to neurons that express tyrosine hydroxylase (TH), the rate-limiting enzyme for dopamine synthesis. Preferably, the dopaminergic neurons secrete the neurotransmitter dopamine and express little dopamine-β-hydroxylase. Dopaminergic neurons innervate the striatum, limbic system, and neocortex in vivo, along with several other types of neurons, including motor neurons, in the ventral midbrain. Dopaminergic neurons are specifically located in the substantia nigra of the midbrain and control postural reflexes, movements, and reward-related behavior. The loss of normal functional dopaminergic neurons results in Parkinson's disease, whose abnormal function is associated with schizophrenia and drug addiction. As used herein, “serotonergic neurons” refers to neurons that secrete the neurotransmitter serotonin (5-hydroxytryptamine). Serotonergic neurons generally have a slow firing, periodic pattern, and are concentrated in vivo on the ventral and ventrolateral sides of the hindbrain, and in the cerebral cortex, limbic system, and spinal cord. It innervates most of the central nervous system including it. These neurons control levels of cognition, excitement, behavior, and feeding behavior. Abnormal functions of serotonergic neurons are linked to aggression, depression (including suicide), and schizophrenia.

本発明の開示は、改善された方法に関するもので、該方法は、多能性の幹細胞を神経前駆細胞に分化、また同様に、神経系列の細胞に対して表現型、分子、および/または細胞の特徴が同じ神経細胞の分化した集団に、分化させる。多能性の幹細胞は、ヒトES細胞であり、分化した神経細胞はドーパミン作動性神経細胞またはセロトニン作動性神経細胞である。本発明の開示はまた、開示された方法によって生産される細胞と細胞集団とに関するものである。いくつかの実施形態では、開示された方法は、以下のステップを含む。すなわち、
1.多能性の幹細胞の母集団を単離する。多能性の幹細胞は、新規レーザー・アブレーション法を使用して誘導される好ましくはES細胞である。
The present disclosure relates to an improved method that differentiates pluripotent stem cells into neural progenitor cells and also phenotypes, molecules, and / or cells for cells of the neural lineage. To differentiate into a differentiated population of neurons with the same characteristics. Pluripotent stem cells are human ES cells, and differentiated neurons are dopaminergic or serotonergic neurons. The present disclosure also relates to cells and cell populations produced by the disclosed methods. In some embodiments, the disclosed method includes the following steps. That is,
1. A population of pluripotent stem cells is isolated. The pluripotent stem cells are preferably ES cells derived using a novel laser ablation method.

2.多能性の幹細胞を増殖して、充分な出発原料を提供する。   2. Proliferate pluripotent stem cells to provide sufficient starting material.

3.多能性の幹細胞を懸濁培養して、胚様体を生成する。   3. Pluripotent stem cells are cultured in suspension to produce embryoid bodies.

4.胚様体を基質上で再び平板培養し、ネスチンに対して陽性である神経前駆細胞を選択する無血清培地でインキュベートする。   4). Embryoid bodies are re-plated on the substrate and incubated in serum-free medium that selects for neural progenitor cells that are positive for nestin.

5.ネスチン陽性細胞を選別して、NCAMに陽性の細胞のエンリッチされた集団を単離する。   5). Nestin positive cells are sorted to isolate an enriched population of NCAM positive cells.

6.ネスチン陽性および/またはNCAM陽性神経前駆細胞を、神経系に関連した可溶性因子を含む増殖培地で増殖させる。   6). Nestin-positive and / or NCAM-positive neural progenitor cells are grown in a growth medium containing soluble factors associated with the nervous system.

7.ネスチン陽性および/またはNCAM陽性神経前駆細胞を、神経系に関連した可溶性因子の組合せを含む神経基本培地で、成熟した神経細胞に分化させる。
多能性幹細胞の供給源
多能性幹細胞から神経系列の細胞を分化させるための本明細書に開示される方法は、著しく高い割合の多能性幹細胞を特定の神経細胞型に分化させることを目的とする特定の培養条件を用いることを伴う。多能性の幹細胞は、前胚、胚、または受精後の任意の時間の胎児の組織に由来するもので、適当な条件下で、いくつかの異なる細胞型に分化することが可能であり、該細胞型は全体で3つの胚葉(内胚葉、中胚葉、および外胚葉)の誘導体である。神経系列の細胞は、分化する能力を有する胎児または成体組織から単離される幹細胞に由来することもでき、あるいは神経系列の細胞に再プログラムされることもできる。多能性の幹細胞は、限定されるものではないが、哺乳類のES細胞およびEG細胞(望ましくは霊長類またはヒトES細胞およびEG細胞)を含む。望ましくは、未分化の多能性幹細胞は、培地中で分裂して際限なく増殖する能力を有する。本明細書で用いられるように、用語「分化(differentiation)」とは、未分化の多能性幹細胞または前駆体細胞がより特化した運命を獲得するプロセスのことをいう。例えば、分化細胞は特定の細胞型または組織に特徴的である表現型を有する。
7). Nestin-positive and / or NCAM-positive neural progenitor cells are differentiated into mature neurons in a neural basal medium containing a combination of soluble factors associated with the nervous system.
Sources of Pluripotent Stem Cells The methods disclosed herein for differentiating neural lineage cells from pluripotent stem cells can differentiate a significantly higher proportion of pluripotent stem cells into a particular neuronal cell type. It involves using specific culture conditions of interest. Pluripotent stem cells are derived from pre-embryo, embryo, or fetal tissue at any time after fertilization and can differentiate into several different cell types under appropriate conditions, The cell type is a derivative of a total of three germ layers (endoderm, mesoderm, and ectoderm). Neural lineage cells can be derived from stem cells isolated from fetal or adult tissues that have the ability to differentiate, or can be reprogrammed into neural lineage cells. Pluripotent stem cells include, but are not limited to, mammalian ES cells and EG cells (desirably primate or human ES cells and EG cells). Desirably, undifferentiated pluripotent stem cells have the ability to divide and grow indefinitely in the medium. As used herein, the term “differentiation” refers to the process by which undifferentiated pluripotent stem cells or precursor cells acquire a more specialized fate. For example, differentiated cells have a phenotype that is characteristic of a particular cell type or tissue.

好ましい実施形態において、本明細書中に使用されるES細胞およびES細胞系は、胚盤胞の内細胞塊に由来する。これらの胚盤胞は、回収された生体内受精移植全胚から単離、または生体外受精(IVF)(例えば、従来の授精、細胞質内精子注入法、または卵質移植)であってもよい。ヒト胚盤胞は、自発的に余剰胚を寄付する夫婦または提供者から得られる。これらの夫婦または提供者からの書面による自発的同意を獲得した後に、これらの胚を研究目的のために用いる。あるいは、胚盤胞は、ヒトまたはヒト外の除核卵母細胞に、体細胞または細胞核の移動によって誘導することが可能であり、それによって刺激されて胚盤胞段階に成長していく。使用される胚盤胞は凍結保存されたものであってよく、あるいは初期の段階で凍結保存されて胚盤胞段階の胚にまで成長し続けることが可能となる。胚盤胞と内細胞塊との両方の成長は、種によって異なるものであり、当業者によく知られている。   In preferred embodiments, the ES cells and ES cell lines used herein are derived from the inner cell mass of a blastocyst. These blastocysts may be isolated from the recovered whole embryos in vivo fertilized or in vitro fertilized (IVF) (eg, conventional insemination, intracytoplasmic sperm injection, or egg transplantation). . Human blastocysts are obtained from couples or donors who voluntarily donate surplus embryos. After obtaining written voluntary consent from these couples or donors, these embryos are used for research purposes. Alternatively, blastocysts can be induced in human or non-human enucleated oocytes by migration of somatic cells or cell nuclei and are thereby stimulated to grow to the blastocyst stage. The blastocysts used may be cryopreserved, or may be cryopreserved at an early stage and continue to grow into embryos at the blastocyst stage. The growth of both blastocysts and inner cell mass varies from species to species and is well known to those skilled in the art.

霊長類またはヒトES細胞は、標準的な免疫手術法を用いて胚盤胞から誘導することが可能であり、例えば該免疫手術法は、米国特許第5,843,780号および第6,200,806号、Thomson et al.,(Science 282:1145−1147,1998)、および Reubinoff et al.,(Nature Biotech 18:399−403,2000)に開示されており、各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する。当業者に知られている方法のいくつかによって誘導されたES細胞を開示された方法で用いることができるにもかかわらず、好ましい実施形態は、独特のレーザー・アブレーション法によって誘導したヒトES細胞を用いる(米国特許出願番号第10/226,711号、この内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。手短に言えば、この方法は、透明帯の一部と胚盤胞の栄養外胚葉とのレーザー・アブレーションを通して、胚盤胞の内細胞塊から、細胞を単離するもので、該レーザー・アプレーションは胚盤胞にアパーチャーまたは穴を形成し、このアパーチャーまたは穴を介して内細胞塊を吸引することができる。次に、これらの細胞をさらに培養することで、ES細胞系を確立することができる。この技術は、有利である。なぜなら、従来の免疫手術の扱いにくい手順を実施することなく、内細胞塊の細胞を単離することが可能となるからである。さらに、この技術を用いて生成したES細胞系は、特定のヒトES細胞系で、任意の動物由来抗体および血清が存在しない状態で単離することができ、このことはES細胞系に動物微生物が伝染するリスクを最小化することができる。別の実施形態では、ヒト胎児材料に存在する原生殖細胞に由来するヒトEG細胞を用いる(米国特許第6,090,622号、および Shamblott et al.,1998,Proc.Natl.Acad Sci.USA.95:13726−13731,各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。   Primate or human ES cells can be derived from blastocysts using standard immunosurgery techniques, such as those described in US Pat. Nos. 5,843,780 and 6,200. 806, Thomson et al. , (Science 282: 1145-1147, 1998), and Rebinoff et al. (Nature Biotech 18: 399-403, 2000), the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification. Although ES cells derived by some of the methods known to those skilled in the art can be used in the disclosed methods, preferred embodiments are directed to human ES cells induced by a unique laser ablation method. (U.S. Patent Application No. 10 / 226,711, the contents of which are specifically incorporated herein by reference). Briefly, this method involves isolating cells from the inner cell mass of a blastocyst through laser ablation of a portion of the zona pellucida and the trophectoderm of the blastocyst. The formation forms an aperture or hole in the blastocyst, and the inner cell mass can be aspirated through this aperture or hole. Next, by further culturing these cells, an ES cell line can be established. This technique is advantageous. This is because it is possible to isolate cells of the inner cell mass without performing the difficult procedure of conventional immunosurgery. In addition, ES cell lines generated using this technology can be isolated in the absence of any animal-derived antibodies and sera in certain human ES cell lines, which means that animal microorganisms Can minimize the risk of transmission. In another embodiment, human EG cells derived from protogerm cells present in human fetal material are used (US Pat. No. 6,090,622, and Shamblott et al., 1998, Proc. Natl. Acad Sci. USA). .95: 13726-13731, the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification).

好ましくは、ES細胞系を、長期間にわたって、例えば1年以上にわたって、未分化状態で培養液中で維持することができ、通常の正倍数体核型を維持することができる。ヒトES細胞の同定は、マウスES細胞よりも多くの場合平坦であり、しばしば異なる細胞境界およびコロニーとともに、核と細胞質との比率が高いこと、顕著な核小体、およびコンパクトなコロニー形成によって形態学的におこなうことが可能である。ヒトES細胞は、Thomson et al.,(1998),Reubinoff et al.,(2000)、およびBuehr and Mclaren(1993)(各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)に開示されているように、好ましくはヒト多能性ES細胞に対するマーカー(例えば、SSEA−3、SSEA−4、GCTM−2抗原、およびTRA2−60)に対して免疫反応性を示す。望ましくは、ヒトES細胞も、OCT−4と同様に、アルカリホスファターゼを発現する。別の実施形態において、ヒトES細胞は、非付着培養条件下で胚様体を形成することが可能である(米国特許第6,602,711号、本明細書の一部を構成するものとして援用)。これらの胚様体を、他の所望の細胞系譜と同様に、内胚葉、中胚葉、および外胚葉胚葉の分化型誘導体を誘導するのに用いることができる。   Preferably, the ES cell line can be maintained in the culture in an undifferentiated state for an extended period of time, for example for a year or more, and can maintain a normal euploid karyotype. Identification of human ES cells is often flatter than mouse ES cells and is often morphologically characterized by a high nucleus to cytoplasm ratio, prominent nucleoli, and compact colonization, with different cell boundaries and colonies Can be done scientifically. Human ES cells are described in Thomson et al. , (1998), Rebinoff et al. , (2000), and Bühr and McLaren (1993), each of which is specifically incorporated by reference herein, preferably a marker for human pluripotent ES cells (E.g., SSEA-3, SSEA-4, GCTM-2 antigen, and TRA2-60). Desirably, human ES cells also express alkaline phosphatase, similar to OCT-4. In another embodiment, human ES cells are capable of forming embryoid bodies under non-adherent culture conditions (US Pat. No. 6,602,711, as part of this specification). Support). These embryoid bodies can be used to induce differentiated derivatives of endoderm, mesoderm, and ectoderm germ layers, as well as other desired cell lineages.

多能性の幹細胞(特にヒトESまたはEG細胞)を、実質的に未分化状態で細胞を維持する培養条件下で、連続的に増殖させることができる。ES細胞を適当な細胞密度に保ち、繰り返して分離および継代し、その一方で培地を頻繁に交換して分化するのを防がなければならない。細胞培養および培養ES細胞に関する一般的技術に関しては、開業医は標準的教科書および総説を参照することができる。例えば、E.J.Robertson,”Teratocarcinomas and embryonic stem cells:A practical approach” ed.,JRL Press Ltd.1987;Hu and Aunins,1997,Curr.Opin.Biotechnol.8(2):148−53;Kitano,1991,Biotechnology 17:73−106;Spier,1991,Curr.Opin.Biotechnol.2:375−79;Birch and Arathoon,1990,Bioprocess Technol.10:251−70;Xu et al.,.,2001,Nat.Biotechnol.19(10):971−4;and Lebkowski et al.,.,2001,Cancer J.7 Suppl.2:S83−93が挙げられる。各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する。   Pluripotent stem cells (especially human ES or EG cells) can be grown continuously under culture conditions that maintain the cells in a substantially undifferentiated state. ES cells should be kept at the appropriate cell density and repeatedly separated and passaged while frequently changing the medium to prevent differentiation. For general techniques on cell culture and cultured ES cells, practitioners can refer to standard textbooks and reviews. For example, E.I. J. et al. Robertson, “Teratocarcinomas and embronic stem cells: A practical approach” ed. , JRL Press Ltd. 1987; Hu and Aunins, 1997, Curr. Opin. Biotechnol. 8 (2): 148-53; Kitano, 1991, Biotechnology 17: 73-106; Spier, 1991, Curr. Opin. Biotechnol. 2: 375-79; Birch and Arathon, 1990, Bioprocess Technol. 10: 251-70; Xu et al. ,. , 2001, Nat. Biotechnol. 19 (10): 971-4; and Lebkowski et al. ,. 2001, Cancer J .; 7 Suppl. 2: S83-93 is mentioned. The contents of each are specifically incorporated as part of this specification.

伝統的に、ES細胞は支持細胞の層上で、ES培地で培養される。支持細胞層はES細胞で共培養される1つの組織型の細胞であって、ES細胞が実質的な分化を生ずることなく成長することができる環境を提供する。支持細胞層上でES細胞を培養する方法は、当業者に周知である(米国特許第5,843,780号および第6,200,806号、WO 99/20741、米国特許出願第09/530,346号および第09/849,022号、ならびにWO 01/51616、各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。支持細胞層は、望ましくはES細胞の分化を減少、阻害、または抑制する。支持細胞層は、概して、ヒトまたはマウス起源の胎児線維芽細胞支持細胞層であり、例えば、マウス胎児線維芽細胞、ヒト胎児線維芽細胞、ヒト線維芽細胞様細胞または間充織細胞(ヒト胚幹細胞またはSTO細胞に由来)である。   Traditionally, ES cells are cultured in ES medium on a layer of feeder cells. A feeder cell layer is a tissue type cell that is co-cultured with ES cells and provides an environment in which ES cells can grow without substantial differentiation. Methods of culturing ES cells on feeder cell layers are well known to those skilled in the art (US Pat. Nos. 5,843,780 and 6,200,806, WO 99/20741, US patent application 09/530). , 346 and 09 / 849,022, and WO 01/51616, the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification). The feeder cell layer desirably reduces, inhibits or suppresses ES cell differentiation. A feeder cell layer is generally a fetal fibroblast feeder cell layer of human or mouse origin, eg, mouse embryonic fibroblasts, human embryonic fibroblasts, human fibroblast-like cells or mesenchymal cells (human embryos). Stem cells or STO cells).

ES細胞はES培地の存在下で好ましくは培養され、ES細胞の分化を減少、阻害、または抑制する。好ましくは、ES細胞の培養に使用されるES培地は、栄養血清、例えばES細胞の成長および生存度を維持するために効果的な栄養分を供給する血清または血清を主成分とする溶液が追加されている。栄養血清は、動物性血清。例えば胎仔ウシ血清(FBS)またはウシ胎仔血清(FCS)であってもよい(米国特許第5,453,357号、第5,670,372号、および第 5,690,296号、本明細書の一部を構成するものとして援用)。ES培地はまた、無血清であってもよい(WO 98/30679、WO 01/66697、および米国特許出願第09/522,030号。各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。ES細胞を培養するための血清による適当なES培地の例は、高グルコース含有量(70〜90%)のダルベッコの改質イーグルの培地(DMEM)(GIBCO)(ピルビン酸ナトリウムを含まず)であり、該培地に、FBSまたはFCS(10〜30%)、β−メルカプトエタノール(0.1mM)、非必須アミノ酸(1%)、およびL−グルタミン2mM、4ng/ml塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、50U/mlペニシリン、50μg/mlストレプトマイシン、ならび1000U/ml白血病阻止因子(LIF)が加えられている。ES細胞を培養するための適当な無血清のES培地の例は、80%の「ノックアウト(KnockOut)」ダルベッコの改質イーグル培地(DMEM)(GIBCO)、20%のKnockOut SR(無血清の代わり、GIBCO)、β−メルカプトエタノール(0.1mM)、非必須アミノ酸(1%)、およびL−グルタミン1mMである。   ES cells are preferably cultured in the presence of ES medium to reduce, inhibit or suppress the differentiation of ES cells. Preferably, the ES medium used for ES cell culture is supplemented with nutrient serum, for example serum or serum-based solutions that provide effective nutrients to maintain ES cell growth and viability. ing. Nutritional serum is animal serum. For example, fetal calf serum (FBS) or fetal calf serum (FCS) can be used (US Pat. Nos. 5,453,357, 5,670,372, and 5,690,296, herein). As a part of the system). ES media may also be serum-free (WO 98/30679, WO 01/66697, and US patent application Ser. No. 09 / 522,030, each of which specifically forms part of this specification. As a). Examples of suitable ES media with serum for culturing ES cells are Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) (GIBCO) (without sodium pyruvate) with high glucose content (70-90%) Yes, the medium contains FBS or FCS (10-30%), β-mercaptoethanol (0.1 mM), non-essential amino acids (1%), and L-glutamine 2 mM, 4 ng / ml basic fibroblast growth factor (BFGF), 50 U / ml penicillin, 50 μg / ml streptomycin, and 1000 U / ml leukemia inhibitory factor (LIF) are added. Examples of suitable serum-free ES media for culturing ES cells are 80% “KnockOut” Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) (GIBCO), 20% KnockOut SR (instead of serum-free) , GIBCO), β-mercaptoethanol (0.1 mM), non-essential amino acids (1%), and L-glutamine 1 mM.

ES細胞を、無支持細胞系培地条件下で培養することも可能である。ES細胞を無支持細胞系培地で培養する方法は、当業者に周知である(米国特許第2002/0022268号、WO 03/020920、および米国特許出願第 10/235,094号、各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。無支持細胞系培地中のES細胞は、適当な培養基質、例えば細胞外基質、Matrigel(登録商標)(Becton Dickenson)またはラミニン上で、好ましくは増殖する。無支持細胞系培地も、ES細胞の増殖を支援するために、好ましくは条件培地を使用する。条件培地を、充分な期間、マウス胎児線維芽細胞またはヒト胎児線維芽細胞細胞の第1の集団を培地で培養することによって調製することで、実質的な分化なしでES細胞を培養することを支援する「条件」培地を生産する。あるいは、無支持細胞系培地を、別の細胞型によって条件づけられていない培養に新たに加えられる効果的な培地で細胞外基質と組み合わせることができる(米国特許第2003/0017589号、この内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。
神経前駆細胞の調製
単離した多能性の幹細胞を増殖し、該幹細胞を神経前駆細胞に分化させる培養条件にさらすことが可能である。多能性の幹細胞を神経分化経路に沿って進めるために、本明細書に開示した分化プロトコールに従って細胞の培養をおこなう。多能性幹細胞の培養を、分化剤(例えば可溶性因子および増殖因子)を含む分化栄養培地中の適当な基質上でおこなう。適当な基質として、限定されるものではないが、正電荷で被覆した固体表面(例えば、ポリ‐L‐リジンまたはポリオルニチン)、細胞外基質成分で被覆された基質(例えばフィブロネクチン、ラミニンまたはMatrigel(登録商標))、あるいはそれらの組み合わせが挙げられる。好ましい分化栄養培地は所望の神経細胞型の増殖、分化、および生存を支持するものであって、1種類以上の適当な分化剤を含むものであってもよい。本明細書で用いられるように、用語「増殖因子(growth factor)」とは、細胞の増殖および分化の活性化を主要な結果とする細胞表面上で受容体に結合するタンパク質のことをいう。適当な可溶性因子として、限定されるものではないが、ニューロトロフィン、マイトジェン(幹細胞因子)、増殖因子、分化因子(例えば、TGF−βスーパーファミリー)、TGF−βスーパーファミリー・アゴニスト、神経栄養因子、抗酸化剤、神経伝達物質、および生存因子が挙げられる。多くの可溶性因子はかなり用途が広く、他のものが特定の細胞型に対して特異的である一方で、数多くの異なる細胞型で細胞分裂を刺激する。
ES cells can also be cultured under unsupported cell line medium conditions. Methods of culturing ES cells in a non-supporting cell line medium are well known to those skilled in the art (US 2002/0022268, WO 03/020920, and US patent application 10 / 235,094, the contents of each). In particular, it is incorporated as part of the present description). ES cells in unsupported cell line media preferably grow on a suitable culture substrate, such as extracellular matrix, Matrigel® (Becton Dickenson) or laminin. Unsupported cell line media also preferably uses conditioned media to support the growth of ES cells. Culturing ES cells without substantial differentiation by preparing a conditioned medium by culturing a first population of mouse fetal fibroblasts or human fetal fibroblasts in the medium for a sufficient period of time. Produce “conditional” media to support. Alternatively, unsupported cell line media can be combined with the extracellular matrix in an effective medium that is freshly added to cultures that are not conditioned by another cell type (US 2003/0017589, this content is In particular, it is incorporated as part of the present description).
Preparation of neural progenitor cells Isolated pluripotent stem cells can be proliferated and subjected to culture conditions that allow the stem cells to differentiate into neural progenitor cells. To advance pluripotent stem cells along the neural differentiation pathway, cells are cultured according to the differentiation protocol disclosed herein. The pluripotent stem cells are cultured on a suitable substrate in a differentiation nutrient medium containing differentiation agents (eg, soluble factors and growth factors). Suitable substrates include, but are not limited to, positively coated solid surfaces (eg, poly-L-lysine or polyornithine), substrates coated with extracellular matrix components (eg, fibronectin, laminin or Matrigel ( Registered trademark)), or a combination thereof. Preferred differentiation nutrient media support the growth, differentiation and survival of the desired neuronal cell type and may contain one or more suitable differentiation agents. As used herein, the term “growth factor” refers to a protein that binds to a receptor on the cell surface that results primarily in activation of cell growth and differentiation. Suitable soluble factors include, but are not limited to, neurotrophins, mitogens (stem cell factors), growth factors, differentiation factors (eg, TGF-β superfamily), TGF-β superfamily agonists, neurotrophic factors , Antioxidants, neurotransmitters, and survival factors. Many soluble factors are quite versatile, while others are specific for a particular cell type, while stimulating cell division in many different cell types.

特に神経細胞型の分化を促進する適当な分化剤として、限定されるものではないが、プロゲステロン、プトレッシン、ラミニン、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、ニューチュリン、ソニック・ヘッジホッグ(SHH)、ノギン、フォリスタチン、表皮増殖因子(EGF)、任意の型の線維芽細胞増殖因子(例えばFGF−4、FGF−8、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF))、増殖および分化因子5(GDF−5)、ニューロトロフィン・ファミリーのメンバー(神経増殖因子(NGF)、ニューロトロフィン3(NT−ニューロトロフィン4(NT−4)、脳誘導神経向性因子(BDNF)))、形質転換増殖因子α(TGF−α)、形質転換増殖因子β−3(TGFβ3)、血小板由来増殖因子(PDGF−AA)、インスリン様増殖因子(IGF−1)、骨形態形成タンパク質(BMP−2、BMP−4)(グリア細胞由来神経栄養因子(GDNF)、レチノイン酸(RA)、ミドカイン、アスコルビン酸、ジブチリルcAMP、ドーパミン、ならびにgp130と複合体を形成する受容体に対するリガンド(例えば、LIF、CNTF、SCF、IL−11、およびIL−6)が挙げられる。分化栄養培地は、神経細胞(例えばN2およびB27添加物(Gibco))の維持培養を助ける添加物を含んでもよい。   In particular, suitable differentiation agents for promoting neuronal cell type differentiation include, but are not limited to, progesterone, putrescine, laminin, insulin, sodium selenite, transferrin, newturin, sonic hedgehog (SHH), noggin , Follistatin, epidermal growth factor (EGF), any type of fibroblast growth factor (eg FGF-4, FGF-8, basic fibroblast growth factor (bFGF)), growth and differentiation factor 5 (GDF- 5), members of the neurotrophin family (nerve growth factor (NGF), neurotrophin 3 (NT-neurotrophin 4 (NT-4), brain-derived neurotrophic factor (BDNF))), transformed growth Factor α (TGF-α), transforming growth factor β-3 (TGFβ3), platelet-derived growth factor (PDGF- A), insulin-like growth factor (IGF-1), bone morphogenic protein (BMP-2, BMP-4) (glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF), retinoic acid (RA), midkine, ascorbic acid, dibutyryl cAMP , Dopamine, and ligands for receptors that form a complex with gp130 (eg, LIF, CNTF, SCF, IL-11, and IL-6) Differentiated nutrient media is supplemented with neurons (eg, N2 and B27) (Gibco)) may be included.

多能性の幹細胞が最初に誘導されて胚様体を形成する。胚様体は、細胞外基質成分の有無にかかわらず適当な基質(例えば、フィブロネクチンまたはラミニン)上へ直接平板培養され、神経前駆細胞(例えばネスチン陽性神経前駆細胞)への分化促進に適している適当な分化栄養培地で培養される。ネスチンは、神経前駆体細胞に特有な細胞マーカーである。別の実施形態では、多能性幹細胞は胚様体を形成することによって、例えば多能性幹細胞を懸濁液で培養することによって生じた不均一な細胞集団中に最初に凝集する。これらの細胞を、胚様体で細胞の分化を促進するために、上に列挙した分化剤の1種類以上とともに、血清の有無にかかわらず栄養培地で培養することができる。本明細書で用いられるように、用語「胚様体(embryoid bodies)」とは、多能性幹細胞が懸濁培養で増殖する場合に、または単層培養で過剰に増殖した場合に発生する分化型細胞の凝集のことをいう。胚様体も、細胞の凝集で、未分化細胞を有するものであってもよい。好ましくは、このような細胞凝集は、原始的内胚葉によって囲まれる。胚様体は、一般的に、3種類の胚葉全て、すなわち外胚葉、中胚葉、および内胚葉に由来する細胞を含む。成熟したヒト胚様体では、種々の細胞型(例えば神経細胞、造血性細胞、肝細胞、および心筋細胞)のマーカーを持つ細胞を識別することが可能である。成熟した胚様体に含まれるいくつかの細胞は、分化細胞のように機能的にふるまうことができる。例えば、活発な心筋細胞によって、胚様体を脈動させることができる。好ましくは、特異的な細胞型が治療目的のために得られるように、多能性の幹細胞の分化が制御される。   Pluripotent stem cells are first induced to form embryoid bodies. Embryoid bodies are plated directly onto an appropriate substrate (eg, fibronectin or laminin) with or without extracellular matrix components and are suitable for promoting differentiation into neural progenitor cells (eg, nestin-positive neural progenitor cells) It is cultured in a suitable differentiation nutrient medium. Nestin is a cell marker unique to neural progenitor cells. In another embodiment, pluripotent stem cells initially aggregate into heterogeneous cell populations generated by forming embryoid bodies, eg, by culturing pluripotent stem cells in suspension. These cells can be cultured in a nutrient medium with or without serum along with one or more of the differentiation agents listed above to promote cell differentiation in the embryoid body. As used herein, the term “embryoid bodies” refers to differentiation that occurs when pluripotent stem cells grow in suspension culture or grow excessively in monolayer culture. This refers to the aggregation of type cells. The embryoid body may also be an aggregate of cells and have undifferentiated cells. Preferably, such cell aggregation is surrounded by primitive endoderm. Embryoid bodies generally contain cells derived from all three types of germ layers: ectoderm, mesoderm, and endoderm. In mature human embryoid bodies, it is possible to distinguish cells with markers of various cell types (eg, neuronal cells, hematopoietic cells, hepatocytes, and cardiomyocytes). Some cells contained in mature embryoid bodies can behave functionally like differentiated cells. For example, embryonic bodies can be pulsated by active cardiomyocytes. Preferably, the differentiation of pluripotent stem cells is controlled so that specific cell types are obtained for therapeutic purposes.

上記胚様体の培養は、該胚様体が十分な大きさまたは所望の分化に達するまでおこなわれ、例えば培養3〜10日後、基質上で平板培養される。好ましくは、上記基質は細胞外基質成分で被覆されており、該基質成分として、限定されるものではないが、ポリ−1−リシン、ポリ−1−オルニチン、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチン、Matrigel(登録商標)、またはそれらの組合せが挙げられる。好ましくは、上記胚様体を、細胞を分散させることなく、基質上に直接平板培養する。次に、胚様体を、さらに平板培養された細胞の分化を促進する条件下、例えばネスチン陽性細胞に対して選択的であるITSFn(ネスチン選択)無血清合成培地で、培養する。ネスチンは、感覚上皮で発現される中間のフィラメントタンパク質である。好ましくは、細胞の選択を、5−16日の期間にわたって、ネスチン陽性細胞に関しておこなう。好ましくは、ネスチン陽性細胞の増殖に使用されるITSFn培地は、プロゲステロン、プトレッシン、ラミニン、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、bFGF、SHH、EGF、FGF−2、FGF−8、およびBDNFからなる群から選択される1種類以上の増殖因子で補われるDMEM:F−12である。   The embryoid body is cultured until the embryoid body reaches a sufficient size or a desired differentiation. For example, the embryoid body is plated on a substrate after 3 to 10 days of culture. Preferably, the substrate is coated with an extracellular matrix component, including but not limited to poly-1-lysine, poly-1-ornithine, laminin, collagen, fibronectin, Matrigel (registered) Trademark), or a combination thereof. Preferably, the embryoid bodies are plated directly on the substrate without dispersing the cells. Next, the embryoid bodies are further cultured under conditions that promote the differentiation of the plated cells, for example, in an ITSFn (nestin selection) serum-free synthetic medium that is selective for nestin positive cells. Nestin is an intermediate filament protein expressed in the sensory epithelium. Preferably, cell selection is performed on nestin positive cells over a period of 5-16 days. Preferably, the ITSFn medium used for the growth of nestin positive cells is a group consisting of progesterone, putrescine, laminin, insulin, sodium selenite, transferrin, bFGF, SHH, EGF, FGF-2, FGF-8, and BDNF DMEM: F-12 supplemented with one or more growth factors selected from

ネスチン陽性細胞を含むこの不均一な細胞集団を、その後増殖するか、あるいは神経細胞接着因子(NCAM)陽性細胞をエンリッチするために選別する。NCAMは、神経細胞に特徴的な表面マーカーである。ネスチン陽性細胞が選択された直後に、またはネスチン陽性細胞が培地中で増殖した後に、NCAM陽性細胞を選別することができる。いくつかの実施形態では、上記細胞は、NCAMに結合する抗体またはリガンドに細胞を接触させることによって、NCAM陽性細胞について選別された後、特異的に認識された細胞の分離が、適当な免疫学的技術(例えば免疫標識および蛍光選別)によっておこなわれ、該技術として例えば固相吸着、蛍光活性化細胞ソーティング(選別)(FACS)、細胞表面マーカーのためのフロー免疫細胞化学、フローサイトメトリー・アッセイ、または磁気細胞分離(MACS)が挙げられる。NCAM陽性細胞を単離するための他の方法として、限定されるものではないが、差次的平板培養(differential plating)、汚染細胞の免疫特異的溶解、または収集技術が挙げられ、これらは当業者に周知である。好ましい実施形態では、ネスチン陽性細胞の選別(例えば、MACSによる)は、生存可能な値浮沈陽性細胞の集団をエンリッチし、NCAMを約40〜70%、好ましくは約60%〜80%、より好ましくは約85%ないし90%、さらに最も好ましくは約95%ないし99%発現する。   This heterogeneous cell population containing nestin positive cells is then expanded or sorted to enrich for neural cell adhesion factor (NCAM) positive cells. NCAM is a surface marker characteristic of nerve cells. NCAM-positive cells can be sorted immediately after nestin-positive cells are selected or after nestin-positive cells have grown in the medium. In some embodiments, the cells are sorted for NCAM positive cells by contacting the cells with an antibody or ligand that binds to NCAM, followed by separation of the specifically recognized cells by appropriate immunology. Techniques, such as solid phase adsorption, fluorescence activated cell sorting (FACS), flow immunocytochemistry for cell surface markers, flow cytometry assays Or magnetic cell separation (MACS). Other methods for isolating NCAM positive cells include, but are not limited to, differential plating, immunospecific lysis of contaminating cells, or collection techniques. Well-known to vendors. In a preferred embodiment, selection of nestin positive cells (eg, by MACS) enriches the population of viable value float positive cells, NCAM is about 40-70%, preferably about 60% -80%, more preferably Is expressed from about 85% to 90%, more preferably from about 95% to 99%.

一実施形態では、ヒトES細胞を適当な培地中で支持細胞が存在しない状態で細菌学的プレート上で培養することによって、上記胚様体をヒトES細胞から生成する。好ましくは、ヒトES細胞をクラスターに分離した後、非付着プレートで平板培養することで、胚様体の発現を促進する。適当な培地は、好ましくは高グルコースのDMEMを含むとともに、10〜20%のFCSが添加されている。他の補助剤(サプリメント)をこの培地に加えてもよく、例えば0.1mMの2‐メルカプトエタノール、2mM L−グルタミン、50U/mlのペニシリン、50μg/mlのストレプトマイシンが挙げられる。胚様体を、好ましくは4〜8日の間成長させた後、該胚様体を再び、ネスチン陽性細胞の選択のために0.1%ゼラチン含有ITSFn無血清培地で被覆された培養プレート上で平板培養する。好ましくは、上記ITSFn無血清培地は、ネスチン陽性細胞を選択する、増殖因子、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、およびフィブロネクチンを増殖因子で補われた基本培地DMEM:F−12(1:1)またはIMDM培地を含む。   In one embodiment, the embryoid bodies are generated from human ES cells by culturing human ES cells on bacteriological plates in the presence of supporting cells in a suitable medium. Preferably, human ES cells are separated into clusters and then plated on non-adherent plates to promote embryoid body expression. A suitable medium preferably contains high glucose DMEM and is supplemented with 10-20% FCS. Other adjuvants (supplements) may be added to this medium, for example 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 2 mM L-glutamine, 50 U / ml penicillin, 50 μg / ml streptomycin. After the embryoid bodies are grown, preferably for 4-8 days, the embryoid bodies are again grown on a culture plate coated with ITSFn serum-free medium containing 0.1% gelatin for selection of nestin positive cells. Plate in Preferably, the ITSFn serum-free medium is a basal medium DMEM: F-12 (1: 1) supplemented with growth factors, insulin, sodium selenite, transferrin, and fibronectin to select nestin-positive cells. Or contains IMDM medium.

好ましい実施形態では、ネスチン陽性細胞は、NCAM陽性細胞を単離するために、MACSによって選別される。NCAM陽性細胞は、神経前駆細胞の割合増加を促進し、より分化した表現型に適応するように該細胞を誘導する培地中で、実質的に増殖する。好ましくは、NCAM陽性細胞の培養を、細胞外基質成分(例えばポリ−1−リシン、ポリ−1−オルニチン、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチン、およびMatrigel(登録商標)、またはそれの組合せで事前に被覆(プレコーティング)された基質上でおこなう。細胞外基質による培養皿のプレコーティングは、増殖培地でより良好な付着と増殖とを可能に、またドーパミン作動性神経細胞分化にとって良好な結果を与える。細胞は、増殖培地で培養される、細胞を増殖培地、例えば、プロゲステロン、プトレッシン、ラミニン、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、bFGF、SHH、EGF、FGF−2、FGF−8、BDNF、PDGF、IGF−1、CTNF、およびNT−3からなる群から選択される1種類以上の増殖因子が補われているDMEM/F12培地で培養する。いかなる特定のメカニズムによって結合することを望まないが、増殖培地に存在するこれらの種々の因子が神経細胞の割合の全体的増加に貢献し、中脳神経前駆細胞をさらに誘導してドーパミン作動性神経細胞表現型を選ぶと考えられている。好ましい実施形態では、ネスチン陽性NCAM陽性前駆細胞は、3〜10日にわたる増殖が許される。これらの細胞をまた、少なくとも30回の集団倍加にわたって継代培養し、分化能がなんら喪失することなくさらに使用するために凍結することもできる。
ドーパミン作動性およびセロトニン作動性神経細胞の分化
本明細書中に開示される方法によって調製される神経前駆細胞は、さらに分化して高い割合の成熟した神経細胞、例えばドーパミン作動性神経細胞およびセロトニン作動性神経細胞になる。神経前駆細胞は、星状細胞およびオリゴデンドロサイトにさらに分化することもできる。好ましくは、ネスチン陽性および/またはNCAM陽性神経前駆細胞は、最終的に分化した神経細胞または成熟した神経細胞への前駆細胞の分化を促す神経基本培地で5〜60日間増殖する。好ましい実施形態では、上記神経基本培地(Gibco)は、10%FBSもしくはDCS、B27、およびインターロイキン−1β、ジブチリル環状AMP(db−cAMP)、グリア細胞由来神経栄養因子(GDNF)、形質転換増殖因子β3(TGF−β3)、形質転換増殖因子α(TGFα)、ニューチュリン、SHH、アスコルビン酸、BDNF、FGF−2、FGF−8、N−アセチル・システイン、C−キット・リガンド、レチノイン酸、NT−3、BMP−2、およびBMP−4が挙げられる。好ましい実施形態では、上記神経基本培地として、1種類以上の以下の因子、すなわちインターロイキン−1β、db−cAMP,GDNF、TGF−β3、ニューチュリン、SHH、アスコルビン酸、BDNF、FGF−8、およびN−アセチル・システインを含む。加えて、神経前駆細胞の分化、増殖、または両方を助長する因子のいくつかまたは全てを取り下げることで、分化が促進される場合もある。
In a preferred embodiment, nestin positive cells are sorted by MACS to isolate NCAM positive cells. NCAM-positive cells substantially grow in media that promotes an increased percentage of neural progenitor cells and induces the cells to adapt to a more differentiated phenotype. Preferably, a culture of NCAM positive cells is pre-coated with extracellular matrix components (eg, poly-1-lysine, poly-1-ornithine, laminin, collagen, fibronectin, and Matrigel®, or combinations thereof ( The pre-coating of the culture dish with extracellular matrix allows better attachment and growth in the growth medium and gives good results for dopaminergic neuronal differentiation. Cultured in growth medium, cells are grown in growth medium such as progesterone, putrescine, laminin, insulin, sodium selenite, transferrin, bFGF, SHH, EGF, FGF-2, FGF-8, BDNF, PDGF, IGF -1, CTNF, and NT-3 Cultured in DMEM / F12 medium supplemented with one or more growth factors that do not want to be bound by any particular mechanism, but these various factors present in the growth medium are responsible for the overall proportion of neurons. In a preferred embodiment, nestin-positive NCAM-positive progenitor cells proliferate over a period of 3 to 10 days. These cells can also be subcultured over at least 30 population doublings and frozen for further use without any loss of differentiation potential.
Differentiation of dopaminergic and serotonergic neurons Neural progenitor cells prepared by the methods disclosed herein are further differentiated to a higher percentage of mature neurons, such as dopaminergic and serotonergic cells Become a sex neuron. Neural progenitor cells can also be further differentiated into astrocytes and oligodendrocytes. Preferably, nestin-positive and / or NCAM-positive neural progenitor cells are grown for 5-60 days in a neural basal medium that promotes differentiation of the progenitor cells into terminally differentiated or mature neurons. In a preferred embodiment, the neural basal medium (Gibco) is 10% FBS or DCS, B27, and interleukin-1β, dibutyryl cyclic AMP (db-cAMP), glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF), transformed growth. Factor β3 (TGF-β3), transforming growth factor α (TGFα), neuturin, SHH, ascorbic acid, BDNF, FGF-2, FGF-8, N-acetyl cysteine, C-kit ligand, retinoic acid, NT-3, BMP-2, and BMP-4. In a preferred embodiment, the neural basal medium includes one or more of the following factors: interleukin-1β, db-cAMP, GDNF, TGF-β3, Neuturin, SHH, ascorbic acid, BDNF, FGF-8, and Contains N-acetyl cysteine. In addition, the differentiation may be promoted by withdrawing some or all of the factors that promote neural progenitor cell differentiation, proliferation, or both.

好ましくは、神経前駆細胞が高い割合でドーパミン作動性神経細胞、セロトニン作動性神経細胞、またはオリゴデンドロサイトに分化し、例えば、少なくとも細胞の20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99%である。また、1つの神経細胞型(例えばドーパミン作動性神経細胞)を、分化した神経細胞の集団から、免疫標識および蛍光選別(例えば、固相吸着、FACS、およびMACS)等の当業者に周知の方法によって、さらに精製することができる。1つの好ましい実施形態では、NCAM−陽性細胞の免疫吸着によってエンリッチされた集団を適当な培地で増殖および分化させることで、高い割合(約60%)のドーパミン作動性神経細胞が得られる。
神経前駆細胞および分化した神経細胞の用途
本明細書に記載する神経前駆細胞および分化した神経細胞(例えば、成熟した神経細胞、最上細胞、およびオリゴデンドロサイト)を種々の用途、例えば治療への応用、さらにまたそれらの細胞に作用する小分子薬等の種々の化合物の生体外評価およびスクリーニングに利用することができる。これらの細胞は、該細胞の発現パターンを分析するために、使用した特定の細胞に対するマーカーに特異的なモノクローナルまたはポリクローナル抗体の調製と同様に、当業者に周知の技術を用いて、cDNA発現ライブラリーを調製するために用いることもできる。これらの細胞を、消耗性の神経変性障害および神経疾患を患っている個体の利益のために、治療として使用することもできる。
Preferably, a high proportion of neural progenitor cells differentiate into dopaminergic neurons, serotonergic neurons, or oligodendrocytes, eg at least 20%, 25%, 30%, 35%, 40% of the cells, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or 99%. Also, methods known to those skilled in the art, such as immunolabeling and fluorescence sorting (eg, solid phase adsorption, FACS, and MACS), from a population of differentiated neurons, from one neuronal type (eg, dopaminergic neurons). Can be further purified. In one preferred embodiment, a population enriched by immunoadsorption of NCAM-positive cells is grown and differentiated in a suitable medium, resulting in a high percentage (about 60%) of dopaminergic neurons.
Uses of neural progenitor cells and differentiated neural cells The neural progenitor cells and differentiated neural cells described herein (eg, mature neural cells, top cells, and oligodendrocytes) can be used in various applications, eg, therapeutic applications. Furthermore, it can be used for in vitro evaluation and screening of various compounds such as small molecule drugs that act on these cells. These cells can be expressed live using techniques well known to those skilled in the art, as well as preparing monoclonal or polyclonal antibodies specific for the markers for the particular cells used to analyze the expression pattern of the cells. It can also be used to prepare a rally. These cells can also be used as a treatment for the benefit of individuals suffering from debilitating neurodegenerative disorders and neurological diseases.

本発明の開示は、そのような治療を必要とする被験体での中枢神経系(CNS)機能を修復するために、本明細書中に記載される神経前駆細胞および分化した神経細胞の使用を提供する。例えば、これらの細胞は、治療している疾患または条件に依存して、CNSの実質またはくも膜下腔内の部位に直接移植することによって、治療として用いることができた。これらの細胞を、神経系に対する急性または慢性的な損傷、また消耗性神経変性障害および神経疾患を処置するために、用いることができ、消耗性神経変性障害および神経疾患として、例えばパーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン(舞踏)病、脊髄損傷、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、てんかん、脳梗塞、および虚血が挙げられる。   The present disclosure discloses the use of neural progenitor cells and differentiated neural cells as described herein to repair central nervous system (CNS) function in a subject in need of such treatment. provide. For example, these cells could be used as a treatment by transplanting directly to the parenchyma or intrathecal site of the CNS, depending on the disease or condition being treated. These cells can be used to treat acute or chronic damage to the nervous system, as well as debilitating neurodegenerative disorders and neurological diseases such as Parkinson's disease, Alzheimer's Diseases, Huntington's disease, spinal cord injury, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), epilepsy, cerebral infarction, and ischemia.

本発明の開示の一実施形態は、神経変性障害または神経疾患を処置する方法に関し、該方法は、多能性の幹細胞(好ましくははヒト多能性の幹細胞)に由来するドーパミン作動性神経細胞の治療上有効な量を投与または移植することによるドーパミン作動性神経細胞の変質または破壊によって特徴づけられている。別の実施形態では、本発明の開示は、神経変性障害または神経疾患を処置する方法に関し、該方法は、多能性の幹細胞(好ましくはヒトの多能性の幹細胞)に由来するセロトニン作動性神経細胞の治療上有効な量を投与または移植することによるセロトニン作動性神経細胞の変質または破壊によって特徴づけられている。好ましくは、神経変性の疾患または神経疾患を患っているヒト患者の処置を、本発明の開示の治療上有効な量の神経前駆細胞と分化した神経細胞とをその患者に移植することによっておこなう。この明細書で使用されるように、「治療上有効な量(therapeutically effective amount)」の細胞とは、分化した神経細胞、例えば成熟した神経細胞(例えば、ドーパミン作動性もしくはセロトニン作動性神経細胞)、星状細胞、およびオリゴデンドロサイトの喪失、損傷、または変質によって引き起こされる被検体での生理作用を抑制または改善するのに十分な量のことをいう。   One embodiment of the present disclosure relates to a method of treating a neurodegenerative disorder or neurological disease, the method comprising a dopaminergic neuron derived from a pluripotent stem cell, preferably a human pluripotent stem cell. Is characterized by the alteration or destruction of dopaminergic neurons by administering or transplanting a therapeutically effective amount. In another embodiment, the present disclosure relates to a method of treating a neurodegenerative disorder or neurological disease, wherein the method is serotonergic from a pluripotent stem cell, preferably a human pluripotent stem cell. Characterized by alteration or destruction of serotonergic neurons by administering or transplanting a therapeutically effective amount of neurons. Preferably, treatment of a human patient suffering from a neurodegenerative disease or neurological disorder is performed by transplanting the patient with a therapeutically effective amount of neural progenitor cells and differentiated neural cells of the present disclosure. As used herein, a “therapeutically effective amount” of cells is a differentiated neuron, such as a mature neuron (eg, a dopaminergic or serotonergic neuron). An amount sufficient to inhibit or ameliorate a physiological effect in a subject caused by loss, damage or alteration of astrocytes and oligodendrocytes.

使用した細胞の治療上有効な量は、被検体の要求、被検体の年齢、生理学的状態、および健康、所望の治療的効果、治療のための標的となる組織の領域の大きさ、病変の程度、ならびに選択された送達ルートに依存する。例えば、脳のより大きい領域に影響を及ぼしている疾患の処置は、より小さい標的部位と比較して治療効果を達成するために、より多くの細胞を必要とするとはずである。細胞用量の低い複数の小さな移植片を用いて、所定の標的組織内の複数の部位に細胞を投与することも可能である。本発明の開示の細胞を、例えば単細胞懸濁液作るために移植前に完全に分離しても良く、あるいは細胞の小さな凝集を作るために、移植前にほぼ完全に分離してもよい。細胞が目的とする組織部位に移植または移動可能となるように、また機能的欠損領域を再構築または再性するようにして、細胞を投与してもよい。   The therapeutically effective amount of cells used depends on subject requirements, subject age, physiological state and health, desired therapeutic effect, size of target tissue area for treatment, lesion size Depends on the extent, as well as the delivery route chosen. For example, treatment of a disease affecting a larger area of the brain should require more cells to achieve a therapeutic effect compared to a smaller target site. It is also possible to administer cells to multiple sites within a given target tissue using multiple small implants with low cell doses. The cells of the present disclosure may be completely separated prior to transplantation, for example, to make a single cell suspension, or may be almost completely separated prior to transplantation to create small clumps of cells. The cells may be administered such that the cells can be transplanted or migrated to the intended tissue site and that the functionally deficient areas have been reconstructed or re-established.

治療的効果を達成するために投与される適当な範囲の細胞数は、約100から約1,000,000神経細胞、好ましくは約500から約500,000神経細胞、または約1,000から約100,000神経細胞である。被検体に投与される神経細胞の治療上の濃度もまた、医薬的に許容される担体1μlあたり約10、100、500、1000、5000、10,000、15,000、20,000、25,000、30,000、35,000、40,000、45,000、50,000、60,000、70,000、80,000、90,000、100,000、150,000、200,000、250,000、300,000、350,000、400,000、450,000から約500,000細胞までの範囲内である。担体中の細胞の濃度範囲は、例えば、100〜50,000細胞/μl、1000〜10,000細胞/μl、5000〜25,000細胞/μl、15,000〜45,000細胞/μl、20,000〜50,000細胞/μl、55,000〜200,000細胞/μl、100,000〜40,000細胞/μl、150,000〜50,000細胞/μlである。移植組織部位に移植される細胞の数は、治療効力にも影響を及ぼす。   A suitable range of cells administered to achieve a therapeutic effect is from about 100 to about 1,000,000 neurons, preferably from about 500 to about 500,000 neurons, or from about 1,000 to about 1,000 cells. 100,000 neurons. The therapeutic concentration of nerve cells administered to the subject is also about 10, 100, 500, 1000, 5000, 10,000, 15,000, 20,000, 25, per μl of pharmaceutically acceptable carrier. 000, 30,000, 35,000, 40,000, 45,000, 50,000, 60,000, 70,000, 80,000, 90,000, 100,000, 150,000, 200,000, Within the range of 250,000, 300,000, 350,000, 400,000, 450,000 to about 500,000 cells. The concentration range of the cells in the carrier is, for example, 100 to 50,000 cells / μl, 1000 to 10,000 cells / μl, 5000 to 25,000 cells / μl, 15,000 to 45,000 cells / μl, 20 50,000 to 50,000 cells / μl, 55,000 to 200,000 cells / μl, 100,000 to 40,000 cells / μl, 150,000 to 50,000 cells / μl. The number of cells transplanted to the transplanted tissue site also affects therapeutic efficacy.

治療への応用のために、前駆体または分化した神経細胞の集団が任意の未分化多能性幹細胞でも実質的に純粋であることが、多くの場合、好ましい。
治療的な調製から多能性の幹細胞を除去するための1つの戦略は、ベクターで細胞をトランスフェクトすることであり、該ベクターは未分化細胞で優先して発現される遺伝子を有し、該発現は多能性の幹細胞に対して選択される。未分化細胞で優先して発現される適当なプロモータは、テロメラーゼ逆転写酵素(TERT)プロモータとOCT−4プロモータとである。ベクターで発現される遺伝子は、例えば細胞(例えば毒素)に対する溶解薬であってもよく、あるいは外部物質を適用することによって選択することができる。
For therapeutic applications, it is often preferred that the population of precursors or differentiated neurons is substantially pure with any undifferentiated pluripotent stem cells.
One strategy for removing pluripotent stem cells from a therapeutic preparation is to transfect the cells with a vector, which has a gene that is preferentially expressed in undifferentiated cells, Expression is selected for pluripotent stem cells. Suitable promoters that are preferentially expressed in undifferentiated cells are the telomerase reverse transcriptase (TERT) promoter and the OCT-4 promoter. The gene expressed in the vector may be, for example, a lytic drug for cells (eg, toxins), or can be selected by applying an external substance.

本明細書中に開示されたように、多能性の幹細胞からドーパミン作動性神経細胞とセロトニン作動性神経細胞とを生成する能力は、種々の神経変性障害と神経疾患の移植治療のために、大きな臨床的関連である。例えば、ドーパミン作動性神経細胞を、姿勢反射、運動、および報酬関連挙動の調節で異常であることによって特徴づけられる神経変性障害および神経疾患(例えばパーキンソン病、統合失調症、および薬物嗜癖、さらにまたパーキンソン様の症状(例えば運動不能症、渇感欠如、無摂食症、感覚の軽視のような安静時振せん、剛性、運動不能症、および姿勢異常)をもたらす外傷または他の疾病による病巣)を処置するのに用いられることができる。その上、セロトニン作動性神経細胞は、摂食行動、ホルモン分泌、ストレス応答、疼痛と免疫機能、性的活動、心臓血管機能、温度制御(例えば種々の精神医学的、神経学的、および他の疾患、例えば、精神的低下、自殺、激しい攻撃行動、強迫性の挙動、摂食障害/過食症、ならびに統合失調症)の調節が異常であることで特徴づけられる神経変性障害と神経疾患とを処置するのに用いることができる。   As disclosed herein, the ability to generate dopaminergic and serotonergic neurons from pluripotent stem cells is useful for transplantation treatment of various neurodegenerative disorders and neurological diseases. There is a great clinical relevance. For example, neurodegenerative disorders and neurological disorders characterized by abnormalities in the regulation of postural reflexes, movements, and reward-related behaviors (eg Parkinson's disease, schizophrenia, and drug addiction, as well as dopaminergic neurons) Traumatic or other illnesses that cause Parkinson-like symptoms (eg, restless tremor, stiffness, immobility, and postural abnormalities such as immobility, lack of thirst, anorexia, neglect of sensation) Can be used to treat. In addition, serotonergic neurons are responsible for feeding behavior, hormone secretion, stress response, pain and immune function, sexual activity, cardiovascular function, temperature control (eg various psychiatric, neurological, and other Neurodegenerative disorders and neurological diseases characterized by abnormal regulation of diseases such as mental decline, suicide, intense aggressive behavior, compulsive behavior, eating disorders / bulimia, and schizophrenia) Can be used to treat.

別の実施形態では、本発明の開示は、神経変性障害または神経疾患を処置するために、1種類以上の神経生存因と、多能性幹細胞に由来する本発明の開示の神経前駆細胞と分化した神経細胞とを、同時投与することに関する。神経生存因子は、所望の細胞の投与に先立って、同時に、または組み合わせて、またはその後に、投与することが可能である。本明細書で用いられるように、「神経生存因子(neuronal survival factor)とは、因子が存在しない場合よりもより長時間にわたって生きるための因子と接触している神経(生体外または生体内のいずれか)を生ずる任意の物質である。本発明の治療的な実施形態で使用可能な神経生存因子は、限定されるものではないが、グリア由来神経栄養因子(GDNF)、神経増殖因子(NGF)、毛様体神経栄養因子(CDNF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、ニューロトロフィン−3(NT−3)、ニューロトロフィン−4(NT−4)、FGF、IL−1β、TNFα、インスリン様増殖因子(IGF−1、IGF−2)、さらに形質転換増殖因子β(TFG−β、TFG−β1)が挙げられる。   In another embodiment, the present disclosure provides for the differentiation of neural progenitor cells of the present disclosure derived from one or more neuronal survival factors and pluripotent stem cells to treat a neurodegenerative disorder or disease. To the co-administration of the treated neurons. Nerve survival factors can be administered prior to, simultaneously with, or in combination with, or subsequent to administration of the desired cells. As used herein, “neurosurvival factor” refers to a nerve (in vitro or in vivo) that is in contact with a factor to live for a longer period of time than in the absence of the factor. Nerve survival factors that can be used in therapeutic embodiments of the present invention include, but are not limited to, glial-derived neurotrophic factor (GDNF), nerve growth factor (NGF) Ciliary neurotrophic factor (CDNF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), neurotrophin-3 (NT-3), neurotrophin-4 (NT-4), FGF, IL-1β, TNFα, Insulin-like growth factors (IGF-1, IGF-2) and transforming growth factor β (TFG-β, TFG-β1) can be mentioned.

GDNFが胚性中脳腹面中脳ドーパミン作動性神経細胞のための生体外栄養活性を有することは、知られている(Lin et al.,1993,Science 260:1130−1132;Lin et al.,1994,J.Neurochem.63:758−768)。組み換え型ヒトGDNFもまた、生体内でドーパミン作動性線維の急激な成長を誘導(Hudson et al.,1993,Soc.Neurosci.Absir.19:652)、ラット黒質のドーパミン代謝回転を増加(Miller et al.,.,1994,Soc.Neirosci.Abstr.20:535−7)、神経細胞を6−OHDA病巣から保護して、眼内(in oculo)での黒質の組織のラット胎児移植組織の増殖および繊維形成とを増大(Stromberg et al.,1993,Exp.Neurol.124:401−412)させることを示した。BDNFは、末梢感覚ニューロン、ドーパミン作動性神経細胞、および網膜神経節のための栄養因子であり(Henderson et al.,1993,Restor.Neurol.Neurosci.5:15−28)、また生体外および生体内で正常に生ずる細胞死を防ぐことが示されている(Hofer and Barde,1988,Nature 331:161−262)。   It is known that GDNF has in vitro trophic activity for embryonic mesencephalic ventral mesencephalic dopaminergic neurons (Lin et al., 1993, Science 260: 1130-1132; Lin et al., 1994, J. Neurochem. 63: 758-768). Recombinant human GDNF also induces rapid growth of dopaminergic fibers in vivo (Hudson et al., 1993, Soc. Neurosci. Absir. 19: 652), increasing rat substantia nigra dopamine turnover (Miller) et al., 1994, Soc.Neirosci.Abstr.20: 535-7), protecting fetal neurons from 6-OHDA lesions and in vivo substantia nigra tissue rat fetal transplant Increase in growth and fiber formation (Stromberg et al., 1993, Exp. Neurol. 124: 401-412). BDNF is a trophic factor for peripheral sensory neurons, dopaminergic neurons, and retinal ganglia (Henderson et al., 1993, Restor. Neurol. Neurosci. 5: 15-28) and in vitro and live. It has been shown to prevent cell death that normally occurs in the body (Hofer and Barde, 1988, Nature 331: 161-262).

本明細書で用いられるように、用語「処置(treatment)」または「処置する(to treat)」とは、治療的処置および予防または予防的対策のことをいう。したがって、処置を必要とするものには、既に神経変性障害または神経疾患を持つもの、同様に神経変性障害または神経疾患が予防されるものが含まれる。本発明の開示の方法は、処置を必要とするいっさいの哺乳類を処置することにも用いられ、該哺乳類として、限定されるものではないが、ヒト、霊長類、および家庭、農場、ペット、またはスポーツ用の動物、例えば、イヌ、ウマ、ネコ、ヒツジ、ブタ、および牛が挙げられる。「障害(disorder)」とは、本発明の開示の神経前駆細胞、分化した神経細胞または両方の種類の細胞で処置から得られる利益を受ける任意の状態である。ドーパミン作動性神経細胞の移植の利益を受ける疾患の実施例は、不適当な姿勢反射、運動、報酬関連挙動、例えばパーキンソン病、統合失調症、および薬物嗜癖に関連している障害である。セロトニン作動性神経細胞の移植の利益を受ける障害の例は、認識、興奮、挙動、および摂食行動であり、限定されるものではないが、攻撃性、鬱(自殺行為を含む)、統合失調症、摂食障害/過食症を含む異常によって特徴づけられる。本発明の開示の細胞で処置を利益を受けることもできる他の障害は、アルツハイマー病、ハンチントン(舞踏)病、および巨大結腸である。   As used herein, the term “treatment” or “to treat” refers to therapeutic treatment and prophylactic or preventative measures. Accordingly, those in need of treatment include those already having a neurodegenerative disorder or neurological disease, as well as those in which a neurodegenerative disorder or neurological disease is prevented. The disclosed methods of the present invention can also be used to treat any mammal in need of treatment, including but not limited to humans, primates, and households, farms, pets, or Sports animals such as dogs, horses, cats, sheep, pigs, and cows. A “disorder” is any condition that would benefit from treatment with the disclosed neural progenitor cells, differentiated neural cells, or both types of cells. Examples of diseases that benefit from transplantation of dopaminergic neurons are disorders associated with inappropriate posture reflexes, exercise, reward-related behaviors such as Parkinson's disease, schizophrenia, and drug addiction. Examples of disorders that benefit from serotonergic neuron transplantation include, but are not limited to, aggression, depression (including suicide), and schizophrenia. Characterized by abnormalities, including dysphagia, eating disorders / bulimia. Other disorders that may also benefit from treatment with the cells of the present disclosure are Alzheimer's disease, Huntington's disease, and the giant colon.

本発明の開示の方法を、本発明の開示の「神経前駆細胞または分化した神経細胞」を病変部に直接移植することによって、有利に実行することができる。神経の移植および細胞培養に関する方法は、当業者に周知である(例えば、米国特許第5,514,552号;Yurek and Sladek,1990,Annu.Rev.Neurosci.13:415−440;Rosenthal,1998,Neuron 20:169−172;Vescovi et al.,1999,J.Neurotrauma 16(8):689−93;Vescovi et al.,.,1999,Exp.Neuro.156(1):71−83;Brustle et al.,.,1999,Science 285:754−56;各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。一実施形態では、本発明の開示のドーパミン作動性神経細胞は、パーキンソン病に罹っている患者の黒質または線条体に移植してもよい。細胞は、単独で、または他の因子(例えば、神経生存因子)と組み合わせて送達してもよく、また医薬的に許容されるベヒクルとともに送達してもよい。理想的には、そのようなベヒクルは、細胞の安定性および送達特性を高める。   The disclosed method of the present invention can be advantageously carried out by transplanting the “neural progenitor cells or differentiated neurons” of the present disclosure directly into the lesion. Methods relating to nerve transplantation and cell culture are well known to those skilled in the art (eg, US Pat. No. 5,514,552; Yurek and Sladek, 1990, Annu. Rev. Neurosci. 13: 415-440; Rosenthal, 1998). , Neuron 20: 169-172; Veskovi et al., 1999, J. Neurotrauma 16 (8): 689-93; Veskovi et al., 1999, Exp. Neuro. 156 (1): 71-83; et al., 1999, Science 285: 754-56; the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification). In one embodiment, the disclosed dopaminergic neurons may be transplanted into the substantia nigra or striatum of a patient suffering from Parkinson's disease. The cells may be delivered alone or in combination with other factors (eg, nerve survival factors) and may be delivered with a pharmaceutically acceptable vehicle. Ideally, such a vehicle enhances cell stability and delivery properties.

本発明の開示はまた、適当なビヒクル(リポソーム、微小粒子、またはマイクロカプセル)を使用して投与される細胞を含む医薬組成物も提供する。本発明の開示の細胞を、医薬組成物の形態で供給することも可能であり、該組成物は、等張性の賦形剤を含み、ヒト投与にとって十分に無菌である状態で調製した。細胞組成物の医薬の製剤の一般的な原理は、Cell Therapy:Stem Cell Transplantation,Gene Therapy,and Celllular Immunotherapy,G.Morstyn & W.Sheridan eds,Cambrigge University Press,1966,およびHemmatopoietic Stem Cell Therapy,E.,Ball.J.Lister & P.Law,Churchill Livingstone,2000(各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)に見いだせる。その上、処置を必要とする領域に局在的に神経生存因子を含んでいる医薬組成物を投与することは、好ましいと考えられ、例えば、手術中の局所点滴、注射、カテーテル手段、またはインプラント手段によって達成可能である。そのようなインプラントは、多孔性、非多孔性、もしくはゼリー状の材料であり、例えば膜(例えば、サイラスティック膜または線維)であり得る。   The present disclosure also provides a pharmaceutical composition comprising cells administered using a suitable vehicle (liposome, microparticle, or microcapsule). The cells of the present disclosure can also be supplied in the form of a pharmaceutical composition, which contains an isotonic excipient and is prepared to be sufficiently sterile for human administration. The general principles of pharmaceutical formulations of cell compositions are described in Cell Therapy: Stem Cell Transplantation, Gene Therapy, and Cellular Immunotherapy, G. et al. Morstyn & W. Sheridan eds, Cambridge University Press, 1966, and Hematopoietic Stem Cell Therapy, E .; Ball. J. et al. Lister & P. Law, Churchill Livingstone, 2000, the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification. Moreover, it may be preferable to administer a pharmaceutical composition containing a nerve survival factor locally in the area in need of treatment, e.g., local infusion during surgery, injection, catheter means, or implant It can be achieved by means. Such implants are porous, non-porous, or jelly-like materials and can be, for example, membranes (eg, silastic membranes or fibers).

本発明の開示の神経前駆細胞および分化した神経細胞は、実質的に同種、ほとんど同種、または不均一な細胞集団のいずれかに対して、被検体に移植することができる。実質的に同種の細胞集団は、75%を上回る単細胞型、例えばドーパミン作動性またはセロトニン作動性神経細胞、より好ましくは約90%、最も好ましくは95%ないし99%である。異質細胞集団は、ドーパミン作動性神経細胞、セロトニン作動性神経細胞、シュワン細胞、オリゴデンドロサイト、星状細胞、GABA神経細胞、およびグリア細胞等の単一の細胞集団、例えば混合された2種類以上の細胞種からなる。上記細胞もまた、当業者に周知の方法によって遺伝的に改変することが可能であり、それによって脳、中枢神経系、末梢神経系、または他の組織の損傷部位で、栄養因子、増殖因子、神経生存因子、または他の治療的化合物が発現または放出される。タンパク質発現のためのプロモータと細胞型組合せの使用は、通常、分子生物学の当業者に知られており、例えば、Sambrook,et al.,1989,Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd Ed.Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY,を参照せよ(各々の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。 The neural progenitor cells and differentiated neural cells of the present disclosure can be transplanted into a subject for either substantially allogeneic, almost allogeneic, or heterogeneous cell populations. The substantially allogeneic cell population is greater than 75% single cell type, such as dopaminergic or serotonergic neurons, more preferably about 90%, most preferably 95% to 99%. A heterogeneous cell population is a single cell population such as dopaminergic neurons, serotonergic neurons, Schwann cells, oligodendrocytes, astrocytes, GABA neurons, and glial cells, eg, two or more mixed types Cell types. The cells can also be genetically modified by methods well known to those skilled in the art so that trophic factors, growth factors, at the site of damage to the brain, central nervous system, peripheral nervous system, or other tissues, Nerve survival factors, or other therapeutic compounds are expressed or released. The use of promoter and cell type combinations for protein expression is generally known to those skilled in the art of molecular biology, see, for example, Sambrook, et al. , 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2 nd Ed. See Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, the contents of each of which are specifically incorporated as part of this specification.

本発明の開示の神経前駆細胞および分化した神経細胞において、栄養因子、増殖因子、神経生存因子、または他の治療的な化合物の発現を達成するために、適当な調節要素は種々の供給源に由来することができ、当業者によって容易に選択される。調節要素の例として、転写プロモーター、エンハンサー、RNAポリメラーゼ結合配列が挙げられ、同様に翻訳開始シグナルを含むリボソーム結合配列も挙げられる。他の付加的な遺伝因子、例えば選択可能なマーカーまた、組み換え分子に組み込むことができる。生体外送達ビヒクルまたは生体内技術を用いて、組換え分子を多能性の幹細胞、または多能性幹細胞由来神経前駆細胞もしくは分化した神経細胞に導入することができる。送達技術の例として、レトロウイルスベクター、アデノウイルス・ベクター、DNAウイルス・ベクター、リポソーム、物理的技術(例えば、マイクロインジェクション、電気穿孔法、またはリン酸カルシウム沈殿)、あるいは組換え型の細胞をつくる転移のための当業者に公知の他の方法が挙げられる。遺伝子組換細胞はミクロスフェアにカプセル化することができ、疾患に罹った組織または傷害を負った組織内に、または近くに移植することができる。用いたプロトコールは、当業者に周知のものであり、例えば、Ausubel et al.,Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley & Sons,New York,N.Y.,1997,に見いだせる(この内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。   In order to achieve expression of trophic factors, growth factors, neural survival factors, or other therapeutic compounds in the neural progenitors and differentiated neurons of the present disclosure, suitable regulatory elements are available in various sources. Can be derived and easily selected by those skilled in the art. Examples of regulatory elements include transcription promoters, enhancers, RNA polymerase binding sequences, as well as ribosome binding sequences that include a translation initiation signal. Other additional genetic factors, such as selectable markers, can also be incorporated into the recombinant molecule. Recombinant molecules can be introduced into pluripotent stem cells, or pluripotent stem cell-derived neural progenitor cells or differentiated neurons using in vitro delivery vehicles or in vivo techniques. Examples of delivery techniques include retroviral vectors, adenoviral vectors, DNA viral vectors, liposomes, physical techniques (eg, microinjection, electroporation, or calcium phosphate precipitation), or metastasis to create recombinant cells Other methods known to those skilled in the art may be mentioned. Genetically modified cells can be encapsulated in microspheres and transplanted into or near diseased or damaged tissue. The protocols used are well known to those skilled in the art and are described, for example, in Ausubel et al. , Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N .; Y. 1997, the contents of which are specifically incorporated as part of this specification.

パーキンソン病に罹った患者での神経移植を伴う臨床実験を、脳損傷部位に対する胎児胚神経細胞またはパラニューロン組織移植片のレシピエントとしてパーキンソン症候群の種々の動物モデルを使用することによって、おこなった。胎児ドーパミン作動性神経細胞移植片による動物実験では、そのような移植片はドーパミン作用欠損を覆すことができ、黒質線状体ドーパミン作動系の実験的な病巣で、動物で運動機能を修復することができた。例えば、14〜16日齢の胚から得た通常の中脳細胞は、免疫抑制の処置なしで同種移植片または異種移植片として、妊娠後期の提供者から採取したものよりも、有利に用いられた(Yurek and Sladek,1990,Annu.Rev.Neurosci.13:415−440)。面白いことに、これらの齢は、ドーパミン作動性神経細胞がそれらの最終的な細胞分裂を受ける在胎齢に対応する(Lauder and Bloom,1974,J.Comp.Neurol.155:469−82)。胚中脳組織の固体移植片を、移植のために細胞懸濁液中に解離することができる。しかし、典型的な懸濁液の生存率は、約10%の移植ドーパミン作動性神経細胞に限られていた(Brudin et al.,1987,Ann.N.Y.Acad.Sci.495:473−96)。胚中脳組織がドーパミン作動性神経細胞の純粋な供給源ではないので、全生存細胞のたったの約0.1〜1.0%が生き残っているドーパミン作動性神経細胞であり、解離した中脳細胞の任意の移植片は、好ましくは、効果的にドーパミン作動性の損失を補償するために、好ましくは最低100,000〜150,000の生細胞を含む。   Clinical experiments involving nerve transplantation in patients with Parkinson's disease were performed by using various animal models of Parkinson's syndrome as recipients of fetal embryonic nerve cells or paraneuron tissue grafts to the site of brain injury. In animal experiments with fetal dopaminergic neuronal grafts, such grafts can reverse dopaminergic deficits and restore locomotor function in animals in experimental lesions of the nigrostriatal dopaminergic system I was able to. For example, normal mesencephalic cells obtained from 14-16 day old embryos are advantageously used as allografts or xenografts without immunosuppressive treatment, rather than those collected from late pregnancy donors. (Yurek and Sladek, 1990, Annu. Rev. Neurosci. 13: 415-440). Interestingly, these ages correspond to the gestational age at which dopaminergic neurons undergo their final cell division (Lauder and Bloom, 1974, J. Comp. Neurol. 155: 469-82). Solid grafts of embryonic mesencephalic tissue can be dissociated into cell suspension for transplantation. However, the typical suspension viability was limited to about 10% of transplanted dopaminergic neurons (Brudin et al., 1987, Ann. NY Acad. Sci. 495: 473). 96). Since embryonic mesencephalic tissue is not a pure source of dopaminergic neurons, only about 0.1-1.0% of all viable cells are surviving dopaminergic neurons and dissociated midbrain. Any graft of cells preferably contains a minimum of 100,000 to 150,000 live cells, in order to effectively compensate for the loss of dopaminergic activity.

好ましくは、本発明の開示の細胞移植組織治療も、移植手術での使用のために、例えば低温保存法による長期貯蔵または保存培地での短期間貯蔵のために、神経前駆細胞と分化した神経細胞とを保存および貯蔵するためのいくつかの手段を取り込む。凍結保存された胚中脳の組織は最高70日間うまく貯蔵でき、齧歯動物で同種移植片として移植できた(Collier et al.,.,Progress in Brain Research,Vol.78,New York,Elsevier(1988),pp.631−36,specifically incorporated herein by reference) and 霊長類(Collier et al.,1987,Brain Res.436:363−66,この内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。胚中脳細胞を低温保存後に、うまく培養できることが証明された。4℃の保存培地で短期(2−5日)中脳の組織を保存することもでき、それに続いて新鮮な組織のものと類似した生存移植片体積によって移植される(Sauer et al.,.1989,Restor.Neurol.Neurosci.(Suppl.:3.sup.rd Int..Symp.Neural Tranplan.):56、この内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する)。   Preferably, the cell transplant tissue treatment of the present disclosure is also differentiated from neural progenitor cells for use in transplantation surgery, eg, long-term storage by cryopreservation methods or short-term storage in preservation media Incorporate several means for storing and storing Cryopreserved embryonic mesencephalic tissue can be successfully stored for up to 70 days and can be transplanted as an allograft in rodents (Collier et al., Progress in Brain Research, Vol. 78, New York, Elsevier ( 1988), pp. 631-36, specifically incorporated herein by reference and primates (Collier et al., 1987, Brain Res. 436: 363-66, the contents of which are specifically incorporated herein. ). It has been demonstrated that embryonic mesencephalic cells can be successfully cultured after cryopreservation. Short-term (2-5 days) midbrain tissue can also be stored in 4 ° C. storage medium, which is then transplanted with a viable graft volume similar to that of fresh tissue (Sauer et al.,. 1989, Restor.Neurol.Neurosci. (Suppl.:3.sup.rd Int..Symp.NeuralTranplan.): 56, the contents of which are specifically incorporated as part of this specification).

移植片植込と移植片が線条体を神経再支配する範囲とが、ともに中脳線条体系ドーパミン作動系の機能的な回復にとって重要な要素である。一側性にドーパミン作動性神経を除去された動物では、皮質配置ドーパミン作動性移植片で運動非対称性の減少がみられたが、感覚神経ネグレクトに対してほとんど効果がみられない(Bjorklund et al.,1980,Brain Res.199:307−33;Dunnett et al.,1981,Brain Res.215:147−61)。対照的に、両側性にドーパミン作動性神経を除去された動物動物で横方向線条体付近に置かれる黒質の移植片は感覚損傷を修復した(Dunnett et al.,1983,Acta Physiol.Scan.Suppl.522:39−47)。側坐核は、ドーパミン作動性移植片によって神経再支配される場合のみ、両側性に障害を起こす動物の運動不能症の反転が観察される(Nadaud et al.,1984,Brain Res.304:137−41)。   Both graft implantation and the extent to which the graft re-innervates the striatum are important factors for the functional recovery of the mesencephalic system dopaminergic system. In animals with unilaterally removed dopaminergic nerves, cortically placed dopaminergic grafts showed reduced motor asymmetry but had little effect on sensory nerve neglect (Bjorkland et al , 1980, Brain Res. 199: 307-33; Dunnett et al., 1981, Brain Res. 215: 147-61). In contrast, a substantia nigra graft placed in the lateral striatum in an animal with bilaterally removed dopaminergic nerves repaired sensory damage (Dunnett et al., 1983, Acta Physiol. Scan). Suppl.522: 39-47). Only when the nucleus accumbens is reinnervated by dopaminergic grafts, reversal of immobility in bilaterally impaired animals is observed (Nadaud et al., 1984, Brain Res. 304: 137). -41).

ドーパミン作動性移植片のための移植部位が脳室の領域近傍にしばしば存在する一方で、移植片生存を与えるために、それらの領域の良好な脳脊髄液(CSF)環境のため、パーキンソン病のドーパミン作動性変質の程度は、尾状核よりも被殻で、より明白である。被殻のドーパミン・レベルは、尾状核でより低く、しばしば10〜15%である(Bemhiemer et al.,J.Neurol.Sci.20:415−55;Nyberg et al.,.,1983,Neurochem.Pathol.1:93−202)。その上、尾被殻は、吻被殻よりドーパミン作動性−神経細胞がより激しく減少する(Kish et at,1986,Ann.Neurol.20:26−31)。線条体の2つの構成要素(尾状核と被殻)のうち、被殻は皮質性の視床の被殻経路を経て、大部分の運動入力を受ける(DeLong & Georgopoulos,1983,Handbook of Physiology,Section 1:The Nervous System,Vol.2,ed.Brookhard,Mountcastle,Geiger,pp.1017−61,Bethesda,Md.:Am.Physiol.Soc.)。したがって、被殻はパーキンソン病に伴う運動不全を標的にしているドーパミン作動性移植片のためのより有利な部位であると考えられる。   While transplant sites for dopaminergic grafts often exist near the area of the ventricle, because of the good cerebrospinal fluid (CSF) environment of those areas to provide graft survival, Parkinson's disease The degree of dopaminergic alteration is more evident in the putamen than in the caudate nucleus. Putamen dopamine levels are lower in the caudate nucleus, often 10-15% (Bemheimer et al., J. Neurol. Sci. 20: 415-55; Nyberg et al.,., 1983, Neurochem. Pathol. 1: 93-202). Moreover, the tail putamen has a more severe reduction in dopaminergic-neuronal cells than the snout putamen (Kish et at, 1986, Ann. Neurol. 20: 26-31). Of the two components of the striatum (the caudate nucleus and the putamen), the putamen undergoes most motor inputs via the cortical thalamic putamen (DeLong & Georgepoulos, 1983, Handbook of Physiology). , Section 1: The Nervous System, Vol.2, ed.Brookhard, Mountcastle, Geiger, pp. 1017-61, Bethesda, Md .: Am.Physiol.Soc.). Thus, the putamen are considered to be a more advantageous site for dopaminergic grafts targeting the dyskinetics associated with Parkinson's disease.

本明細書中に記載される神経前駆細胞および分化した神経細胞は、化合物(例えば医薬化合物、溶媒、小分子、ペプチド、またはポリヌクレオチド)をスクリーニングする際に、また同様に、表現型またはこれらの細胞の特徴に影響を及ぼす培養条件または操作のような環境要因に関しても同様に用いることもできる。加えて、これらの細胞は、候補増殖因子または分化因子を評価する際に用いることができる。例えば、単独でまたは他の薬剤と組み合わせて、候補医薬化合物を、神経前駆細胞または成熟した神経細胞に加えることができ、細胞の形態学、表現型または機能的な活性のいかなる変化でも、査定および評価をおこなうことができる。   Neural progenitor cells and differentiated neural cells described herein can be used to screen compounds (eg, pharmaceutical compounds, solvents, small molecules, peptides, or polynucleotides), as well as phenotypes or these The same can be used for environmental factors such as culture conditions or operations that affect cell characteristics. In addition, these cells can be used in evaluating candidate growth factors or differentiation factors. For example, a candidate pharmaceutical compound can be added to neural progenitor cells or mature neurons, alone or in combination with other agents, and any changes in cell morphology, phenotype or functional activity can be assessed and Evaluation can be performed.

加えて、本明細書中に記載される神経前駆細胞と分化した神経細胞を、分化のいかなる段階でも、さらに修正することができる。例えば、一時的現象または安定した方法では、これらの細胞は、単一または複数の遺伝子組み換えを有するように遺伝子改変してもよい。これらの細胞の遺伝子の変更は、多くの理由から必要であると考えられ、例えば、遺伝子治療のために修飾された細胞を提供すること、あるいは移植または植え込みのために組織を置き換えることである。本発明の開示の細胞は、当業者に周知である神経特異的プロモーターの制御下で選択可能なマーカーを発現するベクターの導入を介して遺伝的に修復することができる。これらの細胞もまた、任意の段階で修飾を受けて、多能性幹細胞由来の分化細胞をさらに生成するために用いることができ、あるいは特定の細胞系統に分化を誘導することができるある種のマーカーまたは遺伝子を発現するものであってもよい。これらの細胞を、移植後の免疫拒絶を減少または防止するように修飾することもできる(すなわち、予定される移植者との組織適合性)。   In addition, the neural progenitor cells and differentiated neurons described herein can be further modified at any stage of differentiation. For example, in a transient or stable manner, these cells may be genetically modified to have single or multiple genetic recombination. Altering the genes of these cells may be necessary for a number of reasons, such as providing modified cells for gene therapy or replacing tissues for transplantation or implantation. The cells of the present disclosure can be genetically repaired through the introduction of a vector that expresses a selectable marker under the control of a neuron-specific promoter well known to those skilled in the art. These cells can also be modified at any stage and used to further generate differentiated cells derived from pluripotent stem cells, or certain types that can induce differentiation into specific cell lineages. It may be one that expresses a marker or gene. These cells can also be modified to reduce or prevent immune rejection after transplantation (ie, histocompatibility with the intended transplanter).

本発明の開示を用いて生ずる細胞の複製能力を増加させるために、これらの細胞を、適当なベクターで遺伝的に変えることによってテロメライズすることで、テロメラーゼ触媒構成要素(TERT)が発現される。使用されるTERT配列は、他の哺乳類の種と同様に、ヒトまたはマウス(WO 98/14592およびWO 99/27113、特に本明細書に援用する)に由来する。あるいは、内因性TERT遺伝子の転写を、増加させることができる。遺伝的に細胞を修正する際に用いられる方法は、当業者に周知である。これらの方法は、種々の分子生物学的技術を利用するもので、その多くは一般にSambrook,et al.,1989,Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd Ed.Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY に記載されており、この文献の内容を特に本明細書の一部を構成するものとして援用する。 In order to increase the replication capacity of the cells generated using the present disclosure, the telomerase catalytic component (TERT) is expressed by telomerizing these cells by genetic modification with an appropriate vector. The TERT sequences used are derived from humans or mice (WO 98/14592 and WO 99/27113, specifically incorporated herein), as well as other mammalian species. Alternatively, transcription of the endogenous TERT gene can be increased. Methods used in genetically modifying cells are well known to those skilled in the art. These methods utilize a variety of molecular biological techniques, many of which are generally described in Sambrook, et al. , 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2 nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, the contents of which are specifically incorporated as part of this specification.

当業者によって理解されるべきことは、以下の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すために包含される。以下の実施例に開示される技術は、本発明者によって発見された技術を表すもので、本発明の実務を十分に機能させるためのもので、その実施にとって好ましい修飾を構成するものと考えることができる。しかし、当業者は、本発明の開示の観点から、多くの変更が、開示された特定の実施形態に加えることができ、さらに本発明の精神および範囲から逸脱することなく類似または同様の結果がなおも得られることは、当業者に理解される。   It should be understood by those skilled in the art that the following examples are included to demonstrate preferred embodiments of the invention. The technology disclosed in the following examples represents the technology discovered by the present inventor and is intended to fully function the practice of the present invention and constitutes a preferred modification for its implementation. Can do. However, one of ordinary skill in the art appreciates that many changes can be made in the particular embodiments disclosed and that similar or similar results can be obtained without departing from the spirit and scope of the invention in light of the present disclosure. It will be appreciated by those skilled in the art that it can still be obtained.

実施例1
以下の実施例は、本発明開示の出願人がヒト胚幹細胞からの機能的ドーパミン作動性神経細胞および セロトニン作動性神経細胞の誘導を説明する。
(1)ヒト胚幹細胞
まずはじめに、ヒトES細胞を、ヒト胚盤胞の内細胞塊から単離した。ヒト多能性ES細胞を、胚盤胞の試験的使用のために個体患者から同意を得た後に、過剰なヒト胚盤胞から誘導した。本明細書中に使用されるヒトES細胞系は、米国特許出願第10/226,711号に開示されるように、新規レーザー・アブレーション法を使用しているヒト胚盤胞の内細胞塊の細胞から誘導した。手短に言うと、透明帯、栄養外胚葉、および内細胞塊を有しているヒト胚盤胞を単離し、1.48μmの非接触型ダイオードレーザーを用いて、ヒト胚盤胞の透明体と栄養外胚葉を通る開口(アパーチャー)を形成した。次に、吸引ピペットを開口を通して導入して吸引によって内細胞塊の細胞を単離していた。これらの細胞を続いて、マイトマイシンC処理マウス支持細胞含有ES培地を有する0.1%ゼラチン化プレート上で培養し、内細胞塊由来の細胞塊を形成した。ES細胞培地は、ダルベッコ改質EaglES培地(DMEM)またはノックアウトDMEM(Gibco)からなるもので、10〜20%ES細胞制限ウシ胎仔血清(FCS)(Hyclone)または血清置換ノックアウト血清(ギブコ)、1%のMEM非必須アミノ酸溶液、2mMのL−グルタミン、0.1mMβ−メルカプトエタノール、4ng/mlの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)(Sigma)、50U/mlのペニシリン、および50μg/mlストレプトマイシンを補った。これらの内細胞塊から誘導した細胞塊を解離し、マウス支持細胞層含有ES培地で再び平板培養し、それをヒトES細胞系を誘導するために用いる。
Example 1
The following examples illustrate the induction of functional dopaminergic and serotonergic neurons from human embryonic stem cells by the applicant of the present disclosure.
(1) Human embryonic stem cells First, human ES cells were isolated from the inner cell mass of human blastocysts. Human pluripotent ES cells were derived from excess human blastocysts after obtaining consent from individual patients for the experimental use of blastocysts. The human ES cell line used herein is a human blastocyst inner cell mass using a novel laser ablation method as disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 226,711. Derived from cells. Briefly, human blastocysts with zona pellucida, trophectoderm, and inner cell mass were isolated and a 1.48 μm non-contact diode laser was used to An opening through the trophectoderm was formed. Next, a suction pipette was introduced through the opening, and the cells of the inner cell mass were isolated by suction. These cells were then cultured on 0.1% gelatinized plates with ES medium containing mitomycin C-treated mouse feeder cells to form a cell mass derived from the inner cell mass. ES cell medium consists of Dulbecco's modified EglES medium (DMEM) or knockout DMEM (Gibco), 10-20% ES cell restricted fetal calf serum (FCS) (Hyclone) or serum replacement knockout serum (Gibco), 1 % MEM non-essential amino acid solution, 2 mM L-glutamine, 0.1 mM β-mercaptoethanol, 4 ng / ml basic fibroblast growth factor (bFGF) (Sigma), 50 U / ml penicillin, and 50 μg / ml streptomycin Made up. The cell mass derived from these inner cell masses is dissociated and re-plated in an ES medium containing a mouse feeder cell layer, which is used to induce a human ES cell line.

形態学的に、誘導したヒトES細胞は、高い核/細胞質比率を有しており、細胞表面マーカー(例えば、SSEA−1、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60で、TRA−1−81、OCT−4、アルカリ性ホスファターゼ、テロメラーゼ、核型分析、CD−30、クリプト−1、GCNF、c−キット、およびCD−90)で特徴づけられた。
(2)ヒト胚幹細胞の培養および発現
ヒトES細胞を培養し、凍結ストックから標準増殖条件下で増殖させた。凍結ストック・バイアルから得た未分化のヒトES細胞をLIF含有ES培地に再懸濁した。ES細胞培地は、ダルベッコ改質EaglES培地(DMEM)からなり、20%ES細胞制限胎仔ウシ血清(FBS)(Hyclone)、1%の非必須アミノ酸(NEAA)溶液、2mMのL−グルタミン、0.1mMβ−メルカプトエタノール、50U/mlのペニシリン、および1,000U/mLのLIFを補った。細胞をペレット化して、ES培地を用いて、ゲラチン被覆プラスチック培養皿上のマウス支持細胞層に、平板培養した。高グルコースのDMEMからなり、10〜20%FCS、2mML−グルタミン酸、1%MEM非必須アミノ酸溶液、0.1mMβ−メルカプトエタノール、50U/mlペニシリン、50μg/mlストレプトマイシン、1,000U/mlLIF、および4ng/mlbFGFを補ったES細胞培地からなり、Thomson et al.,1998,Science 282:1145−1147;Shamblott et al.,1998.Proc.Natl.Acad.Sci.USA.95:13726−13731;およびReubinoff et al.,2000.Nature Biotech.18:399−403 に記載された方法にもとづく。
Morphologically, induced human ES cells have a high nucleus / cytoplasm ratio and are cell surface markers (eg, SSEA-1, SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA- 1-81, OCT-4, alkaline phosphatase, telomerase, karyotype analysis, CD-30, crypto-1, GCNF, c-kit, and CD-90).
(2) Culture and expression of human embryonic stem cells Human ES cells were cultured and grown from frozen stocks under standard growth conditions. Undifferentiated human ES cells obtained from frozen stock vials were resuspended in ES medium containing LIF. The ES cell medium consists of Dulbecco's modified Eaglel medium (DMEM), 20% ES cell restricted fetal bovine serum (FBS) (Hyclone), 1% non-essential amino acid (NEAA) solution, 2 mM L-glutamine, 0. Supplemented with 1 mM β-mercaptoethanol, 50 U / ml penicillin, and 1,000 U / mL LIF. Cells were pelleted and plated on mouse feeder cell layers on gelatin-coated plastic culture dishes using ES medium. Composed of high glucose DMEM, 10-20% FCS, 2 mM L-glutamic acid, 1% MEM non-essential amino acid solution, 0.1 mM β-mercaptoethanol, 50 U / ml penicillin, 50 μg / ml streptomycin, 1,000 U / ml LIF, and 4 ng / MlbFGF supplemented with ES cell medium, Thomson et al. , 1998, Science 282: 1145-1147; Shamblott et al. 1998. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95: 13726-13731; and Rebinoff et al. 2000. Nature Biotech. 18: 399-403.

ヒトES細胞を培養することで増殖させ、定期的にES細胞を継代して分化を阻害した。ES細胞を、最初に該細胞をCa++およびMg++を含まないダルベッコのリン酸緩衝液で10秒間洗い、つぎに該細胞を0.05%トリプシンで5秒処理することで、継代をおこなった。5秒後、トリプシンのアッセイを血清含有ES培地によって阻害した。つぎに、細胞をスクラップして破壊し、小さなクラスターにした。クラスターを2枚の0.1%ゼラチン被覆100mmペトリ皿(上記したように、LIFおよびbFGFを含むES培地に含まれる支持細胞によって被覆)に植え付けした。細胞を4〜6日間、増殖させた。
(3)胚様体の生成
未分化ヒトES細胞を増殖して増やした後、該細胞を培養して胚様体を形成した。最初に、ES細胞を0.05%トリプシン−EDTAで分離した後、スクラップして細胞を小さなクラスターに破壊した。次に、これらのクラスターを約1x10細胞/mlで、支持細胞が無い細菌学的皿上に植え付けた。使用した細菌学的皿は、付着を阻む非粘着性の表面を有することから、ES細胞の分化および胚様体形成を刺激する。これらの細胞をLIFおよびbFGFを含まないES培地での懸濁培養として培養した。これらの細胞を培養するために使用したES培地は、高グルコースのDMEMまたはノックアウトDMEMであり、10〜20%FCSまたはノックアウト血清置換、同様に他のサプリメント(例えば、β−メルカプトエタノール、L−グルタミン酸、および抗体)で補われている。bFGFはいっさいES培地に加えられていない。胚様体を4〜8日間増殖させた。この時間のあいだ、ES培地は、沈殿法により2日毎に変えられた。この沈殿法は、凝集体の懸濁液を遠心管に移し、凝集体を遠心管の底に沈殿させ、培地を吸引し、さらにそれを新鮮な培地に置き換えた。新鮮な培地に含まれる凝集体をつぎに培養皿に移した。4〜8日後、胚様体を回収し、低速で遠心し、さらにES細胞培地に再懸濁した。約20〜30の胚様体を、LIF無しの0.1%ゲラチン含有ES培地で被覆された組織培養プレート上に植え付け、さらに24時間インキュベートした。
(4)ネスチン陽性神経前駆体の選択および増殖
24時間後に、ネスチン陽性細胞(神経前駆細胞)はITSFn(ネスチン選択)無血清defined培地でES培地にとって代わることによって選択された。
24時間後、ネスチン陽性細胞(神経前駆細胞)を、ES培地の代わりにITSFn(ネスチン選択)無血清合成培地を用いることで、選択した。ITSFn培地は、DMEM:F12培地(Gibco)からなり、増殖因子インスリン(5〜25μg/ml)(Sigma)、亜セレン酸ナトリウム(10〜50nM)(Sigma)、トランスフェリン(1〜10gg/ml)(Gibco)、およびフィブロネクチン(1〜5μg/ml)で補った。
この培地はネスチン陽性細胞の選択を可能とし、2日毎に補充しているITSFn培地で、6〜10日間、通常8〜9日日にわたって実行した。選択が完了した後、上記神経前駆細胞を、免疫蛍光技術を用いてネクチン発現について特徴づけた。その結果、約95%の細胞がネクチンを発現した(図1A)。
Human ES cells were grown by culturing, and ES cells were periodically passaged to inhibit differentiation. ES cells were passaged by first washing the cells with Dulbecco's phosphate buffer without Ca ++ and Mg ++ for 10 seconds and then treating the cells with 0.05% trypsin for 5 seconds. It was. After 5 seconds, trypsin assay was inhibited by serum-containing ES medium. Next, the cells were scrapped and destroyed into small clusters. The clusters were seeded in two 0.1% gelatin coated 100 mm Petri dishes (covered with feeder cells contained in ES medium containing LIF and bFGF as described above). Cells were grown for 4-6 days.
(3) Generation of embryoid bodies Undifferentiated human ES cells were expanded and expanded, and then the cells were cultured to form embryoid bodies. First, ES cells were separated with 0.05% trypsin-EDTA and then scraped to break the cells into small clusters. These clusters were then seeded at about 1 × 10 5 cells / ml on bacteriological dishes without feeder cells. The bacteriological dish used has a non-sticky surface that prevents attachment, thus stimulating ES cell differentiation and embryoid body formation. These cells were cultured as suspension cultures in ES medium without LIF and bFGF. The ES medium used to culture these cells is high glucose DMEM or knockout DMEM, 10-20% FCS or knockout serum replacement, as well as other supplements (eg, β-mercaptoethanol, L-glutamic acid). , And antibodies). No bFGF has been added to the ES medium. Embryoid bodies were grown for 4-8 days. During this time, the ES medium was changed every 2 days by the precipitation method. In this precipitation method, the suspension of aggregates was transferred to a centrifuge tube, the aggregates were allowed to settle to the bottom of the centrifuge tube, the medium was aspirated, and it was replaced with fresh medium. Aggregates contained in fresh medium were then transferred to culture dishes. After 4-8 days, embryoid bodies were collected, centrifuged at low speed, and resuspended in ES cell medium. About 20-30 embryoid bodies were seeded on tissue culture plates coated with 0.1% gelatin-containing ES medium without LIF and incubated for an additional 24 hours.
(4) Selection and proliferation of nestin positive neural progenitors After 24 hours, nestin positive cells (neural progenitor cells) were selected by replacing ES medium with ITSFn (nestin selected) serum-free defined medium.
After 24 hours, nestin positive cells (neural progenitor cells) were selected by using ITSFn (nestin selection) serum-free synthetic medium instead of ES medium. ITSFn medium consists of DMEM: F12 medium (Gibco), growth factor insulin (5-25 μg / ml) (Sigma), sodium selenite (10-50 nM) (Sigma), transferrin (1-10 gg / ml) ( Gibco) and fibronectin (1-5 μg / ml).
This medium allowed selection of nestin positive cells and was performed on an ITSFn medium supplemented every 2 days for 6-10 days, usually 8-9 days. After selection was complete, the neural progenitor cells were characterized for nectin expression using immunofluorescence techniques. As a result, about 95% of cells expressed nectin (FIG. 1A).

ネスチン陽性細胞を続いて増殖させ、神経細胞接着分子(NCAM)陽性細胞をエンリッチするために磁気細胞分離(MACS)を使用して選別した。
(5)磁気選別によるNCAM陽性細胞の選別
次に、神経細胞接着分子(NCAM)陽性細胞をエンリッチするために、ネスチン陽性細胞を単離して増殖あるいは磁気細胞分離(MACS)かけた。NCAMは、神経細胞特異的表面マーカーである。NCAMを使用してMACSによるネスチン陽性細胞を選別するために、ネスチン陽性細胞を最初に組織培養細胞から、0.05%トリプシン−EDTAでインキュベートすることによって、組織培養プレートから収集した。次に、分離した生細胞をPBSで洗い、表面マーカーMCAMに対する抗体(Chemicon)で30分間染色した。次に、細胞をMACSゴースト抗ウサギIgGマイクロビーズ(Miltenyi Biotec)で15分間インキュベートした。細胞をPBSで注意深く洗った後、磁気選別にかけた。細胞を選別するために、磁気標識細胞懸濁液(ほぼ2x10細胞)をピペットでMACS MS分離カラム(Miltenyi Biotec)に載せ、細胞を該カラムに流し、溶出液(負の分画)を回収した。NCAM陽性細胞による溶出で回収した。
Nestin positive cells were subsequently expanded and sorted using magnetic cell separation (MACS) to enrich for neural cell adhesion molecule (NCAM) positive cells.
(5) Selection of NCAM positive cells by magnetic selection Next, in order to enrich the neural cell adhesion molecule (NCAM) positive cells, nestin positive cells were isolated and subjected to proliferation or magnetic cell separation (MACS). NCAM is a nerve cell specific surface marker. To sort nestin positive cells by MACS using NCAM, nestin positive cells were collected from tissue culture plates by first incubating with 0.05% trypsin-EDTA. Next, the separated living cells were washed with PBS and stained with an antibody against the surface marker MCAM (Chemicon) for 30 minutes. Cells were then incubated with MACS ghost anti-rabbit IgG microbeads (Miltenyi Biotec) for 15 minutes. Cells were carefully washed with PBS and subjected to magnetic sorting. To sort cells, pipette a magnetically labeled cell suspension (approximately 2 × 10 8 cells) onto a MACS MS separation column (Miltenyi Biotec), flow the cells through the column, and collect the eluate (negative fraction) did. Recovered by elution with NCAM positive cells.

免疫選別前に、ネスチン陽性細胞をFACSで分析し、約50〜60%が神経表面マーカーNCAMを発現した(図2Aおよび図2B)。MACSによる免疫選別後、生存可能なネスチン陽性細胞の集団を、約80〜85%までエンリッチした(図3Aおよび3B)。   Prior to immunosorting, nestin positive cells were analyzed by FACS and approximately 50-60% expressed the neurological surface marker NCAM (FIGS. 2A and 2B). Following immunosorting by MACS, the viable population of nestin positive cells was enriched to approximately 80-85% (FIGS. 3A and 3B).

(6)NCAM陽性神経前駆細胞の増殖:
単離NCAM陽性細胞を、0.05%トリプシン−EDTAで最初に分離し、次に該細胞を増殖培地を含んだポリ−L−オルニチン/ラミニン被覆プレートに植え付けた。このようにNCAM陽性細胞を培養することで、増殖培地でより良好な粘着および増殖がおこなわれる。増殖培地は、DME:F12、インスリン(10〜100μg/ml)、亜セレン酸ナトリウム(10〜50nM)、トランスフェリン(1−10mg/ml)、プトレッシン(50〜200μM)、プロゲステロン(5−40nM)、およびラミニン(10〜50μg/ml)を含有した。2種類以上の増殖因子、例えばbFGF(10〜50ng/ml)、EGF(10〜50ng/ml)、BDNF(50〜200ng/ml)、FGF−8(50〜200ng/ml)および/またはSHH(200〜400ng/ml)を無血清増殖培地でインキュベートした。増殖培地に存在する種々の因子は、神経細胞の割合全体の増加に関与しており、またドーパミン作動性表現型を採用するために、さらにこれらの中脳神経前駆細胞を誘発する。増殖培地を2日ごと補充し、ネスチン陽性NCAM陽性細胞を6〜10日にわたって増殖させた(図1 B)。
(6) Proliferation of NCAM positive neural progenitor cells:
Isolated NCAM positive cells were first detached with 0.05% trypsin-EDTA and then the cells were seeded onto poly-L-ornithine / laminin coated plates containing growth media. By culturing NCAM-positive cells in this way, better adhesion and growth are performed in the growth medium. The growth media are DME: F12, insulin (10-100 μg / ml), sodium selenite (10-50 nM), transferrin (1-10 mg / ml), putrescine (50-200 μM), progesterone (5-40 nM), And laminin (10-50 μg / ml). Two or more growth factors such as bFGF (10-50 ng / ml), EGF (10-50 ng / ml), BDNF (50-200 ng / ml), FGF-8 (50-200 ng / ml) and / or SHH ( 200-400 ng / ml) was incubated in serum-free growth medium. Various factors present in the growth medium are involved in increasing the overall proportion of neurons and also induce these midbrain neural progenitors to adopt a dopaminergic phenotype. Growth medium was replenished every 2 days and nestin-positive NCAM-positive cells were grown for 6-10 days (FIG. 1B).

これらの培養条件下で、約50〜60%の細胞が神経突起プロセス(neurite process)に進み、NCAM染色が陽性となり、神経細胞形成能があることが明らかになった(図3)。これらの細胞もまた初期の神経のマーカーであるβチューブリンに対して免疫活性があった(図4B)。これらの神経前駆細胞を次に継代し、出願人は、これらの神経前駆細胞が最大10回継代可能であり、成熟したドーパミン作動性神経細胞をコミットする分化のために細胞の潜在能力に対して何ら明らかな作用なしにドーパミン作動性神経細胞に分化する能力をいまだ保っていることがわかる。
(7)ドーパミン作動性神経細胞の分化:
生体内でのドーパミン作動性神経細胞の発現は、細胞外シグナル分子の調整された動作次第である。これらの分子は、系統制限発現で転写制御因子のカスケードを活性化させる。これらの転写制御因子は、ドーパミン作動性表現型の進展に関係する遺伝子の特異的なセットの発現を増加させる役割を果たす。機能的なドーパミン作動性神経細胞に上記プロトコールを使用して、増殖した神経前駆体細胞を促すために、増殖因子 bFGFとEGFとが最初に細胞から取り下げられた。次に、ドーパミン作動性神経細胞への神経前駆体細胞の分化を、30〜50日間にわたって該細胞を神経基本培地でインキュベートすることによって誘発した。神経基本培地は、神経基本A培地(Gibco)、FCS(10〜20%)(HYCLONE)、およびB27(2−10%)(Gibco)、さらに種々の増殖因子を同様に含んだ。この培地に含まれる増殖因子は、インターロイキン−1β(IL−1β)(1〜2μg/ml)(Sigma)、アスコルビン酸(50〜150mM)(Sigma)、N−アセチル・システイン(50〜150nM)(ICN)、ジブチリル環状AMP(500〜1000μM)(Sigma)、GDNF(1〜5μg/ml)(Sigma)、TGF−β3(1〜5μg/ml)(Sigma)、ニューチュリン(100〜500μg/ml)(Chemicon)、BDNF(50〜200ng/ml)(Sigma)、FGF−8(50〜200ng/ml)(R&D Systems)および/またはSHH(200〜400ng/ml)(R&D Systems)を含む。神経基本培地を0.22μミリポア・シリンジ・フィルターで滅菌濾過した。
Under these culture conditions, about 50-60% of cells proceeded to the neurite process, and NCAM staining was positive, which revealed that they were capable of forming neurons (FIG. 3). These cells were also immunoreactive with β-tubulin, an early neuronal marker (FIG. 4B). These neural progenitor cells are then passaged and Applicants have been able to pass these neural progenitor cells up to 10 times, to the cell's potential for differentiation to commit mature dopaminergic neurons. It can be seen that it still retains the ability to differentiate into dopaminergic neurons without any apparent effect.
(7) Differentiation of dopaminergic neurons:
The expression of dopaminergic neurons in vivo depends on the regulated behavior of extracellular signal molecules. These molecules activate a cascade of transcriptional regulators with lineage restricted expression. These transcription factors play a role in increasing the expression of a specific set of genes involved in the development of the dopaminergic phenotype. Using the above protocol for functional dopaminergic neurons, the growth factors bFGF and EGF were first withdrawn from the cells to promote proliferating neural precursor cells. Next, differentiation of neural precursor cells into dopaminergic neurons was induced by incubating the cells in neural basal medium for 30-50 days. Neural basal medium contained Neural basal A medium (Gibco), FCS (10-20%) (HYCLONE), and B27 (2-10%) (Gibco) as well as various growth factors as well. Growth factors contained in this medium are interleukin-1β (IL-1β) (1-2 μg / ml) (Sigma), ascorbic acid (50-150 mM) (Sigma), N-acetyl cysteine (50-150 nM) (ICN), dibutyryl cyclic AMP (500-1000 [mu] M) (Sigma), GDNF (1-5 [mu] g / ml) (Sigma), TGF- [beta] 3 (1-5 [mu] g / ml) (Sigma), Neuturin (100-500 [mu] g / ml) ) (Chemicon), BDNF (50-200 ng / ml) (Sigma), FGF-8 (50-200 ng / ml) (R & D Systems) and / or SHH (200-400 ng / ml) (R & D Systems). Nerve basal medium was sterile filtered through a 0.22 μmillipore syringe filter.

チロシン・ヒドロキシラーゼ(TH)は、ドーパミン合成のための律速酵素である。ある種の系統制限された増殖因子は、TH合成の誘導を促進する。これらの因子を培地に添加することで、ドーパミン作動性表現型を採用している細胞の割合が高くなった。表1で示されるように、これらの因子の添加は、神経細胞分化の間、異なる時点でおこなった。IL−1β(神経基本培地に存在)は、ドーパミン作動性経細胞に神経前駆体が分化する際に重要な役割を演じるように見える。いかなる特定の機構にも限定されないことを望むにもかかわらず、IL−1βは、TH陽性の神経細胞(培地のシグナル分子に対する細胞の反応と同様に)の量を増加させるように見える。これらの増殖因子の適用に、30〜50日の組織培養期間中に3日ごと神経基本培地を変えることを組み合わせている。   Tyrosine hydroxylase (TH) is the rate-limiting enzyme for dopamine synthesis. Certain strain-restricted growth factors promote the induction of TH synthesis. By adding these factors to the medium, the proportion of cells adopting the dopaminergic phenotype increased. As shown in Table 1, the addition of these factors occurred at different times during neuronal differentiation. IL-1β (present in neural basal media) appears to play an important role in the differentiation of neural progenitors into dopaminergic transcells. Despite wishing not to be limited to any particular mechanism, IL-1β appears to increase the amount of TH-positive neurons (as well as the cellular response to media signal molecules). The application of these growth factors is combined with changing the neural basal medium every 3 days during a 30-50 day tissue culture period.

神経前駆細胞の分化の間、異なる日に加えられる神経基本培地の増殖因子の混合は、下記の表1で表される。
表1:神経前駆細胞に対する分化条件
The mixture of growth factors in the neural basal medium added on different days during differentiation of neural progenitor cells is represented in Table 1 below.
Table 1: Differentiation conditions for neural progenitor cells

Figure 2006521807
Figure 2006521807
ES細胞が神経基本培地を使用して分化が誘導される場合、ES細胞は、ドーパミン作動性神経細胞、セロトニン作動性神経細胞、およびオリゴデンドロサイトを含む種々の神経細胞の細胞型で出現する(図5、6、および7)。標準培養条件でドーパミン作動性神経細胞に分化する細胞の割合が比較的低いままである一方で、表1に示すように増殖因子を含む培地を補充することで、生じたドーパミン作動性神経細胞の割合が増加した。例えば、60%を上回るES細胞がTH(ドーパミン作動性神経細胞のための特異的マーカー)陽性細胞に分化した。
(8) 分化した神経細胞の特徴付け
本発明の開示によって生ずる分化した神経細胞の型を、細胞の全体的な形態と免疫蛍光検査法によって同定される表現型とによって評価した。当業者に周知の標準的なプロトコールを用いて、免疫蛍光分析を、神経前駆体増殖段階(NCAM陽性細胞の増殖)と、分化の種々の他の時点とでおこなった。第一に、単離された細胞を、細胞外マトリックスによってプレコーティングされた2−ウェル・チャンバー・スライドで増殖させ、PBSでリンスし、さらに10分間、室温で4%パラホルムアルデヒドによる固定をおこなった。次に、細胞を0.2%トリトンX−100含むPBSで5分間透過化処理し、1%牛血清アルブミン(BSA)/PBSで2時間阻害し、さらに一次抗体(抗体希釈は1%BSA/TBS)で4℃一晩おこなった。細胞を以下の一次抗体で染色した。すなわち、初期の神経マーカーであるβチューブリン、NCAM、神経繊維、遅延神経マーカー、微小管結合タンパク質2(MAP−2)、神経細胞表面抗原A2B5、Nurr−1、チロシン・ヒドロキシラーゼ、ドーパミン輸送体DAT、ドーパミンβ−ヒドロキシラーゼ(DBH)、星状膠細胞マーカー・グリア線維酸性蛋白(GFAP)、GABA、オリゴデンドライト、セレトニン、およびシナプトフィシン(すべてCHEMICONから入手)。最後に、細胞をFITC標識二次抗体とインキュベートした。上記のステップの各々の後、細胞をPBSで3回洗った。
Figure 2006521807
Figure 2006521807
When ES cells are induced to differentiate using neural basal media, ES cells appear in a variety of neuronal cell types including dopaminergic neurons, serotonergic neurons, and oligodendrocytes ( Figures 5, 6 and 7). While the proportion of cells that differentiate into dopaminergic neurons under standard culture conditions remains relatively low, supplementation with a medium containing growth factors as shown in Table 1 reveals that the resulting dopaminergic neurons The percentage increased. For example, over 60% ES cells differentiated into TH (specific markers for dopaminergic neurons) positive cells.
(8) Characterization of differentiated neuronal cells Differentiated neuronal cell types resulting from the present disclosure were evaluated by the overall morphology of the cells and the phenotype identified by immunofluorescence. Using standard protocols well known to those skilled in the art, immunofluorescence analysis was performed at the neural progenitor growth stage (NCAM positive cell growth) and at various other times of differentiation. First, the isolated cells were grown on 2-well chamber slides precoated with extracellular matrix, rinsed with PBS, and fixed with 4% paraformaldehyde at room temperature for an additional 10 minutes. . Next, the cells were permeabilized with PBS containing 0.2% Triton X-100 for 5 minutes, inhibited with 1% bovine serum albumin (BSA) / PBS for 2 hours, and further the primary antibody (antibody dilution was 1% BSA / TBS) at 4 ° C. overnight. Cells were stained with the following primary antibodies. That is, early neuronal markers β-tubulin, NCAM, nerve fiber, delayed nerve marker, microtubule binding protein 2 (MAP-2), nerve cell surface antigen A2B5, Nurr-1, tyrosine hydroxylase, dopamine transporter DAT, dopamine β-hydroxylase (DBH), astrocyte marker glial fibrillary acidic protein (GFAP), GABA, oligodendrites, seretonin, and synaptophysin (all from CHEMICON). Finally, the cells were incubated with a FITC labeled secondary antibody. After each of the above steps, the cells were washed 3 times with PBS.

チェンバー・スライドを蛍光顕微鏡下で観察して、免疫陽性領域の評価をおこなった。この免疫蛍光分析は、かなりの割合の分化型細胞で、神経細胞特異的マーカーNCAM(図3、MAP−2(図4A)、およびβチューブリン(図4B)に対して免疫活性であったことを示した。これらのキー抗原の発現は、分化培地中でのインキュベーション時間の増加をもたらした。免疫蛍光分析は、これらのキー抗原の発現は、分化培地でより大きな潜病伏期で増加した。割合がより少ないと細胞がセロトニン(図7)(非神経性のマーカー)、同様に星状細胞に存在するグリア線維酸性蛋白(GFAP)と、オリゴデンドロサイト(図6)に存在するGABAおよびグルタメートとを発現することを証明した。   The chamber slide was observed under a fluorescence microscope to evaluate the immunopositive area. This immunofluorescence analysis was immunoreactive with the neuronal cell specific markers NCAM (FIG. 3, MAP-2 (FIG. 4A), and β-tubulin (FIG. 4B) in a significant proportion of differentiated cells. Expression of these key antigens resulted in increased incubation time in the differentiation medium, and immunofluorescence analysis showed that expression of these key antigens increased with greater latency in the differentiation medium Lesser proportions of the cells are serotonin (FIG. 7) (non-neural marker), glial fibrillary acidic protein (GFAP) also present in astrocytes, GABA present in oligodendrocytes (FIG. 6) and It was proved to express with glutamate.

分化した細胞もまた、MAP−2、DAT、Nurr−1、βチューブリン、FITC標識二次抗体(Texas red)とともに、TH(緑)に対する一次抗体による二重標識によって分析した(図8)。この分析は、THを発現しているMAP−2陽性細胞の比率が高いことを示した。ドーパミン作動性神経細胞の細胞密度を、40x対物レンズを使用して、ランダムに選択された視野で、1視野につきTH陽性の細胞の数とMAP−2陽性細胞の数を計数することによって定量化した。TH陽性の細胞のパーセント比率を、算出した(図9)。TH陽性の神経細胞もNurr−1およびDATを発現した、しかし、THとDBHとの共存では認められず、細胞のドーパミン作動性表現型を確認した。また、シナプス形成をシナプトフィシンで免疫染色によって同定した。   Differentiated cells were also analyzed by double labeling with a primary antibody against TH (green) along with MAP-2, DAT, Nurr-1, β-tubulin, FITC labeled secondary antibody (Texas red) (FIG. 8). This analysis indicated a high proportion of MAP-2 positive cells expressing TH. Cell density of dopaminergic neurons is quantified by counting the number of TH positive and MAP-2 positive cells per field in a randomly selected field using a 40x objective. did. The percent ratio of TH positive cells was calculated (Figure 9). TH-positive neurons also expressed Nurr-1 and DAT, but not in the presence of TH and DBH, confirming the dopaminergic phenotype of the cells. Synapse formation was also identified by immunostaining with synaptophysin.

免疫蛍光分析法も、約30%がセロトニンを発現する一方で、THを発現している選別NCAM陽性細胞の割合が約60%であることを示した(図10)。加えて、約40%のネスチン陽性細胞がTH陽性に染色され、染色される約30%がセレトニン陽性、約28%がオリゴデンドロサイト陽性に染色された(図11)。分化の異なる段階で使用される免疫学的なマーカーを、表3に示し、未分化および分化型のES細胞の表現型の特徴を示す。
表3:未分化および分化型のES細胞の表現型特徴
Immunofluorescence analysis also showed that about 30% expressed serotonin, while the proportion of sorted NCAM positive cells expressing TH was about 60% (FIG. 10). In addition, about 40% of nestin positive cells were stained TH positive, about 30% stained were seretonin positive, and about 28% stained oligodendrocyte positive (FIG. 11). Immunological markers used at different stages of differentiation are shown in Table 3 and show the phenotypic characteristics of undifferentiated and differentiated ES cells.
Table 3: Phenotypic characteristics of undifferentiated and differentiated ES cells

Figure 2006521807
(9)遺伝子発現プロフィール
異なる段階で集められる細胞の遺伝子発現プロフィールも、分析した。開示した方法の以下のステップの各々から細胞を逆転写ポリメラーゼ鎖反応(RT−PCR)について分析するために細胞を回収した。未分化ES細胞、胚様体、ネスチン陽性神経前駆細胞、NCAM陽性細胞、および分化した細胞を、神経基本培地での分化の12、17、22、27、および37日後に単離した。細胞を回収した後、ペレットにして、全細胞RNAをこの細胞ペレットからRNアーゼQiagenキットを用いて抽出した。単離RNAを−20℃に保存した。
Figure 2006521807
(9) Gene expression profile Gene expression profiles of cells collected at different stages were also analyzed. Cells were harvested for analysis of cells from each of the following steps of the disclosed method for reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Undifferentiated ES cells, embryoid bodies, nestin positive neural progenitor cells, NCAM positive cells, and differentiated cells were isolated after 12, 17, 22, 27, and 37 days of differentiation in neural basal medium. Cells were harvested and pelleted, and total cellular RNA was extracted from the cell pellet using the RNase Qiagen kit. The isolated RNA was stored at -20 ° C.

cDNAを、モロニー白血病ウイルス・スーパースクリプトII逆転写酵素およびオリゴ(dT)12−18を用いて、単離全RNAからcDNAを合成した。逆転写酵素反応によて合成したcDNAを、異なる組の特異的プライマーを用いたPCR増幅に用い、回収細胞での遺伝子発現を決定した。PCR反応は、当業者に周知の標準的なPCR条件下で、プラチナTaqポリメラーゼとテンプレートとしてのcDNAとを用いて、おこなった。DNA産物を増幅させるために使用した一般的な循環パラメーターは以下の通りである。すなわち、
1.4℃、30分間によるテンプレートcDNAテンプレートの変性と、
2.使用したプライマーに依存した55ないし65℃、1分間によるプライマーのアニーリングと、
3.72℃で分間、反応をインキュベートし、ステップ1〜3(サイクル)を25ないし40回繰り返す。
cDNA was synthesized from isolated total RNA using Moloney leukemia virus superscript II reverse transcriptase and oligo (dT) 12-18. CDNA synthesized by reverse transcriptase reaction was used for PCR amplification using different sets of specific primers to determine gene expression in the recovered cells. The PCR reaction was performed using platinum Taq polymerase and cDNA as template under standard PCR conditions well known to those skilled in the art. The general cycling parameters used to amplify the DNA product are as follows: That is,
Denaturation of template cDNA template by 1.4 ° C. for 30 minutes,
2. Primer annealing at 55-65 ° C. for 1 minute depending on the primer used;
3. Incubate the reaction at 72 ° C. for minutes and repeat steps 1-3 (cycle) 25-40 times.

PCR反応後、DNAサイズ・ラダーに沿って電気泳動装置を持ち、産物を1.5%アガロース・ゲルに流した。TH、D2RL、DBH、En−1、Nurr−1、およびβチューブリンの発現を全て、表5に記載したプライマーを用いて、RT−PCRによって分析した。
表4:ドーパミン特異的遺伝子を増幅するために用いたプライマー・セット
After the PCR reaction, the product was run on a 1.5% agarose gel with an electrophoresis apparatus along the DNA size ladder. The expression of TH, D2RL, DBH, En-1, Nurr-1, and β-tubulin were all analyzed by RT-PCR using the primers listed in Table 5.
Table 4: Primer sets used to amplify dopamine specific genes

Figure 2006521807
RT−PCRによる上記の分析は、ドーパミン作動性表現型特性遺伝子(TH)の発現がドーパミン作動性神経細胞(図12)に最終分化が生ずるまで、ES細胞の神経分化の後で見られることを証明した。期待どおりに、βチューブリン(遍在して発現された遺伝子)が全ての細胞試料で見られたが、DBHは、いかなる細胞試料においても発現されなかった。
(10)ドーパミン検出のための逆相HPLC
ドーパミン作動性神経細胞の1つの限定的な特徴は、ドーパミンの生産である。したがって、ドーパミンを生産する胚幹細胞由来ドーパミン作動性神経細胞の機能的能力(functional capacity)を、逆相HPLC(RPHPLC)を用いて細胞内ドーパミンレベルを直接測定することによって評した。各々の試料で検出されるドーパミンの濃度は,各々の実験の直前または直後のカラムに注入されたドーパミン標準液による比較によって決定した。
Figure 2006521807
The above analysis by RT-PCR shows that dopaminergic phenotypic trait gene (TH) expression is seen after neural differentiation of ES cells until terminal differentiation occurs in dopaminergic neurons (FIG. 12). certified. As expected, β-tubulin (a ubiquitously expressed gene) was found in all cell samples, but DBH was not expressed in any cell sample.
(10) Reversed phase HPLC for dopamine detection
One limiting feature of dopaminergic neurons is the production of dopamine. Therefore, the functional capacity of embryonic stem cell-derived dopaminergic neurons producing dopamine was assessed by directly measuring intracellular dopamine levels using reverse phase HPLC (RPHPLC). The concentration of dopamine detected in each sample was determined by comparison with a dopamine standard injected into the column immediately before or after each experiment.

最初に、細胞を開示された方法の異なる段階で回収した。未分化ES細胞、胚様体、ネスチン陽性神経前駆細胞、NCAM陽性細胞、および分化細胞は、神経基本培地で分化の7、22、および37日後に単離した。回収前に、神経基本培地で分化する細胞を、15分間にわたり、56mMのKClを添加したHBSSによって最初に刺激し、ドーパミン分泌を誘発した。ほぼ、5x10細胞をトリプシン処理し、遠沈殿法によってペレット化した。次に、細胞を抗酸化剤(0.2g/lのメタ重亜硫酸ナトリウム)を含む冷1N過塩素酸で超音波処理し、4℃で20分間遠心(15,000rpm/分)した。上澄みを抽出し、以降に続くRP−HPCLによる細胞内ドーパミン濃度n測定のために、−70℃で保存した。ドーパミン化のレベルを、細胞可溶化物と培養上澄み(最終培地変化後48時間)とによって測定した。培養上澄みは、直ちに7.5オルトリン酸およびメタ重亜硫酸ナトリウムで安定化させた。 Initially, cells were harvested at different stages of the disclosed method. Undifferentiated ES cells, embryoid bodies, nestin positive neural progenitor cells, NCAM positive cells, and differentiated cells were isolated after 7, 22, and 37 days of differentiation in neural basal medium. Prior to harvesting, cells that differentiate in neural basal medium were first stimulated with HBSS supplemented with 56 mM KCl for 15 minutes to induce dopamine secretion. Approximately 5 × 10 6 cells were trypsinized and pelleted by centrifugation. The cells were then sonicated with cold 1N perchloric acid containing an antioxidant (0.2 g / l sodium metabisulfite) and centrifuged (15,000 rpm / min) at 4 ° C. for 20 minutes. The supernatant was extracted and stored at −70 ° C. for subsequent measurement of intracellular dopamine concentration n by RP-HPCL. The level of dopamine was measured by cell lysate and culture supernatant (48 hours after final media change). The culture supernatant was immediately stabilized with 7.5 orthophosphoric acid and sodium metabisulfite.

開示された方法によって初期の段階からRP−HPLCで分析された細胞可溶化物(例えば未分化ES細胞、胚様体、ネスチン陽性神経前駆細胞、およびNCAM陽性細胞)は、ドーパミンのいかなる検出可能なレベルも含まなかった。しかし、神経基本培地での分化の第1週後に、RP−HPLCによって分析される細胞可溶化物は全て、ドーパミンを含んだ。化神経基本培地で時間とともに細胞可溶化物のドーパミン作動性神経細胞数が増加して、最終的に成熟したことから、細胞内ードーパミンのレベルが著しく増加した。ドーパミンの細胞内レベルは、図13に示す時点での増殖因子対未処理培地によって処置された細胞培養中でさえ高かった。さらに、これらの細胞培養によるドーパミンの生産の確認を、Nメチル−4−フェニル1,2,3,6−テトラヒドロピリジン塩酸塩(MPTP)(ドーパミン作動性神経細胞を標的にする神経毒)とのインキュベーション後で示した。MPTPでインキュベートした細胞培地では、RP−HPLC分析によって細胞可溶化物でドーパミンは検出されなかった。対照的に、条件培地へのドーパミン放出は、56mMのKCLで刺激される細胞培地で増加した(図14)。増殖因子のアレイを分化神経基本培地に加えることでも、細胞可溶化物の細胞内ドーパミンレベル上昇がみられた(表5)。
表5:HPLCによる細胞可溶化物中のドーパミン濃度(μg/ml)
Cell lysates (eg, undifferentiated ES cells, embryoid bodies, nestin-positive neural progenitor cells, and NCAM-positive cells) analyzed by RP-HPLC from an early stage by the disclosed method can detect any detectable dopamine. The level was not included. However, after the first week of differentiation in neural basal medium, all cell lysates analyzed by RP-HPLC contained dopamine. The level of intracellular dopamine increased markedly as the number of dopaminergic neurons in the cell lysate increased over time in the basal neurobasal medium and eventually matured. Intracellular levels of dopamine were high even in cell cultures treated with growth factors versus untreated media at the time points shown in FIG. In addition, confirmation of dopamine production by these cell cultures was confirmed with N-methyl-4-phenyl 1,2,3,6-tetrahydropyridine hydrochloride (MPTP) (a neurotoxin that targets dopaminergic neurons). Shown after incubation. In cell cultures incubated with MPTP, dopamine was not detected in cell lysates by RP-HPLC analysis. In contrast, dopamine release into conditioned media increased with cell media stimulated with 56 mM KCL (FIG. 14). Addition of an array of growth factors to differentiated neural basal media also increased the intracellular dopamine levels of cell lysates (Table 5).
Table 5: Dopamine concentration (μg / ml) in cell lysate by HPLC

Figure 2006521807
開示されて、本明細書中に請求される組成物と方法の全ては、作られることができて、本発明の開示を考慮して過度の実験なしで実行されることができる。本明細書で開示およびクレームした組成物および方法の全ては、本発明の開示を考慮して実験することなしに生成および実行することができる。本発明の組成物および方法が好ましい実施形態に関して記載される一方で、本発明の概念、精神、および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された組成物および/または方法ならびに該方法のステップまたは一連のステップに変更を加えることが可能であることは、当業者にとって、明らかである。より詳しくは、化学的または物理的に関連したある種の薬剤を本明細書に記載された薬剤と置き換えて、その一方で同一または類似の結果が得られるであろうことは、明瞭である。当業者にとって明らかなそのような類似の置換および変更はすべて、添付した特許請求の範囲に定義される本発明の精神、範囲、および概念の内にあると考えられる。
Figure 2006521807
All of the compositions and methods disclosed and claimed herein can be made and executed without undue experimentation in light of the present disclosure. All of the compositions and methods disclosed and claimed herein can be made and executed without experimentation in light of the present disclosure. While the compositions and methods of the present invention have been described with reference to preferred embodiments, the compositions and / or methods described herein and methods of the methods described herein can be used without departing from the concept, spirit, and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that changes can be made to a step or series of steps. More specifically, it is clear that certain drugs that are chemically or physically related may be substituted for the drugs described herein, while obtaining the same or similar results. All such similar substitutes and modifications apparent to those skilled in the art are deemed to be within the spirit, scope and concept of the invention as defined by the appended claims.

以下の図面は、本明細書の一部を形成し、本発明の開示のいくつかの態様をさらに説明するために含まれ、本発明の開示は、本明細書に示した特定の実施形態の詳細な説明と組み合わせて1つ以上のそれらの図面を参照することで、よりよく理解され得る。
図1は、ネスチンに陽性であるヒト胚幹細胞に由来する神経前駆細胞を示す。(A)は、ネスチン・マーカーに対して免疫反応性を示す神経前駆細胞、(B)は、選択された増殖因子の存在下で、無血清条件下、増殖したネスチン陽性細胞の位相差顕微鏡写真である。 図2は、ヒト胚幹細胞に由来し、かつNCAM−FITCによって標識されたネスチン陽性細胞のFACS分析を示す。(A)は、抗ウサギFITCで処理した未標識細胞の分析を示し、(B)は、NCAMに対する一次抗体で処理され、抗ウサギFITC(二次抗体)によって標識された細胞の分析を示す。この研究では、50〜60%のネスチン陽性細胞がNCAMに対して免疫陽性であった。 図3Aおよび図3Bは、MACSを用いて選別され、かつ組織培養プレート上で再び平板培養されたヒト胚幹細胞に由来のMCAM陽性細胞の蛍光顕微鏡写真である。 図4Aおよび図4Bは、ヒト胚幹細胞に由来するMAP−2およびβチューブリンによって標識された神経細胞の蛍光顕微鏡写真である。 図5は、チロシン・ヒドロキシナーゼ(TH)に陽性の神経細胞の存在を示す。(A)は、約60%の神経細胞が、MACSを用いたNCAM陽性細胞のエンリッチされた集団で、未選別ネスチン陽性細胞の増殖および分化後、THに対して陽性であったことを示す免疫蛍光分析である。(B)は、未選別のネスチン陽性細胞の増殖および分化の後、約40%の神経がTHに対して陽性であったことを示す免疫蛍光分析である。 図6は、オリゴデンドロサイトの代表的な蛍光顕微鏡写真である。免疫蛍光分析によれば、オリゴデンドライトとして約25〜30%の、の単離ネスチン陽性細胞が陽性に染色された。 図7は、神経伝達物質セロトニンを発現する神経細胞の代表的な蛍光顕微鏡写真である。約30%のネスチン陽性細胞と、同様に約20%のNCAM陽性細胞とが、セロトニンに対して免疫反応性を示す。図7は、 図8は、TH(緑)および別の神経特異的抗体(赤)に対して免疫標識されたドーパミン作動性神経細胞を示す傾向顕微鏡写真であり、(A)はチューブリンとTHとの共存、(B)はMAP−2とTHとの共存、(C)はNurr1とTHとの共存、および(D)はDATとTHとの共存を示す。 図9は、THに対して陽性のMAP−2陽性神経細胞(ドーパミン作動性神経細胞)の割合を示す棒グラフである。図に示すように、THに陽性の神経細胞の割合は、さらなる分化が7、22、および37日を超えて増加している。 図10は、NCAM陽性のエンリッチされた細胞での異なる神経細胞集団の定量的分析を示す棒グラフである。約60%のNCAM陽性細胞もまた、THに対して免疫陽性を示した。約30%はセロトニンに対して免疫陽性を示した。さらに、約15%はGABAおよびグルタミン酸塩に対して免疫陽性を示した。 図11は、免疫蛍光によって分析されるように、ネスチン陽性細胞の増殖および分化の後の異なる神経細胞集団の定量的分析を示す棒グラフである。約40%のネスチン陽性細胞がTHに対して免疫陽性を示した。約30%がセロトニンに対して免疫陽性を示した。約28%がオリゴデンドロサイトに対して免疫陽性を示した。さらに、約2%がグリア線維性酸性タンパク質(GFAP、星状細胞に対するマーカー)に対して免疫陽性を示した。 図12は、実施例1に開示された条件下でのヒト胚幹細胞の生体外最終分化中でのヒト胚幹細胞の遺伝子発現プロフィールを示す。UD=未分化、EB=胚様体、NS=ネスチン陽性細胞、NE=ネスチン増殖細胞、および残留時点は、実施例1に開示さいたように、細胞を神経基本培地で培養し、増殖因子で選択した日数を示す。ドーパミン作動性神経細胞に特異的な因子(例えばNurr1、En−1、およびD2RL)は、分化の初期段階過程で発現される。ドーパミン作動性神経細胞特異的遺伝子THの発現は、未分化幹細胞を除く全ての段階で観察された。DBHのいかなる発現も存在しないことで、これらの細胞の中脳表現型が確認された。 図13は、分化の7、22、および37日目にRP−HPLCで測定した細胞ライセート中の細胞内ドーパミン・レベルを示す。増殖因子の存在下で、ドーパミン・レベルは、未処理細胞(1〜4μg/ml)よりもかなり高かかった(4〜6μg/ml)。7および22日目でMPTA処理細胞ではドーパミンが検出されなかったが、37日目でドーパミン・レベルの減少がみられた。 図14は、分化の7、22、および37日後に馴化培地で培養した分化細胞でドーパミン放出がKClによって生ずることを示した棒グラフである。細胞を56mMKClで15分間にわたって刺激してドーパミン分泌が増加した。培養懸濁液を7.5%オルトリン酸およびメタ重亜硫酸ナトリウム(メタ重亜硫酸ナトリウム)によって安定化した。
The following drawings form part of the present specification and are included to further illustrate certain aspects of the present disclosure, the disclosure of which is provided by the specific embodiments presented herein. A better understanding can be obtained by reference to one or more of these drawings in combination with the detailed description.
FIG. 1 shows neural progenitor cells derived from human embryonic stem cells that are positive for nestin. (A) is a neural progenitor cell that is immunoreactive with a nestin marker, and (B) is a phase contrast micrograph of nestin-positive cells grown under serum-free conditions in the presence of a selected growth factor. It is. FIG. 2 shows FACS analysis of nestin positive cells derived from human embryonic stem cells and labeled with NCAM-FITC. (A) shows analysis of unlabeled cells treated with anti-rabbit FITC, and (B) shows analysis of cells treated with primary antibody against NCAM and labeled with anti-rabbit FITC (secondary antibody). In this study, 50-60% of nestin positive cells were immunopositive for NCAM. 3A and 3B are fluorescence micrographs of MCAM positive cells derived from human embryonic stem cells that have been selected using MACS and re-plated on tissue culture plates. 4A and 4B are fluorescence micrographs of neurons labeled with MAP-2 and β-tubulin derived from human embryonic stem cells. FIG. 5 shows the presence of neurons positive for tyrosine hydroxylase (TH). (A) shows that about 60% of the neurons were enriched for NCAM positive cells using MACS and were positive for TH after proliferation and differentiation of unsorted nestin positive cells. Fluorescence analysis. (B) is an immunofluorescence analysis showing that about 40% of the nerves were positive for TH after growth and differentiation of unsorted nestin positive cells. FIG. 6 is a representative fluorescence micrograph of oligodendrocytes. According to immunofluorescence analysis, about 25-30% of isolated nestin positive cells stained positive as oligodendrites. FIG. 7 is a representative fluorescence micrograph of nerve cells expressing the neurotransmitter serotonin. About 30% of nestin positive cells and similarly about 20% of NCAM positive cells are immunoreactive with serotonin. FIG. FIG. 8 is a trend photomicrograph showing dopaminergic neurons immunolabeled against TH (green) and another nerve specific antibody (red), (A) is the coexistence of tubulin and TH, (B) shows the coexistence of MAP-2 and TH, (C) shows the coexistence of Nurr1 and TH, and (D) shows the coexistence of DAT and TH. FIG. 9 is a bar graph showing the ratio of MAP-2 positive neurons (dopaminergic neurons) positive for TH. As shown in the figure, the percentage of neurons positive for TH increases with further differentiation beyond 7, 22, and 37 days. FIG. 10 is a bar graph showing quantitative analysis of different neuronal populations with NCAM positive enriched cells. Approximately 60% of NCAM positive cells were also immunopositive for TH. About 30% were immunopositive for serotonin. In addition, about 15% were immunopositive for GABA and glutamate. FIG. 11 is a bar graph showing quantitative analysis of different neuronal populations after proliferation and differentiation of nestin positive cells as analyzed by immunofluorescence. About 40% of nestin positive cells were immunopositive for TH. About 30% were immunopositive for serotonin. About 28% were immunopositive for oligodendrocytes. In addition, about 2% were immunopositive for glial fibrillary acidic protein (GFAP, marker for astrocytes). FIG. 12 shows the gene expression profile of human embryonic stem cells during in vitro terminal differentiation of human embryonic stem cells under the conditions disclosed in Example 1. UD = undifferentiated, EB = embryoid body, NS = nestin positive cells, NE = nestin proliferating cells, and residual time points, as disclosed in Example 1, cells were cultured in neural basal medium and grown with growth factors Indicates the number of days selected. Factors specific to dopaminergic neurons (eg, Nurr1, En-1, and D2RL) are expressed during the early stages of differentiation. Expression of the dopaminergic neuron-specific gene TH was observed at all stages except undifferentiated stem cells. The absence of any expression of DBH confirmed the midbrain phenotype of these cells. FIG. 13 shows intracellular dopamine levels in cell lysates measured by RP-HPLC on days 7, 22, and 37 of differentiation. In the presence of growth factors, dopamine levels were significantly higher (4-6 μg / ml) than untreated cells (1-4 μg / ml). No dopamine was detected in MPTA-treated cells on days 7 and 22, but a decrease in dopamine levels was seen on day 37. FIG. 14 is a bar graph showing that dopamine release is caused by KCl in differentiated cells cultured in conditioned medium after 7, 22, and 37 days of differentiation. Cells were stimulated with 56 mM KCl for 15 minutes to increase dopamine secretion. The culture suspension was stabilized with 7.5% orthophosphoric acid and sodium metabisulfite (sodium metabisulfite).

Claims (44)

霊長類の多能性の幹細胞を分化させることで得られる、生体外培養状態の分化した細胞からなる集団であって、前記分化した細胞の少なくとも60%がドーパミン作動性神経細胞である、細胞集団。 A cell population obtained by differentiating primate pluripotent stem cells, wherein the population is composed of differentiated cells in an in vitro culture state, wherein at least 60% of the differentiated cells are dopaminergic neurons . 前記霊長類の多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である、請求項1に記載の細胞集団。 The cell population of claim 1, wherein the primate pluripotent stem cell is a human embryonic stem cell. 霊長類の多能性の幹細胞を分化させることで得られる、生体外培養状態の分化した細胞からなる集団であって、前記分化した細胞の少なくとも60%がチロシン・ヒドロキシラーゼを発現する、細胞集団。 A cell population obtained by differentiating primate pluripotent stem cells and comprising differentiated cells in an in vitro culture state, wherein at least 60% of the differentiated cells express tyrosine hydroxylase . 前記霊長類の多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である、請求項3に記載の細胞集団。 4. The cell population of claim 3, wherein the primate pluripotent stem cell is a human embryonic stem cell. 霊長類の多能性の幹細胞から、分化した神経細胞からなる集団を生成する方法であって、
(a)霊長類の多能性の幹細胞の培養を増殖させるステップと、
(b)前記多能性の幹細胞を培養して、ネスチンに陽性の神経前駆細胞を選択するステップと、
(c)NCAM陽性細胞をエンリッチするための前記ネスチン陽性神経前駆細胞を選別するステップと、
(d)TGF−β3またはインターロイキン−1βあるいは両方を含む分化培地でネスチン陽性NCAM陽性細胞を培養することで、前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させて分化した神経細胞集団を生成するステップと、
を含む、分化神経細胞集団を生成するための方法。
A method of generating a population of differentiated neurons from primate pluripotent stem cells,
(A) expanding a culture of primate pluripotent stem cells;
(B) culturing the pluripotent stem cells and selecting neural progenitor cells positive for nestin;
(C) selecting the nestin-positive neural progenitor cells for enriching NCAM-positive cells;
(D) culturing nestin-positive NCAM-positive cells in a differentiation medium containing TGF-β3 or interleukin-1β or both to differentiate the nestin-positive NCAM-positive cells to generate a differentiated neuronal cell population;
A method for generating a differentiated neural cell population, comprising:
前記多能性の幹細胞が、レーザー・アブレーション法を用いて得られる、請求項5に記載の方法。 6. The method according to claim 5, wherein the pluripotent stem cells are obtained using a laser ablation method. 前記多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the pluripotent stem cell is a human embryonic stem cell. 前記ヒト胚幹細胞がレーザー・アブレーション法を用いて得られる、請求項7に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein the human embryonic stem cells are obtained using a laser ablation method. 前記分化した神経細胞からなる集団が少なくとも約60%のドーパミン作動性神経細胞を含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the population of differentiated neurons comprises at least about 60% dopaminergic neurons. 前記分化した神経細胞からなる集団が少なくとも約30%のセロトニン作動性神経細胞を含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the population of differentiated neurons comprises at least about 30% serotonergic neurons. 前記分化した神経細胞からなる集団が少なくとも約25%のオリゴデンドロサイトを含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the population of differentiated neurons contains at least about 25% oligodendrocytes. ステップ(b)の前記多能性の幹細胞を培養して胚様体を形成することをさらに含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, further comprising culturing the pluripotent stem cells of step (b) to form embryoid bodies. 前記胚様体を培養して、ネスチンに対して陽性である神経前駆細胞を選択する、請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the embryoid body is cultured to select neural progenitor cells that are positive for nestin. ネスチンに対して陽性である前記神経前駆細胞が、多能性の幹細胞を無血清培地で培養することによって選択される、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the neural progenitor cells that are positive for nestin are selected by culturing pluripotent stem cells in serum-free medium. 前記無血清培地がITSFn無血清合成培地である、請求項14に記載の方法。 The method according to claim 14, wherein the serum-free medium is an ITSFn serum-free synthetic medium. 前記無血清培地が、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、およびフィブロネクチンからなる群から選択される1種類以上の可溶性因子を含む、請求項14に記載の方法。 The method according to claim 14, wherein the serum-free medium comprises one or more soluble factors selected from the group consisting of insulin, sodium selenite, transferrin, and fibronectin. 前記無血清培地が、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、およびフィブロネクチンを含む、請求項16に記載の方法。 The method according to claim 16, wherein the serum-free medium comprises insulin, sodium selenite, transferrin, and fibronectin. ネスチンに対して陽性である前記神経前駆細胞が、前記胚様体を無血清培地で培養することで、選択される、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the neural progenitor cells that are positive for nestin are selected by culturing the embryoid body in a serum-free medium. 前記無血清培地がITSFn無血清合成培地である、請求項18に記載の方法。 The method according to claim 18, wherein the serum-free medium is an ITSFn serum-free synthetic medium. 前記無血清培地が、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、塩基性線維芽細胞成長因子、トランスフェリン、およびフィブロネクチンからなる群から選択される1種類以上の可溶性因子を含む、請求項18に記載の無血清培地。 The serum-free medium according to claim 18, wherein the serum-free medium comprises one or more soluble factors selected from the group consisting of insulin, sodium selenite, basic fibroblast growth factor, transferrin, and fibronectin. . 前記無血清培地が、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、およびフィブロネクチンを含む、請求項20に記載の無血清培地。 The serum-free medium of claim 20, wherein the serum-free medium comprises insulin, sodium selenite, transferrin, and fibronectin. 前記神経前駆細胞が、少なくとも約95%のネスチン陽性細胞を含む、請求項21に記載の方法。 24. The method of claim 21, wherein the neural progenitor cells comprise at least about 95% nestin positive cells. 磁気細胞分離(MACS)によって、NCAM陽性細胞についてエンリッチをおこなうために、ステップ(c)の前記ネスチン陽性神経前駆細胞を選別する、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the nestin positive neural progenitor cells of step (c) are sorted to enrich for NCAM positive cells by magnetic cell separation (MACS). 前記ネスチン陽性神経前駆細胞が、少なくとも約50〜60%のNCAM陽性細胞を含む、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the nestin positive neural progenitor cells comprise at least about 50-60% NCAM positive cells. ステップ(c)の前記ネスチン陽性NCAM陽性神経前駆細胞を増殖培地で増殖させることを、さらに含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, further comprising growing the nestin-positive NCAM-positive neural progenitor cell in step (c) in a growth medium. 前記増殖培地が、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、トランスフェリン、ラミニン、プトレッシン、プロゲステロン、塩基性線維芽細胞成長因子 (bFGF)、上皮細胞増殖因子 (EGF)、ソニック・ヘッジホッグ (SHH)、線維芽細胞増殖因子−8 (FGF−8)、および脳誘導神経向性因子 (BDNF)からなる群から選択される1種類以上の可溶性因子である、請求項25に記載の方法。 The growth medium is insulin, sodium selenite, transferrin, laminin, putrescine, progesterone, basic fibroblast growth factor (bFGF), epidermal growth factor (EGF), sonic hedgehog (SHH), fibroblast 26. The method of claim 25, wherein the method is one or more soluble factors selected from the group consisting of growth factor-8 (FGF-8) and brain-derived neurotropic factor (BDNF). 前記細胞が6〜10日間にわたって前記増殖培地で増殖する、請求項26に記載の方法。 27. The method of claim 26, wherein the cells are grown in the growth medium for 6-10 days. 1種類以上の集団を倍加させるために、前記細胞を培養し、そして連続的に継代する、請求項26に記載の方法。 27. The method of claim 26, wherein the cells are cultured and serially passaged to double one or more populations. 前記細胞が液体窒素中で凍結保存される、請求項26に記載の方法。 27. The method of claim 26, wherein the cells are stored frozen in liquid nitrogen. 前記分化培地が、ウシ胎仔血清、B27、アスコルビン酸、およびN−アセチル・システインが補充された神経基本培地を含む、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the differentiation medium comprises a neural basal medium supplemented with fetal calf serum, B27, ascorbic acid, and N-acetyl cysteine. 前記分化培地が、アスコルビン酸、N−アセチル、システイン・グリア細胞系誘導神経向性因子 (GDNF)、ジブチリル環状AMP (db−cAMF)、脳誘導神経向性因子 (BDNF)、ニューチュリン、ソニック・ヘッジホッグ・タンパク質(SHH)、および線維芽細胞増殖因子−8 (FGF−8)からなる群から選択される1種類以上の分化剤を、さらに含む、請求項5に記載の方法。 The differentiation medium comprises ascorbic acid, N-acetyl, cysteine glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), dibutyryl cyclic AMP (db-cAMF), brain-induced neurotrophic factor (BDNF), Neuturin, Sonic 6. The method of claim 5, further comprising one or more differentiation agents selected from the group consisting of hedgehog protein (SHH) and fibroblast growth factor-8 (FGF-8). 前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化培地で30〜50日間にわたり増殖させる、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the nestin positive NCAM positive cells are grown in a differentiation medium for 30-50 days. 神経前駆細胞からドーパミン作動性神経細胞を生成する方法であって、
ネスチンに陽性の細胞として、前記神経前駆細胞をエンリッチし、前記ネスチン陽性細胞をTGF−β3またはインターロイキン−1βあるいは両方の存在下で培養することで前記ネスチン陽性細胞を分化させて、ドーパミン作動性神経細胞を生成する、ドーパミン作動性神経細胞生成方法。
A method of generating dopaminergic neurons from neural progenitor cells, comprising:
As a nestin-positive cell, the neural progenitor cell is enriched, and the nestin-positive cell is cultured in the presence of TGF-β3 and / or interleukin-1β to differentiate the nestin-positive cell, thereby producing dopaminergic activity. A method for generating dopaminergic neurons, which generates neurons.
少なくとも約40%の前記ネスチン陽性細胞がドーパミン作動性神経細胞に分化する、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein at least about 40% of the nestin positive cells differentiate into dopaminergic neurons. NCAMに陽性の細胞として、前記神経前駆細胞をエンリッチすることを、さらに含む、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, further comprising enriching the neural progenitor cells as NCAM positive cells. 前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させてドーパミン作動性神経細胞を生成する、請求項34に記載の方法。 35. The method of claim 34, wherein the nestin positive NCAM positive cells are differentiated to generate dopaminergic neurons. 少なくとも約60%の前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞が、ドーパミン作動性神経細胞に分化する、請求項36に記載の方法。 38. The method of claim 36, wherein at least about 60% of the nestin positive NCAM positive cells differentiate into dopaminergic neurons. 神経前駆細胞からセロトニン作動性神経細胞を生成する方法であって、
ネスチンおよびNCAMに陽性である細胞として、前記神経前駆細胞をエンリッチすること、ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させて、前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞をTGF−β3またはインターロイキン−1βあるいは両方の存在下で培養することで前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させて、セロトニン作動性神経細胞を生成する、セロトニン作動性神経細胞生成方法。
A method of generating serotonergic neurons from neural progenitor cells, comprising:
Enriching the neural progenitor cells as cells that are positive for nestin and NCAM, differentiating the nestin-positive NCAM-positive cells, and the nestin-positive NCAM-positive cells in the presence of TGF-β3 or interleukin-1β or both A method for producing a serotonergic neuron, wherein the nestin-positive NCAM-positive cell is differentiated by culturing to produce a serotonergic neuron.
少なくとも30%の前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞がセロトニン作動性神経細胞に分化する、請求項38に記載の方法。 40. The method of claim 38, wherein at least 30% of the nestin positive NCAM positive cells differentiate into serotonergic neurons. 神経変性障害または神経疾患を持つ患者を処置する方法であって、
(a)霊長類の多能性の幹細胞の培養を増殖させるステップと、
(b)前記多能性の幹細胞を培養して、ネスチンに陽性の神経前駆細胞を選択するステップと、
(c)NCAM陽性細胞をエンリッチするための前記ネスチン陽性神経前駆細胞を選別するステップと、
(d)TGF−β3またはインターロイキン−1βあるいは両方を含む分化培地でネスチン陽性NCAM陽性細胞を培養することで、前記ネスチン陽性NCAM陽性細胞を分化させて分化した神経細胞集団を生成するステップと、
(e)治療上有効量の前記分化した神経細胞集団を、患者の中枢神経系に移植するステップと、
を含む、処置方法。
A method of treating a patient having a neurodegenerative disorder or a neurological disease, comprising:
(A) expanding a culture of primate pluripotent stem cells;
(B) culturing the pluripotent stem cells and selecting neural progenitor cells positive for nestin;
(C) selecting the nestin-positive neural progenitor cells for enriching NCAM-positive cells;
(D) culturing nestin-positive NCAM-positive cells in a differentiation medium containing TGF-β3 or interleukin-1β or both to differentiate the nestin-positive NCAM-positive cells to generate a differentiated neuronal cell population;
(E) transplanting a therapeutically effective amount of the differentiated neuronal population into the central nervous system of a patient;
A treatment method comprising:
前記霊長類の多能性の幹細胞がヒト胚幹細胞である、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, wherein the primate pluripotent stem cell is a human embryonic stem cell. 前記分化した神経細胞集団からドーパミン作動性神経細胞を単離し、該ドーパミン作動性神経細胞を前記患者に投与することを、さらに含む、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, further comprising isolating dopaminergic neurons from the differentiated neuronal population and administering the dopaminergic neurons to the patient. 前記神経変性障害または神経疾患が、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病、脊髄損傷、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、てんかん、脳卒中、および虚血からなる群から選択される、請求項40に記載の方法。 41. The neurodegenerative disorder or disease is selected from the group consisting of Parkinson's disease, Alzheimer's disease, Huntington's disease, spinal cord injury, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), epilepsy, stroke, and ischemia. The method described in 1. 前記分化した神経細胞集団が、前記患者の脳に移植される、請求項40に記載の方法。 41. The method of claim 40, wherein the differentiated neural cell population is transplanted into the patient's brain.
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