JP2007175008A - Method for culturing stem cell - Google Patents

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JP2007175008A JP2005378564A JP2005378564A JP2007175008A JP 2007175008 A JP2007175008 A JP 2007175008A JP 2005378564 A JP2005378564 A JP 2005378564A JP 2005378564 A JP2005378564 A JP 2005378564A JP 2007175008 A JP2007175008 A JP 2007175008A
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Teruyuki Kajiume
輝之 梶梅
Rui Yuge
類 弓削
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for keeping a stem cell collected from a donor for a long period while retaining the multipotency and the differentiation potency of the cell without expressing them and a method for proliferating the cell without impairing the multipotency and the differentiation potency. <P>SOLUTION: The method for culturing the stem cell comprises culturing the stem cell in a liquid medium having specific gravity not precipitating the cell, not adhering the cell to the bottom of a culture vessel and not surfacing the cell and then keeping undifferentiation while retaining the multipotency. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、幹細胞の多能性と分化能を損なわないで所定時間維持しうる幹細胞の培養方法に関し、特に幹細胞を多能性と分化能を損なわないで未分化の状態で長時間維持でき、さらには増殖する培養方法及びこの培養方法により維持もしくは増殖させた幹細胞に関する。   The present invention relates to a method for culturing a stem cell that can be maintained for a predetermined time without impairing the pluripotency and differentiation ability of the stem cell, and in particular, the stem cell can be maintained in an undifferentiated state for a long time without impairing the pluripotency and differentiation ability. Furthermore, the present invention relates to a culture method that proliferates and stem cells that are maintained or proliferated by this culture method.

近年、様々な細胞に分化できる幹細胞を利用した再生医療が注目されている。例えば、白血病、再生不良性貧血、先天性免疫不全症などの血液疾患の治療においては、骨髄移植は化学療法と並んで重要な位置を占めている。
この骨髄移植に重要な役割を果たす造血幹細胞は、全血球系(白血球、赤血球、血小板)を供給する血球細胞の源である。一個の造血幹細胞が自己複製と分化をしながら全血球系に生育できる。
In recent years, regenerative medicine using stem cells that can differentiate into various cells has attracted attention. For example, in the treatment of blood diseases such as leukemia, aplastic anemia, and congenital immunodeficiency, bone marrow transplantation occupies an important position along with chemotherapy.
Hematopoietic stem cells that play an important role in bone marrow transplantation are the source of blood cells that supply the whole blood system (white blood cells, red blood cells, platelets). A single hematopoietic stem cell can grow in a whole blood cell line while undergoing self-renewal and differentiation.

再生医療は、未分化な幹細胞が持つ分化能力を利用するため、治療に当っては多量の幹細胞を必要とするが、各種組織に含まれる幹細胞は非常に少ない。例えば、白血病などの治療で行われる骨髄移植では、造血幹細胞が重要な役割を果たすが、その数は全骨髄細胞の1/25000である。そのため、骨髄移植に当っては、ドナーから大量の骨髄(例えば、患者の体重が60kgならば600〜900mL)を採取せねばならず、これはドナーに多大な負担をかけ、ドナー登録者が増えない原因の一つとなっている。
また、幹細胞は従来法の培養では長期生存が困難で、分化してしまうので、細胞移植は時間との闘いであり、現代医学のジレンマとなっている。
Since regenerative medicine uses the differentiation ability of undifferentiated stem cells, a large amount of stem cells is required for treatment, but there are very few stem cells contained in various tissues. For example, in bone marrow transplantation performed for treatment of leukemia and the like, hematopoietic stem cells play an important role, but the number is 1/25000 of total bone marrow cells. Therefore, in bone marrow transplantation, a large amount of bone marrow (for example, 600 to 900 mL if the patient's weight is 60 kg) must be collected from the donor, which puts a great burden on the donor and increases the number of registered donors. Has become one of the causes.
In addition, stem cells are difficult to survive for a long period of time in conventional cultures and are differentiated, so cell transplantation is a struggle with time and has become a dilemma in modern medicine.

このような理由から、造血幹細胞の研究発展や臨床応用のため、造血幹細胞の長期間の維持培養もしくは増幅培養の可能性が模索されているが(例えば、非特許文献1または2参照。)、遺伝子導入をおこなうことなく安全に維持・増幅させる技術は開発されていないのが現状である。
ウエダ T,ツジ K,ヨシノ H,エビハラ Y,ヤガサキ H,ヒサカワ H,ミツイ T,マナベ A,タナカ R,コバヤシ K,イトウ M,ヤスカワ K,ナカハタ T,“Ueda T, Tsuji K, Yoshino H, Ebihara Y, Yagasaki H, Hisakawa H, Mitsui T, Manabe A, Tanaka R, Kobayashi K, Ito M, Yasukawa K, Nakahata T.”,エクスパンジョン・オブ・ヒューマン・NOD/SCID-リポピュレーティング・セルズ・バイ・ステム・セル・ファクター,Flk2/Flt3リガンド,トロンボポエチン,IL-6,アンド・ソリューブルIL-6レセプター“Expansion of human NOD/SCID-repopulating cells by stem cell factor, Flk2/Flt3 ligand, thrombopoietin, IL-6, and soluble IL-6 receptor.”,ジャーナル・クリニカル・インベスティゲーション“Journal Clinical Investigation”,2000年,105号,1013-1021頁 パトリック・スティッフ,ボーハオ・チェン,ウィルバー・フランクリン,デビット・オルデンベルグ,エリック・ハシィ,ロバート・バイエル,エリザベス・シャパル,ジュディー・ドービル,ランキューメル・マンダラム,ディーパック・マルホトラ,トーマス・ミューラー,アール・ドウグラス・アームストロング,アンド アラン・スミス“Patrick Stiff, Bohao Chen, Wilbur Franklin, David Oldenberg, Eric Hsi, Robert Bayer, Elizabeth Shpall, Judy Douville, Ramkumar Mandalam, Deepak Malhotra, Thomas Muller, R. Douglas Armstrong, and Alan Smith”,オートロガス・トランスプランテーション・オブ・エキソ・ビボ・エクスパンデッド・ボーン・マロー・セルズ・グローウン・フローム・スモール・アリクオーツ・アフター・ハイ-ドース・ケモセラピー・フォア・ブレスト・キャンサー“Autologous transplantation of ex vivo expanded bone marrow cells grown from small aliquots after high-dose chemotherapy for breast cancer.”,ブラッド“Blood”,2000年,95号,2169-2174頁
For these reasons, the possibility of long-term maintenance culture or amplification culture of hematopoietic stem cells has been sought for research development and clinical application of hematopoietic stem cells (see, for example, Non-Patent Document 1 or 2). At present, no technology has been developed to safely maintain and amplify genes without introducing them.
Ueda T, Tsuji K, Yoshino H, Ebihara Y, Yagasaki H, Hisakawa H, Mitsui T, Manabe A, Tanaka R, Kobayashi K, Ito M, Yaskawa K, Nakahata T, “Ueda T, Tsuji K, Yoshino H, Ebihara Y, Yagasaki H, Hisakawa H, Mitsui T, Manabe A, Tanaka R, Kobayashi K, Ito M, Yasukawa K, Nakahata T. ”, Expansion of Human NOD / SCID-Lipoprating Cells Stem cell factor, Flk2 / Flt3 ligand, thrombopoietin, IL-6, and soluble IL-6 receptor “Expansion of human NOD / SCID-repopulating cells by stem cell factor, Flk2 / Flt3 ligand, thrombopoietin, IL-6 , and soluble IL-6 receptor. ”, Journal Clinical Investigation“ Journal Clinical Investigation ”, 2000, 105, 1013-1021 Patrick Stiff, Bohao Chen, Wilbur Franklin, David Oldenberg, Eric Hassy, Robert Bayer, Elizabeth Chapal, Judy Deauville, Rankemel Mandaram, Deepak Malhotra, Thomas Mueller, Earl Douglas Armstrong, And Alan Smith “Patrick Stiff, Bohao Chen, Wilbur Franklin, David Oldenberg, Eric Hsi, Robert Bayer, Elizabeth Shpall, Judy Douville, Ramkumar Mandalam, Deepak Malhotra, Thomas Muller, R. Douglas Armstrong, and Alan Smith ”, Autologous Transplantation of Exo Vivo Expanded Bone Mallow Sell's Groun From Small Small Quartz After High-Dose Chemotherapy For Breast Cancer Autologous transplantation of ex vivo expanded bone marrow cells grown from small aliquots after high-dose chemotherapy for breast cancer. ", Brad" Blood ", 2000 years, 95 Nos., Pp. 2169-2174

本発明の目的は、上述のような問題点を解消するため、ドナーから採取した幹細胞を、その多能性と分化能を保持しながら、それを発現させずに長期間維持する幹細胞の培養方法、さらにはその多能性と分化能を損なわないで増殖させる幹細胞の培養方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a stem cell culturing method for maintaining a stem cell collected from a donor for a long period of time without expressing it while maintaining its pluripotency and differentiation potential Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for culturing stem cells that can be grown without impairing their pluripotency and differentiation ability.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、生体から取り出した造血幹細胞等の幹細胞を、培養液を特定の比重とすることで完全に沈降せず、かつ浮上しない条件、即ち、生体内環境と同様の培養環境を創り出すことにより、幹細胞を分化させないで長期間維持ないしは増殖できることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち本発明は、
(1) 幹細胞を、それが沈降せず、培養容器底面に接着せず、かつ浮上しない比重とした液体培地中で培養して、多分化能を保持しながら、未分化を維持することを特徴とする幹細胞の培養方法、
(2) 前記液体培地の比重が1.01〜1.08g/mLである、(1)に記載の幹細胞の培養方法、
(3) 前記幹細胞が、造血幹細胞、間葉系幹細胞、神経幹細胞、肝幹細胞、血管幹細胞又は胚性幹細胞である、前記(1)又は(2)に記載の幹細胞の培養方法、
(4) 前記液体培地の比重を、ポリビニルピロリドンで被覆したコロイドシリカ、又はショ糖とエピクロロヒドリンとの水溶性共重合体を前記液体培地に含有させることにより調整したことを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の幹細胞の培養方法、
(5) 前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の培養方法により得られた、多分化能を維持した幹細胞、及び
(6) ポリビニルピロリドンで被覆したコロイドシリカ、又はショ糖とエピクロロヒドリンとの水溶性共重合体を用いて、液体培地の比重を1.01〜1.08g/mLとした、幹細胞培養用液体培地
を提供するものである。
As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have not completely settled and floated stem cells such as hematopoietic stem cells taken out from a living body by setting the culture medium to a specific specific gravity. It has been found that, by creating a culture environment similar to the condition, that is, the in vivo environment, the stem cells can be maintained or proliferated for a long period of time without being differentiated. The present invention has been made based on this finding.
That is, the present invention
(1) It is characterized in that stem cells are cultured in a liquid medium having a specific gravity in which they do not settle, do not adhere to the bottom of the culture vessel, and do not float, and maintain undifferentiation while maintaining pluripotency. A method for culturing stem cells,
(2) The stem cell culture method according to (1), wherein the specific gravity of the liquid medium is 1.01 to 1.08 g / mL,
(3) The stem cell culture method according to (1) or (2), wherein the stem cell is a hematopoietic stem cell, a mesenchymal stem cell, a neural stem cell, a hepatic stem cell, a vascular stem cell, or an embryonic stem cell,
(4) The specific gravity of the liquid medium is adjusted by containing colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone or a water-soluble copolymer of sucrose and epichlorohydrin in the liquid medium. The method for culturing a stem cell according to any one of (1) to (3),
(5) Stem cells obtained by the culture method according to any one of (1) to (4), maintaining pluripotency, and (6) colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone, or sucrose; The present invention provides a stem cell culture liquid medium in which the specific gravity of the liquid medium is 1.01 to 1.08 g / mL using a water-soluble copolymer with epichlorohydrin.

本発明の幹細胞の培養方法は、特別な培養装置、煩雑な操作等を要することなく、未分化状態で幹細胞を維持、またはそれを増殖できる。
本発明の幹細胞の培養方法によれば、治療等に必要なドナーから採取する幹細胞の量がより少なくて済むため、ドナーにかかる負担を減らすことができるとともに、遠隔地の患者に輸送して移植でき、レシピエントはより安全な細胞移植による再生医療を受けることができるようになる。
本発明の培養方法により得られた幹細胞は、移植ドナー細胞として使用できる。
本発明の幹細胞培養用液体培地は、煩雑な操作等を要することなく、未分化状態で幹細胞を維持、またはそれを増殖できる。
The stem cell culturing method of the present invention can maintain or proliferate stem cells in an undifferentiated state without requiring a special culturing apparatus or complicated operation.
According to the stem cell culturing method of the present invention, the amount of stem cells collected from a donor necessary for treatment or the like can be reduced, so that the burden on the donor can be reduced, and the stem cell can be transported and transplanted to a remote patient. And the recipient can receive regenerative medicine through safer cell transplantation.
Stem cells obtained by the culture method of the present invention can be used as transplanted donor cells.
The liquid medium for culturing stem cells of the present invention can maintain or proliferate stem cells in an undifferentiated state without requiring complicated operations.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の培養方法により培養する幹細胞としては、造血幹細胞をはじめ、間葉系幹細胞、血管幹細胞、神経幹細胞、肝幹細胞、胚性幹細胞(Embryonic stem cell、いわゆるES細胞)など他種の細胞に分化する能力を備えた未分化の細胞であれば特に制限なく適用される。
前記造血幹細胞は、白血病などの治療方法として既に確立している骨髄移植に適用可能である。また、前記造血幹細胞及び間葉系幹細胞等の幹細胞は、遺伝子治療の運搬細胞に有用である。
Embodiments of the present invention will be described below.
Stem cells cultured by the culture method of the present invention include hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, vascular stem cells, neural stem cells, hepatic stem cells, embryonic stem cells (Embryonic stem cells, so-called ES cells) and other types of cells. If it is an undifferentiated cell with the ability to do, it will be applied without limitation.
The hematopoietic stem cells can be applied to bone marrow transplantation that has already been established as a treatment method for leukemia and the like. The stem cells such as the hematopoietic stem cells and mesenchymal stem cells are useful as carrier cells for gene therapy.

本明細書及び特許請求の範囲において、造血幹細胞とは、あらゆる種類の血球細胞に分化する能力及び造血再構築能とを備えた未分化な細胞をいい、主に骨髄、臍帯血、脾臓及び肝臓に存在し、微量ながら末梢血中にも存在する細胞をいう。より具体的には、マウス由来の細胞であれば、例えば、c-kit、Sca-1などの未分化マーカーをその細胞表面に発現している細胞のことであり、ヒト由来の細胞であれば、例えば、CD34、CD117など未分化マーカーをその細胞表面に発現している細胞のことである。   In the present specification and claims, hematopoietic stem cells refer to undifferentiated cells having the ability to differentiate into all types of blood cells and the ability to reconstruct hematopoiesis. Refers to cells that are present in peripheral blood in a small amount. More specifically, if it is a mouse-derived cell, for example, it is a cell expressing an undifferentiated marker such as c-kit or Sca-1 on its cell surface, and if it is a human-derived cell For example, cells expressing undifferentiated markers such as CD34 and CD117 on the cell surface.

本発明においては、液体培地の比重を、幹細胞が沈降せず、培養容器底面に接着せず、かつ浮上しない比重とする。
本発明において、「幹細胞が沈降せず、培養容器底面に接着せず、かつ浮上しない比重」とは、幹細胞が沈降して、培養容器底面に細胞接着せず、ないしは前記底面で幹細胞同士が細胞接着せず、かつ前記液体培地の液面に浮上しない比重をいう。
本発明において、比重を調節される液体培地としては、常法の細胞培養に使用されるものであれば特に制限することなく使用することができ、例えば、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、最小必須培地(MEM)、RPMI1640などが挙げられる。これらは、通常、比重は1.00g/mL程度である。
本発明において、上記液体培地の比重を所定の値に調節することが必要である。
本発明において、液体培地の比重は、1.01g/mL以上が好ましく、1.01〜1.08g/mLがより好ましく、1.01〜1.06g/mLがさらに好ましく、1.040〜1.055g/mLが特に好ましい。
In the present invention, the specific gravity of the liquid medium is set to a specific gravity at which stem cells do not settle, do not adhere to the bottom of the culture vessel, and do not float.
In the present invention, “specific gravity in which stem cells do not settle, do not adhere to the bottom of the culture vessel, and do not float” means that the stem cells settle and do not adhere to the bottom of the culture vessel, or stem cells are cells on the bottom. The specific gravity that does not adhere and does not float on the liquid surface of the liquid medium.
In the present invention, the liquid medium whose specific gravity is adjusted can be used without particular limitation as long as it is used for conventional cell culture. For example, Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM), the minimum essential Examples thereof include a medium (MEM) and RPMI1640. These usually have a specific gravity of about 1.00 g / mL.
In the present invention, it is necessary to adjust the specific gravity of the liquid medium to a predetermined value.
In the present invention, the specific gravity of the liquid medium is preferably 1.01 g / mL or more, more preferably 1.01-1.08 g / mL, still more preferably 1.01-1.06 g / mL, 1.040-1 0.055 g / mL is particularly preferred.

上記液体培地の比重を調節する方法は特に制限はないが、幹細胞に対して不活性で、その浸透圧を変化させることなく、前記のように比重を調節できる物質を上記液体培地に存在させる方法等が挙げられる。
前述の幹細胞の浸透圧を変化させることなく、比重を調節できる物質の具体例としては、パーコール(商品名、ファルマシア社製)等のポリビニルピロリドンで被覆したコロイドシリカ、フィコール(商品名、ファルマシア社製)、フィコール・コンレイ、フィコール・ハイパック(いずれも商品名)等のショ糖とエピクロロヒドリンとの水溶性共重合体等が挙げられる。
本発明の幹細胞培養用液体培地は、前記ポリビニルピロリドンで被覆したコロイドシリカ、又は前記ショ糖とエピクロロヒドリンとの水溶性共重合体を用いて、液体培地の比重を1.01〜1.08g/mLとしたことを特徴とし、1.01〜1.06g/mLが好ましく、1.040〜1.055g/mLがより好ましい。
The method for adjusting the specific gravity of the liquid medium is not particularly limited, but the method for allowing the liquid medium to contain a substance that is inactive with respect to stem cells and can adjust the specific gravity as described above without changing its osmotic pressure. Etc.
Specific examples of the substance capable of adjusting the specific gravity without changing the osmotic pressure of the stem cells described above include colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone such as Percoll (trade name, manufactured by Pharmacia), Ficoll (trade name, manufactured by Pharmacia). ), Water-soluble copolymers of sucrose and epichlorohydrin such as Ficoll Conlay and Ficoll Hipack (both are trade names).
The liquid medium for culturing stem cells of the present invention uses a colloidal silica coated with polyvinyl pyrrolidone or a water-soluble copolymer of sucrose and epichlorohydrin, and the specific gravity of the liquid medium is 1.01-1. It was characterized by being 08 g / mL, 1.01-1.06 g / mL is preferable, and 1.040-1.055 g / mL is more preferable.

なお、これらの液体培地は、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、リン、塩素、アミノ酸、ビタミン、ホルモン、抗生物質、脂肪酸、糖などの化学成分に加えて、細胞増殖効果を高めるため、血清や細胞増殖因子(サイトカイン)のような生体成分を含有することもできる。細胞増殖因子としては、具体的にはFlt-3-リガンド、トロンボポイエチン(TPO)、幹細胞因子(SCF)、エリスロポエチン(EPO)、インターロイキン-6(IL-6)などが挙げられ、その濃度は常法の細胞培養で使用される濃度である。ただし、血清や細胞増殖因子などの生体成分を加えることにより、BSE等の感染や細胞が癌化する可能性があるため、できればこれら生体成分は添加しないほうがよい。
本発明において、培養容器は特に制限はないが、培養フラスコ、ディッシュ、プレート等が挙げられ、インキュベーション方法も特に制限はないが、振とう培養、静置培養、攪拌培養等が挙げられる。
インキュベーション温度は、通常の哺乳類細胞のインキュベーション温度と同様でよいが、35〜38℃が好ましく、37℃がより好ましい。
本発明の培養方法により得られた幹細胞は、細胞表面マーカーによる確認試験、移植確認試験による機能評価等により幹細胞であることを確認することができる。
In addition to chemical components such as sodium, potassium, calcium, magnesium, phosphorus, chlorine, amino acids, vitamins, hormones, antibiotics, fatty acids, sugars, etc., these liquid media increase serum and cell Biological components such as growth factors (cytokines) can also be contained. Specific examples of cell growth factors include Flt-3-ligand, thrombopoietin (TPO), stem cell factor (SCF), erythropoietin (EPO), and interleukin-6 (IL-6). Is the concentration used in conventional cell culture. However, adding biological components such as serum and cell growth factors may cause infections such as BSE and cancerous cells, so it is better not to add these biological components if possible.
In the present invention, the culture vessel is not particularly limited, and examples thereof include a culture flask, a dish, and a plate. The incubation method is not particularly limited, and examples thereof include shaking culture, stationary culture, and stirring culture.
The incubation temperature may be the same as the normal mammalian cell incubation temperature, preferably 35 to 38 ° C, more preferably 37 ° C.
Stem cells obtained by the culture method of the present invention can be confirmed to be stem cells by confirmation tests using cell surface markers, functional evaluation by transplantation confirmation tests, and the like.

前述のようにして得られた幹細胞は、骨髄移植などの血液疾患や臓器の再生などに、例えば点滴により、患者に移植される。なお、移植に先立って、組織適合性を検査しなければならないのは、従来の幹細胞に対するものと同様である。   The stem cells obtained as described above are transplanted into a patient for blood diseases such as bone marrow transplantation and organ regeneration, for example, by infusion. It should be noted that prior to transplantation, histocompatibility must be examined in the same manner as for conventional stem cells.

次に、本発明の幹細胞の培養方法により、幹細胞が長期間分化することなく維持・増殖する機構については本発明者らの研究により次のように考えている。
液体培地の比重を、幹細胞が沈降せず、かつ浮上しない比重とすることにより細胞接着(アドへレンスジャンクション)が抑制され、接着分子カドヘリンと細胞骨格との相互作用に働くβ‐カテニンが幹細胞内に蓄積することを確認した(実施例1中(1−4)参照。)。これにより蓄積したβ‐カテニンが幹細胞の自己複製に関与すると考えられる。
上記アドへレンスジャンクションは脊椎動物細胞に普遍的に存在し、特に個体発生段階における各種幹細胞(例えば、胚性幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞)の細胞層の分離、区画化、細胞群の結合等、いわゆるソーティング・アウト(sorting out)に重要な役割を担っている(例えば、Settleman J. Tension precedes commitment-even for a stem cell. Mol Cell. 2004 Apr 23;14(2):148-50.、矢原一郎編、井出利憲、月田承一郎ら共著「細胞工学」(丸善株式会社、平成3年3月20日発行)205〜222頁参照。)。
Next, the mechanism by which stem cells are maintained and proliferated without differentiation for a long period of time by the stem cell culture method of the present invention is considered as follows based on the study of the present inventors.
Cell culture (adherence junction) is suppressed by setting the specific gravity of the liquid medium so that the stem cells do not settle and do not float, and β-catenin acting on the interaction between the adhesion molecule cadherin and the cytoskeleton is inside the stem cells. (See (1-4) in Example 1). The accumulated β-catenin is thought to be involved in stem cell self-renewal.
The adherence junction is ubiquitously present in vertebrate cells, and in particular, cell layer separation, compartmentalization, cell grouping of various stem cells (eg, embryonic stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells) during the ontogeny stage It plays an important role in so-called sorting out such as binding (for example, Settleman J. Tension precedes commitment-even for a stem cell. Mol Cell. 2004 Apr 23; 14 (2): 148-50 Edited by Ichiro Yahara, Toshinori Ide and Joichiro Tsukida et al., “Cell Engineering” (Maruzen Co., Ltd., published on March 20, 1991), pages 205-222.)

次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
下記のように採取したマウス骨髄細胞を7日間培養した。
マウス(C57BL/6、6週令以上、日本クレア社製)を頚椎脱臼させ70%アルコール液中に全身を浸して消毒したのち、大腿骨と脛骨を無菌的に取り出し、骨周囲の筋組織をできるだけ除去して両側骨端部を切除し、リン酸緩衝液を満たしたシャーレに入れた。リン酸緩衝液を吸引しておいた針付きのシリンジで骨髄組織を押し流して骨髄細胞浮遊液を回収した。回収した骨髄細胞浮遊液を遠心(1,500rpm、5分)して骨髄細胞を採取した。
EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
Mouse bone marrow cells collected as described below were cultured for 7 days.
After disinfecting the mouse (C57BL / 6, 6 weeks old or older, manufactured by CLEA Japan) with cervical dislocation and immersing the whole body in 70% alcohol solution, the femur and tibia are aseptically removed, and the muscle tissue around the bone is removed. After removing as much as possible, both ends of the epiphysis were excised and placed in a petri dish filled with phosphate buffer. The bone marrow tissue was washed away with a syringe with a needle to which the phosphate buffer had been aspirated to recover the bone marrow cell suspension. The collected bone marrow cell suspension was centrifuged (1,500 rpm, 5 minutes) to collect bone marrow cells.

前記骨髄細胞の培養として、基本培養液には、ダルベッコ改変イーグル・メディウム(DMEM)を用い、20ng/mlヒトflt-3-リガンド、20ng/mlヒトトロンボポイエチンを添加した。培養容器24穴プレート中の培養液1mLに骨髄細胞1x106個を37℃で培養した。高比重培養液として、基本培養液にパーコール(商品名、ファルマシア社製)を含有させ、比重1.004g/mL〜1.065g/mLの範囲の6条件で検討した。
培養3日、7日後に細胞数および造血幹細胞の分画とされる分化マーカー(Lineageマーカー:CD4、CD8、B220、Mac1、Gr1、TER119)陰性、Sca-1抗原陽性かつc-Kit陽性細胞(以下、単にLSK細胞という。)を下記抗体染色法によりフローサイトメーター(商品名FACSCalibur、ベクトン・ディッキンソン社製)で測定し、機能的評価としてコロニー形成能およびマウスへの骨髄移植実験を行った。
For culturing the bone marrow cells, Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) was used as the basic culture solution, and 20 ng / ml human flt-3-ligand and 20 ng / ml human thrombopoietin were added. 1 × 10 6 bone marrow cells were cultured at 37 ° C. in 1 mL of the culture solution in the culture vessel 24-well plate. As a high specific gravity culture solution, Percoll (trade name, manufactured by Pharmacia) was added to the basic culture solution, and examination was performed under six conditions in the range of specific gravity of 1.004 g / mL to 1.065 g / mL.
Differentiation markers (Lineage markers: CD4, CD8, B220, Mac1, Gr1, TER119) negative, Sca-1 antigen positive and c-Kit positive cells (number of cells and hematopoietic stem cell fraction after 3 and 7 days of culture) Hereinafter, LSK cells were simply measured by a flow cytometer (trade name FACSCalibur, manufactured by Becton Dickinson) by the following antibody staining method, and colony-forming ability and bone marrow transplantation experiments on mice were performed as functional evaluations.

<抗体染色法>
各培養液を回収して、遠心分離機により細胞を分離し、リン酸緩衝液に再懸濁した後、前記ビオチン化Lineage抗体(CD4、CD8、B220、Mac1、Gr1、TER119)を細胞浮遊液と反応させ、その後にストレプトアビジン−PerCP(ペリジニンクロロフィン複合体タンパク質)で染色した。
さらに、リン酸緩衝液にアロフィコシアニン(APC)で標識した抗c-kit抗体(ファーミンゲン社製)及びフィコエリスリン(PE)で標識した抗Sca-1抗体(ファーミンゲン社製)を添加して抗体染色液を作製した。
このようにして抗体染色した細胞数を前記フローサイトメーターを使用して計測した。なお、前記フローサイトメーターの使用方法は添付のマニュアルに従って行った。
<Antibody staining method>
Each culture solution is collected, cells are separated by a centrifuge, resuspended in a phosphate buffer, and then the biotinylated Lineage antibody (CD4, CD8, B220, Mac1, Gr1, TER119) is added to the cell suspension. And then stained with streptavidin-PerCP (peridinin chlorofin complex protein).
Further, an anti-c-kit antibody (Pharmingen) labeled with allophycocyanin (APC) and an anti-Sca-1 antibody (Pharmingen) labeled with phycoerythrin (PE) are added to a phosphate buffer to form an antibody. A staining solution was prepared.
The number of cells stained with antibodies in this way was counted using the flow cytometer. The flow cytometer was used in accordance with the attached manual.

<結果>
(1)細胞数の変化
(1−1)総骨髄細胞数の推移
図1のaは、ビルケルチュルク計算盤を用いてカウントした、各比重培養液における総骨髄細胞数の推移を示す図である。
図1のa中0日の棒グラフが示すように、実験開始時の骨髄細胞1x106個は、すでに分化している細胞がほとんどである。そのため、図1のa中3及び7日における比重1.004g/mLの棒グラフが示すように培養すると細胞数は減少する。
しかし、図1のa中3及び7日における比重1.053g/mLの棒グラフが示すように、培養液比重1.053g/mLで培養すると、7日後の細胞数減少は比較的少なかった。
(1−2)LSK細胞が有する造血幹細胞表面マーカーの推移
図1のbは、前記フローサイトメーターを用いてカウントした、各比重培養液における造血幹細胞表面マーカー数の推移を示す図である。
図1のbから明らかなように、培養細胞中のLSK細胞が有する造血幹細胞表面マーカーを評価すると、培養液比重が1.053g/mLの条件では7日後にLSK細胞が増幅していたことが分かる。
<Result>
(1) Change in the number of cells (1-1) Change in the total number of bone marrow cells FIG. 1A is a graph showing the change in the number of total bone marrow cells in each specific gravity culture solution, counted using a Birkelturk calculator. is there.
As indicated by the bar graph on day 0 in FIG. 1a, most of the 1 × 10 6 bone marrow cells at the start of the experiment are already differentiated. Therefore, the number of cells decreases when cultured as shown by the bar graph having a specific gravity of 1.004 g / mL on days 3 and 7 in FIG.
However, as shown in the bar graph of specific gravity 1.053 g / mL on days 3 and 7 in FIG. 1a, when the culture medium was cultured at a specific gravity of 1.053 g / mL, the cell number decrease after 7 days was relatively small.
(1-2) Transition of hematopoietic stem cell surface markers possessed by LSK cells FIG. 1 b is a graph showing the transition of the number of hematopoietic stem cell surface markers in each specific gravity culture solution, counted using the flow cytometer.
As apparent from FIG. 1b, when the hematopoietic stem cell surface marker possessed by the LSK cells in the cultured cells was evaluated, it was found that the LSK cells were amplified after 7 days under the condition that the culture medium specific gravity was 1.053 g / mL. I understand.

(1−3)コロニー形成細胞数の推移
リン酸緩衝液に懸濁した骨髄細胞(培養0日、7日)の細胞数をカウントし、元の細胞当り105〜106cells/mLになるようにいくつか濃度をふって、リン酸緩衝液で希釈した。そして、この細胞懸濁液をコロニーアッセイ用のメチルセルロース培地(商品名METHOCULT GFM3434、STEMCELL TECHNOLOGIS社製)に1/10量加え、よく振って混和したのち(104〜105cells/mL)、96穴培養皿に100μLずつ分注した(103〜104cells/ウェル)。分注した骨髄細胞を1週間培養し、各ウェルにできたコロニーの数を数え、骨髄細胞1000個当りのコロニー形成細胞数を算出した。
図1のcは、各比重培養液における、1000個骨髄細胞当りのコロニー形成細胞数を示す図である。
図1のcから明らかなように、機能的評価としてのコロニー形成能も培養液比重が1.053g/mLの条件では3日後にLSK細胞に基づくコロニー形成細胞数が増幅していた。
(1-3) Transition of the number of colony-forming cells Count the number of bone marrow cells (cultured on the 0th and 7th) suspended in phosphate buffer, resulting in 10 5 to 10 6 cells / mL per original cell As described above, the solution was diluted with a phosphate buffer at various concentrations. Then, 1/10 volume of this cell suspension was added to a methylcellulose medium for colony assay (trade name METHOCULT GFM3434, manufactured by STEMCELL TECHNOLOGIS), mixed well by shaking (10 4 to 10 5 cells / mL), 96 100 μL each was dispensed into a well culture dish (10 3 to 10 4 cells / well). The dispensed bone marrow cells were cultured for 1 week, the number of colonies formed in each well was counted, and the number of colony forming cells per 1000 bone marrow cells was calculated.
FIG. 1c is a diagram showing the number of colony forming cells per 1000 bone marrow cells in each density medium.
As apparent from FIG. 1c, the number of colony forming cells based on LSK cells was amplified after 3 days under the condition that the colony forming ability as a functional evaluation was 1.053 g / mL.

(1−4)β‐カテニンの細胞内増加
図2は、培養7日後の各比重培養液における、幹細胞内β‐カテニンのバンドを示す電気泳動図である。
図2から明らかなように、培養液比重1.053g/mLのレーンでは、90kDa付近のβ‐カテニンのバンドが最も濃く現れ、幹細胞内にβ‐カテニンが最も蓄積していたことが分かる。
このことは前記蓄積したβ‐カテニンが幹細胞を分化することなく維持・増幅するように作用していることを示している。
(1-4) Intracellular increase of β-catenin FIG. 2 is an electrophoretic diagram showing the band of β-catenin in stem cells in each specific gravity culture solution after 7 days of culture.
As is clear from FIG. 2, in the lane having a culture medium specific gravity of 1.053 g / mL, the β-catenin band near 90 kDa appears most intensely, indicating that β-catenin is accumulated most in the stem cells.
This indicates that the accumulated β-catenin acts to maintain and amplify the stem cells without differentiation.

(2)純化造血幹細胞での検討
図3のa−1、b−1、c−1は、それぞれ、純化直後、培養7日後(比重1.004)、培養7日後(比重1.053)における、分化(Lineage)マーカー陰性強度に対するカウント数のヒストグラムである。
図3のa−2、b−2、c−2は、それぞれ、a−3、b−3、c−3を展開した、純化直後、培養7日後(比重1.004)、培養7日後(比重1.053)における、前記フローサイトメーターを用いて計測したc-kitとSca-1との発現パターンを示す2次元プロットである。
認識ゲートa−3かつa−4、b−3かつb−4、c−3かつc−4が、それぞれLSK細胞に対応する。
(2) Examination with Purified Hematopoietic Stem Cells a-1, b-1, and c-1 in FIG. 3 are immediately after purification, 7 days after culture (specific gravity 1.004), and 7 days after culture (specific gravity 1.053), respectively. , Histogram of counts against differentiation marker negative intensity.
3, a-2, b-2, and c-2 were developed from a-3, b-3, and c-3, respectively, immediately after purification, after 7 days of culture (specific gravity 1.004), and after 7 days of culture ( It is a two-dimensional plot showing the expression pattern of c-kit and Sca-1 measured using the flow cytometer at a specific gravity of 1.053).
Recognition gates a-3 and a-4, b-3 and b-4, c-3 and c-4 correspond to LSK cells, respectively.

前記フローサイトメーターを用いて、造血幹細胞表面マーカーを有するLSK細胞を純化した。純度は95%以上のものを用いた。具体的には、認識ゲートa−3に示したLineageマーカー陰性細胞を分取し、純化造血幹細胞100個を得た。
図3のb−1及びb−2から明らかなように、培養液比重1.004g/mLで培養すると、7日後には細胞がほとんど残っていなかった。
一方、図3のc−1及びc−2から明らかなように、培養液比重を1.053g/mLにすると、7日後に細胞数は600〜1250個、すなわち約10倍となり、そのほとんどがLSK細胞であった。
Using the flow cytometer, LSK cells having hematopoietic stem cell surface markers were purified. A purity of 95% or more was used. Specifically, the Lineage marker negative cells shown in the recognition gate a-3 were collected, and 100 purified hematopoietic stem cells were obtained.
As is clear from b-1 and b-2 in FIG. 3, when cultured at a culture medium specific gravity of 1.004 g / mL, almost no cells remained after 7 days.
On the other hand, as apparent from c-1 and c-2 in FIG. 3, when the specific gravity of the culture solution is 1.053 g / mL, the number of cells becomes 600 to 1250 after 7 days, that is, about 10 times, most of them. LSK cells.

(3)造血幹細胞移植試験
本移植試験において、ドナー細胞としては、GFP(グリーン蛍光タンパク質)トランスジェニックマウスの造血幹細胞を用いた。
培養7日後の増殖した造血幹細胞の分化能が損なわれていないことを確認するため、放射線照射(3Gy)により造血機能を低下させたマウスに、培養7日後の細胞をドナー細胞として移植した。
移植12週後のマウス末梢血を採取し、前記フローサイトメーターで生着細胞の有無を確認した。
(3) Hematopoietic stem cell transplantation test In this transplantation test, hematopoietic stem cells of GFP (green fluorescent protein) transgenic mice were used as donor cells.
In order to confirm that the differentiation ability of the proliferated hematopoietic stem cells after 7 days of culture was not impaired, the cells after 7 days of culture were transplanted as donor cells into mice whose hematopoietic function was reduced by irradiation (3 Gy).
Mouse peripheral blood 12 weeks after transplantation was collected, and the presence or absence of engrafted cells was confirmed with the flow cytometer.

図4のaは、培養前の骨髄細胞を移植した結果を示す図であり、図4のbは、培養液比重1.004g/mLで培養7日後の細胞を移植した結果を示す図であり、図4のcは、培養液比重1.053g/mLで培養7日後の細胞を移植した結果を示す図である。図4のc中、横軸の103以上のカウントは生着細胞由来のGFPのカウントを示す。
図4のa及びbから明らかなように、培養前の細胞や培養液比重が1.004g/mLで培養した細胞は、ほとんど生着しなかった。
一方、図4のcのGFP陽性細胞の検出結果から明らかなように、培養液比重が1.053g/mLで培養した細胞は生着したことから、この条件において、造血幹細胞が増幅していたことが確認できた。
実施例1の結果から、培養液の比重を特定の範囲とし、造血幹細胞が完全に、沈降ないしは浮上のいずれもしない条件、即ち、生体環境と同様の培養環境を創り出すことにより、骨髄細胞中に少なく存在する、造血幹細胞を長期間その分化能を保持して培養でき、かつ目的の幹細胞を選択的に増幅することができることが分かる。
4a is a diagram showing the results of transplantation of bone marrow cells before culture, and FIG. 4b is a diagram showing the results of transplantation of cells after 7 days of culture at a culture medium specific gravity of 1.004 g / mL. FIG. 4c is a diagram showing the results of transplanting cells after 7 days of culture at a culture medium specific gravity of 1.053 g / mL. In c of FIG. 4, 10 3 or more counts of the horizontal axis indicates the count of GFP from engraftment cells.
As is apparent from FIGS. 4a and 4b, the cells before culturing and the cells cultured at a culture medium specific gravity of 1.004 g / mL hardly engrafted.
On the other hand, as apparent from the detection result of the GFP-positive cells in FIG. 4c, the cells cultured at a culture medium specific gravity of 1.053 g / mL were engrafted, so that hematopoietic stem cells were amplified under these conditions. I was able to confirm.
From the results of Example 1, the specific gravity of the culture solution is set to a specific range, and a condition in which hematopoietic stem cells do not settle or float completely, that is, a culture environment similar to the biological environment, is created in bone marrow cells. It can be seen that few hematopoietic stem cells can be cultured while maintaining their differentiation ability for a long time, and the target stem cells can be selectively amplified.

(実施例2)
ヒト間葉系幹細胞(human Mesenchymal Stem Cells:以下単にhMSCsという。)(商品名PT-2501,Cambrex Bio Sciences Walkersville,Inc.社製)を7日間培養した。基本培養液には、最小必須培地(MEM)を用い、10%ウシ胎児血清(FBS)を添加した。培養液1mL中に細胞数1 x105個を培養した。高比重培養液として、基本培養液にパーコールを含有させ、比重1.004g/mL〜1.053g/mLの範囲の5条件で検討した。
培養7日後に細胞数およびhMSCsの分画とされるCD14、CD34、CD45陰性、CD29陽性かつCD44陽性細胞(すなわち、hMSCs表面マーカーを有する細胞)を前記フローサイトメーターで測定した。
図5のaは、培養7日後、各比重培養液における総細胞数を示すグラフである。図5のbは、前記フローサイトメーターを用いて、前記hMSCs表面マーカーを有する細胞数を示すグラフである。
実験開始時の細胞1 x105個は、培養すると細胞数は減少する。
しかし、図5のaから明らかなように、培養液比重1.017g/mLで培養すると、7日後の細胞数減少は抑えられた。
図5のbから明らかなように、前記フローサイトメーターを用いて、培養細胞中のhMSCs表面マーカーを評価すると、培養液比重が1.017g/mLの条件では7日後のhMSCs数が他に比べて多かった。
使用した市販のhMSCsは、通常の増殖培地を使用して培養しても、7日後には細胞が減少してしまう。
しかし、実施例2で示したように培養液の比重を特定の範囲とするとその減少が抑えられ、hMSCs数も多かった。哺乳類間葉系幹細胞も、培養液の比重を特定の範囲とすることにより実施例1で示した哺乳類造血幹細胞と同様に長期間分化させずに維持・増幅できることが分かる。
(Example 2)
Human mesenchymal stem cells (hereinafter simply referred to as hMSCs) (trade name PT-2501, manufactured by Cambrex Bio Sciences Walkersville, Inc.) were cultured for 7 days. The basic culture medium was minimal essential medium (MEM) and 10% fetal bovine serum (FBS) was added. 1 × 10 5 cells were cultured in 1 mL of the culture solution. As a high specific gravity culture solution, percoll was contained in the basic culture solution and examined under five conditions in the specific gravity range of 1.004 g / mL to 1.053 g / mL.
Seven days after culturing, the number of cells and the fraction of hMSCs, CD14, CD34, CD45 negative, CD29 positive and CD44 positive cells (that is, cells having hMSCs surface markers) were measured with the flow cytometer.
FIG. 5a is a graph showing the total number of cells in each specific gravity culture solution after 7 days of culture. FIG. 5b is a graph showing the number of cells having the hMSCs surface marker using the flow cytometer.
The number of cells at 1 × 10 5 cells at the start of the experiment decreases when cultured.
However, as apparent from FIG. 5a, when the culture medium was cultured at a specific gravity of 1.017 g / mL, the decrease in the number of cells after 7 days was suppressed.
As is apparent from FIG. 5b, when the hMSCs surface marker in cultured cells was evaluated using the flow cytometer, the number of hMSCs after 7 days was higher than that of the other when the culture medium specific gravity was 1.017 g / mL. It was a lot.
Even if the commercially available hMSCs used were cultured using a normal growth medium, the cells decreased after 7 days.
However, as shown in Example 2, when the specific gravity of the culture solution was within a specific range, the decrease was suppressed and the number of hMSCs was large. It can be seen that mammalian mesenchymal stem cells can be maintained and amplified without differentiation for a long period of time as in the case of the mammalian hematopoietic stem cells shown in Example 1 by setting the specific gravity of the culture medium within a specific range.

図1のaは、各比重培養液における総骨髄細胞数の推移を示す図である。 図1のbは、各比重培養液における造血幹細胞表面マーカー数の推移を示す図である。 図1のcは、各比重培養液における、1000個骨髄細胞当りのコロニー形成細胞数を示す図である。FIG. 1a is a graph showing the transition of the total number of bone marrow cells in each specific gravity culture solution. FIG. 1b is a graph showing the change in the number of hematopoietic stem cell surface markers in each density medium. FIG. 1c is a diagram showing the number of colony forming cells per 1000 bone marrow cells in each density medium. 図2は、各比重培養液における幹細胞内β‐カテニンのバンド(90KDa)を示す電気泳動図である。FIG. 2 is an electrophoretogram showing the stem cell β-catenin band (90 KDa) in each density medium. 図3のa−1、b−1、c−1は、それぞれ、純化直後、培養7日後(比重1.004)、培養7日後(比重1.053)における、分化(Lineage)マーカー陰性強度に対するカウント数のヒストグラムである。 図3のa−2、b−2、c−2は、それぞれ、a−3、b−3、c−3で展開した、純化直後、培養7日後(比重1.004)、培養7日後(比重1.053)における、前記フローサイトメーターを用いて計測したc-kitとSca-1との発現パターンを示す2次元プロットである。The a-1, b-1, and c-1 in FIG. 3 respectively correspond to the differentiation (Lineage) marker negative intensity immediately after purification, 7 days after culture (specific gravity 1.004), and 7 days after culture (specific gravity 1.053). It is a histogram of count numbers. The a-2, b-2, and c-2 in FIG. 3 were developed in a-3, b-3, and c-3, respectively, immediately after purification, after 7 days of culture (specific gravity 1.004), and after 7 days of culture ( It is a two-dimensional plot showing the expression pattern of c-kit and Sca-1 measured using the flow cytometer at a specific gravity of 1.053). 図4のaは、培養前の骨髄細胞を移植した結果を示す図であり、図4のbは、培養液比重1.004g/mLで培養7日後の細胞を移植した結果を示す図であり、図4のcは、培養液比重1.053g/mLで培養7日後の細胞を移植した結果を示す図である。4a is a diagram showing the results of transplantation of bone marrow cells before culture, and FIG. 4b is a diagram showing the results of transplantation of cells after 7 days of culture at a culture medium specific gravity of 1.004 g / mL. FIG. 4c is a diagram showing the results of transplanting cells after 7 days of culture at a culture medium specific gravity of 1.053 g / mL. 図5のaは、培養7日後、各比重培養液における総細胞数を示すグラフである。 図5のbは、前記フローサイトメーターを用いて、前記hMSCs表面マーカーを有する細胞数を示すグラフである。FIG. 5a is a graph showing the total number of cells in each specific gravity medium after 7 days of culture. FIG. 5b is a graph showing the number of cells having the hMSCs surface marker using the flow cytometer.

Claims (6)

幹細胞を、それが沈降せず、培養容器底面に接着せず、かつ浮上しない比重とした液体培地中で培養し、多分化能を保持しながら、未分化を維持することを特徴とする幹細胞の培養方法。   Stem cells are cultured in a liquid medium with a specific gravity so that they do not settle, do not adhere to the bottom of the culture vessel, and do not float, and maintain undifferentiation while maintaining pluripotency Culture method. 前記液体培地の比重が1.01〜1.08g/mLである、請求項1に記載の幹細胞の培養方法。   The method for culturing stem cells according to claim 1, wherein the specific gravity of the liquid medium is 1.01-1.08 g / mL. 前記幹細胞が、造血幹細胞、間葉系幹細胞、神経幹細胞、肝幹細胞、血管幹細胞又は胚性幹細胞である、請求項1又は2に記載の幹細胞の培養方法。   The stem cell culture method according to claim 1 or 2, wherein the stem cells are hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, neural stem cells, hepatic stem cells, vascular stem cells, or embryonic stem cells. 前記液体培地の比重を、ポリビニルピロリドンで被覆したコロイドシリカ、又はショ糖とエピクロロヒドリンとの水溶性共重合体を前記液体培地に含有させることにより調整したことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の幹細胞の培養方法。   The specific gravity of the liquid medium is adjusted by containing colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone or a water-soluble copolymer of sucrose and epichlorohydrin in the liquid medium. The method for culturing a stem cell according to any one of -3. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の培養方法により得られた、多分化能を維持した幹細胞。   The stem cell which maintained the pluripotency obtained by the culture method of any one of Claims 1-4. ポリビニルピロリドンで被覆したコロイドシリカ、又はショ糖とエピクロロヒドリンとの水溶性共重合体を用いて、液体培地の比重を1.01〜1.08g/mLとした、幹細胞培養用液体培地。
A liquid medium for stem cell culture using a colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone or a water-soluble copolymer of sucrose and epichlorohydrin, and the specific gravity of the liquid medium is 1.01-1.08 g / mL.
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