JP2009017891A - Multipotent adult stem cell, source thereof, method of obtaining and maintaining the same, method of differentiation thereof, method of use thereof, and cells derived therefrom - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide mammalian multipotent adult stem cells (MASC), methods for obtaining, maintaining and differentiating MASC, and the use of MASC for therapy of diseases. <P>SOLUTION: The cells can differentiate into the mesodermic line, ectodermic line, and endodermic line individually, further, in at least one of these cell types. These cells and cell aggregates that can actually differentiate into one of these cell types are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

関連特許 本出願は2001年10月25日提出の米国仮特許出願第60/343,386号、2001年8月7日提出の米国仮特許出願第60/310,625号、2001年2月15日提出の米国仮特許出願第60/269,062号、2001年2月14日提出の米国仮特許出願第60/268,786号の利益を主張するものであり、これらは参照により本開示に含まれる。出願人はまた国際公開第01/11011号、第60/147,324号および第60/164,650号に基づく優先権を主張し、これらの出願は参照により本文に含まれる;その中の任意の教示を本発明の実施に用いることができる。本出願は、付録1に添付しまた本出願の一部である、国際公開第01/11011号の一部継続出願である。参照により本文に含まれる資料は先行技術とは認められない。 Related Patents This application is a US Provisional Patent Application No. 60 / 343,386 filed October 25, 2001, a US Provisional Patent Application No. 60 / 310,625 filed August 7, 2001, February 15, 2001. Claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 269,062 filed on the same date and US Provisional Patent Application No. 60 / 268,786 filed February 14, 2001, which are incorporated herein by reference. included. Applicant also claims priority under WO 01/11011, 60 / 147,324 and 60 / 164,650, which are hereby incorporated by reference; any of which Can be used to practice the present invention. This application is a continuation-in-part of WO 01/11011 attached to Appendix 1 and part of this application. Materials included in the text by reference are not recognized as prior art.

発明の分野 本発明は概して、哺乳類多能性成体幹細胞(MASC)に関し、より詳細には、MASCを入手し、維持し、そして分化させる方法に関する。疾患の治療におけるMASCの使用もまた提供される。 The present invention relates generally to mammalian pluripotent adult stem cells (MASCs), and more particularly to methods for obtaining, maintaining and differentiating MASCs. Also provided is the use of MASC in the treatment of disease.

発明の背景 幹細胞からの器官および組織の作成、および続くそれらの移植は、いくつかの疾患に有望な治療法を提供し、幹細胞を多くの分野で研究の中心としている。幹細胞技術は、数例を挙げれば糖尿病、パーキンソン病、肝疾患、心疾患、そして自己免疫疾患に有望な新しい治療法を提供する。しかし、器官および組織移植に付随する少なくとも二つの大きな問題がある。 BACKGROUND OF THE INVENTION The creation of organs and tissues from stem cells, and their subsequent transplantation, offers promising treatments for several diseases, making stem cells the center of research in many areas. Stem cell technology offers promising new therapies for diabetes, Parkinson's disease, liver disease, heart disease, and autoimmune disease, to name a few. However, there are at least two major problems associated with organ and tissue transplantation.

第一に、提供器官および組織の不足がある。米国だけで移植に必要な器官のわずか5パーセントしか被提供者は入手できない(Evans, et al. 1992)。米国心臓協会によると、1997年に新しい心臓を必要とした米国人40,000人のうち2,300人しか心臓を受け取っていない。米国肝臓協会は、毎年肝不全で死亡する30,000人近い患者に対して提供者は3,000人に満たないと報告する。   First, there is a lack of donor organs and tissues. Only 5 percent of organs needed for transplantation are available in the United States alone (Evans, et al. 1992). According to the American Heart Association, only 2,300 of the 40,000 Americans who needed a new heart in 1997 received the heart. The American Liver Society reports fewer than 3,000 donors for nearly 30,000 patients who die of liver failure each year.

第二の大きな問題は、被提供者の免疫系と移植組織との不適合の可能性である。提供器官または組織は宿主免疫系によって異物と認識されるため、金額的にも身体的にもかなりのコストで免疫抑制薬を患者に与えなければならない。   The second major problem is the possibility of incompatibility between the recipient's immune system and the transplanted tissue. Since the donor organ or tissue is recognized as a foreign body by the host immune system, immunosuppressive drugs must be given to the patient at a considerable cost both physically and financially.

異種移植、すなわち別の生物種からの組織または器官の移植は、ヒト器官および組織の不足を克服する別の方法を提供できる。異種移植には先行計画という利点がある。器官を健康なうちに採取することができ、また患者は移植手術に先立って任意の有益な前処置を受けることができる。残念ながら、異種移植は、組織不適合の問題を克服しないばかりか、むしろそれを悪化させる。さらに、疾病対策センターによると、有害なウイルスが種間障壁を越えるという証拠がある。ブタは、器官および組織提供者として有力候補になっているが、しかしブタからヒトへの1種以上のウイルスの種間感染が記録されている。たとえば、70名を超えるヒトが感染し死亡した疾患であるヘンドラウイルスの発生を封じ込めるため、100万頭を越えるブタが近年マレーシアで屠畜された(Butler, D. 1999)。   Xenotransplantation, i.e., transplantation of tissue or organs from another species, can provide another way to overcome the shortage of human organs and tissues. Xenotransplantation has the advantage of advance planning. The organ can be harvested while healthy and the patient can receive any beneficial pretreatment prior to the transplant operation. Unfortunately, xenotransplantation not only overcomes the problem of tissue incompatibility, but rather exacerbates it. In addition, according to the Centers for Disease Control, there is evidence that harmful viruses cross interspecies barriers. Pigs are potential candidates for organ and tissue donors, but interspecies infection of one or more viruses from pigs to humans has been documented. For example, more than 1 million pigs have recently been slaughtered in Malaysia (Butler, D. 1999) to contain the outbreak of Hendra virus, a disease that killed more than 70 people.

幹細胞:定義および用途 移植のための器官および組織の最も期待される起源は、したがって、幹細胞技術の開発にある。理論上、幹細胞は自己再生する細胞分裂を行って表現型および遺伝子型の同一な娘細胞を無限回生じることができ、最終的に少なくとも一つの最終細胞型に分化することができる。患者自身の幹細胞から組織または器官を作成することによって、または被提供者の免疫系が異物と認識しないように異種細胞を遺伝子組み換えすることによって、移植組織を作成し、感染または組織拒絶という付随する危険なしに異種移植に伴う利点を提供することができる。 Stem cells: definition and uses The most promising source of organs and tissues for transplantation is therefore in the development of stem cell technology. Theoretically, stem cells can undergo self-renewing cell division to give daughter cells with the same phenotype and genotype indefinitely, and can finally differentiate into at least one final cell type. By creating a tissue or organ from the patient's own stem cells, or by genetically recombining a heterologous cell so that the recipient's immune system does not recognize it as a foreign body, a transplanted tissue is created, accompanied by infection or tissue rejection. The benefits associated with xenotransplantation can be provided without risk.

幹細胞はまた、遺伝子治療の結果を改善する見込みを提供する。患者自身の幹細胞をinvitroで遺伝子組み換えし、それからinvivoで再導入して目的の遺伝子産物を産生することができる。これらの遺伝子組み換え幹細胞は、体の特定の部位に埋め込むための、または全身投与のための、多数の細胞型を形成するように分化誘導される潜在力を有する。あるいは、異種幹細胞を遺伝子組み換えして被提供者の主要組織適合複合体(MHC)抗原を発現させるかまたはMHC抗原を全く発現させないようにすることができ、付随する拒絶の危険なしに提供者から被提供者へ細胞を移植することが可能になる。   Stem cells also provide the prospect of improving the outcome of gene therapy. The patient's own stem cells can be genetically modified in vitro and then reintroduced in vivo to produce the desired gene product. These genetically engineered stem cells have the potential to be induced to form a large number of cell types for implantation in specific parts of the body or for systemic administration. Alternatively, the heterologous stem cells can be genetically modified to express the recipient's major histocompatibility complex (MHC) antigen or no MHC antigen at all, from the donor without the risk of concomitant rejection It becomes possible to transplant the cells to the recipient.

幹細胞は、広範囲な増殖可能性を有し、いくつかの細胞系統に分化して、移植時に組織に再集合(repopulate)する細胞と定義される。典型的な幹細胞は胚性幹(ES)細胞であり、それはこれが無限の自己再生および多能性分化可能性を有するからである(Thomson,J. et al. 1995;Thomson, J.A. et al. 1998; Shamblott, M. et al. 1998; Williams,R.L. et al.1988; Orkin, S. 1998; Reubinoff, B.E., et al. 2000)。これらの細胞は胚盤胞の内細胞塊に由来する(Thomson,J. et al. 1995; Thomson, J.A. et al. 1998; Martin, G.R.1981)かまたは、移植後胚由来の始原生殖細胞から得ることができる(胚性生殖細胞すなわちEG細胞)。ESおよびEG細胞はマウスから得られており、より最近は非ヒト霊長類およびヒトからも得られている。マウス胚盤胞に導入されたとき、ES細胞は当該マウス(動物)のすべての組織に寄与することができる(Orkin,S. 1998)。マウスES細胞はしたがって全能性である。出生後の動物に移植されたとき、ESおよびEG細胞は奇形腫を生じ、これはまたそれらの多能性を示す。ES(およびEG)細胞は、発生段階特異的胎児性抗原(SSEA)1および4に対する抗体を用いた陽性染色法で同定することができる。   Stem cells are defined as cells that have a wide range of proliferative potential, differentiate into several cell lineages, and repopulate into tissues upon transplantation. A typical stem cell is an embryonic stem (ES) cell because it has unlimited self-renewal and pluripotent differentiation potential (Thomson, J. et al. 1995; Thomson, JA et al. 1998). Shamblott, M. et al. 1998; Williams, RL et al. 1988; Orkin, S. 1998; Reubinoff, BE, et al. 2000). These cells are derived from the inner cell mass of blastocysts (Thomson, J. et al. 1995; Thomson, JA et al. 1998; Martin, GR1981) or from primordial germ cells derived from post-transplant embryos (Embryonic germ cells or EG cells). ES and EG cells have been obtained from mice, and more recently from non-human primates and humans. When introduced into mouse blastocysts, ES cells can contribute to all tissues of the mouse (animal) (Orkin, S. 1998). Mouse ES cells are therefore totipotent. When transplanted into postnatal animals, ES and EG cells give rise to teratomas, which also show their pluripotency. ES (and EG) cells can be identified by positive staining using antibodies against stage-specific fetal antigen (SSEA) 1 and 4.

分子レベルでは、ESおよびEG細胞は、これらの未分化細胞に高度に特異的ないくつかの転写因子を発現している。これらには、oct-4とRex1、白血病抑制因子受容体(LIF-R)が含まれる。転写因子sox-2およびRox-1は、ESおよび非ES細胞の両方で発現している。oct-4は原腸未形成胚、卵割初期胚、胚盤胞の内細胞塊の細胞、および胚性癌(EC)細胞で発現している。成体動物では、oct-4は生殖細胞だけに見られる。   At the molecular level, ES and EG cells express several transcription factors that are highly specific for these undifferentiated cells. These include oct-4 and Rex1, leukemia inhibitory factor receptor (LIF-R). The transcription factors sox-2 and Rox-1 are expressed in both ES and non-ES cells. Oct-4 is expressed in gastrulation embryos, early cleavage embryos, blastocyst inner cell mass cells, and embryonic carcinoma (EC) cells. In adult animals, oct-4 is found only in germ cells.

oct-4は、Rox-1と共同して、亜鉛フィンガータンパク質Rex-1の転写活性化を引き起こし、またESを未分化状態に維持するためにも必要である。oct-4遺伝子は、細胞がinvitroで分化誘導されるときダウンレギュレートされる。いくつかの研究が、oct-4がES細胞の未分化の表現型を維持するのに必要であることと、胚発生および分化の初期段階の決定において大きな役割を果たすことを示している。Sox-2は、ES/ECの未分化状態を保ち、マウスES細胞を維持するのに、oct-4と共に必要であるが、ヒトES細胞の維持には必要でない。ヒトまたはマウス始原生殖細胞は、LIFの存在を必要とする。ES細胞のもう一つの顕著な特徴は、高濃度のテロメラーゼの存在であり、それはこれらの細胞に無限の自己再生能力をinvitroで提供する。   Oct-4, together with Rox-1, causes transcriptional activation of the zinc finger protein Rex-1, and is also required to maintain ES in an undifferentiated state. The oct-4 gene is downregulated when cells are induced to differentiate in vitro. Several studies have shown that oct-4 is required to maintain the undifferentiated phenotype of ES cells and plays a major role in determining embryonic development and early stages of differentiation. Sox-2 is required with oct-4 to maintain the undifferentiated state of ES / EC and maintain mouse ES cells, but not to maintain human ES cells. Human or mouse primordial germ cells require the presence of LIF. Another prominent feature of ES cells is the presence of high concentrations of telomerase, which provides these cells with infinite self-renewal ability in vitro.

幹細胞は大部分の器官または組織で特定されている。最もよく特徴づけられているのは造血幹細胞(HSC)である。この中胚葉由来細胞は、細胞表面マーカーおよび機能上の特
徴に基づいて精製されている。骨髄(BM)、血液、臍帯血、胎児肝臓および卵黄嚢から単離されたHSCは、血液細胞を生じる前駆細胞であって、すなわち続く翻訳が複数の造血系統を再び開始し、被提供者の生命のために造血を再び開始することができる。(Fei,R.,et al., 特許文献1;McGlave,et al, 特許文献2;Simmons, P., et al, 特許文献3;Tsukamoto,etal, 特許文献4;Schwartz, et al, 特許文献5;DiGuisto, et al, 特許文献6;Tsukamoto,et al,特許文献7;Hill,B., et al, 1996を参照) 致死量の放射線を受けた動物またはヒトに移植されたとき、HSCは赤芽球、好中球-マクロファージ、巨核球およびリンパ球造血細胞プールに新たに定着することができる。Invitroで、造血幹細胞を少なくとも数度自己再生する細胞分裂を行うよう誘導することができ、そしてinvivoでみられるように同一の系統に分化するよう誘導することができる。したがって、この細胞は幹細胞の基準を満たす。造血系統の細胞を形成するようにのみ分化する幹細胞は、しかし、他の損傷した組織、たとえば、高用量の化学療法薬物によって損傷した心臓または肺の組織を修復するための細胞の起源を提供することはできない。
Stem cells are identified in most organs or tissues. The best characterized are hematopoietic stem cells (HSC). The mesoderm-derived cells are purified based on cell surface markers and functional characteristics. HSCs isolated from bone marrow (BM), blood, umbilical cord blood, fetal liver and yolk sac are progenitor cells that give rise to blood cells, i.e., subsequent translation reinitiates multiple hematopoietic lineages, Hematopoiesis can be started again for life. (Fei, R., et al., Patent Literature 1; McGlave, et al, Patent Literature 2; Simmons, P., et al, Patent Literature 3; Tsukamoto, etal, Patent Literature 4; Schwartz, et al, Patent Literature 5; see DiGuisto, et al, Patent Document 6; Tsukamoto, et al, Patent Document 7; Hill, B., et al, 1996) When transplanted into animals or humans that have received a lethal dose of radiation, HSC Newly established in erythroblasts, neutrophil-macrophages, megakaryocytes and lymphocyte hematopoietic cell pools. In vitro, hematopoietic stem cells can be induced to undergo cell division that regenerates at least several times, and can be induced to differentiate into the same lineage as seen in vivo. Thus, this cell meets the stem cell criteria. Stem cells that differentiate only to form cells of the hematopoietic lineage, however, provide the source of cells to repair other damaged tissue, such as heart or lung tissue damaged by high doses of chemotherapeutic drugs It is not possible.

幅広く研究されてきたもう一つの幹細胞は神経幹細胞(NSC)である(Gage F.H. 2000;SvendsenC.N.et al, 1999; Okabe S. et al, 1996)。NSCは初め胎児脳の脳室下領域および嗅球で見出された。最近まで、成体脳は幹細胞の能力を有する細胞を含まないと信じられていた。しかし、げっ歯類、より最近はまた非ヒト霊長類およびヒトにおけるいくつかの研究が、幹細胞が成体脳に存在し続けることを示している。これらの幹細胞はinvivoで増殖でき、そして連続的に少なくとも一部の神経細胞をinvivoで再生する。ex vivoで培養したとき、NSCは増殖するように誘導することができ、またさまざまな型の神経細胞およびグリア細胞に分化するように誘導することができる。脳に移植されたとき、NSCは定着し神経細胞およびグリア細胞を生じることができる。したがって、この細胞も、造血幹細胞でも、幹細胞の定義を満たす。   Another stem cell that has been extensively studied is the neural stem cell (NSC) (Gage F.H. 2000; Svendsen C.N. et al, 1999; Okabe S. et al, 1996). NSCs were first found in the subventricular region of the fetal brain and in the olfactory bulb. Until recently, it was believed that the adult brain did not contain cells with stem cell capabilities. However, several studies in rodents, more recently also non-human primates and humans, indicate that stem cells continue to exist in the adult brain. These stem cells can proliferate in vivo and continuously regenerate at least some neurons in vivo. When cultured ex vivo, NSCs can be induced to proliferate and can be induced to differentiate into various types of neurons and glial cells. When transplanted into the brain, NSCs can settle and give rise to neurons and glial cells. Therefore, both this cell and the hematopoietic stem cell satisfy the definition of stem cell.

Clarkeetal.は、マウス胚盤胞またはニワトリ胚に注入されたLac-Z遺伝子導入マウス由来のNSCは、そのキメラマウスまたはニワトリ胚のいくつかの組織に寄与することを報告した(Clarke,D.L. et al. 2000)。LacZ発現細胞は、中枢神経系だけでなく、中胚葉派生物、また肝臓および腸の上皮細胞でさまざまな程度のモザイクで見出されたが、造血機構を含む他の組織ではみられなかった。これらの研究はしたがって、成体NSCは以前知られていたよりも顕著に大きな分化可能性を有しうるが、ESまたはFurchtet al. (国際出願番号PCT/USOO/21387)およびここに記載された、成体から得られた多能性成体幹細胞(MASC)の全能性は持たないことを示唆した。MASC、MAPCおよびMFCの用語は、成体から得られた多能性成体幹細胞を記載するために交換して使用可能である。   Clarkeetal. Reported that NSCs derived from Lac-Z transgenic mice injected into mouse blastocysts or chicken embryos contributed to some tissues of the chimeric mice or chicken embryos (Clarke, DL et al 2000). LacZ-expressing cells were found in varying degrees of mosaic not only in the central nervous system, but also in mesoderm derivatives and liver and intestinal epithelial cells, but not in other tissues including hematopoietic mechanisms. These studies therefore show that adult NSCs may have significantly greater differentiation potential than previously known, but ES or Furcht et al. (International Application No. PCT / USOO / 21387) and adults described herein, It was suggested that the pluripotent adult stem cells (MASCs) obtained from are not totipotent. The terms MASC, MAPC and MFC can be used interchangeably to describe pluripotent adult stem cells obtained from adults.

変性および外傷性脳疾患の治療は、細胞置換療法を用いて大きく進歩しうる。NSC は成体哺乳類脳の脳室下領域(SVZ)および海馬で見出されており(Ciccolini et al, 1998;Morrisonetal., 1999;Palmer et al., 1997;Reynolds and Weiss, 1992;Vescovi etal., 1999)、上衣および脳の他の非神経性とされる領域にもまた存在しうる(Doetschetal, 1999;Johanssonet al, 1999;Palmer et al, 1999)。胎児または成体脳由来NSCは、ex vivoで増殖させ星状細胞、稀突起膠細胞および機能する神経細胞に分化するよう誘導することができる(Ciccolini et al, 1998; Johansson et al, 1999; Palmer etal, 1999;Reynoldset al,1996;Ryder et al, 1990;Studer et al, 1996; Vescoviet al,1993)。In vivoでは、時間を変えて培養した未分化のNSCはグリア細胞、GABA性およびドーパミン作用性神経細胞に分化する(Flaxet al, 1998;Gage et al, 1995;Suhonen et al,1996)。NSCの最も広く用いられている起源は同種異系胎児脳であり、これは免疫学的および倫理的問題を共に提起する。代案としては、NSCは自家脳から得ることができる。事前の神経病状がNSCの、培養され神経細胞およびグリア細胞にexvivoで分化するよう誘導される能力に影響するかどうかは知られていないため、また既に疾患のある脳における追加の手術が基礎疾患を悪化させる可能性があるため、この手法は魅力がより低い。   The treatment of degenerative and traumatic brain disease can make great progress using cell replacement therapy. NSCs are found in the subventricular region (SVZ) and hippocampus of the adult mammalian brain (Ciccolini et al, 1998; Morrisonetal., 1999; Palmer et al., 1997; Reynolds and Weiss, 1992; Vescovi etal., 1999), can also be present in the upper garment and other non-neural areas of the brain (Doetschetal, 1999; Johansson et al, 1999; Palmer et al, 1999). Fetal or adult brain-derived NSCs can be induced to grow and differentiate into astrocytes, oligodendrocytes and functional neurons ex vivo (Ciccolini et al, 1998; Johansson et al, 1999; Palmer etal 1999; Reynoldset al, 1996; Ryder et al, 1990; Studer et al, 1996; Vescoviet al, 1993). In vivo, undifferentiated NSCs cultured at different times differentiate into glial cells, GABAergic and dopaminergic neurons (Flaxet al, 1998; Gage et al, 1995; Suhonen et al, 1996). The most widely used source of NSC is the allogeneic fetal brain, which raises both immunological and ethical issues. As an alternative, NSCs can be obtained from the own brain. It is not known whether prior neurological pathology affects the ability of NSCs to be induced to differentiate into cultured neurons and glial cells ex vivo, and additional surgery in the already diseased brain is the underlying disease This approach is less attractive because it can worsen

置換戦略のための神経細胞およびグリアの理想的な起源は、成体の、容易に利用可能な脳以外の自己組織から採取しうる細胞で、またin vitroで増殖可能でありex vivoまたはin vivoで患者に欠けている細胞型に分化しうるものである。近年の報告は、BM由来細胞はinvitroでNSC条件下で培養したとき、または中枢神経系に入ったとき、神経外胚葉性細胞の表現型の特徴を獲得することを示唆している(Sanchez-Ramoset al., 2000;Woodbury et al, 2000)。この能力を有するBM細胞の表現型は知られていない。神経外胚葉性の性質を獲得する細胞の他の細胞型への分化のための能力もまた未知である。   The ideal source of neurons and glia for replacement strategies is cells that can be harvested from adult, readily available self-tissues other than the brain, and can be grown in vitro ex vivo or in vivo It can differentiate into a cell type that is lacking in the patient. Recent reports suggest that BM-derived cells acquire phenotypic characteristics of neuroectodermal cells when cultured in vitro under NSC conditions or enter the central nervous system (Sanchez- Ramoset al., 2000; Woodbury et al, 2000). The phenotype of BM cells with this ability is unknown. The ability for differentiation of cells that acquire neuroectodermal properties into other cell types is also unknown.

幹細胞の性質を有するもう一つの組織特異的細胞が間葉性幹細胞(MSC)で、Fridenshtein(1982)によって最初に記載された。MSCは当初は胚性中胚葉から得られそして成体BMから単離され、分化して筋、骨、軟骨、脂肪、骨髄間質、および腱を形成することができる。胚発生の間、中胚葉は肢芽中胚葉、骨、軟骨、脂肪、骨格筋そしておそらく内皮を生じる組織に発展する。中胚葉はまた器官中胚葉に分化し、これは心筋、平滑筋、または内皮および造血前駆細胞から成る血島を生じうる。初期中胚葉つまりMSCはしたがって、いくつかの細胞および組織型の起源を提供しうる。いくつかのMSCが単離されている。(たとえば、Caplan,A., et al,特許文献8;Young, H., et al, 特許文献9;Caplan, A.,et al, 特許文献10;Bruder,S., etal.特許文献11;Caplan, A., et al.,特許文献12;Masinovsky,B.,特許文献13;Pittenger, M.,特許文献14;Jaiswal,N., etal.,1997,;CassiedeP., et al, 1996;Johnstone, B., et al, 1998;Yoo, et al,1998;Gronthos, S.,1994を参照)。   Another tissue-specific cell with stem cell properties is a mesenchymal stem cell (MSC), first described by Fridenshtein (1982). MSCs are initially obtained from embryonic mesoderm and isolated from adult BM and can differentiate to form muscle, bone, cartilage, fat, bone marrow stroma, and tendons. During embryonic development, the mesoderm develops into tissues that produce limb bud mesoderm, bone, cartilage, fat, skeletal muscle and possibly endothelium. The mesoderm also differentiates into organ mesoderm, which can give rise to blood islands consisting of heart muscle, smooth muscle, or endothelium and hematopoietic progenitor cells. Early mesoderm or MSC may thus provide the origin of several cell and tissue types. Several MSCs have been isolated. (For example, Caplan, A., et al, Patent Document 8; Young, H., et al, Patent Document 9; Caplan, A., et al, Patent Document 10; Bruder, S., etal. Patent Document 11; Caplan, A., et al., Patent Document 12; Masinovsky, B., Patent Document 13; Pittenger, M., Patent Document 14; Jaiswal, N., etal., 1997 ,; Cassiede P., et al, 1996; Johnstone, B., et al, 1998; see Yoo, et al, 1998; Gronthos, S., 1994).

記載されている多くのMSCのうち、すべてが、一般に間葉起源と考えられている細胞を形成する限られた分化を示している。現在まで、報告された最も多能性のMSCはPittenger,et alによって単離された、SH2+SH4+ CD29+ CD44+ CD71+CD90+CD106+ CD120a+ CD124- CD14-CD34- CD45- 表現型を発現する細胞である。この細胞は分化して間葉起源のいくつかの細胞型を形成する能力があるが、明らかに、分化可能性は間葉性系統の細胞に限られていて、この細胞を単離したチームが注目したように拡大培養中に造血細胞は決して見つからなかった(Pittenger,etal, 1999)。 Of the many MSCs described, all show limited differentiation to form cells that are generally considered mesenchymal origin. To date, the most pluripotent MSCs reported were isolated by Pittenger, et al, SH2 + SH4 + CD29 + CD44 + CD71 + CD90 + CD106 + CD120a + CD124 - CD14 - CD34 - CD45 - phenotype It is a cell that expresses. This cell is capable of differentiating to form several cell types of mesenchymal origin, but obviously the differentiation potential is limited to cells of the mesenchymal lineage and the team that isolated the cell As noted, hematopoietic cells were never found during expansion culture (Pittenger, etal, 1999).

消化管幹細胞(Potten,C.1998)、上皮幹細胞(Watt, F. 1997)、そして円形細胞ともいう肝幹細胞(Alison,M. et al. 1998)を含む他の組織特異的幹細胞が同定されている。これらの大部分は比較してよく特徴づけられていない。   Other tissue-specific stem cells have been identified, including gastrointestinal stem cells (Potten, C. 1998), epithelial stem cells (Watt, F. 1997), and hepatic stem cells, also called round cells (Alison, M. et al. 1998) Yes. Most of these are not well characterized by comparison.

ES細胞に比べて、組織特異的幹細胞の有する自己再生能力はより小さく、そして複数の系統に分化するが全能性ではない。組織特異的細胞が、ES細胞にみられると上記に記載されたマーカーを発現しているかどうかを扱った研究は無い。さらに、組織特異的または系統決定した幹細胞におけるテロメラーゼ活性の程度は、理由の一部としてこれらの細胞の多数の高度に増幅した集団を得るのは困難であるため、十分に調べられていない。最近まで、組織特異的幹細胞は同一の組織の細胞にだけ分化することができると考えられていた。いくつかの最近の文献は、成体器官特異的幹細胞にはさまざまな組織の細胞に分化する能力がありうると示唆している。しかし、これらの型の細胞の真の性質は完全には解っていない。いくつかの研究は、BM移植時に移植された細胞は骨格筋に分化しうることを示している(Ferrari1998;Gussoni1999)。このことは、骨髄に存在する間葉性細胞にありうる分化可能性の範囲内と考えることができる。Jacksonは、筋サテライト細胞は造血細胞に分化しうると発表し、これも胚の内臓中胚葉内での表現型の転換である(Jackson1999)。他の研究は、ある胚葉(たとえば内臓中胚葉)由来の幹細胞が、胚発生中に別の胚葉から生じると考えられる組織に分化することができることを示している。たとえば、骨髄移植を受けたヒトまたは動物に検出される内皮細胞またはその前駆細胞は、少なくとも一部は骨髄提供者に由来する(Takahashi,1999;Lin, 2000)。このように、内臓神経中胚葉でなく内臓中胚葉に由来する、MSCのような性質の子孫が、注入される骨髄と共に移植される。さらに驚くべきことには、げっ歯類とヒトの両方で提供者骨髄に由来する肝上皮細胞と胆管上皮細胞が被提供者に見られることを示す報告がある(Petersen,1999;Theise, 2000; Theise,2000)。同様に、NSCは造血細胞に分化しうることを3つのグループが示している。最後に、Clarkeet al. は、胚盤胞に注入されたとき組織キメラマウスのすべての組織に寄与できる細胞をNSCと呼ぶことを報告している(Clarke et al, 2000)。   Compared to ES cells, tissue-specific stem cells have less self-renewal capacity and differentiate into multiple lineages but are not totipotent. There are no studies dealing with whether tissue-specific cells express the markers described above when found in ES cells. Furthermore, the degree of telomerase activity in tissue-specific or lineage-derived stem cells has not been fully investigated because it is difficult to obtain large numbers of highly amplified populations of these cells as part of the reason. Until recently, it was thought that tissue-specific stem cells could only differentiate into cells of the same tissue. Several recent publications suggest that adult organ-specific stem cells may be capable of differentiating into cells of various tissues. However, the true nature of these types of cells is not fully understood. Several studies have shown that cells transplanted during BM transplantation can differentiate into skeletal muscle (Ferrari1998; Gussoni1999). This can be considered within the range of possible differentiation of mesenchymal cells present in the bone marrow. Jackson announced that muscle satellite cells can differentiate into hematopoietic cells, which is also a phenotypic change within the visceral mesoderm of the embryo (Jackson 1999). Other studies have shown that stem cells from one germ layer (eg, visceral mesoderm) can differentiate into tissues that are thought to arise from another germ layer during embryogenesis. For example, endothelial cells or their progenitor cells detected in humans or animals that have undergone bone marrow transplantation are at least partially derived from bone marrow donors (Takahashi, 1999; Lin, 2000). Thus, MSC-like offspring derived from visceral mesoderm but not visceral nerve mesoderm are transplanted with the bone marrow to be injected. More surprisingly, there are reports showing that donor and hepatic epithelial cells and bile duct epithelial cells are found in donors in both rodents and humans (Petersen, 1999; Theise, 2000; Theise, 2000). Similarly, three groups have shown that NSCs can differentiate into hematopoietic cells. Finally, Clarke et al. Report that cells that can contribute to all tissues of tissue chimeric mice when called into blastocysts are called NSCs (Clarke et al, 2000).

これらの研究の大半は単一の細胞が異なる器官の組織に分化できることを決定的に示していないことを指摘する必要がある。また、任意の器官から単離された幹細胞は、必ずしも系統が決定した細胞ではない可能性がある。実際、大部分の研究者は開始細胞の表現型を特定しなかった。例外はWeissmanとGrompeによる研究で、彼らは、肝臓に定着した細胞はHSC中に高度に濃縮されているLin-Thy1LowSca1 +骨髄細胞に存在したことを示した。同様に、MulliganグループはHSCで高度に濃縮されている骨髄Sp細胞は筋および内皮に分化できることを示し、またJacksonet al.は筋Sp細胞が造血再構成を担うことを示した(Gussoni et al.,1999)。 It should be pointed out that most of these studies do not show definitively that single cells can differentiate into tissues of different organs. In addition, stem cells isolated from any organ may not necessarily be cells whose lineage has been determined. In fact, most researchers did not identify the phenotype of the starting cell. An exception was a study by Weissman and Grompe, who showed that cells that settled in the liver were present in Lin - Thy 1 LowSca 1 + bone marrow cells that were highly enriched in HSC. Similarly, the Mulligan group showed that bone marrow Sp cells highly enriched in HSC can differentiate into muscle and endothelium, and Jackson et al. Showed that muscle Sp cells are responsible for hematopoietic reconstitution (Gussoni et al. 1999).

異種ES細胞から作成された組織および器官の移植には、移植拒絶から保護するため、ある種の細胞表面マーカーの発現を阻害するように細胞にさらに遺伝子組み換えを行うか、または化学療法の免疫抑制剤の使用を続けるかが必要である。このように、ES細胞研究は移植のための器官の供給が限られているという問題に有望な新しい解決法を提供するが、異種細胞または組織の移植を維持するための免疫抑制の必要に伴う問題と危険は残る。人口の大多数を対照とする治療法に備えて免疫学的に互換性のある細胞を提供するためには、ES細胞の免疫学的に異なる株を推定20株確立する必要がある。   For transplantation of tissues and organs made from heterologous ES cells, the cells can be further genetically modified to inhibit the expression of certain cell surface markers, or chemotherapy immunosuppression to protect against transplant rejection. It is necessary to continue using the agent. Thus, ES cell research offers a promising new solution to the problem of limited supply of organs for transplantation, but with the need for immunosuppression to maintain transplantation of xenogeneic cells or tissues Problems and dangers remain. In order to provide immunologically compatible cells for therapies that control the majority of the population, it is necessary to establish an estimated 20 immunologically different strains of ES cells.

自家または組織型別の一致する同種異系幹細胞の起源として、胚でなく成長した個体からの細胞を用いることは、移植ES細胞の使用に伴う組織不適合の問題を緩和するかまたは克服し、またES細胞研究に伴う倫理的二律背反も解決する。自家幹細胞を組織移植に用いることに伴う最大の短所は、これまでのところその比較的限られた分化可能性にある。   Using cells from grown individuals rather than embryos as the origin of autologous or histologically matched allogeneic stem cells alleviates or overcomes the problem of tissue incompatibility associated with the use of transplanted ES cells, and Resolve the ethical tradeoffs associated with ES cell research. The greatest disadvantage associated with the use of autologous stem cells for tissue transplantation is its relatively limited differentiation potential so far.

成熟した生物とくにヒトからいくつかの幹細胞が単離されているが、これらの細胞は、多能性であることが報告されているにもかかわらず、複数の細胞型に分化する可能性は限られていることを示している。
米国特許第5,635,387号明細書 米国特許第5,460,964号明細書 米国特許第5,677,136号明細書 米国特許第5,750,397号明細書 米国特許第5,759,793号明細書 米国特許第5,681,599号明細書 米国特許第5,716,827号明細書 米国特許第5,486,359号明細書 米国特許第5,827,735号明細書 米国特許第5,811,094号明細書 米国特許第5,736,396号明細書 米国特許第5,837,539号明細書 米国特許第5,837,670号明細書 米国特許第5,827,740号明細書
Several stem cells have been isolated from mature organisms, especially humans, but these cells have limited potential to differentiate into multiple cell types despite being reported to be pluripotent. It is shown that.
US Pat. No. 5,635,387 US Pat. No. 5,460,964 US Pat. No. 5,677,136 US Pat. No. 5,750,397 US Pat. No. 5,759,793 US Pat. No. 5,681,599 US Pat. No. 5,716,827 US Pat. No. 5,486,359 US Pat. No. 5,827,735 US Pat. No. 5,811,094 US Pat. No. 5,736,396 US Pat. No. 5,837,539 US Pat. No. 5,837,670 US Pat. No. 5,827,740

このように、複数の分化可能性を有する幹細胞が以前に他の研究者らおよび本発明者らによって単離されているとはいえ、繊維芽細胞、肝、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、骨格筋、内皮、間質、平滑筋、心筋そして造血細胞を含むさまざまな系統の幅広い細胞型へ分化する可能性を有する前駆細胞は記載されていない。細胞および組織移植と遺伝子治療が、期待される医療の進歩を提供するなら、最大またはもっとも広範囲の分化可能性を有する幹細胞または前駆細胞が求められる。必要なのは、ES細胞と成体において同等なものである。   Thus, fibroblasts, liver, osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, although stem cells with multiple differentiation potentials have been previously isolated by other researchers and the present inventors No progenitor cells have been described that have the potential to differentiate into a wide variety of cell types, including skeletal muscle, endothelium, stroma, smooth muscle, cardiac muscle and hematopoietic cells. If cell and tissue transplantation and gene therapy provide the expected medical advances, stem or progenitor cells with the greatest or most extensive differentiation potential are sought. What is needed is an equivalent in ES cells and adults.

BM、筋そして脳は、以前思われていたより大きな見かけの可塑性が見出された3つの組織である。BMは、いくつかの中胚葉性(FerrariG.et al, 1998; Gussoni E. et al, 1999;Rafii S. etal, 1994;Asahara T. et al., 1997;LinY. et al, 2000;Orlic D.et al,2001 ;Jackson K. et al, 2001)、内胚葉性(Petersen B.E.et al, 1999;Theise, N.D. etal, 2000;Lagasse E. et al, 2000; Krause D. et al,2001)、そして神経外胚葉性(MezeyD.S. et al, 2000; Brazelton T.R., et al, 2000;SanchezRamos J. et al,2000;Kopen G. et al, 1999)、および皮膚(Krause, D. et al, 2001)の構造に寄与しうる細胞を含む。筋由来の細胞は造血機構に寄与しうる(JacksonK. et al, 1999;Scale P.et al, 2000)。NSCが造血細胞 (Bjornson C. et al, 1999;Shih C.etal.,2001)、平滑筋筋芽細胞(Tsai R.Y. et al, 2000) に分化しうること、またマウス胚盤胞に注入されたときNSCがいくつかの細胞型を生じることの証拠もある(Clarke,D.L. et al,2000)。   BM, muscle, and brain are three tissues that have found greater apparent plasticity than previously thought. BM is found in several mesodermal (Ferrari G. et al, 1998; Gussoni E. et al, 1999; Rafii S. etal, 1994; Asahara T. et al., 1997; LinY. Et al, 2000; Orlic D et al, 2001; Jackson K. et al, 2001), endoderm (Petersen BEet al, 1999; Theise, ND etal, 2000; Lagasse E. et al, 2000; Krause D. et al, 2001), And neuroectodermal (Mezey D.S. et al, 2000; Brazelton TR, et al, 2000; SanchezRamos J. et al, 2000; Kopen G. et al, 1999) and skin (Krause, D. et al, 2001) including cells that can contribute to the structure. Muscle-derived cells can contribute to the hematopoietic mechanism (Jackson K. et al, 1999; Scale P. et al, 2000). NSCs can differentiate into hematopoietic cells (Bjornson C. et al, 1999; Shih C. etal., 2001), smooth muscle myoblasts (Tsai RY et al, 2000), and injected into mouse blastocysts There is also evidence that NSCs sometimes give rise to several cell types (Clarke, DL et al, 2000).

本研究は、多能性成体前駆細胞の特徴を有する細胞を、複数の異なる器官すなわちBM、筋そして脳から培養して単離することができることを示す。その細胞は同じ形態、表現型、in vitro分化能力を有し、非常に似通った発現遺伝子プロファイルを有する。   This study shows that cells with the characteristics of pluripotent adult progenitor cells can be cultured and isolated from several different organs, namely BM, muscle and brain. The cells have the same morphology, phenotype, in vitro differentiation ability and very similar expressed gene profiles.

本発明は、哺乳類、好ましくはマウス、ラットまたはヒトから単離された多能性成体幹細胞(MASC)である。当該細胞は胚以外の器官または組織に由来し、分化して中胚葉、外胚葉そして内胚葉起源の少なくとも一つの分化細胞型を形成するよう誘導することのできる能力を有する。好適な一実施形態においては、MASCが単離された器官または組織は骨髄、筋、脳、臍帯血または胎盤である。   The present invention is a pluripotent adult stem cell (MASC) isolated from a mammal, preferably a mouse, rat or human. The cells are derived from organs or tissues other than the embryo and have the ability to be induced to differentiate to form at least one differentiated cell type of mesoderm, ectoderm and endoderm origin. In a preferred embodiment, the organ or tissue from which MASC is isolated is bone marrow, muscle, brain, umbilical cord blood or placenta.

本発明は、以下を提供する。
(項目1) 中胚葉性、外胚葉性および内胚葉性起源の少なくとも一つの分化細胞型を形成するように分化誘導される能力を有する、単離された多能性成体幹細胞(MASC)。
(項目2) 哺乳類の胚以外の器官または組織に由来することを特徴とする項目1記載の細胞。
(項目3) 骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞および稀突起膠細胞の細胞型より成る群から選択される細胞を形成するように分化誘導される能力を有することを特徴とする請求項1記載の細胞。
(項目4) 前記器官または組織が、骨髄、筋、脳、臍帯血および胎盤より成る群から選択されることを特徴とする項目1記載の細胞。
(項目5) 前記哺乳類がマウスであることを特徴とする項目2記載の細胞。
(項目6) 前記哺乳類がラットであることを特徴とする項目2記載の細胞。

(項目7) 前記哺乳類がヒトであることを特徴とする項目2記載の細胞。
(項目8) 分化がin vivoまたはex vivoで誘導されることを特徴とする項目1記載の細胞。
(項目9) 分化がin vivoまたはex vivoで誘導されることを特徴とする項目3記載の細胞。
(項目10) 前記細胞が構成的にoct4および高レベルのテロメラーゼを発現することを特徴とする項目1記載の細胞。
(項目11) 前記細胞がCD44、MHCクラスIおよびMHCクラスII発現について陰性であることを特徴とする項目10記載の細胞。
(項目12) (a)項目1記載の細胞を胚盤胞に導入する; (b)(a)の胚盤胞を代理母に移植する;そして (c)仔を発生および出生させる; 各工程を含むことを特徴とする、正常な非ヒト動物を作成する方法。
(項目13) 前記動物がキメラであることを特徴とする項目12記載の動物。
(項目14) MASCの集団と該MASCを拡大させる培地とを含む組成物。
(項目15) 前記培地が、上皮成長因子(EOF)および血小板由来成長因子(PDGF)を含むことを特徴とする項目14記載の組成物。
(項目16) 前記培地が、白血病抑制因子(LEF)をさらに含むことを特徴とする項目15記載の組成物。
(項目17) 完全にまたは部分的に精製されたMASC子孫細胞の集団を含む組成物。
(項目18) 前記子孫細胞がさらに分化する能力を有することを特徴とする項目17記載の組成物。
(項目19) 前記子孫細胞が最終分化していることを特徴とする項目17記載の組成物。
(項目20) 前記子孫細胞が、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞または稀突起膠細胞の細胞型であることを特徴とする項目17記載の組成物。
(項目21) (a)哺乳類から組織を得る; (b)接着性細胞の集団を確立する; (c)前記集団からCD45+細胞を除去する; (d)CD45-細胞を回収する;そして (e)CD45-細胞を拡大条件下で培養し、拡大した細胞集団を得る; 各工程を含むことを特徴とする、項目1記載の細胞を単離および増殖するための方法。
(項目22) 項目21記載の方法によって得られた拡大した細胞集団。
(項目23) 項目21記載の方法の各工程を含み、さらに増殖した細胞を目的の分化因子の存在下で培養する工程を含むことを特徴とする、MASCをex vivoで分化させるための方法。
(項目24) 前記分化因子が、塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF);血管内皮成長因子(VEGF);ジメチルスルホキシド(DMSO)およびイソプロテレノール;そして、繊維芽細胞成長因子4(FGF4)および肝細胞成長因子(HGF)より成る群から選択されることを特徴とする請求項23記載の方法。
(項目25) 項目23記載の方法によって得られた分化細胞。

(項目26) 前記細胞が、外胚葉、中胚葉または内胚葉であることを特徴とする項目25記載の分化細胞。
(項目27) 前記細胞が、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞または稀突起膠細胞の細胞型であることを特徴とする項目25記載の分化細胞。
(項目28) 項目21記載の方法の各工程を含み、かつ拡大した細胞集団を哺乳類宿主に投与する工程をさらに含み、前記細胞集団が定着しかつin vivoで組織特異的細胞に分化して、それによって、傷害、遺伝疾患、後天性疾患または医原性処置のために欠陥のある細胞または器官の機能が補強され、再構成され、または初めて提供されることを特徴とする、MASCをinvivoで分化させる方法。
(項目29) 前記組織特異的細胞が、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞または稀突起膠細胞の細胞型であることを特徴とする項目28記載の方法。
(項目30) MASCが、invivoで自己再生することを特徴とする項目28記載の方法。
(項目31) 前記細胞が、医薬として許容される基材と共に投与されることを特徴とする項目28記載の方法。
(項目32) 前記基材が生分解性であることを特徴とする項目31記載の方法。
(項目33) 前記投与が、局所注射、全身注射、非経口投与、経口投与、または胚への子宮内注射によってなされることを特徴とする項目28記載の方法。
(項目34) 局所注射がカテーテル投与を含むことを特徴とする項目33記載の方法。
(項目35) 前記疾患が、癌、心血管疾患、代謝疾患、肝疾患、糖尿病、肝炎、血友病、変性または外傷性神経疾患、自己免疫疾患、遺伝的欠陥、結合組織疾患、貧血、感染症および移植拒絶より成る群から選択されることを特徴とする項目28記載の方法。
(項目36) 項目28記載の方法によって得られた分化細胞。
(項目37) 項目11記載の細胞の治療上有効な量を、必要のある患者に投与する工程を含む治療方法。
(項目38) 前記患者において奇形種が形成されないことを特徴とする項目37記載の方法。
(項目39) MASCまたはその子孫細胞の治療上有効な量を必要のある患者に投与する工程を含む治療方法。
(項目40) 前記患者の前処置がほとんどまたは全く必要とされないことを特徴とする項目39記載の方法。
(項目41) 前記前処置が、放射線照射または化学療法による骨髄機能廃絶を含むことを特徴とする項目40記載の方法。
(項目42) MASCまたはその子孫細胞の投与の前または同時に耐性を誘導することが不要であることを特徴とする項目39記載の方法。
(項目43) 患者の後免疫抑制処置が、従来の薬理用量と比較して減少することを特
徴とする請求項39記載の方法。
(項目44) 前記子孫細胞がさらに分化する能力を有することを特徴とする項目39記載の方法。
(項目45) 前記子孫細胞が最終分化していることを特徴とする項目39記載の方法。
(項目46) MASCまたは子孫細胞が、局所注射、全身注射、非経口投与、経口投与、または胚への子宮内注射によって投与されることを特徴とする項目39記載の方法。
(項目47) 局所注射がカテーテル投与を含むことを特徴とする項目46記載の方法。
(項目48) 細胞が医薬として許容される基材と共に投与されることを特徴とする項目39記載の方法。
(項目49) 前記基材が生分解性であることを特徴とする項目48記載の方法。
(項目50) MASCまたはその子孫細胞が、ウイルス、細菌または真菌感染に抵抗するように免疫系を改変することを特徴とする項目39記載の方法。
(項目51) MASCまたはその子孫が、傷害、遺伝疾患、後天性疾患または医原性処置のために欠陥のある細胞または器官の機能を補強し、再構成し、または初めて提供することを特徴とする項目39記載の方法。
(項目52) 前記器官が、骨髄、血液、脾臓、肝臓、肺、腸管、眼、脳、免疫系、循環系、骨、結合組織、筋、心臓、血管、膵臓、中枢神経系、末梢神経系、腎臓、膀胱、皮膚、上皮付属器、乳房−乳腺、脂肪組織、および口、食道、膣および肛門を含む粘膜より成る群から選択されることを特徴とする項目51記載の方法。
(項目53) MASCがin vivoで自己再生することを特徴とする項目51記載の方法。
(項目54) 前記疾患が、癌、心血管疾患、代謝疾患、肝疾患、糖尿病、肝炎、血友病、変性または外傷性神経疾患、自己免疫疾患、遺伝的欠陥、結合組織疾患、貧血、感染症および移植拒絶より成る群から選択されることを特徴とする項目51記載の方法。
(項目55) 前記子孫細胞が、ex vivoまたはin vivoで分化することを特徴とする項目44記載の方法。
(項目56) 前記子孫細胞が、ex vivoまたはin vivoで分化することを特徴とする項目45記載の方法。
(項目57) 前記子孫細胞が、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞および稀突起膠細胞より成る群から選択されることを特徴とする項目45記載の方法。
(項目58) MASCまたはその子孫細胞が、患者の一またはそれ以上の器官にホーミングしそこで定着し、それによって、傷害、遺伝疾患、後天性疾患または医原性処置のために欠陥のある細胞または器官の機能が補強され、再構成され、または初めて提供されることを特徴とする項目39記載の方法。
(項目59) 前記疾患が、癌、心血管疾患、代謝疾患、肝疾患、糖尿病、肝炎、血友病、変性また
は外傷性神経疾患、自己免疫疾患、遺伝的欠陥、結合組織疾患、貧血、感染症および移植拒絶より成る群から選択されることを特徴とする項目58記載の方法。
(項目60) 前記傷害が、虚血または炎症であることを特徴とする項目58記載の方法。
(項目61) 前記器官が、骨髄、血液、脾臓、肝臓、肺、腸管、眼、脳、免疫系、循環系、骨、結合組織、筋、心臓、血管、膵臓、中枢神経系、末梢神経系、腎臓、膀胱、皮膚、上皮付属器、乳房−乳腺、脂肪組織、および口、食道、膣および肛門を含む粘膜、より成る群から選択されることを特徴とする項目58記載の方法。
(項目62) MASCが、in vivoで自己再生することを特徴とする項目58記載の方法。
(項目63) MASCまたはその子孫細胞が、血管新生を促進することを特徴とする項目39記載の方法。
(項目64) MASCまたはその子孫細胞が、治療薬を輸送するように遺伝子組み換えされていることを特徴とする項目39記載の方法。
(項目65) 前記治療薬が、抗血管新生薬であることを特徴とする項目64記載の方法。
(項目66) 前記投与が、人工血管を含む三次元マトリクスを介してなされることを特徴とする請求項39記載の方法。
(項目67) 前記治療が、腹部大動脈瘤、心臓バイパス手術、末梢血管疾患または冠血管疾患に向けられたものであることを特徴とする項目66記載の方法。
(項目68) 骨髄、血液、脾臓、肝臓、肺、腸管、眼、脳、免疫系、骨、結合組織、筋、心臓、血管、膵臓、中枢神経系、腎臓、膀胱、皮膚、上皮付属器、乳房−乳腺、脂肪組織、および口、食道、膣および肛門を含む粘膜より成る群から選択される組織を作成するのに有効な量でMASCが存在することを特徴とする、MASCおよび医薬として許容される担体を含む治療用組成物。
(項目69) (a)MASCを哺乳類提供者から取り出す; (b)MASCを拡大して未分化細胞の拡大集団を形成する;そして (c)拡大した細胞を患者に投与して、器官、組織または細胞の機能を回復させる;各工程を含むことを特徴とする、必要とする患者において器官、組織または細胞の機能を回復させる治療方法。
(項目70) 前記機能が酵素的であることを特徴とする項目69記載の方法。
(項目71) 前記機能が遺伝子的であることを特徴とする項目69記載の方法。
(項目72) 前記哺乳類提供者が患者であることを特徴とする項目69記載の方法。
(項目73) 前記器官、組織または細胞が、骨髄、血液、脾臓、肝臓、肺、腸管、眼、脳、免疫系、骨、結合組織、筋、心臓、血管、膵臓、中枢神経系、末梢神経系、腎臓、膀胱、皮膚、上皮付属器、乳房−乳腺、脂肪組織、および口、食道、膣および肛門を含む粘膜より成る群から選択されることを特徴とする項目69記載の方法。
(項目74) (a)プロモーターに機能的に結合した被提供者のMHC抗原をコードする核酸配列をMASCにexvivoで導入して、MHC抗原をMASCによって発現させる;そして (b)MHC抗原が移植されたMASCの拒絶を阻害するのに十分なレベルで発現されるように、MASCを患者に移植する;各工程を含むことを特徴とする、患者に移植された異種MASCの拒絶を阻害する方法。
(項目75) 前記患者が、MASCの提供者と同一種または別の哺乳類種であることを特
徴とする請求項74記載の方法。
(項目76) MASCが、局所注射、全身注射、非経口投与、経口投与、または胚への子宮内注射によって患者に移植されることを特徴とする項目74記載の方法。
(項目77) 局所注射がカテーテル投与を含むことを特徴とする項目76記載の方法。
(項目78) 細胞が、医薬として許容される基材と共に移植されることを特徴とする項目74記載の方法。
(項目79) 前記基材が生分解性であることを特徴とする項目78記載の方法。
(項目80) (a)MASCにおいてMHC抗原の発現を遺伝子導入によってノックアウトし;そして (b)前記遺伝子導入MASCを患者に移植する;各工程を含み、 前記MHC抗原がMASCによって発現されず、それによって移植されたMASCの拒絶が阻害されることを特徴とする、患者に移植された異種MASCの拒絶を阻害する方法
(項目81) 患者がMASCの提供者と同一種または別の哺乳類種であることを特徴とする項目80記載の方法。
(項目82) MASCが、局所注射、全身注射、非経口投与、経口投与、または胚への子宮内注射によって患者に投与されることを特徴とする項目80記載の方法。
(項目83) 局所注射がカテーテル投与を含むことを特徴とする項目82記載の方法
(項目84) 細胞が、医薬として許容される基材と共に移植されることを特徴とする項目80記載の方法。
(項目85) 前記基材が生分解性であることを特徴とする項目84記載の方法。
(項目86) (a)MASCを単離し;そして (b)MASCを分化させて血液または血液成分を形成させる; 各工程を含むことを特徴とする、血液または個々の血液成分をex vivoで作成する方法。
(項目87) 前記個々の血液成分が、赤血球、白血球または血小板であることを特徴とする項目86記載の方法。
(項目88) (a)MASCまたはその子孫細胞のゲノムまたはプロテオーム構成を分析する; (b)バイオインフォマティクスおよび/またはアルゴリズムを用いたコンピュータ分析を介して前記分析を利用する;そして (c)新規データを集め、さらに該新規データを既知データベースと比較して、新薬を発見する;各工程を含むことを特徴とする薬物発見の方法。
(項目89) (a)MASCのゲノムまたはプロテオーム構成を分析する; (b)MASCの分化を誘導する; (c)分化経路の中間細胞のゲノムまたはプロテオーム構成を分析する; (d)分化経路の最終分化細胞のゲノムまたはプロテオーム構成を分析する; (e)バイオインフォマティクスおよび/またはアルゴリズムを用いて、MASCおよびその子孫細胞のゲノムまたはプロテオーム構成を特徴づける;そして (f)(e)で得られたデータを比較して、経路の構成要素を同定する;各工程を含むことを特徴とする、分化経路の構成要素を同定する方法。
(項目90) 分化がin vitroで生じることを特徴とする項目89記載の方法。
(項目91) 分化がin vivoで生じることを特徴とする項目89記載の方法。
(項目92) 項目90記載の方法の結果と項目91記載の方法の結果とを比較する工程を含むことを特徴とする、in vitroの分化とin vivoの分化とを比較する方法。
(項目93) (a)健康な提供者から単離されたMASCのゲノムまたはプロテオーム構成を分析する; (b)疾患または傷害を罹患している提供者から単離されたMASCのゲノムまたはプロテオーム構成を分析する; (c)バイオインフォマティクスおよび/またはアルゴリズムを用いて(a)からのデータを特徴づける; (d)バイオインフォマティクスおよび/またはアルゴリズムを用いて(b)からのデータを特徴づける; (e)(c)で得られたデータと(d)で得られたデータとを比較して、疾患または傷害の分子構成要素を同定する;各工程を含むことを特徴とする、疾患または傷害の分子構成要素を同定する方法。
(項目94) (a)MASC中の産物を同定する;そして (b)前記産物をMASCから単離する; 各工程を含むことを特徴とする、治療上、診断上または研究上の有用性を有する産物をin vitroで作成する方法。
(項目95) 前記産物が、タンパク質、脂質、複合糖質、DNAおよびRNAより成る群から選択されることを特徴とする項目94記載の方法。
(項目96) 哺乳類において該哺乳類に投与された抗原に対する耐性を誘導する方法であって、前記抗原の投与の後またはそれと同時に、MASCまたはその子孫細胞の有効量を哺乳類に投与する工程を含み、それによって、その後の前記抗原での感作に対する哺乳類の体液性免疫反応が抑制されることを特徴とする方法。
(項目97) 血液をex vivoでMASC由来細胞と接触させる工程を含み、前記細胞が中空の繊維性の器具の内面を覆っていることを特徴とする、患者の血液から毒素を除去する方法。
(項目98) 前記細胞が腎または肝細胞であることを特徴とする項目97記載の方法。
(項目99) 前記患者の血液をex vivoでMASCまたはその子孫細胞と接触させる工程を含み、前記MASCまたはその子孫細胞が、治療薬を輸送するように遺伝子組み換えされていることを特徴とする、治療用産物を患者へ輸送するための方法。
(項目100) MASCまたはその子孫細胞をex vivoで薬物と接触させ、さらに前記細胞の生存を観察する工程を含むことを特徴とする、薬物の毒性を試験する方法。
(項目101) 前記子孫細胞が、肝、内皮、上皮および腎細胞より成る群から選択されることを特徴とする項目100記載の方法。 MASCから得ることのできる分化細胞の例は、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞または稀突起膠細胞である。分化はinvivoまたはex vivoで誘導することができる。
The present invention provides the following.
(Item 1) An isolated pluripotent adult stem cell (MASC) having the ability to be induced to differentiate to form at least one differentiated cell type of mesodermal, ectodermal and endodermal origin.
(Item 2) The cell according to item 1, which is derived from an organ or tissue other than a mammalian embryo.
(Item 3) Osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, myocardium, eyes, endothelium, epithelium, liver, pancreas, hematopoiesis, glia, neurons and oligodendrocytes 2. The cell of claim 1 having the ability to be induced to differentiate to form a cell selected from the group consisting of the cell type of the cell.
(Item 4) The cell according to item 1, wherein the organ or tissue is selected from the group consisting of bone marrow, muscle, brain, umbilical cord blood, and placenta.
(Item 5) The cell according to item 2, wherein the mammal is a mouse.
(Item 6) The cell according to item 2, wherein the mammal is a rat.

(Item 7) The cell according to item 2, wherein the mammal is a human.
(Item 8) The cell according to item 1, wherein differentiation is induced in vivo or ex vivo.
(Item 9) The cell according to item 3, wherein differentiation is induced in vivo or ex vivo.
(Item 10) The cell according to item 1, wherein the cell constitutively expresses oct4 and a high level of telomerase.
(Item 11) The cell according to item 10, wherein the cell is negative for CD44, MHC class I and MHC class II expression.
(Item 12) (a) The cell described in Item 1 is introduced into a blastocyst; (b) The blastocyst of (a) is transferred to a surrogate mother; and (c) The offspring is generated and born; A method for producing a normal non-human animal, comprising:
(Item 13) The animal according to item 12, wherein the animal is a chimera.
(Item 14) A composition comprising a population of MASCs and a medium for expanding the MASCs.
(Item 15) The composition according to item 14, wherein the culture medium contains epidermal growth factor (EOF) and platelet-derived growth factor (PDGF).
(Item 16) The composition according to item 15, wherein the medium further contains a leukemia inhibitory factor (LEF).
(Item 17) A composition comprising a population of fully or partially purified MASC progeny cells.
(Item 18) The composition according to item 17, wherein the progeny cells have the ability to further differentiate.
(Item 19) The composition according to item 17, wherein the progeny cells are terminally differentiated.
(Item 20) The progeny cells are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, myocardium, eyes, endothelium, liver, pancreas, hematopoiesis, glia, nerve 18. The composition according to item 17, which is a cell type of cells or oligodendrocytes.
(Item 21) (a) Obtaining tissue from a mammal; (b) Establishing a population of adherent cells; (c) Removing CD45 + cells from the population; (d) Recovering CD45 cells; e) culturing CD45 - cells under expansion conditions to obtain an expanded cell population; a method for isolating and growing cells according to item 1, characterized in that each step is included.
(Item 22) An expanded cell population obtained by the method according to Item 21.
(Item 23) A method for differentiating MASC ex vivo, comprising the steps of the method according to Item 21, and further comprising culturing the proliferated cells in the presence of a target differentiation factor.
24. The differentiation factor is basic fibroblast growth factor (bFGF); vascular endothelial growth factor (VEGF); dimethyl sulfoxide (DMSO) and isoproterenol; and fibroblast growth factor 4 (FGF4) and 24. The method of claim 23, wherein the method is selected from the group consisting of hepatocyte growth factor (HGF).
(Item 25) Differentiated cells obtained by the method according to Item 23.

(Item 26) The differentiated cell according to item 25, wherein the cell is ectoderm, mesoderm or endoderm.
(Item 27) The cells are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, cardiac muscle, eyes, endothelium, epithelium, liver, pancreas, hematopoiesis, glia, nerve cells. The differentiated cell according to item 25, which is a cell type of oligodendrocyte.
28. The method of claim 21, further comprising the steps of administering the expanded cell population to a mammalian host, wherein the cell population is established and differentiated into tissue-specific cells in vivo. In vivo MASC, characterized in that the function of defective cells or organs is augmented, reconstituted or provided for the first time for injury, genetic disease, acquired disease or iatrogenic treatment How to differentiate.
(Item 29) The tissue-specific cells are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, myocardium, eyes, endothelium, epithelium, liver, pancreas, hematopoiesis, glia 29. The method according to item 28, which is a cell type of a nerve cell or oligodendrocyte.
(Item 30) The method according to item 28, wherein the MASC self-regenerates in vivo.
31. The method of claim 28, wherein the cells are administered with a pharmaceutically acceptable substrate.
(Item 32) The method according to item 31, wherein the substrate is biodegradable.
(Item 33) The method according to item 28, wherein the administration is performed by local injection, systemic injection, parenteral administration, oral administration, or intrauterine injection into an embryo.
34. The method of claim 33, wherein the local injection comprises catheter administration.
(Item 35) The disease is cancer, cardiovascular disease, metabolic disease, liver disease, diabetes, hepatitis, hemophilia, degenerative or traumatic neurological disease, autoimmune disease, genetic defect, connective tissue disease, anemia, infection. 29. The method according to item 28, wherein the method is selected from the group consisting of symptoms and transplant rejection.
(Item 36) A differentiated cell obtained by the method according to item 28.
(Item 37) A therapeutic method comprising a step of administering a therapeutically effective amount of the cell according to item 11 to a patient in need thereof.
38. The method of claim 37, wherein no malformation is formed in the patient.
39. A method of treatment comprising administering to a patient in need thereof a therapeutically effective amount of MASC or its progeny cells.
40. The method of claim 39, wherein little or no pretreatment of the patient is required.
41. The method of claim 40, wherein the pretreatment comprises bone marrow function abolition by irradiation or chemotherapy.
(Item 42) The method according to item 39, wherein it is not necessary to induce resistance before or simultaneously with administration of MASC or progeny cells thereof.
43. The method of claim 39, wherein the patient's post-immunosuppressive treatment is reduced compared to conventional pharmacological doses.
44. The method of claim 39, wherein the progeny cells have the ability to further differentiate.
(Item 45) The method according to item 39, wherein the progeny cells are terminally differentiated.
46. The method of claim 39, wherein the MASC or progeny cells are administered by local injection, systemic injection, parenteral administration, oral administration, or intrauterine injection into the embryo.
47. The method of claim 46, wherein the local injection comprises catheter administration.
48. The method of claim 39, wherein the cells are administered with a pharmaceutically acceptable substrate.
(Item 49) The method according to item 48, wherein the substrate is biodegradable.
50. The method of claim 39, wherein the MASC or its progeny cells modify the immune system to resist viral, bacterial or fungal infection.
(Item 51) characterized in that MASC or its progeny reinforce, reconstitute, or provide for the first time the function of a defective cell or organ for injury, genetic disease, acquired disease or iatrogenic treatment 40. A method according to item 39.
(Item 52) The organ is bone marrow, blood, spleen, liver, lung, intestine, eye, brain, immune system, circulatory system, bone, connective tissue, muscle, heart, blood vessel, pancreas, central nervous system, peripheral nervous system 52. The method of item 51, wherein the method is selected from the group consisting of: kidney, bladder, skin, epithelial appendages, breast-mammary gland, adipose tissue, and mucosa including mouth, esophagus, vagina and anus.
(Item 53) The method according to Item 51, wherein MASC self-regenerates in vivo.
(Item 54) The disease is cancer, cardiovascular disease, metabolic disease, liver disease, diabetes, hepatitis, hemophilia, degenerative or traumatic neurological disease, autoimmune disease, genetic defect, connective tissue disease, anemia, infection. 52. The method according to item 51, wherein the method is selected from the group consisting of symptoms and transplant rejection.
(Item 55) The method according to item 44, wherein the progeny cells are differentiated ex vivo or in vivo.
(Item 56) The method according to item 45, wherein the progeny cells are differentiated ex vivo or in vivo.
(Item 57) The progeny cells are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscles, smooth muscles, myocardium, eyes, endothelium, liver, pancreas, hematopoiesis, glia, nerves 46. The method of item 45, wherein the method is selected from the group consisting of cells and oligodendrocytes.
58. MASC or its progeny cells home to and settle in one or more organs of the patient, thereby causing cells that are defective for injury, genetic disease, acquired disease or iatrogenic treatment or 40. A method according to item 39, wherein the function of the organ is augmented, reconfigured or provided for the first time.
(Item 59) The disease is cancer, cardiovascular disease, metabolic disease, liver disease, diabetes, hepatitis, hemophilia, degenerative or traumatic neurological disease, autoimmune disease, genetic defect, connective tissue disease, anemia, infection. 59. The method of item 58, wherein the method is selected from the group consisting of symptom and transplant rejection.
60. The method of claim 58, wherein the injury is ischemia or inflammation.
(Item 61) The organ is bone marrow, blood, spleen, liver, lung, intestine, eye, brain, immune system, circulatory system, bone, connective tissue, muscle, heart, blood vessel, pancreas, central nervous system, peripheral nervous system 59. The method of item 58, wherein the method is selected from the group consisting of: kidney, bladder, skin, epithelial appendages, breast-mammary gland, adipose tissue, and mucous membranes including mouth, esophagus, vagina and anus.
(Item 62) The method according to item 58, wherein the MASC self-regenerates in vivo.
(Item 63) The method according to Item 39, wherein the MASC or a progeny cell thereof promotes angiogenesis.
(Item 64) The method according to item 39, wherein the MASC or a progeny cell thereof is genetically modified to transport a therapeutic agent.
(Item 65) The method according to item 64, wherein the therapeutic agent is an anti-angiogenic agent.
66. The method of claim 39, wherein the administering is made via a three dimensional matrix comprising artificial blood vessels.
67. The method of claim 66, wherein the treatment is directed to abdominal aortic aneurysm, cardiac bypass surgery, peripheral vascular disease or coronary vascular disease.
(Item 68) Bone marrow, blood, spleen, liver, lung, intestinal tract, eye, brain, immune system, bone, connective tissue, muscle, heart, blood vessel, pancreas, central nervous system, kidney, bladder, skin, epithelial appendage, MASC and pharmaceutically acceptable, characterized by the presence of MASC in an amount effective to create a tissue selected from the group consisting of breast-mammary gland, adipose tissue, and mucous membranes including mouth, esophagus, vagina and anus A therapeutic composition comprising a supported carrier.
(Item 69) (a) Remove MASC from the mammalian donor; (b) Expand MASC to form an expanded population of undifferentiated cells; and (c) Administer the expanded cells to the patient to obtain organs, tissues A therapeutic method for restoring the function of an organ, tissue or cell in a patient in need thereof, comprising restoring the function of a cell;
70. The method of claim 69, wherein the function is enzymatic.
(Item 71) A method according to item 69, wherein the function is genetic.
72. The method of claim 69, wherein the mammal donor is a patient.
(Item 73) The organ, tissue or cell is bone marrow, blood, spleen, liver, lung, intestine, eye, brain, immune system, bone, connective tissue, muscle, heart, blood vessel, pancreas, central nervous system, peripheral nerve 70. The method of item 69, wherein the method is selected from the group consisting of: system, kidney, bladder, skin, epithelial appendage, breast-mammary gland, adipose tissue, and mucosa including mouth, esophagus, vagina and anus.
(Item 74) (a) A nucleic acid sequence encoding a donor's MHC antigen operably linked to a promoter is introduced into MASC ex vivo, and the MHC antigen is expressed by MASC; and (b) MHC antigen is transplanted Transplanting MASC into a patient so that the expression is at a level sufficient to inhibit rejection of the treated MASC; a method of inhibiting rejection of a heterogeneous MASC transplanted into the patient, comprising each step .
75. The method of claim 74, wherein the patient is the same species as the MASC provider or another mammalian species.
76. The method of claim 74, wherein the MASC is transplanted into the patient by local injection, systemic injection, parenteral administration, oral administration, or intrauterine injection into the embryo.
77. The method of claim 76, wherein the local injection comprises catheter administration.
78. The method of claim 74, wherein the cells are transplanted with a pharmaceutically acceptable substrate.
(Item 79) The method according to item 78, wherein the substrate is biodegradable.
(Item 80) (a) knocking out expression of MHC antigen in MASC by gene transfer; and (b) transplanting said gene transfer MASC into a patient; including each step, wherein said MHC antigen is not expressed by MASC; A method of inhibiting rejection of a heterologous MASC transplanted into a patient, characterized in that the rejection of the transplanted MASC is inhibited (Item 81) The patient is the same species as the MASC donor or another mammalian species Item 80. The method according to Item 80, wherein
82. The method of claim 80, wherein MASC is administered to the patient by local injection, systemic injection, parenteral administration, oral administration, or intrauterine injection into the embryo.
83. The method of item 80, wherein the local injection comprises catheter administration (item 84). The method of item 80, wherein the cells are implanted with a pharmaceutically acceptable substrate.
85. The method of claim 84, wherein the substrate is biodegradable.
(Item 86) (a) MASC is isolated; and (b) MASC is differentiated to form blood or blood components; blood or individual blood components are generated ex vivo, characterized in that each step is included. how to.
(Item 87) The method according to item 86, wherein the individual blood components are red blood cells, white blood cells, or platelets.
(Item 88) (a) Analyzing the genomic or proteomic organization of MASC or its progeny cells; (b) utilizing the analysis via computer analysis using bioinformatics and / or algorithms; and (c) new data And discovering a new drug by comparing the new data with a known database; and a method of drug discovery comprising each step.
(Item 89) (a) Analyzing MASC genomic or proteomic composition; (b) Inducing differentiation of MASC; (c) Analyzing genomic or proteomic composition of intermediate cells in the differentiation pathway; (d) Differentiation pathway Analyzing the genomic or proteomic organization of terminally differentiated cells; (e) characterizing the genomic or proteomic organization of MASC and its progeny using bioinformatics and / or algorithms; and (f) obtained in (e) Comparing data to identify pathway components; a method of identifying differentiation pathway components, comprising each step.
(Item 90) The method according to item 89, wherein the differentiation occurs in vitro.
(Item 91) The method according to item 89, wherein the differentiation occurs in vivo.
(Item 92) A method for comparing in vitro differentiation with in vivo differentiation, comprising a step of comparing the result of the method described in Item 90 with the result of the method described in Item 91.
(Item 93) (a) Analyzing the genomic or proteomic composition of MASC isolated from a healthy donor; (b) The genomic or proteomic composition of MASC isolated from a provider suffering from a disease or injury (C) characterize data from (a) using bioinformatics and / or algorithms; (d) characterize data from (b) using bioinformatics and / or algorithms; ) Comparing the data obtained in (c) with the data obtained in (d) to identify the molecular component of the disease or injury; a molecule of disease or injury characterized by comprising each step A method of identifying a component.
(Item 94) (a) identifying a product in MASC; and (b) isolating said product from MASC; having therapeutic, diagnostic or research utility, comprising each step A method to create a product with in vitro.
95. The method of claim 94, wherein the product is selected from the group consisting of proteins, lipids, glycoconjugates, DNA and RNA.
96. A method of inducing resistance to an antigen administered to a mammal in a mammal comprising the step of administering to the mammal an effective amount of MASC or its progeny cells after or simultaneously with administration of said antigen. Thereby, a mammalian humoral immune response to subsequent sensitization with said antigen is suppressed.
97. A method for removing toxins from a patient's blood, comprising the step of contacting the blood with MASC-derived cells ex vivo, said cells covering the inner surface of a hollow fibrous device.
(Item 98) The method according to item 97, wherein the cell is a kidney or a hepatocyte.
99. Contacting the patient's blood with MASC or its progeny cells ex vivo, wherein the MASC or its progeny cells are genetically modified to deliver a therapeutic agent, A method for transporting therapeutic products to a patient.
(Item 100) A method for testing the toxicity of a drug, comprising the step of contacting MASC or a progeny cell thereof with a drug ex vivo, and further observing the survival of said cell.
101. The method of claim 100, wherein the progeny cells are selected from the group consisting of liver, endothelium, epithelium and kidney cells. Examples of differentiated cells that can be obtained from MASC are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, heart muscle, eye, endothelium, epithelium, liver, pancreas, hematopoiesis, Glia, nerve cells or oligodendrocytes. Differentiation can be induced in vivo or ex vivo.

本発明のMASCはまた、oct4および高濃度のテロメラーゼを構成的に発現し、CD44、MHCクラスIおよびMHCクラスII発現は陰性である細胞と要約される。治療法としては、治療上有効な量で患者に投与されたこの細胞である。この治療の驚くべき利点は、奇形腫がinvivoで形成されないことである。   The MASCs of the present invention are also summarized as cells that constitutively express oct4 and high concentrations of telomerase and are negative for CD44, MHC class I and MHC class II expression. The therapy is the cells administered to the patient in a therapeutically effective amount. The surprising advantage of this treatment is that teratomas do not form in vivo.

本発明の目的は、MASCを含む正常な非ヒト動物を作成することである。好ましくは、当該動物はキメラである。   An object of the present invention is to create a normal non-human animal containing MASC. Preferably, the animal is a chimera.

本発明の別の一実施形態は、MASCの集団とそのMASCの集団を拡大させる培地を含む組成物である。一部の場合には、培地が上皮成長因子(EOF)、血小板由来成長因子(PDGF)および白血病抑制因子(LIF)を含むことが有益である。   Another embodiment of the invention is a composition comprising a population of MASCs and a medium that expands the population of MASCs. In some cases it may be beneficial for the medium to contain epidermal growth factor (EOF), platelet derived growth factor (PDGF) and leukemia inhibitory factor (LIF).

本発明はまた、完全にまたは部分的に精製したMASCの子孫細胞の集団を含む組成物を提供する。子孫細胞はさらに分化する能力を有していてもよく、最終分化していてもよい。   The present invention also provides a composition comprising a population of fully or partially purified MASC progeny cells. The progeny cells may have the ability to further differentiate or may be terminally differentiated.

好ましい一実施形態においては、子孫細胞は骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞または稀突起膠細胞細胞型である。   In a preferred embodiment, the progeny cells are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, heart muscle, eye, endothelium, epithelium, liver, pancreas, hematopoietic, glia, It is a neuronal or oligodendrocyte cell type.

本発明はまた、哺乳類から組織を入手し、接着細胞の集団を確立し、その集団からCD45+細胞を除去し、CD45-細胞を回収して拡大条件下で培養して拡大した細胞集団を得ることによって、MASCを単離し増殖させる方法を提供する。本発明の目的はしたがって、この方法によって拡大した細胞集団を作成することである。 The present invention also obtains tissue from a mammal, establishes a population of adherent cells, removes CD45 + cells from the population, collects CD45 cells and cultures under expanded conditions to obtain an expanded cell population This provides a method for isolating and growing MASCs. The object of the present invention is therefore to create an expanded cell population by this method.

本発明の一つの態様は、MASCを単離して増殖させ、次いで増殖した細胞を目的の分化因子の存在下で増殖させることによって、MASCをex vivoで分化させる方法である。好ましい分化因子は、塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF)、血管内皮成長因子(VEGF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)およびイソプロテレノール;あるいは繊維芽細胞成長因子4(FGF4)および肝細胞成長因子(HGF)である。本発明の別の態様は分化細胞それ自体である。   One embodiment of the present invention is a method of differentiating MASC ex vivo by isolating and expanding MASC, and then proliferating the expanded cells in the presence of a differentiation factor of interest. Preferred differentiation factors are basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), dimethyl sulfoxide (DMSO) and isoproterenol; or fibroblast growth factor 4 (FGF4) and hepatocyte growth factor ( HGF). Another aspect of the invention is the differentiated cell itself.

本発明は、MASCを単離して拡大し、次いで拡大した細胞集団を哺乳類宿主に投与し、そこで前記細胞集団が定着しinvivoで組織特異的細胞に分化し、それによって傷害、遺伝疾患、後天性疾患または医原性処置のために欠陥のある細胞または器官の機能が補強され、再構成され、あるいは初めて提供されるように、MASCをinvivoで分化させる方法を含む。この方法を用いて、MASCはin vivoで自己再生することができる。   The present invention isolates and expands MASCs and then administers the expanded cell population to a mammalian host where the cell population settles and differentiates into tissue-specific cells in vivo, thereby causing injury, genetic disease, acquired Includes methods of differentiating MASCs in vivo such that the function of defective cells or organs is augmented, reconstituted, or provided for the first time for disease or iatrogenic treatment. Using this method, MASC can self-regenerate in vivo.

本発明のさらにもう一つの態様は、ex vivoまたはin vivo分化で得られた分化細胞である。好適な一実施形態においては、分化細胞は外胚葉、中胚葉または内胚葉である。好適な別の一実施形態においては、分化細胞は骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質、骨格筋、平滑筋、心筋、眼、内皮、上皮、肝、膵、造血、グリア、神経細胞または稀突起膠細胞細胞型である。   Yet another embodiment of the present invention is a differentiated cell obtained by ex vivo or in vivo differentiation. In a preferred embodiment, the differentiated cell is ectoderm, mesoderm or endoderm. In another preferred embodiment, the differentiated cells are osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stroma, skeletal muscle, smooth muscle, myocardium, eye, endothelium, epithelium, liver, pancreas, hematopoiesis , Glial, neuronal or oligodendrocyte cell types.

この技術の重要な用途は、MASCまたはその子孫の治療上有効な量を投与することによって患者を治療する方法である。子孫細胞はさらに分化する能力を有していてもよく、最終分化していてもよい。この手法の予期しなかった利点は、放射線照射、化学療法、免疫抑制剤または他の薬物または処置を用いた患者の前処置および/または後処置の必要が減少または消滅することである。処置前または処置中の耐性の誘導もまた必要でない。   An important application of this technology is a method of treating a patient by administering a therapeutically effective amount of MASC or its progeny. The progeny cells may have the ability to further differentiate or may be terminally differentiated. An unexpected advantage of this approach is that the need for pre- and / or post-treatment of patients with radiation, chemotherapy, immunosuppressive agents or other drugs or treatments is reduced or eliminated. Induction of tolerance before or during treatment is also not necessary.

そのような治療法は、癌、心血管疾患、代謝疾患、肝疾患、糖尿病、肝炎、血友病、変性または外傷性神経疾患、自己免疫疾患、遺伝的欠陥、結合組織疾患、貧血、感染症および移植拒絶を含むさまざまな疾患および症状を治療することができる。   Such treatments include cancer, cardiovascular disease, metabolic disease, liver disease, diabetes, hepatitis, hemophilia, degenerative or traumatic neurological disease, autoimmune disease, genetic defect, connective tissue disease, anemia, infectious disease A variety of diseases and conditions can be treated, including transplant rejection.

MASCまたはその子孫は、カテーテル投与、全身注射、非経口投与、経口投与、または胚への子宮内注射を含む局所注射を介して投与される。投与は医薬として許容される基材と
共に行うことができ、基材は生分解性であってもよい。
MASC or its progeny are administered via catheterization, systemic injection, parenteral administration, oral administration, or local injection including intrauterine injection into the embryo. Administration can take place with a pharmaceutically acceptable substrate, which can be biodegradable.

患者に投与されたMASCまたはその子孫は、ウイルス、細菌または真菌感染に抵抗するよう免疫系を改変する。   MASC or its progeny administered to a patient modify the immune system to resist viral, bacterial or fungal infection.

驚くべきことに、MASCまたはその子孫が患者に投与されたとき、奇形腫は形成されない。   Surprisingly, no teratoma is formed when MASC or its progeny are administered to a patient.

患者に投与されたとき、MASCまたはその子孫はまた、傷害、遺伝疾患、後天性疾患または医原性処置のために欠陥のある細胞または器官の機能を補強し、再構成し、あるいは初めて提供することもできる。器官は骨髄、血液、脾臓、肝臓、肺、腸管、脳、免疫系、循環系、骨、結合組織、筋、心臓、血管、膵臓、中枢神経系、末梢神経系、腎臓、膀胱、皮膚、上皮付属器、乳房-乳腺、脂肪組織、および口、食道、膣および肛門を含む粘膜のうち任意のものである。この方法によって治療可能な疾患の例は、癌、心血管疾患、代謝疾患、肝疾患、糖尿病、肝炎、血友病、変性または外傷性神経疾患、自己免疫疾患、遺伝的欠陥、結合組織疾患、貧血、感染症および移植拒絶である。   When administered to a patient, MASC or its progeny also reinforce, reconstitute, or provide for the first time the function of a defective cell or organ for injury, genetic disease, acquired disease or iatrogenic treatment You can also. Organs are bone marrow, blood, spleen, liver, lung, intestine, brain, immune system, circulatory system, bone, connective tissue, muscle, heart, blood vessel, pancreas, central nervous system, peripheral nervous system, kidney, bladder, skin, epithelium Any of the appendages, breast-mammary gland, adipose tissue, and mucous membranes including mouth, esophagus, vagina and anus. Examples of diseases treatable by this method are cancer, cardiovascular disease, metabolic disease, liver disease, diabetes, hepatitis, hemophilia, degenerative or traumatic neurological disease, autoimmune disease, genetic defect, connective tissue disease, Anemia, infection and transplant rejection.

MASCまたはその子孫は患者の中で一またはそれ以上の器官にホーミングし、それによって傷害、遺伝疾患、後天性疾患または医原性処置のために欠陥のある細胞または器官の機能が補強され、再構成され、あるいは初めて提供されるように、そこで定着するが、これは驚くべきことでまた予期しなかったことである。好適な一実施形態においては、傷害は虚血または炎症である。   MASC or its progeny home to one or more organs in the patient, thereby reinforcing the function of defective cells or organs for injury, genetic disease, acquired disease or iatrogenic treatment It has become established there as it is configured or offered for the first time, which is surprising and unexpected. In a preferred embodiment, the injury is ischemia or inflammation.

好適な別の一実施形態においては、MASCまたはその子孫は血管新生を促進する。   In another preferred embodiment, MASC or its progeny promote angiogenesis.

本発明の別の態様では、MASCまたはその子孫は、治療薬、好ましくは抗血管新生剤を輸送するように遺伝子組み換えされている。   In another aspect of the invention, MASC or its progeny are genetically modified to deliver a therapeutic agent, preferably an anti-angiogenic agent.

本発明は、MASCが骨髄、血液、脾臓、肝臓、肺、腸管、脳、免疫系、骨、結合組織、筋、心臓、血管、膵臓、中枢神経系、腎臓、膀胱、皮膚、上皮付属器、乳房-乳腺、脂肪組織、および口、食道、膣および肛門を含む粘膜から成る群から選択された組織を産生するのに有効な量で存在するMASCおよび医薬として許容される担体を含む治療用組成物を提供する。   The present invention is MASC is bone marrow, blood, spleen, liver, lung, intestine, brain, immune system, bone, connective tissue, muscle, heart, blood vessel, pancreas, central nervous system, kidney, bladder, skin, epithelial appendages, A therapeutic composition comprising MASC present in an amount effective to produce tissue selected from the group consisting of breast-mammary gland, adipose tissue, and mucous membranes including mouth, esophagus, vagina and anus, and a pharmaceutically acceptable carrier. Offer things.

本発明はさらに、哺乳類提供者からMASCを取り出して未分化細胞の拡大集団を形成し、拡大した細胞を患者に投与し、そこで器官、組織または細胞の機能が回復される工程を含む、器官、組織または細胞の機能を患者に回復させるための治療法を提供する。回復される機能は酵素的または遺伝子的でありうる。好適な一実施形態においては、当該哺乳類提供者は患者である。   The present invention further includes the step of removing MASCs from a mammalian donor to form an expanded population of undifferentiated cells and administering the expanded cells to a patient where the function of the organ, tissue or cells is restored, Therapies are provided to restore patient tissue or cell function. The function to be restored can be enzymatic or genetic. In a preferred embodiment, the mammalian donor is a patient.

本発明はMASCにexvivoで操作のためプロモーターに結合した被提供者のMHC抗原をコードする核酸配列を導入し、そこでMHC抗原がMASCによって発現され、そしてMASCを患者に移植し、そこでMHC抗原が移植されたMASCの拒絶を阻害するのに十分なレベルで発現される工程を含む、患者に移植された異種MASCの拒絶を阻害する方法を提供する。患者はMASCの提供者と同一種であるかまたは別の哺乳類種である。   The present invention introduces a nucleic acid sequence encoding a recipient's MHC antigen linked to a promoter for manipulation ex vivo in MASC, where the MHC antigen is expressed by MASC and transplanted into the patient, where the MHC antigen is Provided is a method of inhibiting rejection of a heterologous MASC implanted in a patient, comprising a step expressed at a level sufficient to inhibit rejection of the transplanted MASC. The patient is the same species as the MASC donor or is another mammalian species.

患者に移植された異種MASCの拒絶を阻害する別の方法は、遺伝子導入によってMASCにおいてMHC抗原の発現をノックアウトし、そして遺伝子導入MASCを患者に移植することを含む。MHC抗原はMASCによって発現されておらず、移植細胞の拒絶は阻害される。   Another method of inhibiting the rejection of heterologous MASCs transplanted into a patient involves knocking out the expression of MHC antigens in the MASC by gene transfer and transplanting the transgenic MASC into the patient. MHC antigen is not expressed by MASC and transplant cell rejection is inhibited.

本発明の一つの目的は、MASCを単離しMASCを分化させて血液または血液成分を形成させる過程によって、血液または個別の血液成分をex vivoで作成する方法である。好ましくは、その個別の血液成分は赤血球、白血球または血小板である。   One object of the present invention is a method of creating blood or individual blood components ex vivo by the process of isolating MASC and differentiating MASC to form blood or blood components. Preferably, the individual blood component is red blood cells, white blood cells or platelets.

本発明の別の態様は、MASCまたはその子孫のゲノムまたはプロテオーム構成を分析し、その分析をバイオインフォマティクスおよび/またはアルゴリズムを用いたコンピュータ分析を介して使用し、新規データを集め既知データベースと比較してこれらを比較対照する工程を含む薬物発見の方法である。   Another aspect of the invention is to analyze the genomic or proteomic organization of MASC or its progeny and use that analysis via computer analysis using bioinformatics and / or algorithms to collect new data and compare it to known databases. This is a method of drug discovery including a step of comparing and contrasting them.

さらなる態様は、MASCまたはその子孫のゲノムまたはプロテオーム構成を分析し、MASCの分化をinvitroまたはinvivoで誘導し、分化経路の中間細胞のゲノムまたはプロテオーム構成を分析し、分化経路の最終分化細胞のゲノムまたはプロテオーム構成を分析し、バイオインフォマティクスおよび/またはアルゴリズムを用いてMASCおよびその子孫のゲノムまたはプロテオーム構成を特徴づけ、そして得られたデータを比較して経路の構成要素を同定する工程を含む、分化経路の構成要素を同定する方法である。この方法を用いて、invitroで起こる分化とinvivoで起こる分化とを比較することができ、それによってその二つの系の基本的な差異を特徴づけることができる。   Further embodiments include analyzing the genome or proteomic organization of MASC or its progeny, inducing MASC differentiation in vitro or in vivo, analyzing the intermediate cell or proteome organization of the differentiation pathway, and the genome of the terminally differentiated cell of the differentiation pathway Or differentiation, including analyzing the proteomic composition, characterizing the genomic or proteomic composition of MASC and its progeny using bioinformatics and / or algorithms, and comparing the resulting data to identify pathway components This is a method for identifying components of a route. This method can be used to compare in vitro and in vivo differentiation, thereby characterizing the fundamental differences between the two systems.

本発明は、MASC中の産物を同定し、当該産物をMASCから単離することによって、治療上、診断上または研究上の有用性を有する産物をinvitroで作成する方法を提供する。好適な一実施形態においては、当該産物はタンパク質、脂質、複合糖質、DNAまたはRNAである。   The present invention provides methods for in vitro production of products having therapeutic, diagnostic or research utility by identifying products in MASC and isolating the products from MASC. In a preferred embodiment, the product is a protein, lipid, glycoconjugate, DNA or RNA.

本発明には、哺乳類において、前記哺乳類に投与された抗原に対する耐性を誘導する方法が含まれ、その方法は、続いての前記抗原を用いた感作に対する前記哺乳類の体液性免疫反応が抑制されるように、前記抗原の投与の後またはそれと同時にMASCまたはその子孫の有効量を前記哺乳類に投与する工程を含む。   The present invention includes a method for inducing resistance to an antigen administered to a mammal in a mammal, wherein the method suppresses the mammalian humoral immune response to subsequent sensitization with the antigen. As such, it comprises the step of administering to said mammal an effective amount of MASC or its progeny after or simultaneously with administration of said antigen.

血液をexvivoでMASC由来細胞と接触させることを含み、ここで前記細胞が中空の繊維性の器具の内面を覆っている、患者の血液から毒素を除去する方法もまた含まれる。好適な一実施形態においては、当該細胞は腎または肝細胞である。   Also included is a method of removing toxins from a patient's blood comprising contacting the blood ex vivo with MASC-derived cells, wherein the cells cover the inner surface of a hollow fibrous device. In a preferred embodiment, the cell is a kidney or hepatocyte.

本発明の一つの目的は、前記患者の血液をex vivoでMASCまたはその子孫と接触させることを含み、ここで前記MASCまたはその子孫は治療薬を輸送するように遺伝子組み換えされている、治療用産物を患者へ輸送するための方法である。さらなる一つの目的は、MASCまたはその子孫をexvivoで前記薬物と接触させ細胞生存を観察することを含む、薬物の毒性を試験するための方法である。好適な一実施形態においては、当該子孫細胞は肝、内皮、上皮および腎細胞より成る群から選択される。   One object of the present invention includes contacting the patient's blood ex vivo with MASC or progeny thereof, wherein the MASC or progeny thereof has been genetically modified to deliver a therapeutic agent. A method for transporting a product to a patient. A further object is a method for testing drug toxicity comprising contacting MASC or its progeny with said drug ex vivo and observing cell survival. In a preferred embodiment, the progeny cells are selected from the group consisting of liver, endothelium, epithelium and kidney cells.

下記の詳細な説明は、説明の目的で提示され、しかし本発明を記載の特定の実施例に限定することを意図せず、本願に引用して援用する添付の図面と共に理解することができる。   The following detailed description is presented for purposes of illustration, but is not intended to limit the invention to the particular embodiments described, and may be understood in conjunction with the accompanying drawings, which are incorporated herein by reference.

図1は、骨髄(BM)、筋および脳由来MASCの拡大可能性を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing the possibility of expansion of bone marrow (BM), muscle and brain-derived MASCs.

図2は、遺伝子発現の(A)筋および脳MASCそして(B)骨髄および筋MASCにおける遺伝子発現を示す散布図である。   FIG. 2 is a scatter plot showing gene expression in (A) muscle and brain MASC and (B) bone marrow and muscle MASC of gene expression.

図3は、未分化MASCおよびVEGFとともに培養したMASCのFACS分析を示す図である。プロ
ットはイソ型対照IgG染色プロファイル(細線)に対し特異的抗体染色プロファイル(太線)を示す。図Aは未分化MASCの表現型を示す。MASCは低レベルのp2ミクログロブリン、Flk1、Fit1およびAC133を発現しているが、他のどの抗内皮マーカーでも染色されない;図Bは14日間、10ng/mLのVEGFとともに培養したMASCの表現型を示す。MASCは内皮細胞に伴う低レベルの大部分のマーカーを発現しているが、AC133の発現は失っている;そして図Cは3〜9日間10ng/mLのVEGFとともに培養したMASCの表現型を示す。MASCはVEGFとともに培養した3日目までにAC133の発現を失い、TekおよびVE-カドヘリンの発現を3日目までに獲得し、CD34およびHIP12を9日目までに獲得している。
FIG. 3 shows FACS analysis of MASC cultured with undifferentiated MASC and VEGF. The plot shows the specific antibody staining profile (thick line) versus the isotype control IgG staining profile (thin line). FIG. A shows the phenotype of undifferentiated MASC. MASC expresses low levels of p2 microglobulin, Flk1, Fit1 and AC133 but does not stain with any other anti-endothelial markers; Figure B shows the phenotype of MASC cultured with 10 ng / mL VEGF for 14 days Show. MASC expresses low levels of most markers associated with endothelial cells, but AC133 expression is lost; and Figure C shows the phenotype of MASC cultured with 10 ng / mL VEGF for 3-9 days . MASC lost AC133 expression by day 3 cultured with VEGF, acquired Tek and VE-cadherin expression by day 3, and acquired CD34 and HIP12 by day 9.

図4はmMASCの定着とinvivo分化の顕微鏡写真である。スライドは蛍光または共焦点顕微鏡法で検査した。図A、G、J、N、QおよびSは、mMASCを注射されていない対照NOD-SCID動物の同一に染色された組織を示す。図A〜Fは、抗β-gal-FITC抗体および各種造血抗原に対するPE-結合抗体で染色した、対照(A)および試験(B〜F)動物からの骨髄(BM)サイトスピンの顕微鏡写真を示す。A〜B:CD45、C:CD19、D:MAC1、E:GR1、F:TER119およびDAPI;図G〜Iは、抗β-gal-FITC抗体および抗CD45-PE抗体で染色した、対照(G)および試験動物(H、I)からの脾臓断面の顕微鏡写真を示す。提供者由来抗β-gal+細胞が塊になって見られる。Hは10倍でIは60倍の倍率である;図J〜Mは、抗β-gal-FITCで染色した、対照マウス(J)および試験動物(K〜M)からの肝臓断面の顕微鏡写真を示す。J〜Lはマウス抗CK-18/抗マウス-Cy5に加えてCD45-PEと、そしてMはマウス抗アルブミン/抗マウスCy3抗体と同時染色されている。J〜K、LおよびMはそれぞれ20倍、60倍および10倍の倍率である;図N〜Pは、抗β-gal-FITCに加えてマウス抗pan-CK/抗マウス-Cy5抗体(N〜P)で染色された、対照マウスおよび試験動物(O〜P)からの腸断面の顕微鏡写真を示す。NおよびPはCD45-PE抗体で同時染色した。β-gal+Pan-CK+CD45-上皮細胞が絨毛の周囲の50%を覆っている(黒矢印、図P)。CD45について同時染色した(P)絨毛の中心のPan-CK-/β-gal+細胞(白矢印-図O);図Q〜Rは抗β-gal-FITCに加えてマウス抗pan-CK/抗マウス-Cy5およびCD45-PE抗体で染色した対照マウス(Q)および試験動物(R)からの肺断面の顕微鏡写真を示す。いくつかのβ-gal+pan-CK+提供者細胞が被提供者動物の肺胞の内面を覆っているのが見られる(R)。造血起源のCD45+/pan-CK-細胞が上皮細胞から明らかに見られる;そして図S〜Tは抗β-gal-FITC、抗vWF-PEおよびTO-PRO3で染色した対照マウス(S)および試験動物で成長した移植後16週間の胸腺リンパ腫(T)の血管断面の顕微鏡写真を示す。 FIG. 4 is a micrograph of mmASC colonization and in vivo differentiation. Slides were examined by fluorescence or confocal microscopy. Figures A, G, J, N, Q and S show identically stained tissues of control NOD-SCID animals not injected with mmASC. Figures AF show photomicrographs of bone marrow (BM) cytospins from control (A) and test (BF) animals stained with anti-β-gal-FITC antibody and PE-conjugated antibodies against various hematopoietic antigens. Show. AB: CD45, C: CD19, D: MAC1, E: GR1, F: TER119 and DAPI; FIGS. GI stained with anti-β-gal-FITC antibody and anti-CD45-PE antibody, control (G ) And micrographs of spleen sections from test animals (H, I). Donor-derived anti-β-gal + cells are found become a lump. H is 10x and I is 60x magnification; Figures J-M are micrographs of liver cross sections from control mice (J) and test animals (K-M) stained with anti-β-gal-FITC. Indicates. J-L is co-stained with mouse anti-CK-18 / anti-mouse-Cy5 plus CD45-PE and M is mouse anti-albumin / anti-mouse Cy3 antibody. J-K, L and M are 20-fold, 60-fold and 10-fold magnifications, respectively; FIGS. N-P show anti-β-gal-FITC plus mouse anti-pan-CK / anti-mouse-Cy5 antibody (N Figure 6 shows micrographs of intestinal sections from control mice and test animals (OP) stained with ~ P). N and P were co-stained with CD45-PE antibody. β-gal + Pan-CK + CD45 epithelial cells cover 50% of the periphery of the villi (black arrow, figure P). CD45 was co-stained for (P) of the villi center of Pan-CK - / β-gal + cells (white arrows - Figure O); FIG Q~R mice in addition to the anti-beta-gal-FITC anti pan-CK / Shown are micrographs of lung cross sections from control mice (Q) and test animals (R) stained with anti-mouse-Cy5 and CD45-PE antibodies. Several β-gal + pan-CK + donor cells are seen lining the alveoli of the recipient animal (R). CD45 + / pan-CK cells of hematopoietic origin are clearly seen from epithelial cells; and FIGS. ST are control mice (S) stained with anti-β-gal-FITC, anti-vWF-PE and TO-PRO3 and The micrograph of the blood vessel cross section of the thymic lymphoma (T) 16 weeks after transplantation which grew up in the test animal is shown.

β-gal+提供者細胞は、腫瘍細胞は抗β-Gal抗体で染色されなかったので被提供者起源である胸腺リンパ腫内でvWF+内皮細胞に分化した。 β-gal + donor cells differentiated into vWF + endothelial cells within the recipient thymic lymphoma because tumor cells were not stained with anti-β-Gal antibody.

図5はMASC由来内皮細胞の共焦点蛍光顕微鏡法を用いた免疫組織化学的評価を示す図である。(a)VEGF中で14日間培養したMASC。接着受容体αvβ5について、および接着結合タンパク質ZO-1、β-およびγ-カテニンについて、典型的な膜染色が見られる。目盛り棒=50μm。(b)VEGF処理後0日目(上図)および21日目(下図)のMASCの明視野での形態。棒=25μm。   FIG. 5 shows immunohistochemical evaluation using confocal fluorescence microscopy of MASC-derived endothelial cells. (A) MASC cultured in VEGF for 14 days. Typical membrane staining is seen for the adhesion receptor αvβ5 and for the adhesion binding proteins ZO-1, β- and γ-catenin. Scale bar = 50 μm. (B) MASC brightfield morphology on day 0 (top) and day 21 (bottom) after VEGF treatment. Bar = 25 μm.

図6はMASC由来内皮細胞の顕微鏡写真である。図AはMASC由来内皮からのvWFのヒスタミン媒介放出を示す。ミオシンに対する抗体を用いた染色が、ミオシンストレスファイバーの数の増殖、およびギャップ結合の拡大(矢印)を伴う細胞骨格の変化を示す(実験3回の代表例)。目盛り棒=60μm;図BはMASC由来内皮がa-LDLを取り込むのを示す。7日間後、細胞はTie-1を発現したが、今度はa-LDLを取り込まなかった。しかし、9日目のvvWF発現の獲得はaLDL取り込みを伴った(実験10回の代表例)。目盛り棒=100μm;そして図CはMASC由来内皮による血管形成を示す。6時間後、典型的な血管をみることができた(実験6回の代表例)。目盛り棒=200μm。   FIG. 6 is a photomicrograph of MASC-derived endothelial cells. FIG. A shows histamine-mediated release of vWF from MASC-derived endothelium. Staining with antibodies to myosin shows cytoskeletal changes with proliferation of myosin stress fibers and increased gap junctions (arrows) (representative example from 3 experiments). Scale bar = 60 μm; FIG. B shows that MASC-derived endothelium takes up a-LDL. After 7 days, the cells expressed Tie-1, but this time did not take up a-LDL. However, acquisition of vvWF expression on day 9 was accompanied by aLDL uptake (representative example of 10 experiments). Scale bar = 100 μm; and FIG. C shows angiogenesis by MASC-derived endothelium. After 6 hours, typical blood vessels could be seen (representative example of 6 experiments). Scale bar = 200 μm.

図7はMASC由来内皮細胞のFACS分析を示す図である。プロットはイソ型対照IgG染色プロファイル(細線)に対する特異的抗体染色プロファイル(太線)を示す(実験>3回の代表例)。プロットの上の数字は対照IgG染色および特異的抗体染色についての平均蛍光強度(MFI)である。図Aはフローサイトメトリー分析で、MASC由来内皮細胞で低酸素がFlk1およびTek発現をアップレギュレートするのを示す;図BはMASC由来内皮細胞によるVEGF産生を低酸素がアップレギュレートするのを示す。VEGFレベルはELISAで測定し、結果は実験6回の平均±SEMで示す;そして図CはIL-1aがクラスIIHLA抗原の発現を誘導し接着受容体の発現を増加させることを示す。プロットはイソ型対照IgG染色プロファイル(細線)に対する特異的抗体染色プロファイル(太線)を示す(実験3回の代表例)。プロットの上の数字は対照IgG染色および特異的抗体染色についてのMFIを示す。   FIG. 7 shows FACS analysis of MASC-derived endothelial cells. The plot shows the specific antibody staining profile (thick line) versus the isotype control IgG staining profile (thin line) (experimental> 3 representative examples). The numbers above the plot are the mean fluorescence intensity (MFI) for control IgG staining and specific antibody staining. Figure A shows flow cytometry analysis showing that hypoxia up-regulates Flk1 and Tek expression in MASC-derived endothelial cells; Figure B shows that hypoxia up-regulates VEGF production by MASC-derived endothelial cells Show. VEGF levels are measured by ELISA and results are shown as the mean ± SEM of 6 experiments; and FIG. C shows that IL-1a induces class II HLA antigen expression and increases adhesion receptor expression. The plot shows the specific antibody staining profile (thick line) against the isotype control IgG staining profile (thin line) (representative example of 3 experiments). The numbers above the plots show the MFI for control IgG staining and specific antibody staining.

図8はヒトMASC由来内皮細胞の顕微鏡写真である。図C〜Fは抗ヒトβ2-ミクログロブリン-FITC(図C)または抗マウス-CD31-FITC(図D)のいずれか、および両者の融合(図E)、抗vWF-Cy3(図F)および3つの染色パターンの融合(図G)の3次元再構成図を示す。図AおよびBは抗ヒトβ2-ミクログロブリン-FITCおよび抗vWF-Cy3、または抗マウスCD31-Cy5および抗vWF-Cy3、のいずれかで染色した一つの切片の共焦点像を示す。目盛り棒=100μm。図HはヒトMASC由来内皮細胞(上図)またはヒト包皮繊維芽細胞s(下図)を注射したマウスにおいて抗β2-ミクログロブリン-FITCおよび抗vWFで染色した穿孔した耳で創傷治癒が結果として高度に血管新生した部分を生じたのを示す。目盛り棒=20μm。C=軟骨。D=真皮。図Iは腫瘍血管新生がinvivoでMASCから生じた内皮細胞に由来し、結果として抗β2-ミクログロブリン-FITC、抗vWFおよびTOPRO-3で染色した腫瘍中に高度に血管申請した部分を生じるのを示す。目盛り棒=20μm。   FIG. 8 is a photomicrograph of human MASC-derived endothelial cells. Figures C-F show either anti-human β2-microglobulin-FITC (Figure C) or anti-mouse-CD31-FITC (Figure D), and their fusion (Figure E), anti-vWF-Cy3 (Figure F) and A three-dimensional reconstruction of the fusion of three staining patterns (Figure G) is shown. Figures A and B show confocal images of one section stained with either anti-human β2-microglobulin-FITC and anti-vWF-Cy3, or anti-mouse CD31-Cy5 and anti-vWF-Cy3. Scale bar = 100 μm. Figure H shows advanced wound healing in perforated ears stained with anti-β2-microglobulin-FITC and anti-vWF in mice injected with human MASC-derived endothelial cells (top) or human foreskin fibroblasts s (bottom) Fig. 2 shows the formation of an angiogenic part. Scale bar = 20 μm. C = cartilage. D = dermis. Figure I shows that tumor angiogenesis is derived from endothelial cells generated from MASCs in vivo, resulting in highly vascularized portions in tumors stained with anti-β2-microglobulin-FITC, anti-vWF and TOPRO-3 Indicates. Scale bar = 20 μm.

図9はhMSC由来神経細胞様細胞におけるスパイク生成および発現した電位依存性ナトリウム電流を表す図である。図Aはスパイク生成および発現した電位依存性ナトリウム電流を示した培養hMSC由来神経細胞の顕微鏡写真を示す(ピペットの影が細胞を指す)。図BはhMSC由来神経細胞から得た電流固定記録を示す図である。図Cは同じhMSC由来神経細胞から得たリークを差し引いた電流記録を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing spike generation and expressed voltage-dependent sodium current in hMSC-derived neuronal cell-like cells. FIG. A shows a photomicrograph of cultured hMSC-derived neurons that showed spike generation and expressed voltage-dependent sodium current (the pipette shadow points to the cell). FIG. B is a diagram showing current fixation recordings obtained from hMSC-derived neurons. FIG. C is a diagram showing a current record obtained by subtracting leaks obtained from the same hMSC-derived neurons.

図10は肝細胞様表現型を確認した定量的RT-PCRおよびウェスタンブロット分析を示す図である。図AおよびBはFGF4およびHGF、またはFGF4単独と、それぞれ21および28日間Matrigel(商標)で培養したmMASC(A)およびhMASC(B)を示す。αFP、Cyp2b9およびCyp2bl3については、未分化MASCでは転写物が検出されなかったため、ブロットの下の数字は肝臓から得たmRNAとの相対比である。Li=マウスまたはヒト肝臓mRNA;NT=テンプレート無し。マウス5例とヒト1例の試験の代表例として、図CはFGF4およびHGF、またはFGF4単独と、21日間Matrigelで培養したhMASC(B)を示す。FH=Matrigel上のFGF4およびHGF誘導性hMASC、Huh=対照として用いたHuh7細胞株。   FIG. 10 shows quantitative RT-PCR and Western blot analysis confirming the hepatocyte-like phenotype. Figures A and B show FGF4 and HGF, or FGF4 alone and mMASC (A) and hMASC (B) cultured in Matrigel ™ for 21 and 28 days, respectively. For αFP, Cyp2b9 and Cyp2bl3, transcripts were not detected in undifferentiated MASC, so the numbers below the blots are relative to the mRNA obtained from the liver. Li = mouse or human liver mRNA; NT = no template. As a representative example of the test of 5 mice and 1 human, FIG. C shows FGF4 and HGF or FGF4 alone and hMASC (B) cultured in Matrigel for 21 days. FH = FGF4 and HGF-induced hMASC on Matrigel, Huh = Huh7 cell line used as control.

図11は肝細胞様細胞の顕微鏡写真を示す。FGF4によって誘導されたMASCはグリコーゲンを産生する。グリコーゲン貯蔵は染色濃部の集積として見られる(試験3回の代表例)。目盛り棒=25μm。   FIG. 11 shows a photomicrograph of hepatocyte-like cells. MASCs induced by FGF4 produce glycogen. Glycogen storage is seen as an accumulation of darkened areas (representative example from 3 trials). Scale bar = 25 μm.

定義 ここでは、以下の用語は以下の意味を持つものとする: 「拡大」は分化なしでの細胞の増殖を意味することとする。 Definitions Here, the following terms shall have the following meanings: “Expansion” shall mean the proliferation of cells without differentiation.

「中間細胞」は、MASCの分化の間に生じる、MASCまたはその最終分化した子孫の一部の特徴を有するがすべての特徴は有しない細胞である。中間細胞は特定の経路に決定された前駆細胞であってもよいが、特定の細胞型に決定されていてはならない。   An “intermediate cell” is a cell that has some characteristics but not all characteristics of MASC or its terminally differentiated progeny that occurs during MASC differentiation. The intermediate cell may be a progenitor cell determined by a specific pathway, but it must not be determined by a specific cell type.

「正常」は病気、突然変異、または奇形を有しない動物、すなわち健康な動物を意味することとする。   “Normal” shall mean animals that do not have illness, mutation, or malformation, ie, healthy animals.

「自己再生」は外的刺激を加えられることなしに増殖する細胞の能力を意味することとする。組織または器官で局所的に産生されるサイトカインまたは他の成長因子の存在は外的刺激とならないこととする。   “Self-renewal” shall mean the ability of a cell to proliferate without being subjected to external stimuli. The presence of cytokines or other growth factors produced locally in the tissue or organ shall not be an external stimulus.

「ホーミング」は、追加の細胞が必要である部位に特異的に移動する、一部のMASCまたはその子孫の能力を意味することとする。   “Homing” shall mean the ability of some MASCs or their progeny to migrate specifically to the site where additional cells are needed.

「発現のノックアウト」は、特定の遺伝子の機能の消失を意味することとする。   “Expression knockout” shall mean the loss of function of a particular gene.

ここでは、「ゲノムまたはプロテオーム構成」は任意の細胞の遺伝子またはタンパク質構成要素を意味することとする。   As used herein, “genomic or proteomic organization” shall mean any cellular gene or protein component.

「高レベルのテロメラーゼ活性」はヒト不死細胞株MCF7で観察されるレベルの2倍と関連づけることができる。Soule et al. (1973) J. CancerInst.51:1409-1416。   “High levels of telomerase activity” can be associated with twice the level observed in the human immortal cell line MCF7. Soule et al. (1973) J. Cancer Inst. 51: 1409-1416.

技術用途 MASC技術は哺乳類の体内の損傷細胞、疾患細胞、機能不全細胞または死細胞に置き換えるのに用いることができる。さらにこれらの細胞は、自家または同種異系細胞を用いて、天然または人工の担体、基材、または高分子とともにあるいはこれら無しで、たとえば鎌状赤血球病、血友病または、たとえばゴーシェ病、ニーマン・ピック病、ムコ多糖症などのように処理の欠陥のために産物が体内に蓄積する「貯蔵病」といったタンパク質機能に影響する遺伝子突然変異のように遺伝的な、失われた細胞、異常な機能または細胞または器官を修正するために、宿主に注射することができる。瀕死細胞または死細胞の回復の例は、黄斑変性症および他の神経変性疾患の治療におけるMASCまたはその分化した子孫の用途となりうる。 Technical Applications MASC technology can be used to replace damaged, diseased, dysfunctional or dead cells in the mammalian body. In addition, these cells may be used with autologous or allogeneic cells, with or without natural or artificial carriers, substrates, or macromolecules, eg sickle cell disease, hemophilia or eg Gaucher disease, Neiman.・ Genetic, lost cells, abnormalities such as genetic mutations that affect protein functions such as “storage diseases” where products accumulate in the body due to processing defects such as Pick's disease, mucopolysaccharidosis, etc. The host can be injected to modify function or cells or organs. An example of dying or dead cell recovery can be the use of MASC or its differentiated progeny in the treatment of macular degeneration and other neurodegenerative diseases.

これらのMASCを宿主動物の器官/組織に「ホーミング」させて組み込み増殖および分化する能力を考えると、MASCはおそらく虚血心および心筋細胞自体にも新しい内皮細胞を提供するのに用いることができる可能性があり、多数の他の例が存在する。   Given the ability to “homing” these MASCs into host animal organs / tissues for integration, growth and differentiation, MASCs can probably be used to provide new endothelial cells also in the ischemic heart and myocardial cells themselves. There are possibilities and there are many other examples.

組織または器官の機能への一時的な利益が望ましい効果を有しうる医学的状況があり得る。たとえば、正常な肝機能が回復できるようにするために十分なバイオ人工肝臓を接続し、肝移植の必要を防いだ肝障害患者の例がある。これはたとえば、C型肝炎というひとつの肝疾患だけでも、重大で満たされていない医療上の必要である。現在C型肝炎に感染している米国人は4〜5百万人存在し、これらの人々の50%が将来肝硬変になり肝移植を必要とするという推定がある。このことはぜひ救済を要する公衆衛生上の大問題である。自家または同種異系MASCに由来する肝細胞は、C型肝炎または他の肝疾患において移植できる。そのような移植は、提供者自身の肝細胞が回復できるように一時的に肝機能を提供するか、または永久的に損傷肝臓に再定着し提供者細胞によって正常な肝機能が回復するようにすることができる。   There may be medical situations in which a temporary benefit to the function of a tissue or organ can have a desirable effect. For example, there is an example of a liver disorder patient who has connected enough bioartificial liver to allow normal liver function to be restored, preventing the need for liver transplantation. This is, for example, a serious and unmet medical need for a single liver disease called hepatitis C. There are 4-5 million Americans currently infected with hepatitis C, with an estimate that 50% of these people will have cirrhosis in the future and require liver transplantation. This is a major public health problem that requires relief. Hepatocytes derived from autologous or allogeneic MASCs can be transplanted in hepatitis C or other liver diseases. Such transplants provide temporary liver function so that the donor's own hepatocytes can recover, or permanently re-establish in the damaged liver and the donor cells restore normal liver function can do.

未分化のMASCがヒトまたは他の哺乳類に投与されその後被提供者の中で特定の細胞に分化する多くの細胞療法に加えて、MASCの子孫細胞はexvivoで分化させてその後に精製した細胞または細胞の混合物として治療上の利益を提供するために投与することができる。これらの未分化状態のMASCはまた、治療上の利益を有する薬物または分子を輸送する担体または媒体として使用することができる。これは、癌、心血管疾患、炎症性疾患、免疫疾
患、感染症、などを含むがこれに限定されないいくつかの疾患のうち任意のものを治療するのに用いることができる。そこで例として、細胞、おそらく新規のまたは高いレベルの血管新生分子を発現している内皮細胞を、患者に投与することができ、それは既存の血管に組み込まれて血管新生をたとえば心臓で促進する;同様に、血管新生を抑制する分子を産生し、血液細胞に組み込まれてそれ以上の形成をたとえば糖尿病性網膜症または新たな血管形成が疾患の病因、蔓延および程度の鍵となる癌において抑制する内皮細胞を得ることができる。
In addition to many cell therapies in which undifferentiated MASCs are administered to humans or other mammals and then differentiate into specific cells in the recipient, MASC progeny cells are differentiated ex vivo and subsequently purified cells or It can be administered as a mixture of cells to provide a therapeutic benefit. These undifferentiated MASCs can also be used as carriers or vehicles to transport drugs or molecules with therapeutic benefit. This can be used to treat any of a number of diseases including but not limited to cancer, cardiovascular disease, inflammatory disease, immune disease, infectious disease, and the like. Thus, by way of example, cells, possibly endothelial cells expressing new or high levels of angiogenic molecules, can be administered to a patient, which are incorporated into existing blood vessels to promote angiogenesis, for example in the heart; Similarly, it produces molecules that suppress angiogenesis and are incorporated into blood cells to suppress further formation in, for example, diabetic retinopathy or cancers where new angiogenesis is key to the etiology, spread and extent of the disease Endothelial cells can be obtained.

BMに定着して血液をexvivoで形成する能力は、影で重要な医療上の用途を有する。たとえば、血液のexvivo産生に関して、輸血および血液製剤の注射は世界中でまだ行われていて、その安全性は病原体の感染のために変わりやすい。輸血は、HIV、BおよびC型肝炎、そして現在は狂牛病またはCJD、クロイツフェルト-ヤコブ病の差し迫った危険に繋がってきた。血液、特に赤血球をinvitroで産生する能力は、血液をヒトから集めることの安全かつ信頼できる代替法を提供しうる。提供者からの採血を完全に代替することは決して無いと思われる。hMASCまたはその造血性の子孫を、たとえばヒツジといった動物に胎内で注入し、ヒト造血細胞を形成しヒト血液成分または医療上の用途のあるタンパク質の起源として使うことができる。同じことが肝細胞、膵島または多くの他の細胞型についていえるが、ヒト細胞をinvitroで産生することの代替案を提供し、動物を細胞の工場として用いる。このことは発生が予測される血液不足を補助することができる。hMASCはまた、考えられる限りでは、いくつかの欠陥のうち任意の一つを修正するためにヒト胚に移植することができる。   The ability to settle in BM and form blood exvivo has important medical applications in the shadows. For example, with regard to blood exvivo production, blood transfusions and blood product injections are still in place around the world, and their safety is variable due to pathogen infection. Transfusions have led to an imminent risk of HIV, hepatitis B and C, and now mad cow disease or CJD, Creutzfeldt-Jakob disease. The ability to produce blood, particularly red blood cells in vitro, can provide a safe and reliable alternative to collecting blood from humans. There seems to be no complete replacement for donor blood collection. hMASC or its hematopoietic progeny can be injected into an animal, such as a sheep, in utero to form human hematopoietic cells and used as a source of human blood components or proteins for medical use. The same is true for hepatocytes, islets or many other cell types, but provides an alternative to producing human cells in vitro and animals are used as cell factories. This can assist in the blood shortage that is predicted to occur. hMASC can also be transplanted into human embryos to correct any one of several defects, if possible.

これらのMASCは特異的に分化した細胞のクローン集団を生じることができるため、これらは薬物発見の豊かな基盤である。これにはこの周辺の、遺伝子を発現させること、遺伝子発現を分析すること、活性化の新規の遺伝子活性化パターンの発見、プロテオミクスおよびタンパク質発現および修飾のパターンが含まれる。これはデータベースと、これらのデータを公開または自己所有のデータベースと比較したこれらのデータを分析するためのアルゴリズムとを用いて、バイオインフォマティクスで分析される。既知の薬物または物質がどのように挙動するかの情報を、MASC、その分化した子孫、および利用可能なヒトの集団から得られた情報と比較することができる。経路、標的、および受容体を同定することができる。新薬、抗体または他の化合物が生物学的に望ましい反応を生じるのを発見することができる。同様に、MASCおよびその分化した子孫を、データベース、バイオインフォマティクスおよびアルゴリズムと組み合わせて、望ましくない反応についてのモニターとして用いることができる。   Since these MASCs can generate clonal populations of specifically differentiated cells, they are a rich basis for drug discovery. This includes gene expression, analysis of gene expression, discovery of new gene activation patterns of activation, proteomics and protein expression and modification patterns around this. This is analyzed in bioinformatics using a database and an algorithm for analyzing these data compared to a public or self-owned database. Information about how a known drug or substance behaves can be compared to information obtained from MASC, its differentiated progeny, and available human populations. Pathways, targets, and receptors can be identified. New drugs, antibodies or other compounds can be found to produce biologically desirable reactions. Similarly, MASC and its differentiated offspring can be used as a monitor for unwanted reactions in combination with databases, bioinformatics and algorithms.

ヒト、マウス、ラットまたは他の哺乳類に由来するこれらのMASCは現在までに知られた唯一の、正常の、非-悪性の、継代の遅い細胞でさえ非常に高レベルのテロメラーゼを発現する体細胞(非-生殖細胞)であるように見える。テロメアはMASCで伸長していて核型的には正常である。哺乳類に注射されたMASCは、複数の器官へホーミングするので、特定の器官に新たに到着したMASCは自己再生できる可能性がある。このように、MASCは自分自身だけでなく、損傷したか、死亡したか、でなければ遺伝的または後天性疾患のために異常な機能を有した細胞型である、自己再生する分化した細胞型でも、器官に再定着する可能性を有する。   These MASCs, derived from humans, mice, rats or other mammals, are the only bodies known to date that express very high levels of telomerase even in normal, non-malignant, slow-passage cells. It appears to be a cell (non-germ cell). Telomeres are elongated by MASC and are karyotypically normal. MASCs injected into mammals home to multiple organs, so newly arrived MASCs may be able to self-renew. Thus, MASCs are not only themselves, but are self-regenerated differentiated cell types that are damaged, dead, or otherwise have abnormal functions due to genetic or acquired disease But it has the potential to re-establish in the organ.

たとえば、I型糖尿病では膵島のインシュリン産生ベータ細胞が進行性に失われる。各種の腎疾患では機能の進行性消失と、一部の場合では糸球体の消滅がある。もし糖尿病の場合には、MASCまたは分化した子孫が膵臓にホーミングして、それ自身でまたは膵臓の中で内因性細胞との相互作用によって、膵島が形成されるように誘導しうる。これは糖尿病を改善する効果を有しうる。最終的には、MASCの自己再生する能力をinvivoで制御する、すなわち促進または抑制し、そして分化した子孫、たとえば、膵島前駆細胞、肝細胞前
駆細胞、血球前駆細胞、神経および/または心前駆細胞への移行を制御する、すなわち促進または抑制する、条件、物質または薬物が見出されうる。MASCを用いて、増殖し分化する内因性前駆細胞を器官の中で誘導しうる、経路、活性化の方法および制御を見出しうる。
For example, in type I diabetes, islet insulin-producing beta cells are progressively lost. Various kidney diseases have progressive loss of function and in some cases, glomerular disappearance. In the case of diabetes, MASCs or differentiated progeny can home to the pancreas and induce islets to form themselves or by interaction with endogenous cells in the pancreas. This can have the effect of improving diabetes. Ultimately, MASC's ability to self-renew is controlled in vivo, ie promoted or suppressed, and differentiated progeny such as islet progenitor cells, hepatocyte progenitor cells, blood cell progenitor cells, nerve and / or cardiac progenitor cells Conditions, substances or drugs may be found that control, i.e. promote or inhibit, the transition to. MASCs can be used to find pathways, methods of activation and control that can induce endogenous progenitor cells to proliferate and differentiate in the organ.

細胞組織または器官の区画に再定着し自己再生しそしてまた分化するこの同じ能力は、多数の用途と、医療上の満たされていない深い必要性を満たす前例の無い効用を有しうる。たとえば、酵素欠損症が存在するある種の遺伝疾患は、BM移植によって治療されている。これはしばしば、疾患の後遺症が脳または骨または他の場所に残りうる疾患の合併症に助けとなりうるが治癒はしない。MASCおよび遺伝子組み換えMASCは、多数の遺伝的および後天性疾患を改善する希望をもたらす。これらはまた、診断上または研究上の目的および薬物発見に有用となる。   This same ability to re-establish, self-renew and also differentiate into cellular tissue or organ compartments can have numerous applications and unprecedented utility to meet the unmet medical need. For example, certain genetic diseases in which enzyme deficiency is present are treated by BM transplantation. This often helps the disease complications that the sequelae of the disease can remain in the brain or bone or elsewhere, but does not cure. MASCs and genetically engineered MASCs offer hope to improve a number of genetic and acquired diseases. They are also useful for diagnostic or research purposes and drug discovery.

本発明はまた、MASCのゲノムまたはプロテオーム構成を分析し、バイオインフォマティクスによるその分析、アルゴリズムによるコンピュータ分析と組み合わせて、新たなデータベースを収集し既知のデータベースと比較しこれらを対照することを含む;薬物発見、ゲノミクス、プロテオミクス、および経路の同定のための方法を提供する。これによって、治療上の利益を有する可能性のある新規化合物、抗体、タンパク質、小分子有機化合物、または他の生物活性分子に関する標的の定義に繋がりうる、主要構成要素、経路、新規遺伝子および/または遺伝子とタンパク質発現とタンパク質修飾の新たなパターン(プロテオミクス)が同定できる。   The invention also includes analyzing the genomic or proteomic organization of MASC and combining it with bioinformatics analysis, algorithmic computer analysis, collecting new databases, comparing them to known databases, and contrasting them; Methods are provided for discovery, genomics, proteomics, and pathway identification. This can lead to definition of targets for novel compounds, antibodies, proteins, small molecule organic compounds, or other biologically active molecules that may have therapeutic benefits, major components, pathways, novel genes and / or New patterns (proteomics) of gene and protein expression and protein modification can be identified.

以下の実施例は本発明を説明するために提供され、しかし本発明を限定しない。   The following examples are provided to illustrate the invention, but do not limit the invention.

マウス多能性成体幹細胞(mMASC)の選択、培養および特徴づけ細胞単離と拡大 すべての組織はミネソタ大学学内動物実験委員会からのガイドラインに従って得た。BM単核細胞(BMMNC)はBMのフィコール・ハイパック分離によって得た。BMは5〜6週齢のROSA26マウスまたはC57/BL6マウスから得た。あるいは、筋および脳組織を3日齢のマウス129匹から得た。前肢および後肢の近位部からの筋を摘出しよく挽いた。その組織を0.2%コラゲナーゼ(SigmaChemicalCo, St Louis, MO)を用いて1時間、37℃で処理し、次いで0.1%トリプシン(Invitrogen,Grand Island, NY)で45分間処理した。細胞をその後よく磨砕し、70μmフィルターを通した。細胞懸濁液を回収して、10分間、1600rpmで遠心分離した。脳組織は切開してよく挽いた。細胞を0.1%トリプシンおよび0.1% DNAse(Sigma)とともに30分間、37℃でインキュベートして解離させた。細胞をその後よく磨砕し、70μmフィルターを通した。細胞懸濁液を回収して、10分間、1600rpmで遠心分離した。 Selection, culture and characterization of mouse pluripotent adult stem cells (mMASC) Cell isolation and expansion All tissues were obtained according to guidelines from the University of Minnesota Institutional Animal Experimentation Committee. BM mononuclear cells (BMMNC) were obtained by Ficoll-Hypac separation of BM. BM was obtained from 5-6 week old ROSA26 mice or C57 / BL6 mice. Alternatively, muscle and brain tissue were obtained from 129 3 day old mice. Muscles from the proximal part of the forelimbs and hind limbs were removed and ground well. The tissue was treated with 0.2% collagenase (Sigma Chemical Co, St Louis, MO) for 1 hour at 37 ° C. and then with 0.1% trypsin (Invitrogen, Grand Island, NY) for 45 minutes. The cells were then well ground and passed through a 70 μm filter. The cell suspension was collected and centrifuged at 1600 rpm for 10 minutes. Brain tissue was incised and ground well. Cells were dissociated by incubation with 0.1% trypsin and 0.1% DNAse (Sigma) for 30 minutes at 37 ° C. The cells were then well ground and passed through a 70 μm filter. The cell suspension was collected and centrifuged at 1600 rpm for 10 minutes.

BMMNCまたは筋または脳懸濁液を、1xl05/cm2で拡大培地[2%PCS添加低グルコースDulbecco最小必須培地(LG-DMEM)に、血小板由来成長因子(PDGF)と上皮成長因子(EGF)および白血病抑制因子(LIF)を各10ng/mL]に平板播種し、5xl03/cm2で維持した。3〜4週間後、トリプシン/EDTAで回収した細胞からCD45+/グリコフォリン(Gly)-A+細胞を磁気マイクロビーズを用いて除去した。結果として得られたCD45-/Gly-A-細胞を10細胞/ウェルでFN被覆96穴プレートに再播種し、0.5〜1.5x103/cm2の間の細胞密度で拡大した。MASCの拡大可能性は由来する組織にかかわらず同様であった(図1)。 Expand BMMNC or muscle or brain suspension at 1xl0 5 / cm 2 [2% PCS supplemented low glucose Dulbecco minimal essential medium (LG-DMEM), platelet derived growth factor (PDGF) and epidermal growth factor (EGF) And leukemia inhibitory factor (LIF) were plated at 10 ng / mL each and maintained at 5xlO 3 / cm 2 . After 3-4 weeks, CD45 + / glycophorin (Gly) -A + cells were removed from the cells collected with trypsin / EDTA using magnetic microbeads. The resulting CD45 / Gly-A cells were replated at 10 cells / well in FN-coated 96-well plates and expanded at cell densities between 0.5 and 1.5 × 10 3 / cm 2 . The possibility of MASC expansion was similar regardless of the tissue from which it was derived (Figure 1).

MASCの特徴づけ 表現型的には、BM、筋および脳由来の、FNで培養したmMASCは、CD13+、CD44-、CD45-、クラスIおよびクラスII組織適合抗原-、低Flk1およびcKifで、国際出願番号PCT/US00/21387に記載されたhMASCの特徴と同一であった。細胞をIV型コラーゲン、ラミニンまたはMat
rigelで培養したときのほうが、最初の2〜3ヶ月間の細胞拡大はより大きかったが、細胞はMSCの表現型の特徴を有した、すなわち、CD44を発現しCD13を発現しなかった。ヒト細胞と同様に、FNで培養したmMASCはoct-4の転写物とLIF-Rとを発現した。
The characterization phenotypically of MASC, BM, from muscle and brain, MMASC cultured in FN is, CD13 +, CD44 -, CD45 -, class I and class II histocompatibility antigens - with low Flk1 and CKif, The characteristics of hMASC described in International Application No. PCT / US00 / 21387 were the same. Cells with type IV collagen, laminin or Mat
When cultured in rigel, the cell expansion during the first 2-3 months was greater, but the cells had MSC phenotypic characteristics, ie, expressed CD44 but not CD13. Similar to human cells, mMASC cultured in FN expressed oct-4 transcripts and LIF-R.

10個のCD45-/GlyA-細胞を播種したウェルの約1%から、連続的に成長する培養が得られた。これは、培養MASCを開始しうる細胞が稀であっておそらくCD45-/GlyA-細胞の1/1,000より少ないことを示唆する。FNで培養したmMASCは直径8〜10μmで大きい核と少ない細胞質を有する。いくつかの集団が>100 PDの間培養されている。細胞の形態と表現型は培養期間を通じて変化しないままであった。 A continuously growing culture was obtained from approximately 1% of the wells seeded with 10 CD45 / GlyA cells. This suggests that the cells that can initiate cultured MASC are rare and probably less than 1 / 1,000 of CD45 / GlyA cells. MMA cultured in FN has a diameter of 8 to 10 μm, a large nucleus and a small cytoplasm. Some populations have been cultured for> 100 PD. Cell morphology and phenotype remained unchanged throughout the culture period.

40および102PDを経過したmMASCを採取し、テロメア長を評価した。テロメア長はPharmingen(NewJersey,USA)のテロメア長分析キットを用いて取扱説明書に従って測定した。40 PDの間培養したmMASCの平均テロメア長(ATL)は27Kbであった。102PD後に再試験したとき、ATLは変化しないままであった。mMASCの核型分析には、以前に記載した通り細胞を採取前に1:2希釈で12時間継代培養し、トリプシン-EDTAを用いて回収し、1.5時間コルセミド処理し、続いて低張KClを用いて細胞溶解し、酸/アルコールで固定した(Verfaillieet al., 1992)。細胞遺伝学的分析は月単位で行い、45PD後に高二倍体となった、試験には使われなくなった一つの集団を除いて正常核型を示した。   The mMASC after 40 and 102 PD were collected and the telomere length was evaluated. The telomere length was measured using a telomere length analysis kit of Pharmingen (New Jersey, USA) according to the instruction manual. The average telomere length (ATL) of mmASC cultured for 40 PD was 27 Kb. When retested after 102PD, ATL remained unchanged. For karyotype analysis of mMASC, cells were subcultured at a 1: 2 dilution for 12 hours before harvesting as described previously, harvested with trypsin-EDTA, treated with colcemid for 1.5 hours, followed by hypotonic KCl. Was lysed and fixed with acid / alcohol (Verfaillie et al., 1992). Cytogenetic analysis was performed monthly and showed normal karyotype except for one population that became hyperdiploid after 45 PD and was no longer used in the study.

46から>80PD後に得られたマウスMASCを、ES細胞の未分化状態を維持するのに重要な二つの転写因子であるoct4およびRex1の発現レベルについて、定量的(Q)-RT-PCRによって試験した。マウスMASC、神経外胚葉性に分化した子孫(bFGFの添加後1〜7日目)およびマウスES細胞からRNAを抽出した。RNAを逆転写し、結果として得られたCDNAを下記の反応条件で40回増幅した(ABIPRISM7700, Perkin Elmer/Applied Biosystems): 2μLのDNA溶液と、1XTaqMan SYBR GreenUniversal Mix PCR反応緩衝液を用いた最初の変性(95℃で10分間)後、二段階PCR(95℃で15秒間、60℃で60秒間)を40サイクル。プライマーは表1に列記する。
Mouse MASCs obtained after 46 to> 80 PD were tested by quantitative (Q) -RT-PCR for the expression levels of oct4 and Rex1, two transcription factors important for maintaining the undifferentiated state of ES cells did. RNA was extracted from mouse MASC, offspring differentiated into neuroectodermal (1-7 days after addition of bFGF) and mouse ES cells. RNA was reverse transcribed and the resulting cDNA was amplified 40 times under the following reaction conditions (ABIPRISM7700, Perkin Elmer / Applied Biosystems): the first using 2 μL of DNA solution and 1XTaqMan SYBR Green Universal Mix PCR reaction buffer After denaturation (95 ° C for 10 minutes), 40 cycles of two-step PCR (95 ° C for 15 seconds, 60 ° C for 60 seconds). Primers are listed in Table 1.

mRNAレベルはGAPDHをハウスキーピング遺伝子として用いて標準化し、マウスES細胞中のレベルと比較した。oct4およびRex1mRNAは、BM、筋および脳由来MASC中に同様のレベルで存在した。Rex1mRNAレベルはmMASCおよびmES細胞で同様であった一方、oct4 mRNAレベルはMASCでES細胞より約1,000倍低かった。   mRNA levels were normalized using GAPDH as a housekeeping gene and compared to levels in mouse ES cells. Oct4 and Rex1 mRNA were present at similar levels in BM, muscle and brain derived MASCs. Rex1 mRNA levels were similar in mmASC and mES cells, while oct4 mRNA levels were about 1,000 times lower in MASCs than ES cells.

マウスBM、筋および脳由来MASCの発現遺伝子プロファイルは非常に類似している 異なる組織に由来するMASCが同様であるかどうかさらに評価するために、BM、筋および脳由来MASCの発現遺伝子プロファイルをU74AAffimetrix遺伝子アレイを用いて検討した。要約すると、45回細胞分裂の間培養した2〜3xl06個のBM、筋または脳由来MASCからmRNAを抽出した。CDNAの調製、6,000個のマウス遺伝子と6,000個のESTクラスターを含むU74Aアレイとのハイブリッド形成、およびデータ取り込みは取扱説明書に従って行った(すべてAffimetrix,SantaClara, CAより)。データ分析はGeneChip(登録商標)ソフトウェア(Affimetrix)を用いて行った。2.2倍の因数での発現増加または減少(IyerV.R. etal., 1999;ScherfU. et al., 2000;Alizadeh A.A. et al, 2000)を有意とみなし、r2値を直線回帰分析を用いて決定した(図2)。 The expression gene profiles of mouse BM, muscle and brain derived MASCs are very similar.To further evaluate whether MASCs from different tissues are similar, we expressed the expression gene profiles of BM, muscle and brain derived MASCs U74AAffimetrix It examined using the gene array. In summary, mRNA was extracted from 2 to 3xl0 6 BM, muscle or brain-derived MASCs cultured during 45 cell divisions. CDNA preparation, hybridization with 6,000 mouse genes and U74A array containing 6,000 EST clusters, and data acquisition were performed according to the instructions (all from Affimetrix, SantaClara, CA). Data analysis was performed using GeneChip® software (Affimetrix). An increase or decrease in expression by a factor of 2.2 (IyerV.R. Etal., 1999; ScherfU. Et al., 2000; Alizadeh AA et al, 2000) was considered significant and the r 2 value was analyzed using linear regression analysis Determined (Figure 2).

3種類の組織に由来するMASCの発現遺伝子プロファイルの比較は、BM由来のMASCで筋由来と比べて遺伝子の1%未満が2.2倍より大きく異なるレベルで発現していたことを示した。同様に、BM由来のMASCで脳由来と比べて遺伝子の1%未満だけが2.2倍より大きく異なるレベルで発現していた。異なるMASC集団間の相関係数は>0.975であったため、異なる組織に由来するMASCは非常に相同であり、上記の表現型および実施例5に記載の分化の特徴と合致する。   Comparison of the expression gene profiles of MASCs derived from the three tissues showed that in BM-derived MASCs, less than 1% of the genes were expressed at levels that differed by more than 2.2 times compared to muscle-derived. Similarly, in BM-derived MASCs, only less than 1% of the genes were expressed at levels that differed by more than 2.2 times compared to brain-derived. Since the correlation coefficient between different MASC populations was> 0.975, MASCs from different tissues are very homologous and are consistent with the phenotypes described above and the differentiation features described in Example 5.

マウス特異的培養条件を用いて、mMASC培養を100細胞分裂以上維持している。mMASC培養は、-HMG-LacZについて遺伝子導入したC57B1/6マウス、ROSA26マウスおよびC57BL/6マウス由来の骨髄を用いて開始した。   Using mouse-specific culture conditions, maintain mmASC culture for over 100 cell divisions. mMASC culture was initiated using bone marrow from C57B1 / 6, ROSA26 and C57BL / 6 mice transfected with -HMG-LacZ.

ラット多能性成体幹細胞(VMASC)の選択と培養 SpragueDawleyまたはWistarラット由来のBMおよびMNCをmMASCについてと同様の条件下で得て播種した。21〜28日間後、細胞からCD45+細胞を除去し、結果として得られたCD45-細胞を10細胞/ウェルで継代培養した。 Selection and culture of rat pluripotent adult stem cells (VMASC) BM and MNC from SpragueDawley or Wistar rats were obtained and seeded under the same conditions as for mmASC. After 21-28 days, CD45 + cells were removed from the cells and the resulting CD45 cells were subcultured at 10 cells / well.

mMASCと同様に、rMASCは>100PDの間培養して拡大している。ラットMASC培養の拡大条件には、EGF、PDGF-BBおよびLIFの添加と、I型コラーゲン、ラミニンまたはMatrigelでなくFNでの培養が必要であった。rMASCはCD44、CD45およびMHCクラスIおよびIIについて陰性で、高レベルのテロメラーゼを発現した。100細胞分裂を超えて生育する正常細胞の能力は前例が無く、予想外で、20年以上の従来の定説に反する。   Similar to mMASC, rMASC is expanded in culture for> 100 PD. Expansion conditions for rat MASC cultures required the addition of EGF, PDGF-BB and LIF, and culture in FN rather than type I collagen, laminin or Matrigel. rMASC was negative for CD44, CD45 and MHC class I and II and expressed high levels of telomerase. The ability of normal cells to grow beyond 100 cell divisions is unprecedented and unexpectedly contradicts the traditional theories over 20 years.

42PD、72 PD、80PD、および100PDを経過したラット MASCを採取してテロメア長を評価した。42 PD、72PD、80 PD、and 100 PD後のサザンブロット分析で測定されたように、テロメアは培養中に短縮しなかった。ラットMASCの毎月の細胞遺伝学的分析では正常核型が見られた。 Rat MASCs after 42PD, 72PD, 80PD, and 100PD were collected to evaluate telomere length. Telomeres were not shortened during culture, as determined by Southern blot analysis after 42 PD, 72 PD, 80 PD, and 100 PD. Monthly cytogenetic analysis of rat MASC showed normal karyotype.

ヒト多能性成体幹細胞(hMASC)の選択と培養BMは健康なボランティア提供者(2〜50歳)から、研究におけるヒト被験者の使用に関するミネソタ大学委員会からのガイドラインを用いたインフォームド・コンセント後に得られた。BMMNCはフィコール・パック密度勾配遠心分離によって得られ、depletedofCD45+およびグリコフォリン-A+細胞を磁気マイクロビーズ(Miltenyii Biotec,Sunnyvale, CA)を用いて除去した。 Human Pluripotent Adult Stem Cell (hMASC) Selection and Culture BM is an informed consent from healthy volunteer donors (2-50 years old) using guidelines from the University of Minnesota Committee on the use of human subjects in research Obtained later. BMMNC was obtained by Ficoll-pack density gradient centrifugation and depletedofCD45 + and glycophorin-A + cells were removed using magnetic microbeads (Miltenyii Biotec, Sunnyvale, Calif.).

拡大条件:5x103個のCD45-/GlyA-細胞を200uLの拡大培地[1Xインシュリン-トランスフェリン-セレン(ITS)、1Xリノール酸ウシ血清アルブミン(LA-BSA)、10-8Mデキサメタゾン、10-4Mアスコルビン酸-2-リン酸(すべてSigma)、100Uペニシリンおよび1,000Uスト
レプトマイシン(Gibco)を添加した58%DMEM-LG、40%MCDB-201(SigmaChemicalCo, St Louis, MO)に、10ng/mlのEOF(Sigma)および10ng/mlのPDGF-BB(R&D Systems,Minneapolis, MN)を含む胎児ウシ血清(PCS)(HycloneLaboratories, Logan, UT)を0〜10%添加]で希釈し、5ng/mlのFN(Sigma)で被覆した96穴プレートのウェルに播種した。培地は4〜6日毎に交換した。ウェルの>40〜50%に密集成長したら、接着細胞を0.25%トリプシン-EDTA(Sigma)を用いて剥離して、MASC拡大培地に1:4希釈で5ng/mlのFNで被覆したより大きな培養容器に再播種し、2〜8x103細胞/cm2の間の細胞密度を維持した。
Enlargement condition: 5x10 3 pieces of CD45 - / GlyA - cells expansion medium 200 uL [1X insulin - transferrin - selenium (ITS), 1X linoleic acid bovine serum albumin (LA-BSA), 10 -8 M dexamethasone, 10-4 10% ng / ml in 58% DMEM-LG, 40% MCDB-201 (Sigma Chemical Co, St Louis, MO) supplemented with M ascorbic acid-2-phosphate (all Sigma), 100 U penicillin and 1,000 U streptomycin (Gibco) Dilute fetal calf serum (PCS) (Hyclone Laboratories, Logan, UT) containing EOF (Sigma) and 10 ng / ml PDGF-BB (R & D Systems, Minneapolis, Minn. The wells of 96-well plates coated with FN (Sigma) were seeded. The medium was changed every 4-6 days. Once grown to> 40-50% of the well, adherent cells were detached using 0.25% trypsin-EDTA (Sigma) and larger cultures coated with MASC expansion medium at 1: 4 dilution with 5 ng / ml FN The containers were replated and a cell density between 2-8 × 10 3 cells / cm 2 was maintained.

未分化のMASCはCD31、CD34、CD36、CD44、CD45、CD62-E、CD62-L、CD62-P、HLA-クラスIおよびII、cKit、Tie、Tek、αvβ3、VE-カドヘリン、血管内皮細胞接着分子(VCAM)、細胞内接着分子(ICAM)-1を発現しなかった。MASCは低い/非常に低いレベルのβ2-ミクログロブリン、αvβ5、CDw90、AC133、Flk1およびFlt1、そして高レベルのCD13とCD49bを発現した(図3)。   Undifferentiated MASCs are CD31, CD34, CD36, CD44, CD45, CD62-E, CD62-L, CD62-P, HLA-class I and II, cKit, Tie, Tek, αvβ3, VE-cadherin, vascular endothelial cell adhesion The molecule (VCAM) and intracellular adhesion molecule (ICAM) -1 were not expressed. MASC expressed low / very low levels of β2-microglobulin, αvβ5, CDw90, AC133, Flk1 and Flt1, and high levels of CD13 and CD49b (FIG. 3).

免疫表現型分析免疫蛍光1.培養細胞を4%パラホルムアルデヒドおよびメタノールメタノールを用いて室温で固定し、一次抗体と、そして二次抗体とあるいは二次抗体無しで、連続して各30分間インキュベートした。各工程の間に、スライドをPBS/BSAで洗浄した。細胞は蛍光顕微鏡法(ZeissAxiovert; CarlZeiss, Inc., Thornwood, NY)および共焦点蛍光顕微鏡法(共焦点1024顕微鏡;Olympus AX70,Olympus Optical Co. LTD, Japan)によって検査した。任意の培養中の異なる細胞型の頻度を評価するために、任意の抗体について染色陽性となった細胞を4つの視野(視野あたり細胞50〜200個)で計数した。2.採取組織:血液およびBMのサイトスピン標本をアセトン(FisherChemicals)で10分間、室温で固定した。固形器官については、組織の5μm厚の新鮮凍結切片をスライドグラスに乗せ、ただちにアセトン中で10分間、室温で固定した。イソ型血清で20分間インキュベート後、サイトスピン調製物または組織切片を、組織特異的抗原、β-galおよび核対比染色剤(DAPIまたはTO-PRO-3)について連続的に染色した。 Immunophenotyping analysis Immunofluorescence 1. Cultured cells were fixed with 4% paraformaldehyde and methanol-methanol at room temperature and incubated continuously for 30 minutes each with primary antibody and with or without secondary antibody . Between each step, the slides were washed with PBS / BSA. Cells were examined by fluorescence microscopy (ZeissAxiovert; CarlZeiss, Inc., Thornwood, NY) and confocal fluorescence microscopy (confocal 1024 microscope; Olympus AX70, Olympus Optical Co. LTD, Japan). To assess the frequency of different cell types in any culture, cells that stained positive for any antibody were counted in 4 fields (50-200 cells per field). 2. Collection tissue: Blood and BM cytospin specimens were fixed with acetone (Fisher Chemicals) for 10 minutes at room temperature. For solid organs, fresh frozen sections of tissue 5 μm thick were placed on glass slides and immediately fixed in acetone for 10 minutes at room temperature. After incubation with isotype serum for 20 minutes, cytospin preparations or tissue sections were stained sequentially for tissue specific antigen, β-gal and nuclear counterstain (DAPI or TO-PRO-3).

カバースリップはSlowfade-antifadeキット(MolecularProbesInc., Eugene, OR, USA)を用いて乗せた。スライドは蛍光顕微鏡法および共焦点蛍光顕微鏡法によって検査した。 Cover slips were loaded using the Slowfade-antifade kit (MolecularProbes Inc., Eugene, OR, USA). Slides were examined by fluorescence microscopy and confocal fluorescence microscopy.

3. 抗体:細胞は4%パラホルムアルデヒドを用いて室温で、またはメタノールを用いて-20℃で固定し、一次抗体、およびFITCまたはCy3結合抗マウス-または抗ウサギ-IgG抗体を用いて連続的に各30分間インキュベートした。各工程の間にスライドをPBS+1%BSAを用いて洗浄した。PEまたはFITC結合抗CD45、抗CD31、抗CD62E、抗Mac1、抗Gr1、抗CD19、抗CD3、および抗Ter119抗体はBDPharmingenより入手した。GFAP(クローンG-A-5、1:400)、ガラクトセレブロシド(GalC)(ポリクローナル、1:50)、MBP(ポリクローナル、1:50)、GABA(クローンGB-69、1:100)、パルブアルブミン(クローンPARV-19、1:2000)、TuJl(クローンSDL.3D10、1:400)、NF-68(クローンNR4、1:400)、NF-160(cloneNN18、1:40)、そしてNF-200(クローンN52、1:400)、NSE(ポリクローナル、1:50)、MAP2-AB(クローンAP20、1:400)、Tau(ポリクローナル、1:400)、TH(クローンTH-2、1:1000)、DDC(クローンDDC-109、1:100)、TrH(クローンWH-3、1:1000)、セロトニン(ポリクローナル、1:2000)、グルタミン酸(クローンGLU-4、1:400)、速筋ミオシン(クローンMY-32;1:400希釈)に対する抗体はSigmaから入手した。DAPIおよびTOPRO-3はMolecularProbesから入手した。vWF(ポリクローナル;1:50)、Neuro-D(ポリクローナル、1:50)、c-ret(ポリクローナル、1:50)andNurrI(ポリクローナル、1:50)に対する抗体はSantaCruzBiotechnology Inc., Santa Cruz, CAから入手した。PSA-NCAM (ポリクローナル、 1:500)に対する抗体はPhanmingen,San Diego, CAから、そしてセロトニン輸送体(クローンMAB1564、1:400)、DTP(ポリクローナル、1:200)、Naゲート電位チャンネル(ポリクローナル、1:100)、グルタミン酸-受容体-5、-6および-7(クローン371、1:500)およびNMDA(ポリクローナル1:400)受容体に対する抗体はChemiconInternational,Temecula,CAから入手した。抗ネスチン(1:400)抗体はスウェーデンのLund大学のDr.U. Lendahlより寄贈を受けた。NSE(1:50)pan-サイトケラチン(カタログ番号C-2562;1:100)、CK-18(C-8541;1:300)、アルブミン(A-6684;1:100)に対する抗体はすべてSigmaから入手した。Flk1、Flt1、Tek、HNF-1pに対するポリクローナル抗体はSantaCruzBiotechnologyInc., Santa Cruz, CAから入手した。抗ネスチン(1:400)抗体はスウェーデンのLund大学のDr.U.Lendahlより寄贈を受けた。対照-マウス、-ウサギまたは-ラットIgGとFITC/PE/Cy3-およびCy5-標識二次抗体はSigmaから入手した。ウサギ抗β-gal-FITC抗体はRocklandImmunochemicals,USAから入手した。TO-PRO-3 Molecular Probes Inc.から入手し、DAPはSigmaから入手した。 3. Antibody: Cells are fixed with 4% paraformaldehyde at room temperature or with methanol at −20 ° C. and continuously with primary antibody and FITC or Cy3-conjugated anti-mouse- or anti-rabbit-IgG antibody Each was incubated for 30 minutes. Between each step the slide was washed with PBS + 1% BSA. PE or FITC-conjugated anti-CD45, anti-CD31, anti-CD62E, anti-Mac1, anti-Gr1, anti-CD19, anti-CD3, and anti-Ter119 antibodies were obtained from BDPharmingen. GFAP (clone GA-5, 1: 400), galactocerebroside (GalC) (polyclonal, 1:50), MBP (polyclonal, 1:50), GABA (clone GB-69, 1: 100), parvalbumin (clone) PARV-19, 1: 2000), TuJl (clone SDL.3D10, 1: 400), NF-68 (clone NR4, 1: 400), NF-160 (cloneNN18, 1:40), and NF-200 (clone) N52, 1: 400), NSE (polyclonal, 1:50), MAP2-AB (clone AP20, 1: 400), Tau (polyclonal, 1: 400), TH (clone TH-2, 1: 1000), DDC (Clone DDC-109, 1: 100), TrH (clone WH-3, 1: 1000), serotonin (polyclonal, 1: 2000), glutamic acid (clone GLU-4, 1: 400), fast muscle myosin (clone MY -32; 1: 400 dilution) was obtained from Sigma. DAPI and TOPRO-3 were obtained from MolecularProbes. Antibodies against vWF (polyclonal; 1:50), Neuro-D (polyclonal, 1:50), c-ret (polyclonal, 1:50) and NurrI (polyclonal, 1:50) are from SantaCruzBiotechnology Inc., Santa Cruz, CA obtained. Antibodies against PSA-NCAM (polyclonal, 1: 500) are from Phanmingen, San Diego, CA, and serotonin transporter (clone MAB1564, 1: 400), DTP (polyclonal, 1: 200), Na gated potential channel (polyclonal, Antibodies to 1: 100), glutamate-receptors-5, -6 and -7 (clone 371, 1: 500) and NMDA (polyclonal 1: 400) receptors were obtained from Chemicon International, Temecula, CA. The anti-nestin (1: 400) antibody was donated by Dr. U. Lendahl, Lund University, Sweden. All antibodies against NSE (1:50) pan-cytokeratin (Cat. No. C-2562; 1: 100), CK-18 (C-8541; 1: 300), albumin (A-6684; 1: 100) are all Sigma Obtained from Polyclonal antibodies against Flk1, Flt1, Tek, HNF-1p were obtained from SantaCruzBiotechnology Inc., Santa Cruz, CA. Anti-nestin (1: 400) antibody was donated by Dr. U. Lendahl of Lund University, Sweden. Control-mouse, rabbit or rat IgG and FITC / PE / Cy3- and Cy5-labeled secondary antibodies were obtained from Sigma. Rabbit anti-β-gal-FITC antibody was obtained from Rockland Immunochemicals, USA. Obtained from TO-PRO-3 Molecular Probes Inc., DAP was obtained from Sigma.

B. X-GAL染色; 組織切片はβ-ガラクトシダーゼ酵素活性についてInvitrogenのβ-gal染色キットを用いて染色した(pH7.4)。組織切片を10分間のかわりに5分間インキュベートした固定工程以外は取扱説明書に従った。 B. X-GAL staining; Tissue sections were stained for β-galactosidase enzyme activity using Invitrogen's β-gal staining kit (pH 7.4). The instructions were followed except for the fixation step where the tissue sections were incubated for 5 minutes instead of 10 minutes.

C. FACS: FACSについては、未分化MASCを剥離して、抗CD44、CD45、CD13、cKit、MHC-クラスIおよびII、またはb2-ミクログロブリン(BDPharmingen)および二次FITCまたはPE結合抗体を用いて連続的に染色し、FACS-Calibur(BectonDickinson)を使用した分析まで2%パラホルムアルデヒドで固定した。 C. FACS: For FACS, peel off undifferentiated MASC and use anti-CD44, CD45, CD13, cKit, MHC-class I and II, or b2-microglobulin (BDPharmingen) and secondary FITC or PE-conjugated antibodies Sequentially stained and fixed with 2% paraformaldehyde until analysis using a FACS-Calibur (Becton Dickinson).

MASCからの分化系統の単一細胞起源 mMASCまたはrMASCの分化能力を、hMASCまたはES細胞の中胚葉、神経外胚葉、および内胚葉への分化について何が記載されているかに基づいて選択した分化因子(サイトカイン)を加えることによって試験した。分化には、EOF、PDGF-BBおよびLIFを含まないが、系統特異的サイトカインを含む無血清培地に、l〜2x104細胞/cm2で細胞を再播種することを要した。分化は組織特異的マーカー[遅筋ミオシンおよびMyoD(筋)、von-Willebrand因子(vWF)およびTek(内皮)、NF200およびMAP2(神経外胚葉性)、そしてサイトケラチン-18およびアルブミン(内胚葉性)]についての免疫組織化学、RT-PCR、および機能試験によって判定した。 Single-cell origin of differentiation lineage from MASCs Differentiation factors selected based on the differentiation ability of mMASC or rMASC based on what is described for differentiation into mesoderm, neuroectodermal, and endoderm of hMASC or ES cells Tested by adding (cytokine). Differentiation required reseeding of cells at 1 to 2 × 10 4 cells / cm 2 in serum-free medium without EOF, PDGF-BB and LIF but with lineage specific cytokines. Differentiation is a tissue-specific marker [slow muscle myosin and MyoD (muscle), von-Willebrand factor (vWF) and Tek (endothelium), NF200 and MAP2 (neuroectoderm), and cytokeratin-18 and albumin (endoderm) )] Was determined by immunohistochemistry, RT-PCR, and functional tests.

神経外胚葉性細胞へのMASC分化 Palmeret al.は神経前駆細胞をPDGF-BBを用いて培養で拡大できること、およびPDGFの除去と分化因子としてbFGFの添加によってその分化を誘導できることを示した。これらの研究およびhMASCを用いて行われた研究に基づき、mMASCおよびrMASCを、PDGF-BBおよびEGFを含まないが100ng/mLのbFGFを含むFN被覆ウェルに播種した。神経細胞様細胞の成熟の進行が培養期間を通じて見られた。7日間後、細胞の大多数がネスチンを発現した。14日間後、MASCの15〜20%が星状細胞の(GFAP+)、15〜20%が稀突起膠細胞の(ガラクトセレブロシド(GalC)+)、そして50〜60%が神経細胞の(神経フィラメント-200(NF-200)+)形態的および表現型の特徴を獲得した。NF200、GFAPまたはGalCは同一の細胞には見つからず、神経細胞様細胞が神経細胞のマーカーを不適切に発現したhMASCまたはグリア細胞である可能性は低いことを示唆した。神経細胞様細胞はまたTau、MAP2およびNSEも発現した。神経細胞の約50%がガンマ-アミノ酪酸(GABA)およびパルブアルブミンを、30%がチロシンヒドロキシラーゼおよびドーパ-デカルボキシラーゼ(DDC)を、そして20%がセロトニンおよびトリプトファンヒドロキシラーゼを発現した。MASCを40PD、または90PD以上拡大したとき、分化は同様であった。実施例1で記載の通り実施したQ-RT-PCRによって、神経外胚葉性マーカーの発現が確認された:2日目にMASCはotx1およびotx2 mRNAを発現し、7日間後にはネスチンmRNAが検出された。 MASC differentiation into neuroectodermal cells Palmer et al. Have shown that neural progenitor cells can be expanded in culture using PDGF-BB and that their differentiation can be induced by removing PDGF and adding bFGF as a differentiation factor. Based on these studies and studies conducted with hMASC, mmASC and rMASC were seeded in FN-coated wells without PDGF-BB and EGF but with 100 ng / mL bFGF. Progression of maturation of neuron-like cells was observed throughout the culture period. After 7 days, the majority of cells expressed nestin. After 14 days, 15-20% of MASCs are astrocytes (GFAP + ), 15-20% are oligodendrocytes (galactocerebroside (GalC) + ), and 50-60% are neurons (neural Filament-200 (NF-200) + ) acquired morphological and phenotypic characteristics. NF200, GFAP or GalC was not found in the same cell, suggesting that the neuron-like cells are unlikely to be hMASC or glial cells that inappropriately expressed neuronal markers. Neuronal cells also expressed Tau, MAP2 and NSE. Approximately 50% of neurons expressed gamma-aminobutyric acid (GABA) and parvalbumin, 30% expressed tyrosine hydroxylase and dopa-decarboxylase (DDC), and 20% expressed serotonin and tryptophan hydroxylase. Differentiation was similar when MASCs were expanded by more than 40PD or 90PD. Expression of neuroectodermal markers was confirmed by Q-RT-PCR performed as described in Example 1: MASC expresses otx1 and otx2 mRNA on day 2, and nestin mRNA is detected after 7 days It was done.

繊維芽細胞成長因子(FGF)-8bの分化因子としての効果を次に試験した。これはin vivoで中脳の発生のために重要であり、invitroでマウスES細胞からhMASCについてドーパミン作用性およびセロトニン作用性神経細胞を誘導するのに用いられる。密集成長したhMASC(n=8)を10ng/mLのFGF-8b+EGFと培養したとき、神経細胞マーカーについて染色陽性であるが稀突起膠細胞および星状細胞について陽性でない細胞への分化が見られた。神経細胞はGABA性(GABA+;40±4%)、ドーパミン作用性(DOPA、TH、DCCおよびDTP+、26±5%)そしてセロトニン作用性(TrH、セロトニンおよびセロトニン-輸送体+、34±6%)神経細胞の特徴を有した。DOPA+神経細胞はNurr1に対する抗体で染色され、中脳DA神経細胞への分化を示唆した。FGF-8b誘導性神経細胞は成熟神経細胞の電気生理学的特徴を有しなかった。したがって、FGF-8bで支持された3週齢の細胞を、グリア芽腫細胞株であるU-87と、FGF-8bと共にさらに2〜3週間培養した。 The effect of fibroblast growth factor (FGF) -8b as a differentiation factor was then tested. This is important for midbrain development in vivo and is used to induce dopaminergic and serotonergic neurons for hMASC from mouse ES cells in vitro. When densely grown hMASC (n = 8) was cultured with 10 ng / mL of FGF-8b + EGF, differentiation into cells that stained positive for neuronal markers but not positive for oligodendrocytes and astrocytes was observed . Neurons are GABA (GABA + ; 40 ± 4%), dopaminergic (DOPA, TH, DCC and DTP + , 26 ± 5%) and serotonergic (TrH, serotonin and serotonin-transporter + , 34 ± 6%) had neuronal characteristics. DOPA + neurons were stained with antibodies against Nurr1, suggesting differentiation into midbrain DA neurons. FGF-8b-induced neurons did not have the electrophysiological characteristics of mature neurons. Therefore, 3-week-old cells supported by FGF-8b were further cultured for 2-3 weeks with U-87, which is a glioblastoma cell line, and FGF-8b.

神経細胞は細胞の大きさおよび数、長さ、および神経突起の複雑さの増大したより成熟した形態を獲得し、そして成熟神経細胞の電気生理学的特徴(1μMテトロドトキシン(TTX)によって可逆的に遮断される一時的な内向き電流は、一時的なタイムコースと内向き電流の電位依存活性化とともに、成熟神経細胞にだけ見られる電位活性化ナトリウム電流に典型的である)を獲得した。   Neurons acquire a more mature form with increased cell size and number, length, and neurite complexity, and reversibly blocked by electrophysiological features of mature neurons (1 μM tetrodotoxin (TTX)) The transient inward currents obtained were typical of voltage-activated sodium currents found only in mature neurons, along with transient time courses and voltage-dependent activation of inward currents).

hMASC(n=13)を10ng/mの脳由来神経分化誘導因子(BDNF)+EOFと共に培養したとき、分化はDOPA、TH、DCC、DTPおよびNurr1陽性神経細胞に限定された。BDNFはES細胞およびNSCからの神経分化を支援するが(Peault,1996;Choiet al. 1998)、DA様神経細胞への限定的分化を示した研究は無い。   When hMASC (n = 13) was cultured with 10 ng / m brain-derived neural differentiation inducer (BDNF) + EOF, differentiation was limited to DOPA, TH, DCC, DTP and Nurr1-positive neurons. BDNF supports neuronal differentiation from ES cells and NSCs (Peault, 1996; Choi et al. 1998), but no studies have shown limited differentiation into DA-like neurons.

同様の結果が、bFGFで誘導されたmMASCとbFGFおよびBDNFで誘導されたrMASCについて見られた。MASC由来神経細胞についてのさらなる研究が実施例10に示されている。   Similar results were seen for bMA-induced mMASC and bFGF and BDNF-induced rMASC. Further studies on MASC-derived neurons are shown in Example 10.

内皮細胞へのMASC分化 中胚葉の例として、内皮への分化を誘導した。未分化のmMASCまたはrMASCは内皮マーカーCD31、CD62E、TekまたはvWFを発現しなかったが、低レベルのFlk1を発現した。mMASCまたはrMASCをFN被覆ウェルで10ng/mLの内皮分化因子VEGF-Bと共に培養した。14日間のVEGF処理後、MASCの>90%が、経過したPD数にかかわらず、内皮分化に合致してFlt1、CD31、vWFまたはCD62を発現した。初代内皮細胞のように、MASC由来内皮細胞はMatrigelに再播種後6時間以内に血管を形成した。 MASC differentiation into endothelial cells As an example of mesoderm, differentiation into endothelium was induced. Undifferentiated mmASC or rMASC did not express the endothelial markers CD31, CD62E, Tek or vWF, but expressed low levels of Flk1. mMASC or rMASC were cultured with 10 ng / mL endothelial differentiation factor VEGF-B in FN-coated wells. After 14 days of VEGF treatment,> 90% of MASCs expressed Flt1, CD31, vWF or CD62 consistent with endothelial differentiation, regardless of the number of PDs passed. Like primary endothelial cells, MASC-derived endothelial cells formed blood vessels within 6 hours after reseeding on Matrigel.

同様に、hMASCはFlk1およびFlt1を発現するが、CD34、Muc18(P1H12)、PECAM、E-およびP-セレクチン、CD36、またはTie/Tekは発現しない。hMASCを2xl04細胞/cm2、20ng/mLの血管内皮成長因子(VEGF)を含む無血清培地で培養したとき、細胞はCD34、VE-カドヘリン、VCAMおよびMuc-18を7日目以降に発現した。14日目に、細胞はTie、Tek、Flk1およびFlt1、PECAM、P-セレクチンおよびE-セレクチン、CD36、vWF、そしてコネキシン-40も発現した。さらに、細胞は低比重リポタンパク質(LDL)を取り込むことができた。組織化学染色からの結果はウェスタンブロットによって確認された。血管形成を誘導するために、14日間VEGFと共に培養したMASCを、10ng/mLVEGF-Bを含むMatrigelに再播種して6時間経過した。>2%PCSで培養されたhMASCを用いたときは、内皮分化は見られなかった。さらに、PCSが分化の間に培地中に残されたとき、内皮細胞は生じなかった。 Similarly, hMASC expresses Flk1 and Flt1, but not CD34, Muc18 (P1H12), PECAM, E- and P-selectin, CD36, or Tie / Tek. When hMASC is cultured in serum-free medium containing 2xl0 4 cells / cm 2 and 20 ng / mL vascular endothelial growth factor (VEGF), the cells express CD34, VE-cadherin, VCAM and Muc-18 after day 7. did. On day 14, the cells also expressed Tie, Tek, Flkl and Fltl, PECAM, P-selectin and E-selectin, CD36, vWF, and connexin-40. In addition, the cells were able to take up low density lipoprotein (LDL). Results from histochemical staining were confirmed by Western blot. In order to induce angiogenesis, MASC cultured with VEGF for 14 days was re-seeded on Matrigel containing 10 ng / mL VEGF-B, and 6 hours passed. Endothelial differentiation was not seen when hMASC cultured in> 2% PCS was used. Furthermore, endothelial cells did not arise when PCS was left in the medium during differentiation.

hMASCを継代培養したとき少なくとも1000-倍の拡大が得られ、hMASCから生じた内皮 前駆細胞が顕著な増殖能力を持ち続けていることを示唆した。細胞の拡大は、PCSが7日後に培養に添加されたときさらに大きかった。hMASC由来内皮細胞が皮下にヒト大腸癌を
移植されたNOD-SCIマウスに静脈注射で投与されたとき、ヒト内皮細胞が腫瘍で血管新生に寄与するのが見られた。したがって、治療上の利益を得るため、すなわち、たとえば癌において血管新生を阻害するため、または肢あるいはたとえば心臓のようなその他の器官において血管新生を促進するために、遺伝子組み換え内皮細胞を組み込むことが可能である。MASC由来内皮細胞に関するさらなる研究は実施例9に示されている。
When subcultured with hMASC, at least a 1000-fold expansion was obtained, suggesting that endothelial progenitor cells generated from hMASC continue to have significant proliferative potential. Cell expansion was even greater when PCS was added to the culture after 7 days. When hMASC-derived endothelial cells were administered intravenously to NOD-SCI mice transplanted subcutaneously with human colon cancer, human endothelial cells were seen to contribute to angiogenesis in the tumor. Thus, incorporating recombinant endothelial cells to obtain therapeutic benefit, ie to inhibit angiogenesis, for example in cancer, or to promote angiogenesis in the limb or other organs such as the heart Is possible. Further studies on MASC-derived endothelial cells are shown in Example 9.

内胚葉へのMASC分化 mMASCまたはrMASCが内胚葉細胞に分化できるかどうかを試験した。分化因子であるケラチノサイト成長因子(KGF)、肝細胞成長因子(HGF)およびFGF-4と共に、ラミニン、コラーゲン、FNまたはMatrigel被覆ウェルのいずれかでの培養を含むいくつかの異なる培養条件を試験した。10ng/mLのFGF4+10ng/mLのHGFを含むMatrigelに再播種したとき、MASCの約70%が肝細胞様細胞の形態的および表現型の特徴を獲得した。細胞は類上皮細胞になり、細胞の約10%が二核になり、そして細胞の約70%がアルブミン、サイトケラチン(CK)-18、およびHNF-1Pについて染色陽性となった。 MASC differentiation into endoderm We tested whether mMASC or rMASC could differentiate into endoderm cells. Several different culture conditions were tested, including cultures in laminin, collagen, FN or Matrigel coated wells with the differentiation factors keratinocyte growth factor (KGF), hepatocyte growth factor (HGF) and FGF-4. . Approximately 70% of MASCs acquired morphological and phenotypic characteristics of hepatocyte-like cells when replated on Matrigel containing 10 ng / mL FGF4 + 10 ng / mL HGF. The cells became epithelioid cells, about 10% of the cells were binucleated, and about 70% of the cells were positive for albumin, cytokeratin (CK) -18, and HNF-1P.

FGF4およびHGFを含む培養で生じた内胚葉性様細胞もまた、未分化のMASCとFGF4およびHGF誘導性MASCの上清中の尿素レベルをSigma尿素窒素キット640を用いて取扱説明書に従って測定することによって判定された、肝細胞の機能的特徴を有した。未分化のMASC培養においては尿素は検出されなかった。尿素産生はFGF4およびHGFの添加14日後に10μg/細胞/時間であり、25日目まで同様のレベルで検出可能であった。これは単層で生育した初代ラット肝細胞と同等である。アルブミンの存在は、尿素産生と共にMASCからinvitroの肝細胞分化の概念を支持する。MASC由来肝細胞に関するさらなる研究は実施例11に示されている。   Endodermal-like cells generated in cultures containing FGF4 and HGF also measure urea levels in undifferentiated MASC and FGF4 and HGF-induced MASC supernatants using Sigma urea nitrogen kit 640 according to the instructions. The functional characteristics of hepatocytes, as determined by Urea was not detected in undifferentiated MASC cultures. Urea production was 10 μg / cell / hour 14 days after the addition of FGF4 and HGF, and was detectable at similar levels until day 25. This is equivalent to primary rat hepatocytes grown in a monolayer. The presence of albumin supports the concept of in vitro hepatocyte differentiation from MASC along with urea production. Further studies on MASC-derived hepatocytes are shown in Example 11.

内胚葉系統前駆細胞が存在する可能性が高いことを考えると、MASCは肝臓と膵臓の外分泌および内分泌構成部分の両方、および他の内胚葉由来細胞組織系統のさまざまな細胞を形成する細胞を生じる可能性が高い。   Given the likely presence of endoderm lineage progenitor cells, MASCs yield cells that form both exocrine and endocrine components of the liver and pancreas, and various cells of other endoderm-derived cell tissue lineages Probability is high.

筋または脳に由来するMASCは、BM由来MASCについて上に記載した方法を用いて、中胚葉(内皮細胞)、神経外胚葉(星状細胞および神経細胞)および内胚葉(肝細胞様細胞)に分化するよう誘導された。   MASCs derived from muscle or brain can be used in mesoderm (endothelial cells), neuroectodermal (astrocytes and neurons) and endoderm (hepatocyte-like cells) using the methods described above for BM-derived MASCs. Induced to differentiate.

形質導入 分化した細胞が単一細胞由来でありMASCが実際に「クローン」多能性細胞であることを示すため、MASCにレトロウイルスベクターを導入した培養細胞を作成し、そして未分化の細胞とその子孫はゲノムの同一部位にレトロウイルス挿入配列を有することが見出された。 In order to demonstrate that the differentiated cells are derived from a single cell and that MASC is actually a “clone” pluripotent cell, a cultured cell with a retroviral vector introduced into MASC is created, and Its progeny were found to have a retroviral insert at the same site in the genome.

40から>90PDの間拡大した、二つの独立して得られたROSA26MASC、二つのC57BL/6MASCおよび一つのrMASC集団を用いて、またeGFPを導入した「クローン」マウスおよび「クローン」rMASCについて、試験を行った。eGFP導入細胞および非導入細胞の間に差異は見られなかった。注目すべきこととして、eGFP発現は分化したMASCで持続した。   Tested with two independently obtained ROSA26MASCs, two C57BL / 6MASCs and one rMASC population expanded between 40 and> 90 PD, and also for “clone” mice and “clone” rMASCs introduced with eGFP Went. There was no difference between eGFP-transfected and non-transfected cells. Of note, eGFP expression persisted in differentiated MASC.

具体的には、EGF,PDGF-BBおよびLIFを含むFNで3週間培養したマウスおよびラットBMMNCに連続2日間、eGFP腫瘍レトロウイルスベクターを導入した。その後、CD45+およびGlyA+細胞を除去し、細胞を10細胞/ウェルで継代培養した。eGFP導入ラットBMMNCを85PDの間拡大した。または、80PDSの間拡大したマウスMASCを用いた。未分化MASCの継代培養は、75PDの間維持した培養から100個のMASCを播種してそれを>5xl06個に再拡大することによって作成した。拡大したMASCはinvitroで内皮、神経外胚葉および内胚葉に分化するよう誘導した。系統分化は、実施例4に記載の通り、これらの細胞型に特異的な抗体で染色することによって示した。 Specifically, the eGFP tumor retrovirus vector was introduced into mouse and rat BMMNC cultured for 3 weeks in FN containing EGF, PDGF-BB and LIF for 2 consecutive days. CD45 + and GlyA + cells were then removed and the cells were subcultured at 10 cells / well. The eGFP-introduced rat BMMNC was expanded for 85 PD. Alternatively, mouse MASC expanded for 80 PDS was used. Subcultures of undifferentiated MASCs were made by seeding 100 MASCs from cultures maintained for 75 PD and re-expanding them to> 5xl0 6 . Expanded MASCs were induced to differentiate into endothelium, neuroectodermal and endoderm in vitro. Lineage differentiation was demonstrated by staining with antibodies specific for these cell types as described in Example 4.

中胚葉性および神経外胚葉性子孫細胞の単一細胞起源 中胚葉性および神経外胚葉性の分化した子孫細胞が単一細胞起源であることを証明するため、レトロウイルスマーキングを用いた(Jordan et al, 1990;Nolta et al., 1996)。20PD後に得たhMASCの画分にMFG-eGFPレトロウイルスを形質導入した。eGFP+hMASCを、同一提供者由来の非導入MASCで希釈し、導入細胞の終濃度を〜5%とした。これらの混合物を100細胞/ウェルで播種し、培養を>2xl07細胞が得られるまで拡大した。それぞれ5xl06個のMASCを、骨格筋筋芽細胞、内皮および神経外胚葉性系統に分化するよう誘導した。分化条件下で14日後、細胞を採取してレトロウイルス組み込み部位、およびeGFPと神経外胚葉性、筋および内皮マーカーとの同時発現を同定するために用いた。 Single-cell origin of mesodermal and neuroectodermal progeny cells Retroviral marking was used to demonstrate that mesodermal and neuroectodermal differentiated progeny cells are of single-cell origin (Jordan et al. al, 1990; Nolta et al., 1996). The hMASC fraction obtained after 20 PD was transduced with MFG-eGFP retrovirus. eGFP + hMASC was diluted with non-introduced MASC from the same provider to give a final concentration of transfected cells of ~ 5%. The mixtures were seeded at 100 cells / well were expanded to culturing> 2xl0 7 cells are obtained. Each of 5xl0 6 MASCs was induced to differentiate into skeletal myoblasts, endothelial and neuroectodermal lineages. After 14 days under differentiation conditions, cells were harvested and used to identify retroviral integration sites and coexpression of eGFP with neuroectodermal, muscle and endothelial markers.

筋芽細胞分化については、hMASCを2xl04細胞/cm2で2%PCS、EGFおよびPDGF含有拡大培地に播種し、3μMの5-アザシチジンを用いて同じ培地中で24時間処理した。その後、細胞は2%PCS、EGFおよびPDGF-BBを含む拡大培地中で維持した。内皮分化については、hMASCを2xl04細胞/cm2で、EGFおよびPDGFを含まないが10ng/mlのVEGF-Bを含む無血清拡大培地で14日間培養した。 The myoblast differentiation, seeded hMASC to 2Xl0 4 cells / cm 2 in 2% PCS, EGF and PDGF-containing expansion medium, treated for 24 h in the same medium with 3μM 5-azacytidine. The cells were then maintained in expansion medium containing 2% PCS, EGF and PDGF-BB. For endothelial differentiation, HMASC at 2Xl0 4 cells / cm 2, not including EGF and PDGF has been cultured for 14 days in serum-free expansion medium containing VEGF-B of 10 ng / ml.

免疫蛍光評価は、培養中の細胞の5〜10%が5-アザシチジンでeGFPおよび骨格筋アクチンについて染色陽性に分化するよう誘導され、細胞の5〜10%がeGFPおよびvWFについて同時染色される内皮に分化するよう誘導され、そして細胞の5〜10%が、eGFP、およびNF-200かGFAPかMBPのいずれかについて同時染色される神経外胚葉に分化するよう誘導されたことを示した。レトロウイルス挿入部位を定義するため、MASCおよび分化した子孫の宿主ゲノム隣接領域を配列決定した。別々の集団におけるレトロウイルス挿入配列の数は1から7の間であった。表2に示す通り、集団A16で染色体7にマッピングされた、筋、内皮および神経外胚葉性細胞でレトロウイルス挿入配列に隣接する、単一の同一の配列が同定された。
Immunofluorescence assessment showed that 5-10% of cells in culture were induced to differentiate positively for eGFP and skeletal muscle actin with 5-azacytidine, and 5-10% of cells co-stained for eGFP and vWF It was shown that 5-10% of the cells were induced to differentiate into eGFP and neuroectodermal co-stained for either NF-200, GFAP or MBP. To define the retroviral insertion site, the host genome flanking region of MASC and differentiated offspring was sequenced. The number of retroviral inserts in separate populations was between 1 and 7. As shown in Table 2, a single identical sequence adjacent to the retroviral insert was identified in muscle, endothelial and neuroectodermal cells mapped to chromosome 7 in population A16.

3'LTRに特異的なプライマーを設計し、また隣接するゲノム配列に特異的なプライマーは表3に示す通りで、そしてリアルタイムPCRを用いて、レトロウイルス挿入部位は未分化細胞と分化した細胞とで同一であることが確認された。これらの結果は、隣接配列とeGFPDNA配列とが同様の量で存在することを証明した。クローンA12はそれぞれ染色体1と7に位置する2個のレトロウイルス挿入配列を含み、両方の隣接配列をhMASCだけでなく筋、内皮および神経外胚葉性系統にも検出することができた。これが2個のレトロウイルス要素を有する単一細胞の子孫かまたは2個の細胞の子孫のどちらを示すのか判定するため、リアルタイムPCRを用いて染色体1および7のeGFP隣接配列の相対量を比較した。hMASC、筋、内皮および神経外胚葉性細胞に両方の隣接配列が同様の量存在したことが見出され、2個のレトロウイルス挿入配列を有する単一細胞がeGFP陽性hMASCおよび分化した子孫の元になった可能性が高いことを示唆した。3個以上のレトロウイルス挿入配列を含む他の集団においては、我々は挿入配列が単一細胞の複数の挿入部位に由来するのかそれともeGFP陽性画分に寄与する複数の細胞に由来するのか判定することはできなかった。にもかかわらず、2個の集団において筋、内皮および神経外胚葉に分化した子孫細胞は単一のBM由来前駆細胞に由来するという我々の発見は、中胚葉性系統および神経外胚葉の3つの異なる系統の細胞において単一細胞レベルで分化するBMから原始細胞を培養することが可能であることを初めて決定的に証明する。
Primers specific to the 3 ′ LTR are designed, and primers specific to the adjacent genomic sequence are as shown in Table 3, and using real-time PCR, the retroviral insertion site is an undifferentiated cell and a differentiated cell. It was confirmed that they were the same. These results demonstrated that similar amounts of flanking and eGFP DNA sequences were present. Clone A12 contained two retroviral inserts located on chromosomes 1 and 7, respectively, and both flanking sequences could be detected not only in hMASC but also in muscle, endothelial and neuroectodermal strains. To determine whether this represents a single cell progeny or two cell progeny with two retroviral elements, real-time PCR was used to compare the relative amounts of eGFP flanking sequences on chromosomes 1 and 7. . Similar amounts of both flanking sequences were found in hMASC, muscle, endothelial and neuroectodermal cells, and a single cell with two retroviral inserts was the source of eGFP positive hMASC and differentiated progeny It was suggested that there was a high possibility of becoming. In other populations containing more than two retroviral inserts, we determine whether the insert is from multiple insertion sites in a single cell or from multiple cells that contribute to the eGFP positive fraction I couldn't. Nevertheless, our finding that progeny cells differentiated into muscle, endothelium and neuroectoderm in the two populations are derived from a single BM-derived progenitor cell is the result of three distinct mesodermal lineages and neuroectodermal We demonstrate for the first time that primordial cells can be cultured from BMs that differentiate at a single cell level in cells of different lineages.

体内の多くの器官への哺乳類MASCのホーミングと定着 定着してinvivoで組織特異的細胞に分化する能力を有するかどうか調べるため、mMASCを試験した。mMASCをLacZ遺伝子導入C57Black6、ROSA26マウスから実施例1に記載の通り育成した。LacZマウス由来の106個のmMASCを、注射の4〜6時間前に250Radの全身照射ありまたは無しで、NOD-SCIDマウス尾静脈に静脈注射した。動物は注射後4〜24週間で頸椎脱臼により屠殺した。 Homing and colonization of mammalian MASC to many organs in the body. To investigate whether it has the ability to settle and differentiate into tissue-specific cells in vivo, it was tested. mMASC was grown from LacZ gene-introduced C57Black6 and ROSA26 mice as described in Example 1. 10 6 mmASCs from LacZ mice were injected intravenously into the tail vein of NOD-SCID mice with or without 250Rad total body irradiation 4-6 hours prior to injection. Animals were sacrificed by cervical dislocation 4-24 weeks after injection.

組織採取血液および骨髄:0.5〜1mlの血液を動物の屠殺時に得た。大腿骨および脛骨を洗浄してBMを回収した。表現型分析については、血液およびBM中の赤血球を氷冷塩酸アンモニウムを用いて除去し(StemCellTechnologies Inc., Vancouver, Canada)、105個の細胞をサイトスピン遠心分離に用いた。連続移植については、大腿骨2本および脛骨2本からの5xl07個の細胞を個々の二次被提供者に尾静脈注射によって移植した。二次被提供者は7〜10週間後に屠殺した。 Tissue collection blood and bone marrow: 0.5-1 ml of blood was obtained at the time of animal sacrifice. The femur and tibia were washed and BM was collected. For phenotypic analysis, red blood cells and erythrocytes in BM were removed using ice-cold ammonium hydrochloride (StemCell Technologies Inc., Vancouver, Canada) and 10 5 cells were used for cytospin centrifugation. For serial transplantation, 5xl0 7 cells from 2 femurs and 2 tibias were transplanted into individual secondary recipients by tail vein injection. Secondary recipients were sacrificed after 7-10 weeks.

固形器官:肺はPBSで1:4希釈したOCT化合物(Sakura-FinetekInc,USA)の1mlで膨張させた。被提供者動物の脾臓、肝臓、肺、腸、骨格筋、心筋、腎臓および脳の標本を採取しOCT中で-80℃にて、および定量的PCR用にRNALater(AmbionInc., Austin, TX, USA)中で-20℃にて低温保存した。 Solid organs: Lungs were inflated with 1 ml of OCT compound (Sakura-Finetek Inc, USA) diluted 1: 4 in PBS. Samples of spleen, liver, lung, intestine, skeletal muscle, myocardium, kidney and brain of recipient animals were collected at -80 ° C in OCT and for quantitative PCR with RNALater (Ambion Inc., Austin, TX, USA) at -20 ° C.

mMASCは定着してinvivoで組織特異的細胞に分化する β-gal/ネオマイシン(NEO)導入遺伝子含有細胞の定着(Zambrowiczetal., 1997)は、β-galについて免疫組織化学によって、およびNEOについてQPCRによって試験された。免疫組織化学およびQ-PCRは実施例5および1にそれぞれ記載された通り実施した。プライマーは表1に列記されている。 mMASCs colonize and differentiate into tissue-specific cells in vivo Establishing β-gal / neomycin (NEO) transgene-containing cells (Zambrowiczetal., 1997) by immunohistochemistry for β-gal and by QPCR for NEO Tested. Immunohistochemistry and Q-PCR were performed as described in Examples 5 and 1, respectively. Primers are listed in Table 1.

1%を超える抗β-gal細胞の検出として定義される定着が、すべての被提供者動物の造血組織(血液、BMおよび脾臓)ならびに肺、肝臓および腸の上皮に表4および図4に示す通り見られた。
Settlement, defined as the detection of more than 1% anti-β-gal cells, is shown in Table 4 and Figure 4 in the hematopoietic tissues (blood, BM and spleen) and lung, liver and intestinal epithelium of all recipient animals I was seen on the street.

BM(図4B〜F)および脾臓(図4H〜I)のβ-gal+細胞は、抗CD45、抗CD19、抗Mad、抗Gr1および抗TER119抗体と同時染色された。同様の結果が末梢血について見られた。注目すべきこととして、β-gal+CD3+T細胞はキメラマウスで見られたにもかかわらず、血液、BMまたは脾臓のいずれにもβ-gal+CD3+T細胞は見られなかった。この理由は現在のところ不明である。 BM (FIGS. 4B-F) and spleen (FIGS. 4H-I) β-gal + cells were co-stained with anti-CD45, anti-CD19, anti-Mad, anti-Gr1 and anti-TER119 antibodies. Similar results were seen for peripheral blood. Of note, although β-gal + CD3 + T cells were seen in chimeric mice, no β-gal + CD3 + T cells were found in either blood, BM or spleen. The reason for this is currently unknown.

脾臓での定着は主に提供者細胞の塊として起こり、MASCが脾臓にホーミングするとき、CFU-Sと同様に、MASCは局部的に増殖し分化して提供者細胞のコロニーを形成するという仮説と合致した。mMASCの造血細胞へのinvivo分化は、mMASCにHSCが混入したことが原因ではないと考えられる。最初に、BMMNCはmMASC培養を開始する前にカラム選択によってCD45細胞を除去されている。次に、brachyury(Robertsonetal, 2000)、GATA-2およびGATA-1(Weiss etal., 1995)を含む初期中胚葉性または造血転写因子は、CDNAアレイ分析によって示される通り、未分化のmMASCでは発現していない。第三に、mMASCに用いた培養条件は、HCSについては支持的でない。第四に、hMASCを造血支持細胞とサイトカインと共に培養することによってhMASCからinvitroで造血分化を誘導する試みはどれも成功しなかった(Reyeset al., 2001)。   The hypothesis that colonization in the spleen occurs mainly as a mass of donor cells and when MASCs home to the spleen, like CFU-S, MASCs proliferate and differentiate locally to form donor cell colonies Matched. It is considered that the in vivo differentiation of mMASC into hematopoietic cells is not caused by contamination of HMA with mMASC. First, BMMNC has been depleted of CD45 cells by column selection prior to initiating mmASC culture. Second, early mesodermal or hematopoietic transcription factors, including brachyury (Robertsonetal, 2000), GATA-2 and GATA-1 (Weiss et al., 1995), are expressed in undifferentiated mMASC as shown by cDNA array analysis Not done. Third, the culture conditions used for mmASC are not supportive for HCS. Fourth, none of the attempts to induce hematopoietic differentiation in vitro from hMASC by culturing hMASC with hematopoietic support cells and cytokines (Reyeset al., 2001).

顕著なレベルのmMASC定着がまた肝臓、腸および肺でも見られた。三色染色免疫組織化学を用いて、上皮(CK+)および造血(CD45+)細胞を肝臓、腸および肺の同一組織切片において同定した。肝臓では、β-gal+提供者由来細胞は肝細胞(CK18+CD45+またはアルブミン+)の束を形成し、任意の5μmの切片の約5〜10%を占めた(図4K〜M)。被提供者起
源のいくつかのCK18+CD45+β-gal-造血細胞は上皮細胞から明瞭に同定された。Albumin+β-gal+およびCK18+β-gal+細胞は、肝幹細胞および円形細胞からの肝再生でみられるパターンで、門脈路周囲の肝細胞束に定着した(Alisonet al., 1998;Petersen et al., 1999)。このことと、切片20枚のうち5枚のみが提供者細胞を含んでいたこととは、幹細胞は肝臓のすべての部分でなく一部分に定着し、そこで増殖して肝細胞に分化するという概念と合致する。
Significant levels of mmASC colonization were also seen in the liver, intestine and lung. Three-color staining immunohistochemistry was used to identify epithelial (CK + ) and hematopoietic (CD45 + ) cells in the same tissue section of the liver, intestine and lung. In the liver, β-gal + donor-derived cells formed a bundle of hepatocytes (CK18 + CD45 + or albumin + ), accounting for approximately 5-10% of any 5 μm section (FIGS. 4K-M). Some CK18 + CD45 + β-gal in a recipient origin - hematopoietic cells were clearly identified from epithelial cells. Albumin + β-gal + and CK18 + β-gal + cells established in hepatocyte bundles around the portal tract in a pattern seen in liver regeneration from hepatic stem cells and round cells (Alisonet al., 1998; Petersen et al., 1999). This and the fact that only 5 out of 20 slices contained donor cells were the concept that stem cells settled in some, not all, parts of the liver, where they proliferated and differentiated into hepatocytes. Match.

腸における定着もまた腸上皮幹細胞について知られていることと合致した。腸では、個々の陰窩は4〜5個の長寿命の幹細胞を含む(Potten,1998)。これらの幹細胞の子孫は陰窩の中部および上部で数回の分裂を経て上皮細胞を生じ、これは上方へ、陰窩外へ出て、隣接する絨毛へ移動する。提供者由来のβ-gal+panCK+CD45-上皮細胞がいくつかの絨毛を完全に覆っていた(図4O〜P)。一部の絨毛では、β-gal+panCK+CD45-細胞は周囲の50%だけを構成し(黒矢印、図4P)、定着が両方の陰窩でなく一方であったことを示唆した。いくつかのβ-gal+panCK-細胞が腸絨毛の中心に明瞭に見られた(白矢印、図4O)。これらの細胞はCD45について同時染色され(図4P)、これらが提供者由来造血細胞であることを示した。肺では、提供者細胞の大多数がβ-gal+panCK+CD45-肺胞上皮細胞を生じた一方、大部分の造血細胞は被提供者起源であった(panCK-CD45+β-gal-)(図4R)。 Intestinal colonization was also consistent with what is known about intestinal epithelial stem cells. In the intestine, each crypt contains 4-5 long-lived stem cells (Potten, 1998). The progeny of these stem cells undergo epithelial cells after several divisions in the middle and upper part of the crypt, which move upward, out of the crypt, and move to the adjacent villi. Donor-derived β-gal + panCK + CD45 epithelial cells completely covered some villi (FIGS. 4O-P). In some villi, β-gal + panCK + CD45 cells made up only 50% of the surroundings (black arrows, FIG. 4P), suggesting that colonization was in one but not both crypts. Some β-gal + panCK cells were clearly seen in the center of the intestinal villi (white arrow, FIG. 4O). These cells were co-stained for CD45 (Figure 4P), indicating that they were donor-derived hematopoietic cells. In lung, the majority of donor cells β-gal + panCK + CD45 - While resulted alveolar epithelial cells, the majority of hematopoietic cells was a recipient origin (panCK - CD45 + β-gal -) (Figure 4R).

免疫組織化学によって検出された定着のレベルは、NEOについてQ-PCRで測定されたレベルと一致した(表4)。定着レベルは、MASCの静脈注射の4〜24週間後に分析した動物で同様であった(表4)。   The level of colonization detected by immunohistochemistry was consistent with the level measured by Q-PCR for NEO (Table 4). Establishment levels were similar in animals analyzed 4-24 weeks after intravenous injection of MASC (Table 4).

骨格筋または心筋には寄与は見られなかった。上皮組織および造血機構とは対照的に、組織傷害の非存在下で骨格筋または心筋において細胞の交代はわずかであるかまたは全く見られなかった。したがって、これらの組織への幹細胞の顕著な寄与は期待されない。しかし、上皮細胞が迅速な交代を受ける2つの器官である皮膚および腎臓において定着は見られなかった。胚盤胞注射実験(実施例8)において、mMASCはこれらの細胞型に分化できることが示される;出生後の被提供者におけるこれらの器官で定着が見られないことの可能な説明は、mMASCはこれらの器官へホーミングしないというもので、現在評価中の仮説である。mMASCは神経外胚葉様細胞にexvivoで分化したが、脳においてmMASCの顕著な定着は見られず、脳で見つかった稀な提供者細胞は神経外胚葉性マーカーで同時標識されなかった。2つの最近の論文が、BM移植を受けた動物の脳において神経外胚葉の特徴を有する提供者由来細胞を検出することができることを示した。しかし、血液脳関門の破壊に伴う条件である、移植前の完全除去の準備方法または新生動物への移植が用いられた。細胞は、血液脳関門が完全であるかまたは最小の損傷しか受けていない、照射を受けていない成体動物、または低用量の照射を受けた動物に注入された。このことはCNSにおいてmMASC定着が見られなかったことを説明しうる。   There was no contribution to skeletal or myocardium. In contrast to epithelial tissue and hematopoietic mechanisms, little or no cell turnover was seen in skeletal or cardiac muscle in the absence of tissue injury. Therefore, a significant contribution of stem cells to these tissues is not expected. However, no colonization was seen in the two organs, skin and kidney, where epithelial cells undergo rapid turnover. In a blastocyst injection experiment (Example 8), it is shown that mmASC can differentiate into these cell types; a possible explanation for the absence of colonization in these organs in postnatal recipients is that This is a hypothesis that is currently being evaluated. Although mMASC differentiated ex vivo into neuroectodermal-like cells, no significant colonization of mMASC was seen in the brain, and rare donor cells found in the brain were not co-labeled with neuroectodermal markers. Two recent papers have shown that donor-derived cells with neuroectodermal characteristics can be detected in the brains of animals that have undergone BM transplantation. However, preparation methods for complete removal prior to transplantation or transplantation into new animals, which are conditions associated with the destruction of the blood brain barrier, were used. Cells were injected into unirradiated adult animals with complete or minimal damage to the blood brain barrier, or animals that received low doses of irradiation. This may explain that no mmASC colonization was seen in the CNS.

密集MASCはinvivoで分化しない 対照として、注射前にROSA26-MASCを注入し密集となるまで培養した。密集を形成させたMASCは、exvivoで中胚葉外の細胞の中で分化する能力を失い、古典的MSCのように挙動する(Reyes,M.et al. 2001)。106個の密集mMASCの注射によって顕著なレベルの提供者細胞定着は生じなかった。β-gal+細胞はBM中に少数しか見られなかったが、これらの細胞は抗CD45抗体で同時標識されず、MSCは組織に定着しうるが局所的信号に答えて組織特異的細胞に分化することはもうできないことを示している。 Confluent MASCs do not differentiate in vivo As a control, ROSA26-MASC was injected prior to injection and cultured until confluent. Confluent MASCs lose their ability to differentiate in ex vivo cells outside the mesoderm and behave like classical MSCs (Reyes, M. et al. 2001). Injection of 10 6 confluent mMASCs did not cause significant levels of donor cell colonization. Only a few β-gal + cells were found in BM, but these cells were not co-labeled with anti-CD45 antibodies and MSCs could settle in tissues but differentiate into tissue-specific cells in response to local signals It shows that you can't do it anymore.

マウス骨髄中のMASC由来細胞は連続的に移植できるROSA26MASCを植え付けたマウスに由来するBMを、二次被提供者に定着する細胞を含むかどうか試験した。mMASCの静脈注射から11週間後に一次被提供者から回収した1.5x107個のBM細胞を、放射線照射を受けた二次NOD-SCID被提供者に移植した(図4:動物SR-1およびSR-
2)。7および10週間後、二次被提供者を屠殺し、被提供者動物の血液、BM、脾臓、肝臓、肺および腸を、ROSA26提供者細胞の定着に関して、NEO遺伝子について免疫組織化学およびQ-PCRによって分析した。一次被提供者でのように、定着の同様なパターンが二次被提供者に見られた。BM、脾臓およびPB細胞の4〜8%がβ-gal+CD45+であった;腸上皮細胞の6および8%がβ-gal+pan-CK+で、そして肺上皮細胞の4および5%がβ-gal+pan-CK+であった。二次被提供者の肝臓における定着のレベルは一次被提供者より低かった(1および3%に対し5および8%のβ-gal+CK18+)。これは、mMASCが一次被提供者のBM中に持続し、二次被提供者に移植されたとき造血細胞ならびに上皮細胞に分化しうることを示唆する。
MASC-derived cells in mouse bone marrow were tested for BM derived from mice planted with ROSA26MASC, which can be transplanted continuously, to include cells that established in secondary recipients. 1.5 × 10 7 BM cells collected from the primary donor 11 weeks after intravenous injection of mMASC were transplanted into the irradiated secondary NOD-SCID recipient (FIG. 4: animals SR-1 and SR−
2). After 7 and 10 weeks, the secondary donor was sacrificed, and the donor animal's blood, BM, spleen, liver, lung and intestine were analyzed for NEO gene immunohistochemistry and Q- Analyzed by PCR. Similar to the primary recipient, a similar pattern of settlement was seen in the secondary recipient. 4-8% of BM, spleen and PB cells were β-gal + CD45 + ; 6 and 8% of intestinal epithelial cells were β-gal + pan-CK + and 4 and 5% of lung epithelial cells Was β-gal + pan-CK + . The level of colonization in the secondary donor's liver was lower than the primary recipient (5 and 8% β-gal + CK18 + versus 1 and 3%). This suggests that the mmASC can persist in the primary donor's BM and differentiate into hematopoietic cells as well as epithelial cells when transplanted to the secondary recipient.

MASC由来細胞はインシュリンをinvivoで産生することができる。ROSA26マウス由来MASCを放射線照射したNOD-SCIDマウスに、ここに記載の通り注射した。結果として得られるMASC由来細胞は、ストレプトゾトシン糖尿病モデルでLacZおよびインシュリンについて同時染色する。   MASC-derived cells can produce insulin in vivo. NOD-SCID mice irradiated with ROSC26 mouse-derived MASCs were injected as described herein. The resulting MASC-derived cells co-stain for LacZ and insulin in a streptozotocin diabetes model.

要約 「幹細胞可塑性」における決定的な疑問の一つは、定着し分化した提供者mMASCが機能するかどうかである。ここに記載した結果は、老齢NOD-SCIDマウスに普通見られるように、一個体の動物が16週間後に胸腺および脾臓にリンパ腫を生じたことを示す(Prochazkaetal., 1992)。表現型分析はこのB細胞リンパ腫が宿主由来であることを示した:CD19+細胞はβ-gal-であった。腫瘍の脈管構造中のCD45-vWF+細胞の約40%が抗β-gal抗体で染色され、腫瘍中の血管新生が一部は提供者mMASCに由来することを示した(図4T)。このことはMASCが機能する子孫をinvivoで生じることを示唆する。同様に、たとえば造血機構および腸上皮のような放射線感受性の器官において、低用量放射線照射後にmMASC定着および分化のレベルがより高いことは(表4、p<0.001)、mMASCが宿主組織に機能的に寄与している可能性を示唆する。 Summary One of the crucial questions in “stem cell plasticity” is whether established and differentiated donor mMASCs function. The results described here show that one animal developed lymphoma in the thymus and spleen after 16 weeks, as is commonly seen in aged NOD-SCID mice (Prochazkaetal., 1992). Phenotypic analysis showed that this B-cell lymphoma was host-derived: CD19 + cells were β-gal . Approximately 40% of CD45 vWF + cells in the tumor vasculature were stained with anti-β-gal antibody, indicating that the angiogenesis in the tumor was partly derived from donor mMASC (FIG. 4T). This suggests that MASCs generate functional offspring in vivo. Similarly, higher levels of mmASC colonization and differentiation after low-dose irradiation (eg, hematopoietic mechanism and intestinal epithelium) (Table 4, p <0.001) indicate that mmASC is functional in host tissues. This suggests the possibility of contributing to

これらの結果は、哺乳類MASCを精製し、ex vivoで拡大し、そして静脈注射し、体内のさまざまな部位にホーミングさせ、多数の器官に定着させられること、および細胞がこれらの各種器官中で1ヶ月またはより長期間生存することを示した。そのような提供者細胞、未分化の子孫、および分化した子孫は、蛍光マーカーによって、BM、脾臓、肝臓および肺を含むがこれに限定されない器官に見出される。これらの細胞は、一またはそれ以上の区画に再定着させ、細胞または器官の機能を強化または回復するのに用いることができる。   These results indicated that mammalian MASCs were purified, expanded ex vivo, and injected intravenously, homed to various sites in the body, established in many organs, and cells in these various organs 1 Survived for months or longer. Such donor cells, undifferentiated progeny, and differentiated offspring are found by fluorescent markers in organs including but not limited to BM, spleen, liver and lung. These cells can be re-established in one or more compartments and used to enhance or restore cell or organ function.

in vitro造血および赤血球産生の実証 ヒトBM由来のMASCは、単一細胞レベルで、神経外胚葉性、内胚葉性、および内皮細胞を含む多くの中胚葉性系統に分化する。内皮および血液は個体発生において非常に密接に関連しているため、MASCが造血細胞に分化できると仮説を立てることができる。GlyA、CD45およびCD34陰性であるeGFP導入ヒトMASC(n=20)を、マウス卵黄嚢中胚葉性細胞株YSM5と、細胞凝集塊懸濁液として6日間、10ng/mLのbFGFおよびVEGFを添加した無血清培地中で共に培養した。6日後、eGFP+細胞(すなわちMASC子孫)だけが残りYSM5細胞は死亡していた。 Demonstration of in vitro hematopoiesis and erythropoiesis MASCs derived from human BM differentiate into a number of mesodermal lineages, including neuroectodermal, endodermal, and endothelial cells, at the single cell level. Since endothelium and blood are so closely related in ontogeny, it can be hypothesized that MASCs can differentiate into hematopoietic cells. GlyA, CD45 and CD34 negative eGFP-introduced human MASC (n = 20) was added to mouse yolk sac mesoderm cell line YSM5 and 10 ng / mL bFGF and VEGF as cell aggregate suspension for 6 days Co-cultured in serum-free medium. After 6 days, only eGFP + cells (ie MASC progeny) remained and YSM5 cells died.

残った細胞を、10%胎児ウシ血清を含む、10ng/mL骨形成タンパク質(BMP)4、VEGF、bFGF、幹細胞因子(SCF)、Flt3L、hyperIL6、トロンボポエチン(TPO)、およびエリスロポエチン(EPO)を添加したメチルセルロース培養に移し2週間培養した。これらの培養中に、接着性eGFP+細胞、および接着性細胞に付着した多数のコロニーを形成する小さく丸い非接着性細胞の両方が検出された。非接着性および接着性画分を別々に回収し、10ng/mLのVEGFおよびbFGFを添加した10%FCS含有培地で7日間培養した。接着性細胞はvWFについて染色陽性で、ECMに播種されたとき血管を形成し、a-LDLを取り込むことができ、内皮の性質を示した。非接着性細胞の5〜50%がヒト特異的GlyAおよびHLA-クラスIについてフローサイトメトリーによって染色陽性であった。Gly-A+/HLAクラスI+細胞をFACSによって選択した。ライト-ギムザ染色で、これらの細胞は原始赤芽球の特徴的形態および染色パターンを示した。細胞は免疫ペルオキシダーゼでベンジジン+およびヒトH+であった。RT-PCRでこれらの細胞はヒト特異的Hb-eを発現したが、しかしHb-aは発現しなかった。 The remaining cells are supplemented with 10ng / mL bone morphogenetic protein (BMP) 4, VEGF, bFGF, stem cell factor (SCF), Flt3L, hyperIL6, thrombopoietin (TPO), and erythropoietin (EPO) containing 10% fetal bovine serum The cells were transferred to the methylcellulose culture and cultured for 2 weeks. During these cultures, both adherent eGFP + cells and small round non-adherent cells forming numerous colonies attached to adherent cells were detected. Non-adhesive and adherent fractions were collected separately and cultured for 7 days in medium containing 10% FCS supplemented with 10 ng / mL VEGF and bFGF. Adherent cells were staining positive for vWF, formed blood vessels when seeded in ECM, were able to take up a-LDL, and showed endothelial properties. 5-50% of non-adherent cells were positive for staining by flow cytometry for human specific GlyA and HLA-class I. Gly-A + / HLA class I + cells were selected by FACS. With Wright-Giemsa staining, these cells showed the characteristic morphology and staining pattern of primitive erythroblasts. Cells were immunoperoxidase with benzidine + and human H + . By RT-PCR these cells expressed human-specific Hb-e but not Hb-a.

20%FCSおよびEPOを含むメチルセルロース分析に再播種したとき、10日後に小さい赤芽球コロニーがみられ、これらのコロニーの100%がヒト特異的GlyAおよびHbについて染色陽性であった。MASCの選択はBMからのCD45+およびGlyA+細胞の除去に依存し、そして培養MASCはCD45-およびGlyA-でありFACSおよびCDNAアレイ分析の両方を用いて常に検査されているため、MASCへの造血細胞の混入は非常に可能性が低い。 When reseeded for methylcellulose analysis containing 20% FCS and EPO, small erythroid colonies were seen after 10 days and 100% of these colonies were positive for staining for human-specific GlyA and Hb. The selection of MASC depends on the removal of CD45 + and GlyA + cells from the BM, and the cultured MASC is CD45 and GlyA and has always been examined using both FACS and cDNA array analysis, so to MASC Contamination of hematopoietic cells is very unlikely.

細胞の胚盤胞注射後の、複数の器官のキメラによって示されたMASCの多能性性質のin vivoの証拠 これらの細胞の治療への応用に重要なのは、MASCの増殖して適当な細胞型にin vivoで分化する能力である。これまで、体内で組織および器官の群全体に寄与する能力のある唯一の細胞はES細胞である。MASCがES細胞の完全な能力を示すことができるかどうか分析するため、MASCを初期胚盤胞に導入してその子孫細胞の運命を観察することによって、各種組織の形成への寄与を判定するため分析した。 In vivo evidence of the pluripotent nature of MASC demonstrated by multi-organ chimeras after blastocyst injection of cells Important for therapeutic application of these cells is the proliferation and proper cell type of MASC Is the ability to differentiate in vivo. To date, the only cells capable of contributing to the entire group of tissues and organs in the body are ES cells. To analyze whether MASC can show the full potential of ES cells, determine the contribution to the formation of various tissues by introducing MASC into the early blastocyst and observing the fate of its progeny cells For analysis.

MASCはβ-ガラクトシダーゼ(β-gal)遺伝子について遺伝子導入したROSA26マウスの骨髄から作成し(Rafii,S.,et al. 1994, Blood 84: 10-13)、実施例1に記載の通り拡大した。55〜65PD後に得られた1または10〜12個のROSA26MASCを88および40個の3.5日目のC57BL/6胚盤胞にそれぞれ微量注入した。胚盤胞(8個/母体)を16匹の仮母に移植し、マウスを表5に示す通り発生および出生させた。
MASCs were generated from bone marrow of ROSA26 mice transfected with the β-galactosidase (β-gal) gene (Rafii, S., et al. 1994, Blood 84: 10-13) and expanded as described in Example 1. . One or 10-12 ROSA26MASC obtained after 55-65 PD were microinjected into 88 and 40 day 3.5 C57BL / 6 blastocysts, respectively. Blastocysts (8 / maternal) were transplanted into 16 foster mothers and mice were developed and born as shown in Table 5.

7匹の仮母が出産し、この期間の他の研究でみられる出産率と合致した。一腹当たりの個体数は1〜8の間で変動し、合計37匹であった。微量注入した胚盤胞から生まれた個体は正常個体と同様の大きさで、明白な異常は示さなかった。   Seven temporary mothers gave birth, consistent with the birth rates seen in other studies during this period. The number of individuals per litter varied between 1 and 8 for a total of 37 animals. Individuals born from microinjected blastocysts were similar in size to normal individuals and showed no obvious abnormalities.

4週間後、尾を切断して、NEOについてQ-PCRによってβ-gal/NEO導入遺伝子含有細胞の尾への寄与を評価することで、キメラ現象について動物を評価した。キメラ現象のパーセントは、試験検体中のNEOコピー数を、ROSA26マウス由来の組織中のコピー数と、取扱説明書に従って比較することによって測定した(7700ABI PRISM Detector Software 1.6)。10〜12個のMASCが注入された胚盤胞由来のマウスの70%、および1個のMASCが微量注入された胚盤胞由来のマウスの50%でキメラ現象を検出することができた(図5)。キメラ現象
の程度は0.1%〜>45%の幅に分布した。6〜20週間後、動物を屠殺した。一部のマウスを液体窒素で凍結して記載の通りに薄切片を切断した。全身マウス切片はX-Galで染色した。その後、各切片を完全に含むデジタル画像1000組を集め、個々の全身マウス切片の合成画像を生成した。単一のMASCが注入された胚盤胞に由来する代表的な非キメラ個体(NEOについてのQ-PCRによって)では、X-Gal染色は見られなかった。対照的に、その個体は尾切断分析によるNEOについてのR-PCRによると45%キメラであり、単一のROSA26由来MASCがすべての体細胞組織に寄与していた。
Four weeks later, the animals were evaluated for chimerism by cutting the tail and assessing the contribution of β-gal / NEO transgene-containing cells to the tail by Q-PCR for NEO. The percent chimerism was determined by comparing the NEO copy number in the test specimen with the copy number in the tissue from the ROSA26 mouse according to the instructions (7700ABI PRISM Detector Software 1.6). Chimerism could be detected in 70% of blastocyst-derived mice injected with 10-12 MASCs and 50% of blastocyst-derived mice injected with one MASC micro-injected ( Figure 5). The degree of chimerism distributed between 0.1% and> 45%. After 6-20 weeks, the animals were sacrificed. Some mice were frozen in liquid nitrogen and thin sections were cut as described. Whole body mouse sections were stained with X-Gal. Thereafter, 1000 sets of digital images completely containing each section were collected to produce a composite image of individual whole body mouse sections. X-Gal staining was not seen in a representative non-chimeric individual (by Q-PCR for NEO) derived from a blastocyst injected with a single MASC. In contrast, the individual was 45% chimera according to R-PCR for NEO by tail cleavage analysis, and a single ROSA26-derived MASC contributed to all somatic tissues.

他の個体については、複数の器官を採取して、MASC由来細胞の存在に関してX-GAL染色、抗β-gal-FITC抗体を用いた染色、およびNEOについてのQ-PCRによって分析した。NEO+細胞を尾切断部に有した個体は、X-GAL染色および抗β-gal-FITC抗体を用いた染色によって示された通り、ROSA26由来MASCが脳、網膜、肺、心筋および骨格筋、肝臓、腸、腎臓、脾臓、BM、血液、および皮膚を含むすべての組織に寄与していた。 For other individuals, multiple organs were collected and analyzed for the presence of MASC-derived cells by X-GAL staining, staining with anti-β-gal-FITC antibody, and Q-PCR for NEO. Individuals with NEO + cells at the tail section, as shown by X-GAL staining and staining with anti-β-gal-FITC antibody, have ROSA26-derived MASCs in the brain, retina, lung, myocardium and skeletal muscle, Contributed to all tissues including liver, intestine, kidney, spleen, BM, blood, and skin.

ROSA26MASCを微量注入された胚盤胞から生じた個体では、キメラ現象はX-GAL染色および抗β-gal染色によって検出した。β-gal+細胞は、組み込まれた組織に典型的なマーカーを発現した。中枢神経系でNF200およびGFAPについて、また骨格筋でジストロフィンについて、β-gal+細胞は抗β-gal+FITCおよび抗NF200、またはGFAPおよびTOPRO3と同時染色した(倍率20倍で観察)。肺組織は肺胞および気管支で抗β-gal-FITCおよびpan-CKについて染色された(またTOPRO3も)(倍率20倍で観察)。骨格筋は抗β-gal-FITC、ジストロフィン-PEおよびTOPRO3で染色され、倍率20倍で観察された。心臓は抗β-gal-FITC、心トロポニン-I-Cy3およびTOPRO3で染色され、倍率20倍で観察された。肝臓は抗β-gal-FITCおよびpan-CK-PEおよびTOPRO3で染色された(倍率40倍および10倍で観察した)。腸は抗β-gal-FITC、pan-CK-PEおよびTOPRO3で染色され、倍率20倍で観察した。腎臓は抗β-gal-FITCで染色され(糸球体、尿細管)、倍率20倍で観察された。骨髄染色は抗β-gal-FITCおよびCD45-PE、GR1-PEおよびMAC1-PEについて観察された。脾臓染色は抗β-gal-FITCおよびCD45-PE、CD3-PEおよびCD19-PEについて観察された。NEOについてQ-PCRを用いて推定した定着のレベルはX-GALおよび抗β-gal-FITC染色によって推定されたレベルと一致した。 In individuals arising from blastocysts microinjected with ROSA26MASC, chimerism was detected by X-GAL staining and anti-β-gal staining. β-gal + cells expressed markers typical of incorporated tissue. For NF200 and GFAP in the central nervous system and for dystrophin in skeletal muscle, β-gal + cells were co-stained with anti-β-gal + FITC and anti-NF200, or GFAP and TOPRO3 (observed at 20x magnification). Lung tissue was stained for anti-β-gal-FITC and pan-CK in alveoli and bronchi (also TOPRO3) (observed at 20x magnification). Skeletal muscle was stained with anti-β-gal-FITC, dystrophin-PE and TOPRO3 and observed at 20x magnification. The heart was stained with anti-β-gal-FITC, cardiac troponin-I-Cy3 and TOPRO3 and observed at 20x magnification. The liver was stained with anti-β-gal-FITC and pan-CK-PE and TOPRO3 (observed at 40x and 10x magnification). The intestine was stained with anti-β-gal-FITC, pan-CK-PE and TOPRO3 and observed at 20 times magnification. The kidney was stained with anti-β-gal-FITC (glomerus, tubule) and observed at 20x magnification. Bone marrow staining was observed for anti-β-gal-FITC and CD45-PE, GR1-PE and MAC1-PE. Spleen staining was observed for anti-β-gal-FITC and CD45-PE, CD3-PE and CD19-PE. The level of colonization estimated using Q-PCR for NEO was consistent with the level estimated by X-GAL and anti-β-gal-FITC staining.

要約これらのデータは、BM由来の単一MASCが発生中のマウスに一体化し、さまざまな運命の細胞を生じ、マウスの3つの胚葉すべての組織および器官の生成に寄与することを初めて実証する。すべての生きた個体は、キメラ現象の程度にかかわらず、盛況な機能する期間を有したので、これらの試験はまた、MASCはinvivoで3つの胚葉の機能する細胞に分化することができることも示唆する。胚盤胞に注入されたときまたは生後に注入されたとき、MASCが生殖細胞に寄与するかどうかは、まだ試験されていない。 Summary These data demonstrate for the first time that a single BM-derived MASC integrates into a developing mouse, yields cells of varying fate and contributes to the generation of tissues and organs in all three germ layers of the mouse. Since all living individuals had a thriving functional period regardless of the degree of chimerism, these studies also suggested that MASC could differentiate into three germ layer functional cells in vivo. To do. Whether MASCs contribute to germ cells when injected into blastocysts or after birth has not yet been tested.

血管内皮前駆細胞の起源 血管芽細胞と呼ばれる原始内皮前駆細胞が内皮細胞に分化し凝集して一次毛管網となるin situ 分化である脈管形成は、胚発生中の脈管系の発達を担っている(Hirashimaet al, 1999)。対照的に、既存の血管から発芽する過程による新しい血管の形成と定義される血管新生は、発生中と出生後生活の両方に起こる(Holashet al, 1999;Yang et al.,2001)。最近まで、出生後生活における血管形成は、既存の血管からの内皮細胞の発芽に媒介されると考えられていた。しかし、近年の研究は、内皮「幹細胞」が成体生活まで持続し、そこで新しい血管の形成に寄与する可能性があることを示唆していて(Peichevet al, 2000;Linet al, 2000;Gehling et al., 2000;Asahara et al., 1997;Shi etal,1998)、成体における血管新生は発生中のように少なくとも部分的に脈管形成の過程に依存することを示唆する。内皮細胞の前駆細胞はBMおよび末梢血から単離されている
(Peichevet al., 2000;Watt et al., 1995)。これらの血管内皮前駆細胞の個体発生は未知である。
Origin of Vascular Endothelial Progenitor Cells Angiogenesis, an in situ differentiation in which primitive endothelial progenitor cells called hemangioblasts differentiate and aggregate into endothelial cells to form the primary capillary network, is responsible for the development of the vascular system during embryogenesis (Hirashimaet al, 1999). In contrast, angiogenesis, defined as the formation of new blood vessels by the process of germinating existing blood vessels, occurs both during development and in postnatal life (Holashet al, 1999; Yang et al., 2001). Until recently, angiogenesis in postnatal life was thought to be mediated by the sprouting of endothelial cells from existing blood vessels. However, recent studies have suggested that endothelial “stem cells” can persist into adult life, where they may contribute to the formation of new blood vessels (Peichevet al, 2000; Linet al, 2000; Gehling et al. , 2000; Asahara et al., 1997; Shi etal, 1998), suggesting that angiogenesis in adults is at least partially dependent on the angiogenic process as it occurs. Endothelial progenitor cells have been isolated from BM and peripheral blood (Peichevet al., 2000; Watt et al., 1995). The ontogeny of these vascular endothelial progenitor cells is unknown.

発生中に、内皮細胞は中胚葉に由来する。VEGF受容体2であるFlk1は、大動脈−生殖隆起−中腎領域(Medvinskyet al., 1996;Fong et al.,1999;Peault, 1996)および胎児肝臓(Fonget al., 1999)にみられる両能性の幹細胞である血管芽細胞を特徴づけ、そして胚様体の血管芽細胞への決定はFlk1の発現を伴う(Ghoiet al., 1998;Choi, 1998)。血管芽細胞が成体生活に持続するかどうかは不明であり、HSCおよび血管内皮前駆細胞だけが記載されている。血管芽細胞のように、血管内皮前駆細胞はFlk1を発現し(Peichevet al.,2000)、一つの論文はHSCが出生後生活においてFlk1を発現することを示唆した(Ziegleret al., 1999)。発生の間、血管芽細胞の内皮系統への決定は、VE-カドヘリン、CD31、そして少し後にCD34の連続的発現によって特徴づけられる(Nishikawaetal,1998;Yamashitaet al, 2000)。出生後生活において、血管内皮前駆細胞はBMおよび血液から、AC133、Flk1、CD34に対する抗体、およびH1P12抗体を用いて選択されている(Peichevetal, 2000;Lin et al, 2000;Gehling et al, 2000)。AC133はまた、NSCs(Uchidaet al, 2000)および消化管上皮細胞(Corbeilet al, 2000)を含む他の細胞にも見つかっている。成熟内皮への分化に当たって、AC133受容体は速やかに失われる(Peichev et al,2000;Gehlinget al, 2000)。循環内皮細胞上にみられる別の受容体は、ムチンであるMUC18で、H1P12抗体によって認識される(Linet al, 2000)。MUC18は血管内皮前駆細胞の内皮への分化時に失われる。CD34は血管内皮前駆細胞ならびに造血前駆細胞(Peichevetal., 2000; Baumhueter et al, 1994)および肝円形細胞(Crosby etal, 2001 )で発現されている。この抗原もまた血管内皮前駆細胞の内皮への分化時に失われる。大部分の成熟内皮細胞は、微小血管内皮細胞を除き、もうCD34を発現しない。   During development, endothelial cells are derived from the mesoderm. Flk1, a VEGF receptor 2, is a bipotential found in the aorta-genital ridge-medium kidney region (Medvinsky et al., 1996; Fong et al., 1999; Peault, 1996) and fetal liver (Fonget al., 1999) The sex stem cells are characterized by hemangioblasts and the determination of embryoid bodies to hemangioblasts is accompanied by the expression of Flkl (Ghoiet al., 1998; Choi, 1998). Whether hemangioblasts persist in adult life is unclear and only HSCs and vascular endothelial progenitor cells have been described. Like hemangioblasts, vascular endothelial progenitor cells express Flk1 (Peichevet al., 2000), and one paper suggested that HSCs express Flk1 in postnatal life (Ziegleret al., 1999). During development, the determination of hemangioblasts to the endothelial lineage is characterized by sequential expression of VE-cadherin, CD31, and a little later CD34 (Nishikawaetal, 1998; Yamashitaet al, 2000). In postnatal life, vascular endothelial progenitor cells have been selected from BM and blood using antibodies against AC133, Flk1, CD34, and H1P12 antibodies (Peichevetal, 2000; Lin et al, 2000; Gehling et al, 2000) . AC133 has also been found in other cells including NSCs (Uchida et al, 2000) and gastrointestinal epithelial cells (Corbeilet al, 2000). Upon differentiation into mature endothelium, the AC133 receptor is rapidly lost (Peichev et al, 2000; Gehling et al, 2000). Another receptor found on circulating endothelial cells is MUC18, a mucin, recognized by the H1P12 antibody (Linet al, 2000). MUC18 is lost during differentiation of vascular endothelial progenitor cells into the endothelium. CD34 is expressed on vascular endothelial progenitor cells and hematopoietic progenitor cells (Peichevetal., 2000; Baumhueter et al, 1994) and hepatic round cells (Crosby etal, 2001). This antigen is also lost upon differentiation of vascular endothelial progenitor cells to the endothelium. Most mature endothelial cells, except microvascular endothelial cells, no longer express CD34.

in vivoで定着してMASCからの血管新生に寄与する多数の内皮細胞のinvitro生成は、ここで初めて記載される。MASCは培養して>80PDの間拡大することができ、MASCから生じた内皮細胞は少なくともさらに20 PD拡大することができる。MASCはしたがって臨床治療のための内皮細胞の理想的な起源となりうる。さらに、MASCは個体発生上「血管芽細胞」より成熟していないため、このモデルは内皮の決定および分化を特徴づけるのに有用と思われる。   In vitro generation of numerous endothelial cells that establish in vivo and contribute to angiogenesis from MASCs is described here for the first time. MASCs can be cultured and expanded for> 80 PD, and endothelial cells generated from MASC can expand at least a further 20 PD. MASC can therefore be an ideal source of endothelial cells for clinical treatment. Furthermore, since MASC are less mature than “angioblasts” ontogenously, this model appears to be useful for characterizing endothelium determination and differentiation.

hMASCは内皮の表現型の特徴を有する細胞に分化する MASCは実施例3に記載の通り採取し培養した。内皮分化を誘導するため、MASCを2x104細胞/cm2でFN-被覆ウェル中に、EGFおよびPDGF-BBを含まないが10ng/mLVEGFを含む無血清拡大培地に再播種した。一部、PCSを添加した。培養は4〜5日間毎に培地交換して維持した。ある場合には、細胞は9日後に1:4希釈で同一の培養条件下で20+PDの間継代培養した。 hMASCs differentiate into cells with endothelial phenotypic characteristics MASCs were harvested and cultured as described in Example 3. To induce endothelial differentiation, MASCs were replated at 2 × 10 4 cells / cm 2 in FN-coated wells in serum-free expansion medium without EGF and PDGF-BB but with 10 ng / mL VEGF. Some PCS was added. The culture was maintained by changing the medium every 4 to 5 days. In some cases, cells were subcultured for 20 + PD under the same culture conditions at 1: 4 dilution after 9 days.

MASCからの内皮分化をより広範囲に定義するため、3〜18日後に細胞のFACSおよび免疫組織化学的分析を実施した。未分化MASC上のFlk1およびFlt1の発現は低く、9日目に最大で、18日目まで持続した。BMまたは血管内皮前駆細胞に存在するVE-カドヘリン(Peichevetal.,2000;Nishikawa et al., 1998)は未分化MASCでは発現されておらず、しかしVEGFを加えた培養の3日後に発現し18日目まで持続した。MASCは内皮ならびに造血前駆細胞に見出されるAC133を低レベルで発現したが(Peichevetal., 2000;Gehling et al.,2000)、しかし3日後にはもう検出不能であった。内皮および造血前駆細胞に存在するCD34(Peichevetal., 2000;Asahara et al., 1997;Rafii et al., 30 1994)は、未分化MASCには存在せず(図4A)しかし9日目から18日目まで発現された。抗体H1P12によって認識されるムチンであるMUC18は、血管内皮前駆細胞を血液から生成するのに用いられている(Linetal., 2000)。MASCはH1P12では染色されなかったが、VEGFで9日間処理したMASCは染色陽性であり、しかし発現は18日目までに失われた。   To define the endothelial differentiation from MASC more extensively, FACS and immunohistochemical analysis of cells was performed after 3-18 days. Flkl and Fltl expression on undifferentiated MASC was low, maximal on day 9 and persisted until day 18. VE-cadherin (Peichevetal., 2000; Nishikawa et al., 1998) present in BM or vascular endothelial progenitor cells is not expressed in undifferentiated MASCs, but is expressed after 3 days of culture with addition of VEGF for 18 days Lasted until the eyes. MASC expressed low levels of AC133 found in endothelium as well as hematopoietic progenitor cells (Peichevetal., 2000; Gehling et al., 2000), but were no longer detectable after 3 days. CD34 present in endothelial and hematopoietic progenitor cells (Peichevetal., 2000; Asahara et al., 1997; Rafii et al., 30 1994) is not present in undifferentiated MASC (FIG. 4A), but from day 9 to 18 It was expressed until day one. MUC18, a mucin recognized by antibody H1P12, has been used to generate vascular endothelial progenitor cells from blood (Linetal., 2000). MASC was not stained with H1P12, but MASC treated with VEGF for 9 days was staining positive, but expression was lost by day 18.

内皮特異的インテグリンであるαvβ3(Eliceiri et al, 2000)は、未分化MASCには存在せず、一方αvβ5は非常に低いレベルで発現されていた。インテグリンの発現は分化の間次第に増加し、14日目までに最大となった(図5)。血管新生に重要であるが内皮細胞分化には重要でないチロシンキナーゼ受容体TieおよびTek(Partanenet al, 1999)はMASCでは発現していなかった。Tekの発現は3日後、Tieは7日後にみられた(図6)。MASCはまたvWFも発現していなかったが、vWFは9日目以降発現された(Rosenbergetal, 1998;Wagner et al,1982)。CD31、CD36、CD62-Pを含む他の成熟内皮マーカー(Tedder et al, 1995)(図7)、および接着結合タンパク質ZO-1、p-カテニン、そしてy-カテニン(図5)が14日後検出された(Lietal, 1990;Van Rijen et al,.1997;Petzelbauer et al,2000)。VCAMまたはCD62-Eは、下記のように内皮がIL-1αで活性化されない限り、分化のどの時点でも高いレベルでは発現されなかった。内皮への分化は、β2-ミクログロブリンおよび、HLA-クラスIIでなく低レベルのHLA-クラスI抗原の獲得を伴った。   The endothelium-specific integrin αvβ3 (Eliceiri et al, 2000) was absent from undifferentiated MASC, while αvβ5 was expressed at very low levels. Integrin expression gradually increased during differentiation and was maximal by day 14 (Figure 5). The tyrosine kinase receptors Tie and Tek (Partanenet al, 1999) that are important for angiogenesis but not for endothelial differentiation were not expressed in MASC. Tek expression was observed after 3 days and Tie after 7 days (Figure 6). MASC also did not express vWF, but vWF was expressed after day 9 (Rosenbergetal, 1998; Wagner et al, 1982). Other mature endothelial markers including CD31, CD36, CD62-P (Tedder et al, 1995) (Figure 7) and adhesion-binding proteins ZO-1, p-catenin, and y-catenin (Figure 5) are detected after 14 days (Lietal, 1990; Van Rijen et al, 1997; Petzelbauer et al, 2000). VCAM or CD62-E was not expressed at high levels at any time during differentiation unless the endothelium was activated with IL-1α as described below. Endothelial differentiation was accompanied by the acquisition of β2-microglobulin and low levels of HLA-class I antigen but not HLA-class II.

より高い濃度のFCSは、骨芽細胞、軟骨芽細胞および脂肪細胞にだけ分化する古典的MSCの生育を支持するため(Reyeset al, 2001; Pittenger et al, 1999)、内皮分化は、2%PCSまたはそれ以下を用いて拡大されたMASCからだけ得られるが、10%PCSを用いて拡大したときには得られないことは以前に報告されている(Reyeset al, 2001)。FCSが分化の最初の7日間に存在したとき、内皮分化は誘導することができない。非密集MASC(<lx104細胞/cm2)が分化するよう誘導されたとき、内皮はみられなかった。MASCがVEGFへの曝露の9日後に、10ng/mLVEGFを含む無血清培地を用いて継代培養されたとき、細胞は少なくともさらに12PDを経ることができた。10%FCSおよび10ng/mLのVEGFが継代培養用の培地に添加されたとき、MASC由来内皮細胞は、MASCの経過したPDの数に関わらず、さらに20+PDを経ることができた。 Because higher concentrations of FCS support the growth of classical MSCs that differentiate only into osteoblasts, chondroblasts and adipocytes (Reyes et al, 2001; Pittenger et al, 1999), endothelial differentiation is 2% PCS It has been reported previously (Reyes et al, 2001) that it can only be obtained from MASCs expanded using or less, but not when expanded using 10% PCS. Endothelial differentiation cannot be induced when FCS is present during the first 7 days of differentiation. When non-confluent MASCs (<lx10 4 cells / cm 2 ) were induced to differentiate, no endothelium was seen. When MASCs were subcultured 9 days after exposure to VEGF using serum-free medium containing 10 ng / mL VEGF, the cells were able to undergo at least a further 12 PD. When 10% FCS and 10 ng / mL VEGF were added to the subculture medium, MASC-derived endothelial cells were able to undergo an additional 20 + PD regardless of the number of PD that had undergone MASC.

未分化のMASCと比較して、内皮細胞はより大きく、核/細胞質比はより低かった。結果はMASCが20(n=30)または50+(n=25)PDを経た培養から用いられたときと同様であった。   Compared to undifferentiated MASC, the endothelial cells were larger and the nucleus / cytoplasm ratio was lower. The results were similar when MASC were used from cultures that had undergone 20 (n = 30) or 50+ (n = 25) PD.

MASC由来内皮の機能的特徴 hMASCのVEGFに誘導されて分化した子孫細胞が内皮細胞の機能的特徴を有するかどうか試験した。内皮細胞は、VEGFならびにVEGF受容体Flk1および血管新生受容体Tie-1およびTekの発現をアップレギュレートすることによって低酸素に応答する(Kourembanasetal,1998)。hMASCおよびhMASC由来内皮細胞を、37℃で、20%または10%O2中で24時間インキュベートした。細胞をFlk1、Flt1、Tekに対する抗体およびIgG対照を用いて染色し、2%パラホルムアルデヒドで固定し、フローサイトメトリーで分析した。さらに、培養上清中のVEGF濃度をELISAキット(APbiotech,Piscataway, NJ)を用いて測定した。MASC由来内皮細胞および未分化のMASCは低酸素条件に24時間曝露された。 Functional characteristics of MASC-derived endothelium. We tested whether hMASC-derived VEGF-induced differentiated progenitor cells have functional characteristics of endothelial cells. Endothelial cells respond to hypoxia by upregulating the expression of VEGF and the VEGF receptor Flkl and the angiogenic receptors Tie-1 and Tek (Kourembanasetal, 1998). hMASC and hMASC-derived endothelial cells were incubated at 37 ° C. in 20% or 10% O 2 for 24 hours. Cells were stained with antibodies to Flk1, Flt1, Tek and IgG controls, fixed with 2% paraformaldehyde and analyzed by flow cytometry. Furthermore, the VEGF concentration in the culture supernatant was measured using an ELISA kit (APbiotech, Piscataway, NJ). MASC-derived endothelial cells and undifferentiated MASCs were exposed to hypoxic conditions for 24 hours.

Flk1およびTekの発現は、低酸素に曝露されたMASC由来内皮細胞で顕著に増加した(図7)一方、これらの受容体のレベルは未分化のMASCでは変化しなかった。さらに、低酸素内皮培養の培養上清中のVEGFレベルは4倍に増加した(図7B)一方、低酸素に曝露されたMASC培養中のVEGFレベルは変化しなかった。   Flk1 and Tek expression was significantly increased in MASC-derived endothelial cells exposed to hypoxia (FIG. 7), while the levels of these receptors were unchanged in undifferentiated MASCs. Furthermore, VEGF levels in culture supernatants of hypoxic endothelial cultures increased 4-fold (FIG. 7B), while VEGF levels in MASC cultures exposed to hypoxia did not change.

次に、MASC由来内皮細胞がHLA-抗原および細胞接着リガンドの発現を、たとえばIL-laのような炎症性サイトカインに応じてアップレギュレートするかどうか試験した(Meager,1999;Steeberet al, 2001)。106個のMASCおよびMASC由来内皮細胞を、75ng/mlのIL-1a(R&DSystems)と共に無血清培地中で24時間インキュベートした。細胞を2%パラホルムアルデヒドで固定し、HLA-クラスI、クラスII、β2-ミクログロブリン、vWF、CD31、VCAM、CD62EおよびCD62Pに対する抗体、または対照抗体で染色し、FACScalibur(BectonDicki
nson)を用いて分析した。
Next, it was tested whether MASC-derived endothelial cells up-regulate HLA-antigen and cell adhesion ligand expression in response to inflammatory cytokines such as IL-la (Meager, 1999; Steberet al, 2001) . 10 6 MASCs and MASC-derived endothelial cells were incubated for 24 hours in serum-free medium with 75 ng / ml IL-1a (R & DSystems). Cells were fixed with 2% paraformaldehyde and stained with antibodies to HLA-class I, class II, β2-microglobulin, vWF, CD31, VCAM, CD62E and CD62P, or control antibodies, and FACScalibur (BectonDicki
nson).

顕著に上昇したレベルのHLA-クラスIおよびII、β2-ミクログロブリン、VCAM、ECAM、CD62E、CD62PがFACS分析によって内皮細胞で見られた(図7C)。   Significantly elevated levels of HLA-class I and II, β2-microglobulin, VCAM, ECAM, CD62E, CD62P were found in endothelial cells by FACS analysis (FIG. 7C).

対照的に、未分化のMASCではFlkのアップレギュレーションのみがみられた。 In contrast, undifferentiated MASCs showed only Flk up-regulation.

内皮細胞の別の特徴は、LDLを取り込むことである(Steinberg et al, 1985)これはVEGFを用いて分化するよう誘導されたMASCを2,3,5, 7, 9, 12および15および21、LDL-dil-acilと共にインキュベートして試験した。dil-Ac-LDL染色キットはBiomedicalTechnologies(Stoughton,MA)から購入した。分析は取扱説明書のように実施した。細胞は抗Tek、-Tie-1または-vWF抗体のいずれかを用いて同時標識した。3日後、Tekの発現が検出されたがa-LDLの取り込みは検出されなかった。7日後、細胞はTie-1を発現したが、a-LDLの顕著な量を取り込むことはなかった。しかし、9日目のvWFの発現の獲得はaLDLの取り込みを伴った(図6B)。   Another feature of endothelial cells is the uptake of LDL (Steinberg et al, 1985), in which MASCs induced to differentiate using VEGF are 2, 3, 5, 7, 9, 12, and 15 and 21 Incubated with LDL-dil-acil and tested. The dil-Ac-LDL staining kit was purchased from Biomedical Technologies (Stoughton, Mass.). Analysis was performed as per the instruction manual. Cells were co-labeled with either anti-Tek, -Tie-1 or -vWF antibodies. Three days later, Tek expression was detected, but a-LDL uptake was not detected. After 7 days, the cells expressed Tie-1, but did not take up a significant amount of a-LDL. However, acquisition of vWF expression on day 9 was accompanied by aLDL uptake (FIG. 6B).

内皮細胞は、WeibelPallade体に貯蔵され内皮が活性化されるときinvivoで放出されるvWFを含む(Wagneret al, 1982)。これは細胞をヒスタミンで刺激することによってin vitroで誘導することができ(Rosenbergetal, 1998)、そのことはまた結果として細胞の細胞内骨格の活性化を生じる(Vischer et al, 2000)。MASC由来内皮細胞をFN被覆チャンバースライドに高密度で(104細胞/cm2)播種した。24時間後、細胞を10μMヒスタミン(Sigma)を用いて無血清培地中で25分間処理し、vWFおよびミオシンに対する抗体で染色した。未処理および処理細胞をメタノールで-20℃にて2分間固定し、vWFおよびミオシンに対する抗体で染色し、蛍光および/または共焦点顕微鏡法を用いて分析した。vWFは未処理内皮細胞の細胞質全体に存在した。ヒスタミン処理した内皮細胞の細胞質は顕著により少ない量のvWFを含み、vWFは核周囲領域でだけ検出可能であって、小胞体に存在するvWFを示している可能性が高かった(図6A)。ヒスタミン処理によって、ギャップ結合の拡大と、細胞骨格のミオシンストレスファイバーの数が増加する変化が生じた(図6A)。 Endothelial cells contain vWF that is stored in Weibel Pallade bodies and released in vivo when the endothelium is activated (Wagneret al, 1982). This can be induced in vitro by stimulating the cells with histamine (Rosenbergetal, 1998), which also results in activation of the intracellular skeleton of the cell (Vischer et al, 2000). MASC-derived endothelial cells were seeded at high density (10 4 cells / cm 2 ) on FN-coated chamber slides. After 24 hours, cells were treated with 10 μM histamine (Sigma) for 25 minutes in serum-free medium and stained with antibodies against vWF and myosin. Untreated and treated cells were fixed with methanol at −20 ° C. for 2 minutes, stained with antibodies against vWF and myosin, and analyzed using fluorescence and / or confocal microscopy. vWF was present throughout the cytoplasm of untreated endothelial cells. The cytoplasm of histamine-treated endothelial cells contained significantly lower amounts of vWF, and vWF was only detectable in the perinuclear region and was likely indicative of vWF present in the endoplasmic reticulum (FIG. 6A). Histamine treatment caused changes in gap junction expansion and an increase in the number of myosin stress fibers in the cytoskeleton (FIG. 6A).

最後に、Matrigelまたは細胞外マトリクス(ECM)に播種されたとき「血管」を形成することができるかどうか判定するため内皮細胞を試験した(Haralabopouloset al, 1997)。ウェル当たり0.5mlの細胞外マトリクス(Sigma)を24穴プレートに加え、3時間37℃でインキュベートした。ウェル当たり104個のMASCおよびMASC由来内皮細胞を0.5mlのVEGF添加無血清培地に加え、37℃でインキュベートした。図6Cに示す通り、MASC由来内皮細胞のECM上での培養の結果、6時間以内に血管形成が起こった。 Finally, endothelial cells were tested to determine if they can form “blood vessels” when seeded on Matrigel or extracellular matrix (ECM) (Haralabopouloset al, 1997). 0.5 ml extracellular matrix (Sigma) per well was added to the 24-well plate and incubated for 3 hours at 37 ° C. Added 10 4 MASC and MASC derived endothelial cells per well in VEGF added serum-free medium of 0.5 ml, and incubated at 37 ° C.. As shown in FIG. 6C, culture of MASC-derived endothelial cells on ECM resulted in angiogenesis within 6 hours.

hMASC由来内皮細胞が腫瘍-血管新生にinvivoで寄与する NOD-SCIDマウスの繁殖コロニーをJacksonLaboratories(BarHarbor, ME)から入手したマウスから確立した。マウスは特定病原体フリーの条件に保ち、酸性水とオートクレーブ処理飼料とで維持した。水100ml当たりトリメトプリム60mgおよびスルファメトキサゾール300mg(Hoffmann-LaRocheInc.,Nutley, NJ)を週二回与えた。 Breeding colonies of NOD-SCID mice in which hMASC-derived endothelial cells contribute to tumor-angiogenesis in vivo were established from mice obtained from Jackson Laboratories (BarHarbor, ME). Mice were kept free of specific pathogens and maintained in acid water and autoclaved feed. 60 mg of trimethoprim and 300 mg of sulfamethoxazole (Hoffmann-LaRoche Inc., Nutley, NJ) were given twice a week per 100 ml of water.

3個のルイス肺癌球状体を肩の皮下に移植した。腫瘍の移植の3および5日後、マウスに0.25x106個のヒトMASC由来内皮細胞またはヒト包皮繊維芽細胞を尾静脈注射によって注射した。14日後、動物を屠殺し、腫瘍を取り出してOTC化合物(SanturaFinetekUSA Inc, Torrance, CA)を用いて−80℃にて低温保存した。さらに、マウスを標識するために切目を入れた耳もまた切除してOTC化合物)を用いて−80℃にて低温保存した。組織の5μm厚の切片をスライドガラスに乗せ、下記の通り固定して染色した。 Three Lewis lung cancer spheroids were implanted subcutaneously in the shoulder. Three and five days after tumor implantation, mice were injected with 0.25 × 10 6 human MASC-derived endothelial cells or human foreskin fibroblasts by tail vein injection. After 14 days, the animals were sacrificed, the tumors were removed and stored at −80 ° C. at low temperature using an OTC compound (Santura Finetek USA Inc, Torrance, Calif.). Furthermore, the cut ears for labeling the mice were also excised and stored at −80 ° C. at low temperature using an OTC compound. A 5 μm thick section of the tissue was placed on a glass slide and fixed and stained as follows.

ヒトおよびマウス内皮細胞の両方を認識する、抗ヒト-β2-ミクログロブリンまたはHLA-クラスI抗体を、抗マウス-抗CD31抗体と抗vWFか抗Tekか抗Tie-1抗体と組み合わせて用い、腫瘍それぞれの切片5枚について計数した分枝の長さと数のコンピュータを用いた分析は、マウスの中のヒトMASC由来内皮細胞を受けた腫瘍は、対照マウスの腫瘍より1.45±0.04倍大きい血管質量を有したことを示した。これらの最初の試験は、腫瘍中の一部の血管は、vWFかTieかTekのいずれかについて同時標識されたがマウス-CD31については標識されない抗ヒト-β2-ミクログロブリンHLA-クラスI陽性細胞を含んだことを示し、ヒトMASC由来内皮細胞が腫瘍血管新生にinvivoで寄与したことを示した。   An anti-human-β2-microglobulin or HLA-class I antibody that recognizes both human and mouse endothelial cells in combination with an anti-mouse-anti-CD31 antibody and an anti-vWF, anti-Tek, or anti-Tie-1 antibody A computerized analysis of the branch length and number counted for each of the five sections showed that tumors that received human MASC-derived endothelial cells in mice had a vascular mass 1.45 ± 0.04 times greater than that of control mice. It showed that it had. These initial studies show that some human blood vessels in the tumor are co-labeled for either vWF, Tie, or Tek, but not for mouse-CD31, but for human-β2-microglobulin HLA-class I positive cells It was shown that human MASC-derived endothelial cells contributed to tumor angiogenesis in vivo.

寄与の程度をより良く定めるため、連続した5μmスライドを得て、抗ヒト-β2-ミクログロブリン-FITCまたは抗マウス-CD31-Cy5のいずれか、および抗vWF-Cy3を用いた別の方法で染色した。すべてスライドを共焦点顕微鏡法で検査した。異なる図をその後集めて3次元とし、腫瘍血管へのヒトおよびマウス内皮細胞の相対的な寄与を測定した。ヒトMASC由来内皮細胞を注射した動物から得られた腫瘍を分析したとき、腫瘍血管の約35%が抗ヒト-β2-ミクログロブリンおよびvWFについて陽性であり、一方、内皮細胞の約40%が抗マウスCD31抗体について染色陽性であった(図8A-G)。内皮細胞を受けなかったかまたはヒト繊維芽細胞を受けた動物中の腫瘍は、抗β2-ミクログロブリンまたは抗HLA-クラス-I抗体で陽性に染色される内皮細胞を含まなかった。   To better determine the degree of contribution, obtain a continuous 5 μm slide and stain with another method using either anti-human-β2-microglobulin-FITC or anti-mouse-CD31-Cy5 and anti-vWF-Cy3 did. All slides were examined by confocal microscopy. Different figures were then collected into 3 dimensions to determine the relative contribution of human and mouse endothelial cells to tumor vessels. When analyzing tumors obtained from animals injected with human MASC-derived endothelial cells, about 35% of tumor vessels are positive for anti-human-β2-microglobulin and vWF, while about 40% of endothelial cells are anti-human. Staining was positive for mouse CD31 antibody (FIGS. 8A-G). Tumors in animals that did not receive endothelial cells or received human fibroblasts did not contain endothelial cells that stained positive with anti-β2-microglobulin or anti-HLA-class-I antibodies.

MASC由来内皮細胞がまた創傷治癒血管新生に寄与するかどうかも分析した。マウスを標識するために切目を入れた耳の領域をその後調べた。耳の傷における血管新生は、一部はMASC由来内皮細胞に由来した。腫瘍中の血管と同様に、創傷の治癒した皮膚に存在するヒト内皮細胞の割合は30〜45%であった(図9H)。   We also analyzed whether MASC-derived endothelial cells also contribute to wound healing angiogenesis. The area of the ear that was scored to label the mouse was then examined. Angiogenesis in ear wounds was partly derived from MASC-derived endothelial cells. Similar to blood vessels in the tumor, the percentage of human endothelial cells present in the wound's healed skin was 30-45% (FIG. 9H).

未分化のhMASCは内皮細胞にinvivoで分化する 106個の未分化MASCを6週齢のNOD-SCIDマウスの静脈に注射した。動物は12週間飼育してその後屠殺した。1個体において、胸腺腫瘍が検出されたが、これは老齢NOD-SCIDマウスに普通に見られる(Prochazkaetal., 1992)。胸腺を切除してOTC化合物中に-80℃にて低温保存した。組織の10um厚の切片をスライドグラスに乗せ、下記の通り固定し染色した。 Undifferentiated hMASCs differentiate into endothelial cells in vivo 10 6 undifferentiated MASCs were injected into the vein of 6-week-old NOD-SCID mice. Animals were raised for 12 weeks and then sacrificed. In one individual, a thymic tumor was detected, which is commonly seen in aged NOD-SCID mice (Prochazkaetal., 1992). The thymus was excised and stored in the OTC compound at -80 ° C. A 10-um thick section of tissue was placed on a slide glass and fixed and stained as follows.

すべての造血細胞はマウスCD45について染色陽性であったがヒトCD45についてはそうでなく、これらがマウス起源であったことを示す。腫瘍はその後抗ヒトβ2-ミクログロブリン-FITC抗体とヒトおよびマウス内皮細胞の両方を認識する抗vWF-Cy3抗体とを用いて染色した。脈管構造の約12%がhMASC由来であった(図9I)。ヒトβ2-ミクログロブリンが血管構造の外側で検出されなかったため、この造血要素はヒト起源でないことをこれらの研究はさらに確認した。   All hematopoietic cells were staining positive for mouse CD45 but not for human CD45, indicating that they were of mouse origin. Tumors were then stained with anti-human β2-microglobulin-FITC antibody and anti-vWF-Cy3 antibody that recognizes both human and mouse endothelial cells. About 12% of the vasculature was derived from hMASC (Figure 9I). These studies further confirmed that this hematopoietic element was not of human origin since no human β2-microglobulin was detected outside the vasculature.

免疫組織化学とデータ分析 in vitro培養: 未分化のMASCまたは内皮に分化するよう2-18日間誘導されたMASCをFN被覆chamberスライドに播種し、2%パラホルムアルデヒド (Sigma)を用いて4分間、室温で固定した。細胞骨格染色については、チャンバースライドをメタノールを用いて2分間、-20℃で固定した。細胞内リガンドについては、細胞を0.1Triton-X(Sigma)を用いて10分間透過処理し、一次抗体(抗体)、およびFITC、PEまたはCy5結合抗マウス-、ヤギ-またはウサギ-IgG抗体と連続的に各30時間インキュベートした。それぞれの工程の間に、スライドをPBS+1%BSAで洗浄した。CD31、CD34、CD36、CD44、HLA-クラスIおよびII、β2-ミクログロブリンに対する一次抗体は1:50希釈で使用した。VCAM、ICAM、VE-カドヘリン、セレクチン、HIP12、ZO-1、コネキシン-40、コネキシン-43、MUC18、avb3、avb5、B-カテニンおよびy-カテニン(Chemicon)およびTek、Tie、vWF(SantaCruz)に対する一次抗体は、1:50希釈で使用した。ストレスファイバーsはミオシンに対する抗体(軽鎖2
0kD、クローンno.MY-21;1:200)を用いて染色した。二次抗体はSigmaから購入し、下記の希釈度で使用した:抗ヤギIgG-Cy-3(1:40)、抗ヤギIgG-FITC(1:160)、抗マウスIgG-Cy-3(1:150)そして抗マウスIgG-FITC(1:320)、抗ウサギ-FITC(1:160)および抗ウサギ-Cy-3(1:30)。TOPRO-3はSigmaから購入した。細胞は、蛍光顕微鏡法によってZeissAxiovert顕微鏡(CarlZeiss,Inc., Thomwood, NY)を用いて、また共焦点蛍光顕微鏡法によって共焦点1024顕微鏡(OlympusAX70, 5 OlympusOptical Co. LTD, Japan)を用いて検査した。
Immunohistochemical and data analysis in vitro culture: to differentiate into MASC or endothelial undifferentiated 2 - 18 days induced MASC seeded in FN coated chamber slides, 4 minutes using 2% paraformaldehyde (Sigma), Fixed at room temperature. For cytoskeletal staining, chamber slides were fixed with methanol for 2 minutes at -20 ° C. For intracellular ligands, cells are permeabilized with 0.1 Triton-X (Sigma) for 10 minutes, followed by primary antibody (antibody) and FITC, PE or Cy5-conjugated anti-mouse-, goat- or rabbit-IgG antibody Each was incubated for 30 hours. Between each step, the slides were washed with PBS + 1% BSA. Primary antibodies against CD31, CD34, CD36, CD44, HLA-class I and II, β2-microglobulin were used at a 1:50 dilution. VCAM, ICAM, VE-cadherin, selectin, HIP12, ZO-1, connexin-40, connexin-43, MUC18, a v b 3 , a v b 5 , B-catenin and y-catenin (Chemicon) and Tek, Tie Primary antibody against vWF (SantaCruz) was used at 1:50 dilution. Stress fibers are antibodies against myosin (light chain 2
0 kD, clone no. MY-21; 1: 200). Secondary antibodies were purchased from Sigma and used at the following dilutions: anti-goat IgG-Cy-3 (1:40), anti-goat IgG-FITC (1: 160), anti-mouse IgG-Cy-3 (1 : 150) and anti-mouse IgG-FITC (1: 320), anti-rabbit-FITC (1: 160) and anti-rabbit-Cy-3 (1:30). TOPRO-3 was purchased from Sigma. Cells were examined by fluorescence microscopy using a Zeiss Axiovert microscope (CarlZeiss, Inc., Thomwood, NY) and confocal fluorescence microscopy using a confocal 1024 microscope (OlympusAX70, 5 Olympus Optical Co. LTD, Japan). .

腫瘍または正常組織:組織はクリオスタットを用いて5〜10μm厚の切片に切断した。切片はアセトンを用いて10分間、室温で固定し、0.1TritonXで5分間透過処理した。スライドをvWF、TieまたはTekについて一夜インキュベートし、次いでFITC、PEまたはCy5結合抗マウス-、ヤギ-またはウサギ-IgG抗体を用いた二次インキュベーション、そしてマウスCD45-PEまたはヒトCD45-FITC、ヒトβ2-ミクログロブリン-FITC、マウスCD31-FITCまたはTOPRO-3に対する抗体を用いた連続インキュベーションを60分間行った。各工程の間に、スライドをPBS+1%BSAで洗浄した。スライドは、蛍光顕微鏡法によってZeissAxiovert顕微鏡を用いて、また共焦点蛍光顕微鏡法によって共焦点1024顕微鏡を用いて検査した。3次元再構成は、5μm厚のスライドからの連続0.5μm共焦点写真の、合計350枚の写真の集合から成った。スライドはvWF-Cy3を用いて染色し、またはヒトβ2-ミクログロブリン-FITCあるいはマウスCD31-FITCを用いて二重染色した。各スライドからの写真はMetamorphソフトウェア(UniversalImagingCorp)で次のスライドと並べ、3次元再構成は3D Doctorソフトウェア(Ablesoftware Corp)で行った。 Tumor or normal tissue: The tissue was cut into sections of 5-10 μm thickness using a cryostat. The sections were fixed with acetone for 10 minutes at room temperature and permeabilized with 0.1 TritonX for 5 minutes. Slides are incubated overnight for vWF, Tie or Tek, then secondary incubation with FITC, PE or Cy5-conjugated anti-mouse-, goat- or rabbit-IgG antibody, and mouse CD45-PE or human CD45-FITC, human β2 -Continuous incubation with antibodies against microglobulin-FITC, mouse CD31-FITC or TOPRO-3 for 60 minutes. Between each step, the slides were washed with PBS + 1% BSA. The slides were examined using a Zeiss Axiovert microscope by fluorescence microscopy and a confocal 1024 microscope by confocal fluorescence microscopy. The 3D reconstruction consisted of a collection of 350 photos in total, continuous 0.5 μm confocal photos from 5 μm thick slides. Slides were stained with vWF-Cy3 or double stained with human β2-microglobulin-FITC or mouse CD31-FITC. The photos from each slide were aligned with the next slide with Metamorph software (Universal Imaging Corp), and 3D reconstruction was done with 3D Doctor software (Ablesoftware Corp).

ヒト(緑)およびマウス内皮細胞(青で彩色)の3次元の血管への相対的な寄与量を各色の立方画素として計算した。各色の面積も、寄与の正確な割合を得るため、スライドを通じた4つの血管について平方画素として計算した。4つの異なる主要の別のスライドについても各色の面積を計算した。   The relative contribution of human (green) and mouse endothelial cells (colored in blue) to the three-dimensional blood vessels was calculated as cubic pixels of each color. The area of each color was also calculated as square pixels for the four vessels through the slide to obtain an accurate percentage of contribution. The area of each color was also calculated for four different major separate slides.

要約 この研究の中心となる発見は、BMからMSCと共に精製される細胞は、in vitroで成熟内皮細胞と識別できない機能上の特徴を有する内皮細胞に分化する能力を持つことである。そのような内皮細胞は創傷治癒および腫瘍形成の状況下で血管新生にinvivoで寄与すること、また未分化のMASCはinvivoの局所的な信号に応答して腫瘍血管新生に寄与する内皮細胞に分化できることも示されている。 Summary The central finding of this study is that cells purified with BM from MSCs have the ability to differentiate into endothelial cells with functional characteristics indistinguishable from mature endothelial cells in vitro. Such endothelial cells contribute in vivo to angiogenesis in the context of wound healing and tumor formation, and undifferentiated MASCs differentiate into endothelial cells that contribute to tumor angiogenesis in response to local signals in vivo It has also been shown that it can.

内皮に分化する同じ細胞が他の中胚葉性細胞型、また非中胚葉性起源の細胞にも分化するように、ここで定義される細胞は血管芽細胞に先行し、および個体発生における血管芽細胞にさえ先行する。 Cells defined here precede hemangioblasts and hemangioblasts in ontogeny, so that the same cells that differentiate into endothelium also differentiate into other mesodermal cell types, as well as cells of non-mesoderm origin. Even cells precede.

MASCは内皮細胞のマーカーを発現する細胞に分化することも示されているが、VEGFが内皮細胞のようなMASC機能を誘導することが証明された。内皮細胞は動脈壁内の輸送中にリポタンパク質を修飾する(Adamset al, 2000)。内皮細胞は、血流力学的な力、またはたとえばヒスタミンのような血管作用薬に曝露されると幅が広がる細胞間接着を通しての透過障壁を維持する(Rosenberget al, 1998; Li et al, 1990;Van Rijen et al, 1997;Vischer etal, 2000)。内皮細胞はたとえばvWF、組織因子およびプラスミノーゲン活性化因子阻害因子といった出血を止めるための凝固前期分子を放出し(Vischeret al,2000)、炎症に反応して接着分子の発現レベルを変化させることによって白血球が出て行くのを調節する(Meager,1999;Steeber etal, 2001)。内皮はまた、血管密度を増大させることを目的にVEGFを産生しVEGF受容体を発現することによって低酸素に反応する(Kourembanasetal, 1998)。したがって、MASCから生じた内皮細胞が、in vitroで試験したとき、これらのすべての仕事を行うことができることが実証されている。   Although MASC has also been shown to differentiate into cells that express endothelial cell markers, it has been demonstrated that VEGF induces MASC function like endothelial cells. Endothelial cells modify lipoproteins during transport within the arterial wall (Adamset al, 2000). Endothelial cells maintain a permeation barrier through hemodynamic forces or cell-cell adhesion that expands when exposed to vasoactive agents such as histamine (Rosenberg et al, 1998; Li et al, 1990; Van Rijen et al, 1997; Vischer etal, 2000). Endothelial cells release procoagulant molecules to stop bleeding, such as vWF, tissue factor, and plasminogen activator inhibitor (Vischer et al, 2000) and alter the expression level of adhesion molecules in response to inflammation Regulates leukocyte exit (Meager, 1999; Steber etal, 2001). The endothelium also responds to hypoxia by producing VEGF and expressing VEGF receptors with the goal of increasing vascular density (Kourembanasetal, 1998). Thus, it has been demonstrated that endothelial cells generated from MASC can perform all these tasks when tested in vitro.

最後に、invitroで生じたMASC由来内皮細胞が、invivoでの創傷治癒と同様に、腫瘍部位に移動して腫瘍血管新生に寄与することによって血管新生刺激に応答することが証明されている。この発見は、MASCから生じた内皮細胞が成熟内皮のすべての機能上の特徴を有することを確認する。内皮細胞が腫瘍血管新生および血管新生に寄与する程度は35〜45%で、内皮細胞の他の起源について記載されているのと同様のレベルである(Conwayetal, 2001 ;Ribattiet al, 2001)。さらに、in vivoで腫瘍の微環境にもたらされた血管新生刺激は、MASCを腫瘍床へ集め、腫瘍の脈管構造に寄与する内皮細胞への分化を誘導するのに十分であることがわかった。これらの試験はしたがって、骨髄に存在する細胞が、脈管形成と類似の過程において、新しい血管形成に寄与できることを示した他のグループによって報告されている研究を拡張し(Peichevet al, 2000;Lin et al, 2000;Gehling et al, 2000;Asaharaet al, 1997)、この過程を担う前駆細胞は同定されている。これは、出生後BMに存在する細胞を内皮細胞のごく初期の前駆細胞と同定する、我々の知る限り最初の報告である。   Finally, it has been demonstrated that MASC-derived endothelial cells generated in vitro respond to angiogenic stimuli by migrating to tumor sites and contributing to tumor angiogenesis, similar to wound healing in vivo. This finding confirms that endothelial cells generated from MASC have all the functional characteristics of mature endothelium. The extent to which endothelial cells contribute to tumor angiogenesis and angiogenesis is 35-45%, a level similar to that described for other sources of endothelial cells (Conwayetal, 2001; Ribatti et al, 2001). Furthermore, angiogenic stimuli brought to the tumor microenvironment in vivo prove to be sufficient to collect MASC into the tumor bed and induce differentiation into endothelial cells that contribute to the tumor vasculature. It was. These studies therefore extend the studies reported by other groups that have shown that cells present in the bone marrow can contribute to new blood vessel formation in a process similar to angiogenesis (Peichevet al, 2000; Lin; et al, 2000; Gehling et al, 2000; Asahara et al, 1997), progenitor cells responsible for this process have been identified. This is the first report to the best of our knowledge that identifies cells present in postnatal BM as the very early progenitor cells of endothelial cells.

神経細胞の誘導 中胚葉性細胞型の他に、機能する神経細胞、ならびに星状細胞および稀突起膠細胞にexvivoで分化することができるかどうか判定するために、単一の成体BM由来hMASCまたはmMASCを試験した。前に実施例1および3にそれぞれ記載した通り、mMASCおよびhMASCを選択し培養して拡大した。ヒト神経前駆細胞(hNPC)はClonetics(SanDiego, CA)から購入した。hNPCを取扱説明書のように培養し分化させた。 In addition to mesodermal cell types, a single adult BM-derived hMASC or to determine whether it can differentiate into functional neurons and astrocytes and oligodendrocytes ex vivo mMASC was tested. MMASC and hMASC were selected, cultured and expanded as previously described in Examples 1 and 3, respectively. Human neural progenitor cells (hNPC) were purchased from Clonetics (SanDiego, CA). hNPCs were cultured and differentiated as per the instruction manual.

電気生理学: 標準の全細胞パッチクランプ記録を用いてMASC由来神経細胞の生理学的性質を検討した。電位固定および電流固定記録を、Dagan3911拡張ユニットで改装したDagan3900Aパッチクランプアンプ(DaganCorporation, Minneapolis)を用いて得た。ホウケイ酸ガラス製のパッチピペットをナリシゲ社ピペット製作器(型番PP-83)で引き延ばし、ナリシゲ社マイクロフォージ(型番MF-83)を用いて研磨した。パッチピペットを、(単位mM)142.0KF、7.0Na2S04、3.0MgS04、1.0CaCl2、5.0HEPES、ll.0EGTA、1.0グルタチオン、2.0グルコース、1.0ATP(マグネシウム塩)、0.5GTP(ナトリウム塩)を含む細胞内液で満たした。大部分の記録について、蛍光顕微鏡法を用いて全細胞パッチ記録の設定が達成されていることを目視で確認するために、蛍光色素5,6-カルボキシフルオレセイン(0.5mm;EastmanKodak Chemicals)もピペット溶液に添加した。ピペット抵抗は11〜24MΩの幅であった。記録用標準細胞外液は以下を含む(単位mM):155NaCl、5.0KC1、CaCl2、1.0MgCl2、10HEPES、グルコース。一部の実験については1μMのTTXを標準対照溶液に添加した。記録用細胞内液および細胞外液のpHは、NaOHを用いてそれぞれ7.4と7.8に調整した。すべての試薬はSigmaから入手した。実験の実施とデータ回収および保存にはPClamp8.0(AxonInstruments,Foster City)を用いた。示したデータは8.4mVの液相界面電位について補正し、これはJPCALCソフトウェアパッケージを用いて計算した。データのオフライン分析と画像表示はClampfit 8.0(Axon Instruments, Foster City)およびPrism(Graphpad,San Diego)を用いて構成した。 Electrophysiology: The physiological properties of MASC-derived neurons were examined using standard whole cell patch clamp recordings. Voltage clamp and current clamp recordings were obtained using a Dagan 3900A patch clamp amplifier (Dagan Corporation, Minneapolis) retrofitted with a Dagan 3911 expansion unit. A patch pipette made of borosilicate glass was stretched with a Narishige pipette maker (model number PP-83) and polished using a Narishige microforge (model number MF-83). Patch pipettes (unit: mM) 142.0KF, 7.0Na 2 S0 4 , 3.0MgS0 4 , 1.0CaCl 2 , 5.0HEPES, ll.0EGTA, 1.0 glutathione, 2.0 glucose, 1.0 ATP (magnesium salt), 0.5 GTP (sodium salt) ). For most recordings, the fluorescent dye 5,6-carboxyfluorescein (0.5 mm; Eastman Kodak Chemicals) is also added to the pipette solution to visually confirm that the whole cell patch recording setup has been achieved using fluorescence microscopy. Added to. Pipette resistance ranged from 11-24 MΩ. Recording standard extracellular solution contained the following (in mM): 155NaCl, 5.0KC1, CaCl 2, 1.0MgCl 2, 10HEPES, glucose. For some experiments, 1 μM TTX was added to the standard control solution. The pH of the intracellular and extracellular fluids for recording was adjusted to 7.4 and 7.8 using NaOH, respectively. All reagents were obtained from Sigma. PClamp 8.0 (Axon Instruments, Foster City) was used for carrying out experiments and collecting and storing data. The data shown was corrected for a liquid phase interface potential of 8.4 mV, which was calculated using the JPCALC software package. Data offline analysis and image display were configured using Clampfit 8.0 (Axon Instruments, Foster City) and Prism (Graphpad, San Diego).

形質導入:レトロウイルス上清は、オランダ、ロッテルダム大学のDr.G.Wagemakerより提供されたMFG-eGFP含有PG13細胞を(Bierhuizenetal., 1997)MASC拡大培地と48時間インキュベートして作成し、濾過して-80℃で凍結した。MASCをレトロウイルス上清および8μg/mlプロタミン(Sigma)と6時間インキュベートした。これを24時間後に繰り返した。形質導入効率はFACSによって分析した。 Transduction: Retroviral supernatants were prepared by incubating MFG-eGFP-containing PG13 cells provided by Dr. G. Wagemaker, University of Rotterdam, The Netherlands (Bierhuizenetal., 1997) with MASC expansion medium for 48 hours and filtered. And frozen at -80 ° C. MASCs were incubated with retroviral supernatant and 8 μg / ml protamine (Sigma) for 6 hours. This was repeated after 24 hours. Transduction efficiency was analyzed by FACS.

5 遺伝子マイクロアレイ分析:RNAをhMASC、bFGFまたはFGF-8b+EGF誘導細胞からRNeasyminiキット(Qiagene)を用いて単離し、DNaseI(Promega)を用いて37℃にて1時間消化し、RNeasyを用いて再精製した。取扱説明書に従って作成した[32P]dATP標識CDNAプローブをヒトNeurobiologyAtlasArray(Clonetech # 7736- 1 , Clonetech Laboratories, Palo Alto, CA,USA)と68℃にて18〜20時間ハイブリッド形成させ、その後、2xSSC、1%SDSで68℃にて各30分間4回、0.lxSSC、0.5%SDSで68℃にて30分間、そして1回2xSSCで室温にて5分間洗浄した。アレイはホスホイメージャースクリーンスキャナ(MolecularDynamics,Storm 860)で読み取り、AtlasImage 1.0(Clontech)を用いて分析した。未分化の細胞と分化した細胞の間の2倍より大きい差を有意とみなした。 5 Gene microarray analysis: RNA was isolated from hMASC, bFGF or FGF-8b + EGF-derived cells using RNeasymini kit (Qiagene), digested with DNaseI (Promega) for 1 hour at 37 ° C, and repurified with RNeasy did. [32P] dATP-labeled cDNA probe prepared according to the instruction manual was hybridized with human Neurobiology AtlasArray (Clonetech # 7736-1, Clonetech Laboratories, Palo Alto, CA, USA) at 68 ° C. for 18-20 hours, and then 2 × SSC, Washing was performed 4 times for 30 minutes each at 68 ° C with 1% SDS, 0.1xSSC, 30 minutes at 68 ° C with 0.5% SDS, and once for 5 minutes at room temperature with 2xSSC. The array was read with a phosphoimager screen scanner (MolecularDynamics, Storm 860) and analyzed using AtlasImage 1.0 (Clontech). Greater than twice the difference between undifferentiated and differentiated cells was considered significant.

レトロウイルス挿入配列のPCR分析:PCRを用いて、ヒトゲノムDNA中のMFGベクターの3' LTRから隣接配列3'を増幅した。106個のMASCまたは内皮か筋芽細胞か神経外胚葉に分化した子孫からDNAを、細胞から標準法によって調製した。300ngのゲノムDNAをAscIで消化し、splinkeretteリンカーを5'末端に結合させた(DevonR.S. et al., 1995)。splinkeretteリンカーに用いた2種のオリゴヌクレオチドは下記の通りであった:aattTAGCGGCCGCTTGAATTtttttttgcaaaaa、(ヘアピンループ形成配列は小文字で、大文字は第二のsplinkeretteオリゴヌクレオチドの相補部分である)、およびagtgtgagtcacagtagtctcgcgttcgAATTAAGCGGCCGCTA、(下線の配列はPCRおよびRT工程で用いたリンカー特異的プライマー(LSプライマー)の配列でもある)。eGFP遺伝子中の配列を認識する5'-ビオチン-T7結合プライマー[ビオチン-ggc-cag-tga-att-gta-ata-cga-ctc-act-ata-ggc-tgg-CAC-ATG-GTC-CTG-CTG-GAG-TTC-GTG-AC;下線部は効率的なinvitro転写に必要な最小のプロモーター配列を示し、大文字はeGFP特異的配列である]およびLSプライマーを用いて、隣接領域を10回、Advantage2ポリメラーゼ(Clontech)を使用して増幅した。ビオチン標識増幅産物はストレプトアビジン-磁性ビーズ(ストレプトアビジン磁性粒子;Roche)を用いて捕捉し、結果として生じる産物をさらにT7RNAポリメラーゼを用いて約1,000倍に増幅し、それからDNAase1処理した。結果として生じる産物をagtgtgagtcacagtagtctcgcgttcsplinkeretteプライマーを用いてsuperscriptIIの説明書(Gibco)に従って逆転写し、続いて30回のnestedPCRによって3'LTR用のプライマー[ggccaa gaa cag atg gaa cag ctg aat atg]を用いて増幅した。内皮、筋、および神経外胚葉に分化した細胞と未分化のMASC由来のヒトゲノム中の隣接配列を配列決定した。 PCR analysis of retroviral inserts: PCR was used to amplify the flanking sequence 3 ′ from the 3 ′ LTR of the MFG vector in human genomic DNA. DNA from 10 6 MASCs or progeny differentiated into endothelial or myoblasts or neuroectoderm was prepared from cells by standard methods. 300 ng of genomic DNA was digested with AscI and a splinkerette linker was ligated to the 5 ′ end (Devon R.S. et al., 1995). The two oligonucleotides used for the splinkerette linker were as follows: aattTAGCGGCCGCTTGAATTtttttttgcaaaaa (the hairpin loop forming sequence is lower case, upper case is the complementary part of the second splinkerette oligonucleotide), and agtgtgagtcacagtagtctcgcgttcgAATTAAGCGGCCGCTA, (underlined The sequence is also the sequence of the linker-specific primer (LS primer) used in the PCR and RT steps). 5'-biotin-T7 binding primer that recognizes sequences in the eGFP gene [biotin-ggc-cag-tga-att-gta-ata-cga-ctc-act-ata-ggc-tgg-CAC-ATG-GTC-CTG -CTG-GAG-TTC-GTG-AC; underlined indicates the minimal promoter sequence required for efficient in vitro transcription, capital letters are eGFP-specific sequences] and LS primer used to fold flanking regions 10 times Amplification using Advantage2 polymerase (Clontech). The biotin-labeled amplification product was captured using streptavidin-magnetic beads (streptavidin magnetic particles; Roche), and the resulting product was further amplified about 1,000 times using T7 RNA polymerase, and then treated with DNAase1. The resulting product was reverse transcribed using the agtgtgagtcacagtagtctcgcgttcsplinkerette primer according to the superscript II instructions (Gibco), followed by 30 nested PCRs using the 3'LTR primer [ggccaa gaa cag atg gaa cag ctg aat atg] . Adjacent sequences in human genomes derived from cells differentiated into endothelium, muscle, and neuroectodermal and undifferentiated MASCs were sequenced.

複数の分化した子孫に同一の挿入部位が存在することを実証するため、宿主隣接ゲノム中に特異的プライマーを作成した。リアルタイムPCR増幅(ABI PRISM 7700, Perkin Elmer/AppliedBiosystems)を、eGFP配列と比較して隣接配列を定量するために用いた。増幅のための反応条件は下記の通りであった:2μLのDNA溶液、1X TaqMan SYBR Green Universal Mix(PerkinElmer/Applied Biosystems)PCR反応緩衝液を用いた最初の変性(95℃で10分間)後、二段階PCR(95℃で15秒間、60℃で60秒間)を40サイクル。使用したプライマーは下記の通りであった:クローンA16:LTRプライマー=CCA-ATA-AAC-CCT-CTT-GCA-GTT-G;隣接配列染色体7=TCC-TGC-CAC-CAG-AAA-TAA-CC;クローンA12染色体7配列:LTRプライマー=GGA-GGG-TCT-CCT-CTG-AGT-GAT-T、隣接配列=CAG-TGG-CCA-GAT-CTC-ATC-TCA-C;クローンA12染色体1配列:LTR=GGA-GGG-TCT-CCT-CTG-AGT-GAT-T;隣接配列=GCA-GAC-GAG-GTA-GGC-ACT-TG。隣接配列の相対量は、eGFP配列と比較して取扱説明書に従って7700ABIPRISM検出ソフトウェア1.6を用いて計算した。   In order to demonstrate the presence of identical insertion sites in multiple differentiated progeny, specific primers were created in the host flanking genome. Real-time PCR amplification (ABI PRISM 7700, Perkin Elmer / AppliedBiosystems) was used to quantitate flanking sequences compared to eGFP sequences. Reaction conditions for amplification were as follows: 2 μL of DNA solution, after first denaturation (95 ° C. for 10 minutes) using 1 × TaqMan SYBR Green Universal Mix (PerkinElmer / Applied Biosystems) PCR reaction buffer, 40 cycles of two-step PCR (95 ° C for 15 seconds, 60 ° C for 60 seconds). The primers used were as follows: clone A16: LTR primer = CCA-ATA-AAC-CCT-CTT-GCA-GTT-G; flanking sequence chromosome 7 = TCC-TGC-CAC-CAG-AAA-TAA- CC; clone A12 chromosome 7 sequence: LTR primer = GGA-GGG-TCT-CCT-CTG-AGT-GAT-T, flanking sequence = CAG-TGG-CCA-GAT-CTC-ATC-TCA-C; clone A12 chromosome 1 Sequence: LTR = GGA-GGG-TCT-CCT-CTG-AGT-GAT-T; flanking sequence = GCA-GAC-GAG-GTA-GGC-ACT-TG. The relative amount of flanking sequences was calculated using 7700ABIPRISM detection software 1.6 according to the instructions compared to the eGFP sequence.

神経移植:新生(生後1日目〜3日目)雄SpragueDawleyラット(CharlesRiver Laboratories)をこの試験に用いた。ラットは低温麻酔によって麻酔した。改良定位頭部固定器を用いて頭蓋を固定し、頭皮を反転して頭蓋を露出した。hMASCは0.25%トリプシン/EDTAを用いて採取し、2回洗浄し、PBSに再懸濁した。hMASCの生存能力は85%より大であった。リン酸緩衝液に0.7x104細胞/μlの濃度で懸濁したhMASCの2μlの量を、Hamiltonシリンジに付けた先細ガラスマイクロピペットで、下記の座標を用いて定位固定的に脳室内に注入した(ブレグマからのmm):AP-0.6、ML0.8、DV2.1、toothbarは-1に設定した。注射後、頭皮を縫合し仔ラットを回復させた。 Nerve transplantation: Newborn (day 1 to day 3) male Sprague Dawley rats (Charles River Laboratories) were used in this study. Rats were anesthetized by cold anesthesia. The skull was fixed using an improved stereotaxic head fixator, and the scalp was inverted to expose the skull. hMASC was collected using 0.25% trypsin / EDTA, washed twice and resuspended in PBS. The viability of hMASC was greater than 85%. The 2μl amount of hMASC suspended at a concentration of the phosphate buffer 0.7X10 4 cells / [mu] l, with tapered glass micropipette attached to Hamilton syringe, it was stereotactically injected intracerebroventricularly with coordinates below (Mm from Bregma): AP-0.6, ML0.8, DV2.1, toothbar were set to -1. After the injection, the scalp was sutured to recover the pup rat.

移植の4および12週間後、ラットを抱水クロラール(350mg/kg、i.p.)で麻酔し、断頭して脳を摘出し、粉末ドライアイス中で凍結し、-80℃で保存した。新鮮凍結脳をクリオスタットを用いて切断し、染色の直前に4%パラホルムアルデヒドで20分間固定した。切片を、2%正常ロバ血清(JacksonImmunoLabs)および0.3% triton Xを含むブロッキング/透過処理溶液を用いて1時間室温にてインキュベートした。以降の工程のために、一次および二次抗体を同じブロッキング/透過処理溶液で希釈した。一次抗体(Chemicon製マウス抗ヒト核(1:25)、抗ヒト角膜(1:25)および抗NeuN(1:200);DAKO製ウサギ抗GFAP(1:250)、Sigma製ウサギ抗NF200(1:300)を4℃にて一夜インキュベートし、各10分間3回PBSで洗浄し、次いで二次Cy3(1:200)抗体およびFITC(1:100)抗体(すべてJacksonImmunoLabs)と2時間室温でインキュベートした。スライドはZeissAxiovert顕微鏡を用いた蛍光顕微鏡法および共焦点1024顕微鏡を用いた共焦点蛍光顕微鏡法によって検査した。   At 4 and 12 weeks after transplantation, the rats were anesthetized with chloral hydrate (350 mg / kg, i.p.), decapitated, the brain removed, frozen in powdered dry ice and stored at -80 ° C. Fresh frozen brains were cut using a cryostat and fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes immediately before staining. Sections were incubated for 1 hour at room temperature with blocking / permeabilized solution containing 2% normal donkey serum (Jackson ImmunoLabs) and 0.3% triton X. For subsequent steps, primary and secondary antibodies were diluted with the same blocking / permeabilization solution. Primary antibodies (Chemicon mouse anti-human nucleus (1:25), anti-human cornea (1:25) and anti-NeuN (1: 200); DAKO rabbit anti-GFAP (1: 250), Sigma rabbit anti-NF200 (1 : 300) overnight at 4 ° C, washed 3 times for 10 minutes each with PBS, then incubated with secondary Cy3 (1: 200) and FITC (1: 100) antibodies (all JacksonImmunoLabs) for 2 hours at room temperature The slides were examined by fluorescence microscopy using a Zeiss Axiovert microscope and confocal fluorescence microscopy using a confocal 1024 microscope.

hMASCはbFGFと共に培養したとき神経細胞、星状細胞および稀突起膠細胞表現型を獲得する。 神経外胚葉性分化を実施例5に記載の通りに行った。要約すると、細胞をFN被覆チャンバースライドまたは培養平板で、60%DMEM-LG、40%MCDB-201(SigmaChemical Co, St Louis, MO)を含み1XITS、1X LA-BSA、10-8Mデキサメタゾン、10-4Mアスコルビン酸-2-リン酸(AA)(すべてSigma)、100Uペニシリンおよび1,000Uストレプトマイシン(Gibco)を添加した無血清培地を用いて培養した。一部の培養には、我々はl00ng/mLのbFGFを添加した一方、別の培養には10ng/mLのEOF+10ng/mLのFGF-8bを添加した(すべてR&DSystems)。細胞は継代培養しなかったが、培地は3〜5日間毎に交換した。 hMASC acquires neuronal, astrocyte and oligodendrocyte phenotypes when cultured with bFGF. Neuroectodermal differentiation was performed as described in Example 5. Briefly, cells with FN-coated chamber slides or culture plates, 60% DMEM-LG, 40 % MCDB-201 (SigmaChemical Co, St Louis, MO) 1XITS include, 1X LA-BSA, 10 -8 M dexamethasone, 10 The cells were cultured in a serum-free medium supplemented with −4 M ascorbic acid-2-phosphate (AA) (all Sigma), 100 U penicillin and 1,000 U streptomycin (Gibco). For some cultures we added lOOng / mL bFGF, while for other cultures we added 10ng / mL EOF + 10ng / mL FGF-8b (all R & DSystems). Cells were not subcultured, but the medium was changed every 3-5 days.

bFGFと共に再播種してから2週間後、表6に示す通り、細胞の26±4%が星状細胞(GFAP+)、28±3%が稀突起膠細胞(MBP+)そして46±5%が神経細胞(NF200+)マーカーを発現した。
Two weeks after reseeding with bFGF, as shown in Table 6, 26 ± 4% of the cells were astrocytes (GFAP + ), 28 ± 3% were oligodendrocytes (MBP + ), and 46 ± 5% Expressed a neuronal (NF200 + ) marker.

hMASCをより高い細胞密度(2x104細胞/cm2)で再播種して分化を誘導したとき神経外胚葉性の表現型を有する細胞は検出されず、細胞-細胞相互作用がbFGF誘導性の神経外胚葉性分化を阻害することを示した。 When hMASCs were replated at higher cell density (2x10 4 cells / cm 2 ) and differentiation was induced, cells with neuroectodermal phenotype were not detected, and cell-cell interaction was induced by bFGF-induced neurons. It was shown to inhibit ectoderm differentiation.

20または60PDを経たhMASCを用いて分化を誘導したとき、星状細胞様、稀突起膠細胞様および神経細胞様細胞の分布に差は無かった。しかし、20PDの間拡大したhMASCをbFGFと共に培養したとき、細胞の>50%が死亡した一方、>30 PD の間拡大したhMASC培養の>70%が生存して、神経細胞様、星状細胞様または稀突起膠細胞様の表現型を獲得した。このことは、すべてのhMASCを神経の特徴を獲得するように誘導することはできないが、invitroで長期間生存するhMASCの部分集団が神経細胞の分化を担っている可能性があることを示唆する。hMASCの核型は培養期間にかかわらず正常であることが示されている(Reyesetal, 2001)。hMASCの神経外胚葉性様細胞への分化はしたがって、長期間の培養後のMASCの変質が原因である可能性は低い。   When differentiation was induced using hMASC via 20 or 60 PD, there was no difference in the distribution of astrocyte-like, oligodendrocyte-like and neuronal-like cells. However, when hMASC expanded for 20 PD were cultured with bFGF,> 50% of the cells died, while> 70% of hMASC culture expanded for> 30 PD survived, neuron-like, astrocytes Acquired a oligodendrocyte-like or oligodendrocyte-like phenotype. This suggests that not all hMASCs can be induced to acquire neural features, but in vitro long-lived subpopulations of hMASC may be responsible for neuronal differentiation . The karyotype of hMASC has been shown to be normal regardless of the culture period (Reyesetal, 2001). The differentiation of hMASCs into neuroectodermal-like cells is therefore unlikely to be due to alteration of MASCs after prolonged culture.

大部分の星状細胞様および稀突起膠細胞様細胞は3週間後に死亡した。神経細胞様細胞の漸進的な成熟が培養期間を通じてみられた。1週間後、bFGF処理hMASCはNeuroD、ネスチン、ポリシアル酸付加型神経細胞接着分子(PSA-NCAM)、およびチューブリン-β-III(TuJI)について染色陽性となった(表6)。2週間後、bFGF処理細胞はNF68、-160、および-200、NSE、MAP2-AB、そしてTauについて染色陽性となった。bFGF誘導性神経細胞はGABA作用性、セロトニン作用性またはドーパミン作用性神経細胞のマーカーを発現しなかったが、グルタミン酸およびグルタミン酸受容体-5、-6および-7とN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体、およびNa+ゲート電位チャンネルを発現した。 Most astrocyte-like and oligodendrocyte-like cells died after 3 weeks. Progressive maturation of neuron-like cells was observed throughout the culture period. One week later, bFGF-treated hMASC was positive for staining for NeuroD, nestin, polysialic acid-added neuronal adhesion molecule (PSA-NCAM), and tubulin-β-III (TuJI) (Table 6). After 2 weeks, bFGF treated cells became staining positive for NF68, -160, and -200, NSE, MAP2-AB, and Tau. bFGF-induced neurons did not express GABA, serotonin or dopaminergic markers, but glutamate and glutamate receptors-5, -6 and -7 and N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, and Na + gated potential channels were expressed.

神経外胚葉性分化のさらなる確認は、14日間、100ng/mLのbFGFを用いて分化を誘導され
た2つの独立したhMASC集団のCDNAアレイ分析から得られた。ネスチン、otx1およびotx2の発現レベルは免疫組織化学的特徴づけと一致し、mRNAの>2倍の上昇がネスチン、GFAP、グルタミン酸-受容体4、5、および6、そしてグルタミン酸、およびいくつかのナトリウムゲート電位チャンネルについて検出されたが、しかしTHまたはTrHmRNAレベルに上昇は見られなかった。mRNAレベルの>2倍の上昇は、脳だけに見られる転写因子である哺乳類achaete-scute相同体1(MASHI)mRNA(FrancoDel Arno et al., 1993)、およびephrin-A5 mRNA(O'Learyand Wilkinson, 1999)についても見られた。星状細胞特異的マーカーのGFAPおよびS100A5、そして稀突起膠細胞特異的マーカーのミエリン-稀突起膠細胞糖タンパク前駆体およびミエリンタンパク質ゼロ(PMZ)、ならびにハンチンチン、そして主要プリオンタンパク質前駆体mRNAが、bFGFへの曝露後、>2倍高く発現された。2倍より大きい上昇は、いくつかのグリシン受容体、GABA受容体、ヒドロキシトリプトファン受容体-Aおよび神経細胞のアセチルコリン受容体、グリシン輸送体タンパク質、シナプトブレビンおよびシナプトソーム補助タンパク質(SNAP)25についても見られた。最後に、bFGFはBDNFおよびグリア由来神経分化誘導因子(GDNF)の発現を誘導した。
Further confirmation of neuroectodermal differentiation was obtained from cDNA array analysis of two independent hMASC populations induced to differentiate using 100 ng / mL bFGF for 14 days. Nestin, otx1 and otx2 expression levels are consistent with immunohistochemical characterization, with> 2-fold increase in mRNA being nestin, GFAP, glutamate-receptors 4, 5, and 6, and glutamate, and some sodium Detected for the gate potential channel, but no increase in TH or TrH mRNA levels was seen. > 2 fold increase in mRNA levels is seen in mammalian achaete-scute homologue 1 (MASHI) mRNA (FrancoDel Arno et al., 1993), a transcription factor found only in the brain, and ephrin-A5 mRNA (O'Learyand Wilkinson , 1999). Astrocyte-specific markers GFAP and S100A5, and oligodendrocyte-specific markers myelin- oligodendrocyte glycoprotein precursor and myelin protein zero (PMZ), as well as huntingtin and the major prion protein precursor mRNA ,> 2-fold higher expression after exposure to bFGF. More than a 2-fold increase is also seen for several glycine receptors, GABA receptors, hydroxytryptophan receptor-A and neuronal acetylcholine receptors, glycine transporter proteins, synaptobrevin and synaptosome accessory protein (SNAP) 25 It was. Finally, bFGF induced the expression of BDNF and glial-derived neuronal differentiation inducing factor (GDNF).

hMASCのように、mMASCはbFGFと共に培養したとき神経細胞、星状細胞および稀突起膠細胞表現型を獲得する。 Like hMASC, mmASC acquires neuronal, astrocyte and oligodendrocyte phenotypes when cultured with bFGF.

他の種に由来するMASCを、同様の結果が得られるかどうか判定するために試験した。40-90PDの間拡大したmMASCを、104細胞/cm2でhMASCに用いたのと同一の条件で再播種した。14日後、mMASCは星状細胞(GFAP+)、稀突起膠細胞(MBP+)および神経細胞(NF-200+、NSE+およびTau)の形態的および表現型の特徴を獲得した。NF200とGFAPまたはMBPは同一の細胞では決して見つからなかった。未分化のmMASCとは対照的に、bFGF処理mMASは顕著に大きく、神経突起が>40μm延長した。 MASCs from other species were tested to determine if similar results were obtained. MMASC expanded between 40-90 PD were replated at the same conditions used for hMASC at 10 4 cells / cm 2 . After 14 days, mmASC acquired morphological and phenotypic characteristics of astrocytes (GFAP + ), oligodendrocytes (MBP + ) and neurons (NF-200 + , NSE + and Tau). NF200 and GFAP or MBP were never found in the same cell. In contrast to undifferentiated mMASC, bFGF-treated mMAS was significantly larger and neurites were extended> 40 μm.

神経細胞様細胞が神経細胞の機能的特徴を有するかどうか、そしてbFGF誘導性細胞が電位依存性Na+電流を示すかどうか判定するため、パッチクランプを用いた。一部の細胞はカルシウム電流を発現し、4個の細胞ではカルシウム電流に媒介されるスパイク生成の証拠があったにもかかわらず、mMASC由来神経細胞様細胞(n=59)のどれにも、ナトリウム電流または速いスパイク生成は見られなかった。このように、ナトリウムゲート電位チャンネルmRNAおよびタンパク質の発現にもかかわらず、bFGF誘導性細胞は機能する電位依存性Na+電流を有しなかった。 A patch clamp was used to determine whether neuronal cell-like cells have neuronal functional characteristics and whether bFGF-inducible cells exhibit voltage-dependent Na + currents. Some cells expressed calcium current, and none of the mmASC-derived neuron-like cells (n = 59), despite the fact that 4 cells had evidence of spike generation mediated by calcium current, No sodium current or fast spike generation was seen. Thus, despite the expression of sodium gate potential channel mRNA and protein, bFGF-induced cells did not have a functioning voltage-dependent Na + current.

hMASCはEGFおよびFGF-8bと共に培養したとき、中脳ドーパミン作用性、セロトニン作用性またはおよびGABA性表現型を獲得する。 中脳後脳境界および吻側前脳に発現されるFGF-8bは、中脳および前脳のドーパミン作用性神経細胞と後脳のセロトニン作用性神経細胞の分化を誘導する(Yeet al, 1998)。Invitroでは、FGF-8bはドーパミン作用性およびセロトニン作用性神経細胞をマウスES細胞から誘導するのに用いられている(Leeet al., 2000)。 hMASC acquires a midbrain dopaminergic, serotonergic or GABA phenotype when cultured with EGF and FGF-8b. FGF-8b expressed in the midbrain hindbrain boundary and rostral forebrain induces differentiation of dopaminergic neurons in the midbrain and forebrain and serotonergic neurons in the hindbrain (Yeet al, 1998) . In Invitro, FGF-8b has been used to induce dopaminergic and serotonergic neurons from mouse ES cells (Leeet al., 2000).

20〜60PDの間拡大したhMASC(n=8)を2x104細胞/cm2でFNに、ITSとAAと10ng/mLのFGF-8bおよび10ng/mLのEGFを含む無血清培地に再播種した。80%を超える細胞が3週間生存した。FGF-8bおよびEGFは神経細胞のマーカーについて陽性染色する細胞への分化を誘導した(図6)(7日目:PSA-NCAM、ネスチンおよびTuJI;14日目:NF-68、NF-160、NF-200;21日目:MAP2-AB、NSE、Tau、およびNa+ゲート電位チャンネル)が、稀突起膠細胞および星状細胞へは誘導しなかった。bFGFに誘導される分化についての我々の観察とは対照的に、104細胞/cm2でEGFおよびFGF-8bと共に播種した細胞は分化しなかった。2〜3週間後、細胞はGABA性(GABA+、パルブアルブミン+)、ドーパミン作用性(TH+、DCC+、およびDTP+)およびセロトニン作用性(TrH+およびセロトニン+)神経細胞の特徴を有した(表6)。細胞はまたGABA-A受容体とグルタミン酸受容体も発現した。ドーパミン作用性表現型を有す
る細胞はまた、中脳ドーパミン作用性神経細胞でのみ発現される核転写因子Nurr1(Saucedo-Cardenas etal., 1998)ならびに、ドーパミン作用性神経細胞で発現されるグリア細胞系統由来の神経分化誘導因子(GDNF)受容体複合体の構成要素である膜結合受容体タンパク質チロシンキナーゼである癌原遺伝子cRet(Truppet al., 1996)に対する抗体について陽性に染色された。このことは、FGF-8bが中脳ドーパミン作用性神経細胞と一致する表現型を誘導することを示唆する。
HMASC (n = 8) expanded between 20 and 60 PD was replated at 2 × 10 4 cells / cm 2 in FN, ITS, AA, 10 ng / mL FGF-8b and 10 ng / mL EGF in serum-free medium . Over 80% of the cells survived for 3 weeks. FGF-8b and EGF induced differentiation into cells that stained positive for neuronal markers (FIG. 6) (Day 7: PSA-NCAM, Nestin and TuJI; Day 14: NF-68, NF-160, NF-200; Day 21: MAP2-AB, NSE, Tau, and Na + gated potential channels) did not induce oligodendrocytes and astrocytes. In contrast to our observations on differentiation induced by bFGF, cells seeded with EGF and FGF-8b at 10 4 cells / cm 2 did not differentiate. After 2-3 weeks, cells GABA resistance (GABA +, parvalbumin +) dopaminergic (TH +, DCC +, and DTP +) and serotonergic have the features of (TrH + and serotonin +) neurons (Table 6). The cells also expressed GABA-A receptor and glutamate receptor. Cells with a dopaminergic phenotype also include the nuclear transcription factor Nurr1 (Saucedo-Cardenas etal., 1998) expressed only in midbrain dopaminergic neurons and the glial cell line expressed in dopaminergic neurons Positively stained for an antibody against the proto-oncogene cRet (Truppet al., 1996), which is a membrane-bound receptor protein tyrosine kinase that is a component of the derived neuronal differentiation inducing factor (GDNF) receptor complex. This suggests that FGF-8b induces a phenotype consistent with midbrain dopaminergic neurons.

ここでも、免疫組織化学的試験からの結果は、14日間FGF-8b+EGFと共に分化を誘導されたhMASCについてのCDNAアレイ分析によって確認された。免疫組織化学的特徴づけと一致して、mRNAの>2倍の上昇がTH、TrH、グルタミン酸、いくつかのグルタミン酸受容体、およびナトリウムゲート電位チャンネルについて検出された。パルブアルブミンとGABAはこのアレイ上に存在しないため、それらの発現はmRNA分析では確認できなかった。免疫組織化学によってみられるほぼ限定的な神経分化と一致して、tGFAP、S100A5mRNA、あるいは稀突起膠細胞特異的マーカーであるPMZのmRNAの発現に上昇は見られなかった。FGF-8b+EGFに誘導された細胞は>2倍多いチロシンキナーゼ受容体(Trk)A、BDNFとGDNF、いくつかのグリシン-、GABA-およびヒドロキシトリプタミン-受容体、そしていくつかのシナプスタンパク質を発現した。   Again, the results from immunohistochemical studies were confirmed by cDNA array analysis for hMASC induced to differentiate with FGF-8b + EGF for 14 days. Consistent with the immunohistochemical characterization, a> 2-fold increase in mRNA was detected for TH, TrH, glutamate, several glutamate receptors, and sodium gate potential channels. Since parvalbumin and GABA are not present on this array, their expression could not be confirmed by mRNA analysis. Consistent with the nearly limited neuronal differentiation seen by immunohistochemistry, there was no increase in expression of tGFAP, S100A5 mRNA, or PMZ mRNA, an oligodendrocyte-specific marker. Cells induced by FGF-8b + EGF expressed> 2 times more tyrosine kinase receptor (Trk) A, BDNF and GDNF, some glycine-, GABA- and hydroxytryptamine-receptors, and some synaptic proteins .

グリア芽腫細胞株U87との共培養は神経細胞の成熟を促進する 使用した培養条件にかかわらず、hMASC由来神経細胞は培養中で3〜4週間を超えて生存しない。どの培養も3週間後にグリア細胞を含まなかったため、グルタミン酸とグルタミン酸受容体の両方を発現する神経細胞がグルタミン酸の毒性のために死亡した可能性がある(AndersonandSwanson, 2000)。あるいは、神経細胞の生存、分化、成熟に必要な、グリア細胞によって供給される因子が培養中に存在しない可能性がある(Blondelet al., 2000; Daadiand Weiss, 1999; Wagner et al., 1999)。この仮説を検証するために、3週齢のFGF-8b+EGF培養からの細胞を、グリア芽腫細胞株U-87と、FGF-8b+EGFを添加した無血清培地でさらに2週間共培養した。 Co-culture with glioblastoma cell line U87 promotes neuronal maturation Regardless of the culture conditions used, hMASC-derived neurons do not survive more than 3-4 weeks in culture. Since none of the cultures contained glial cells after 3 weeks, neurons expressing both glutamate and glutamate receptors may have died due to glutamate toxicity (AndersonandSwanson, 2000). Alternatively, factors supplied by glial cells that are necessary for neuronal survival, differentiation, and maturation may not be present in culture (Blondelet al., 2000; Daadiand Weiss, 1999; Wagner et al., 1999) . To test this hypothesis, cells from a 3-week old FGF-8b + EGF culture were co-cultured with glioblastoma cell line U-87 in serum-free medium supplemented with FGF-8b + EGF for an additional 2 weeks.

神経膠腫細胞株U-87[AmericanTissueCell Collection (Rockville, MD)]はDMEM+10%FCS中に維持した(HycloneLaboratories, Logan,UT)。3週齢のFGF-8b+EGF含有培養からの細胞を、親油性色素PKH26(Sigma)で取扱説明書の通りに標識した。標識細胞をFN被覆チャンバースライドにFGF-8b+EGF含有無血清培地中に1,000個のU-87細胞と共に再播種し、培地を3〜5日間毎に交換しながらさらに2〜3週間維持した。MASC由来細胞中に存在するPKH26がU-87細胞株に移動しないのを確実にするため、U-87細胞をBSA含有培地および20μlのPKH26色素で7日間培養した。神経膠腫細胞の標識は検出されなかった。   Glioma cell line U-87 [American Tissue Cell Collection (Rockville, MD)] was maintained in DMEM + 10% FCS (Hyclone Laboratories, Logan, UT). Cells from 3 week old FGF-8b + EGF containing cultures were labeled with the lipophilic dye PKH26 (Sigma) as per instructions. Labeled cells were replated with 1,000 U-87 cells in serum free medium containing FGF-8b + EGF on FN-coated chamber slides and maintained for an additional 2-3 weeks with the medium changed every 3-5 days. To ensure that PKH26 present in MASC-derived cells did not migrate to the U-87 cell line, U-87 cells were cultured for 7 days in BSA-containing medium and 20 μl PKH26 dye. No glioma cell label was detected.

これらの無血清条件下で、U-87細胞は増殖をやめたが生存した。hMASC由来細胞を蛍光顕微鏡法で確認できるようにするため、hMASC由来神経細胞はU-87細胞との共培養前に膜色素PKH26で標識した。U-87細胞と同じサイトカインと後3週間共培養したFGF-8b+EGF誘導神経細胞は、少なくともさらに2週間生存した。神経細胞は、細胞の大きさが増大し、また神経突起の数、長さと複雑さが増大した、より成熟した形態を獲得した。電流注入後の全細胞電流固定および電位固定によって、U-87細胞との共培養後の、hMASC由来のPKH26標識神経細胞の電気生理学的特徴を評価した(図9B)。電流固定によって、FGF-8b+EGF/U-87培養中に存在する8個中4個のKH26標識hMASC由来細胞が、注入電流に対するスパイク生成を示した。スパイク生成および非スパイク生成細胞の静止膜電位はそれぞれ-64.9±5.5mVおよび29.7±12.4mVであった。試験した個々の細胞について、スパイク生成および非スパイク生成細胞の入力抵抗はそれぞれ194.3(37.3)および216.3(52.5)MΩであった。図9Bにスパイク生成が観察された細胞の一つの例を示す。上図はスパイク生成細胞から対照条件下で得られた一群の電圧記録を示す。DC電流を最初に細胞に注入して-100〜-120 mVの範囲に保つ。電流注入手順を、中図に示す通り、次いで膜電位を異なるレベルにするのに用いた。この例に示す通り、細胞を活動電位の閾値にするのに十分大きな脱分極電流の段階が、単一のスパイクを引き起こす。下図は、細胞のスパイク生成が1μmTTXでブロックされうることを示し、活動電位がNaゲート電位チャンネルによって媒介されていることを示唆する。同じ細胞の電位固定モードから得られた、リークを差し引いた電流記録(図9C)は、タイムコースの中で一過性でありまた-58mVよりも正である電位で活性化される内向き電流、および外向き電流を示した。一過性の内向き電流は1μmTTXで可逆的にブロックされた。この薬理は、内向き電流の一過性のタイムコースおよび電位依存性の活性化と共に、成熟神経細胞および骨格筋細胞だけにみられる電位依存性Na+電流に典型的である(Sahetal., 1997;Whittemore et al., 1999)。これらの神経細胞様細胞中に骨格筋マーカーは検出されなかった。これらの試験は、FGF-8b+EGFでの処理と神経膠腫との共培養はTTX感受性電位依存性Na+電流という興奮可能な神経細胞の基本的な特徴を細胞に与える結果になることを示唆する。 Under these serum-free conditions, U-87 cells stopped growing but survived. In order to be able to confirm hMASC-derived cells by fluorescence microscopy, hMASC-derived neurons were labeled with the membrane dye PKH26 before co-culture with U-87 cells. FGF-8b + EGF-induced neurons cocultured with the same cytokine as U-87 cells for 3 weeks later survived for at least 2 more weeks. Neurons acquired a more mature morphology with increased cell size and increased neurite number, length and complexity. The electrophysiological characteristics of hMASC-derived PKH26-labeled neurons after co-culture with U-87 cells were evaluated by whole cell current fixation and potential fixation after current injection (FIG. 9B). By current fixation, 4 out of 8 KH26-labeled hMASC-derived cells present in the FGF-8b + EGF / U-87 culture showed spike generation against the injected current. The resting membrane potentials of spiked and non-spiked cells were -64.9 ± 5.5 mV and 29.7 ± 12.4 mV, respectively. For the individual cells tested, the input resistance of spiked and non-spiked cells was 194.3 (37.3) and 216.3 (52.5) MΩ, respectively. FIG. 9B shows an example of cells in which spike generation was observed. The upper figure shows a group of voltage recordings obtained from spike-producing cells under control conditions. DC current is first injected into the cells and kept in the range of -100 to -120 mV. A current injection procedure was then used to bring the membrane potential to different levels as shown in the middle figure. As shown in this example, a stage of depolarization current that is large enough to bring the cell to the action potential threshold causes a single spike. The figure below shows that cell spike generation can be blocked with 1 μm TTX, suggesting that the action potential is mediated by the Na gate potential channel. The current recording minus the leak (Figure 9C), obtained from the same cell voltage clamp mode, is an inward current that is transient in the time course and activated at a potential that is more positive than -58 mV. , And outward current. The transient inward current was reversibly blocked with 1 μm TTX. This pharmacology is typical of voltage-dependent Na + currents found only in mature and skeletal muscle cells, with a transient time course and voltage-dependent activation of inward currents (Sahetal., 1997 Whittemore et al., 1999). No skeletal muscle marker was detected in these neuron-like cells. These studies suggest that treatment with FGF-8b + EGF and co-culture with gliomas results in the basic characteristics of excitable neurons, TTX-sensitive voltage-dependent Na + currents, to the cells. .

ラット新生仔の脳室に移植されたhMASCは星状細胞および神経細胞のマーカーを発現する細胞に分化する 1.4xl04個のhMASCを定位的に生後1日目〜3日目のSpragueDawleyラットの側脳室に注射した。4および12週間後、動物を屠殺し、ヒト細胞の存在およびhMASCが神経外胚葉に分化した証拠について分析した。ヒト核またはヒト核膜に対する抗体を用いた染色によって同定されたヒト細胞は、SVZに、4週間後には分析した個体の側脳室から最大400μm離れて観察することができ、12週間後には、ヒト細胞は、たとえば海馬中におよび脳弓に沿って、脳実質のより深くにもみることもできた。一部のヒト細胞は典型的な星状細胞の形態を有し抗GFAP抗体で陽性染色された一方、別の細胞は抗Neu-N抗体、NF-200および抗ヒト核膜抗体で陽性染色された。三重染色は、ヒト核抗原陽性Neu-N陽性細胞はGFAPを同時発現しなかったことを示した。 HMASCs transplanted into the ventricle of neonatal rats differentiate into cells that express astrocytes and neuronal markers 1.4xl0 Four hMASCs were stereotactically placed on the side of Sprague Dawley rats from day 1 to day 3 after birth Injection into the ventricle. After 4 and 12 weeks, animals were sacrificed and analyzed for the presence of human cells and evidence that hMASC differentiated into neuroectodermal. Human cells identified by staining with antibodies against human nuclei or human nuclear membranes can be observed in SVZ up to 400 μm away from the lateral ventricle of the individual analyzed after 4 weeks, and after 12 weeks, Human cells could also be found deeper in the brain parenchyma, for example in the hippocampus and along the fornix. Some human cells have a typical astrocyte morphology and were positively stained with anti-GFAP antibody, while others were positively stained with anti-Neu-N antibody, NF-200 and anti-human nuclear membrane antibody. It was. Triple staining indicated that human nuclear antigen positive Neu-N positive cells did not co-express GFAP.

要約 この試験の中心的な発見は、単一の出生後BMに由来するMASCを中胚葉性細胞型だけでなく成熟神経細胞の特徴ならびに星状細胞と稀突起膠細胞の特徴を有する細胞に分化するよう誘導することができるということである。MASCの神経外胚葉性の性質を有する細胞への時間依存性ならびに培養方法依存性の成熟が示された。二重染色は、神経細胞またはグリア細胞は真正であり結果は不適切に発現された神経細胞のまたはグリアのマーカーが原因でないことを決定的に実証した。これらの結果はmRNAレベルで確認された。レトロウイルスマーキング試験を用いて、レトロウイルスベクターに隣接する宿主細胞ゲノム領域配列はすべての系統で同一であったため、神経細胞、星状細胞および稀突起膠細胞が、筋および内皮にも分化する単一のMASCに由来することが示された。hMASCは成熟神経細胞の表現型だけでなく電気生理学的特徴すなわちTTX感受性電位依存性Na+電流も獲得した。最後に、MASCはinvivoで神経細胞および星状細胞のマーカーを発現する細胞にも分化できることが示された。 Summary The central finding of this study was the differentiation of MASCs derived from a single postnatal BM into cells with characteristics of mature neurons as well as characteristics of astrocytes and oligodendrocytes as well as mesodermal cells It can be guided to do. MASC showed time-dependent and culture-method-dependent maturation of cells with neuroectodermal properties. Double staining definitively demonstrated that neurons or glial cells were authentic and the results were not due to inappropriately expressed neuronal or glial markers. These results were confirmed at the mRNA level. Using retroviral marking tests, the host cell genomic region sequence adjacent to the retroviral vector was identical in all strains, so that neurons, astrocytes and oligodendrocytes also differentiate into muscle and endothelium. It was shown to be derived from one MASC. hMASC acquired not only the phenotype of mature neurons but also electrophysiological features, ie TTX-sensitive voltage-dependent Na + current. Finally, MASC was shown to be able to differentiate into cells that express markers of neurons and astrocytes in vivo.

レトロウイルス挿入配列の3'-LTRに隣接するゲノム配列のPCRに基づく配列決定と組み合わせてhMASCのレトロウイルスマーキングを用いて、神経細胞は星状細胞および稀突起膠細胞、ならびに内皮および筋に分化するのと同一のhMASCに由来することが示された(Jordanet al,1990)このことはMASCが単一細胞レベルで、中胚葉性および神経外胚葉性の系統の細胞に分化できることを決定的に示す。中胚葉性細胞型だけでなく神経外胚葉性細胞型にも分化する能力を有する細胞である多能性成体幹細胞すなわちMASCは新たに命名された。Sanchez-Ramosetal.(Sanchez-Ramos et al, 2000)およびWoodbury et al. (Woodburyet al., 2000)は、ヒトまたはげっ歯類のMSC集団はinvitroで星状細胞および神経細胞のマーカーを発現することができるが稀突起膠細胞のマーカーを発現することはできないことを示した。しかし、どちらの試験も、神経外胚葉性マーカーを獲得した同じ細胞が中胚葉性細胞にも分化できるという証拠は提供しなかった。さらに、どちらの試
験も、神経細胞のマーカーを発現する細胞が機能する神経細胞の特徴も獲得したことは示さなかった。このように、神経分化について示唆に富むが、これらの報告はMSCからの神経およびグリア分化を決定的に示さなかった。
Neurons differentiate into astrocytes and oligodendrocytes, as well as endothelium and muscle, using retroviral marking of hMASC in combination with PCR-based sequencing of genomic sequences flanking the retroviral insert 3'-LTR (Jordanet al, 1990), which clearly shows that MASCs can differentiate into cells of the mesodermal and neuroectodermal lineages at the single cell level. Show. The pluripotent adult stem cell or MASC, which has the ability to differentiate not only into mesodermal cell types but also into neuroectodermal cell types, has been newly named. Sanchez-Ramosetal. (Sanchez-Ramos et al, 2000) and Woodbury et al. (Woodbury et al., 2000) found that human or rodent MSC populations express astrocyte and neuronal markers in vitro. However, it was shown that the oligodendrocyte marker could not be expressed. However, neither test provided evidence that the same cells that acquired the neuroectodermal marker could differentiate into mesodermal cells. Furthermore, neither test showed that the cells expressing the neuronal marker also acquired functional neuronal features. Thus, although suggestive about neuronal differentiation, these reports did not decisively show neuronal and glial differentiation from MSCs.

ラット新生仔の脳室に移植されたhMASCは神経脳室下領域中および海馬中へ移動でき、そこで局所的信号に応答して星状細胞および神経細胞のマーカーを発現する細胞に分化することも示された。脳の非神経性領域より胚性領域に行われるほうが、また移植が成体動物と比べて新生仔に行われるほうが、NSCの特定の神経細胞の表現型への移動と分化はずっと大きな程度で起こるため、このモデルが選択された(Bjorklund and Lindvall, 2000;SvendsenandCaldwell, 2000)。hMASCは多能性であり神経外胚葉の外側で細胞に分化するにもかかわらず、hMASCは奇形腫を形成しなかった。脳室下領域の外側に移動した細胞の数は4週間後では少なく、しかし12週間後では増加した。   HMASCs transplanted into the rat ventricle of the rat neonate can migrate into the subneural region and into the hippocampus where they can differentiate into cells that express astrocytes and neuronal markers in response to local signals. Indicated. Migration and differentiation of NSCs to specific neuronal phenotypes occurs to a much greater extent in embryonic areas than in non-neural areas of the brain and in transplants in neonates compared to adult animals This model was therefore chosen (Bjorklund and Lindvall, 2000; Svendsenand Caldwell, 2000). Although hMASC is pluripotent and differentiates into cells outside the neuroectoderm, hMASC did not form teratomas. The number of cells that migrated outside the subventricular area was small after 4 weeks but increased after 12 weeks.

MASCを出生後のBMから単離し、拡大して星状細胞、稀突起膠細胞または神経細胞の細胞型に分化するよう誘導するのが容易に可能であることによって、NSC移植における主要な問題の一つ、すなわち適当な提供者組織の入手可能性を回避しうる。   MASCs can be isolated from postnatal BM and easily expanded and induced to differentiate into astrocyte, oligodendrocyte or neuronal cell types. One can avoid the availability of a suitable provider organization.

肝細胞様細胞へのMASC分化 胚発生中に、肝臓の形態形成の最初の兆候は腹側内胚葉性上皮の肥厚であり、マウスでは胎生7.5〜8.5日目の間に起こる(ZaretK.S.,2001)。最初の内胚葉形成とそれに続く内胚葉決定に関わるシグナルについてはあまり知られていない。原腸胚形成の初期には(e6-e7)内胚葉は前後方向さえ決定されていない(MeltonD.,1997)。しかし、近年の研究は、ex vivoでの内胚葉のFGF4への曝露は、このとき肝マーカーを発現する能力のある初期内胚葉を後側化することを示した(WellsJ.M. et al.t 1999)。マウスで胎生8.5日目までに、最終的な内胚葉が腸管を形成しHNF3Pを発現する(Zaret K.S., 2000)。前腸内胚葉は、ともに隣接する心中胚葉に産生される酸性(a)FGFおよびbFGFによって肝細胞系統に誘導され(ZaretK.S.,2001)、これらは既定の膵の運命でなく肝の運命を誘導するために必要である(Zaret K.S., 2001)。transversum間葉に産生される基礎形態形成タンパク質(BMP)も、これらが内胚葉がFGFに応答する能力を高めるGATA4転写因子のレベルを上昇させるのでまた必要である(ZaretK.S., 2001)GATA4およびHNF3pが肝決定に必要であり、またこれらは中でもアルブミンといった肝細胞特異的発現のマーカーをアップレギュレートするので、肝細胞分化に繋がる下流の事象の重要なエフェクターである。 MASC differentiation into hepatocyte-like cells During embryonic development, the first sign of liver morphogenesis is thickening of the ventral endoderm epithelium, which occurs between embryonic day 7.5 and 8.5 in mice (ZaretK.S. , 2001). Little is known about the signals involved in initial endoderm formation and subsequent endoderm determination. In the early stages of gastrulation (e6-e7), the endoderm has not been determined even in the anteroposterior direction (Melton D., 1997). However, recent studies have shown that ex vivo exposure of the endoderm to FGF4 then lateralizes the early endoderm capable of expressing liver markers (Wells J. M. et al. t 1999). By embryonic day 8.5 in mice, the final endoderm forms the intestine and expresses HNF3P (Zaret K.S., 2000). The foregut endoderm is induced in the hepatic cell lineage by acidic (a) FGF and bFGF, both produced in the adjacent cardiac mesoderm (ZaretK.S., 2001), which is not the default fate of the pancreas but the fate of the liver Is necessary to induce (Zaret KS, 2001). The basic morphogenic proteins (BMPs) produced in transversum mesenchyme are also required because they increase the level of GATA4 transcription factors that enhance the ability of the endoderm to respond to FGF (ZaretK.S., 2001) And HNF3p are necessary for hepatic determination and, among other things, upregulate markers of hepatocyte-specific expression such as albumin, and thus are important effectors of downstream events leading to hepatocyte differentiation.

大部分の場合、成熟肝細胞は数度の細胞分裂を経ることができ肝細胞置換を担っている。結果として、肝臓幹細胞の存在および機能に関して大きな議論が存在している。化学的傷害による広範囲の肝臓壊死の間、または肝細胞をその増殖をブロックする化学物質で処理したとき、円形細胞と呼ばれる円形のより小さな細胞の集団が出現し増殖する(Petersen, B.E., 2001 )。これらの円形細胞は肝臓における「幹細胞」部分を構成する可能性がある。円形細胞は、へリング管と呼ばれる胆道の最小単位内に存在し、そこから肝実質へ移動する(TheiseN.D.,et al., 1999)。円形細胞は両能性であり、in vitroおよびin vivoで肝細胞と胆道上皮の両方を生じる。円形細胞はいくつかの造血マーカーたとえばThy1.1、CD34、Flt3-受容体、およびcKitを発現し、そしてまたαFP、CK19、γ-グルタミル-トランスフェラーゼ、そしてOV-6を発現する。円形細胞の起源は不明である(Petersen,B.E., 2001 ;KimT.H. el al, 1997;Petersen, B.E., 2001)。   In most cases, mature hepatocytes can undergo several cell divisions and are responsible for hepatocyte replacement. As a result, there is a great debate regarding the presence and function of liver stem cells. During extensive hepatic necrosis due to chemical injury, or when hepatocytes are treated with chemicals that block their growth, a population of smaller circular cells called round cells appear and grow (Petersen, BE, 2001) . These round cells may constitute the “stem cell” part of the liver. Circular cells reside within the smallest unit of the biliary tract called the herring canal and travel from there to the liver parenchyma (TheiseN.D., Et al., 1999). Round cells are amphoteric and produce both hepatocytes and biliary epithelium in vitro and in vivo. Round cells express several hematopoietic markers such as Thy1.1, CD34, Flt3-receptor, and cKit, and also express αFP, CK19, γ-glutamyl-transferase, and OV-6. The origin of round cells is unknown (Petersen, B.E., 2001; KimT.H. el al, 1997; Petersen, B.E., 2001).

最近まで、肝細胞は内胚葉性起源の細胞およびその前駆細胞からだけ得られると信じられていた。しかし、近年の研究は非内胚葉細胞もまた肝細胞をin vivoおよび in vitroで形成することを示唆する(Petersen, B.E., 2001;Pittenger M.F.et al., 1999)。骨髄(BM)移植後、円形細胞は提供者BMに由来する(TheiseN.D., et al., 1999)。I型チ
ロシン血症の動物モデルであるFAH-/-マウスへの濃縮した造血幹細胞(HSC)の移植は、多数の提供者LacZ+肝細胞の増殖という結果になり、動物は肝臓の生化学機能を回復した(LagasseE.et al., 2000)。さらに、単一HSCは造血機構に再定着するだけでなく肺、皮膚、肝臓および腸の上皮に寄与する可能性がある(Krause D.S. etal., 2001)。in vitroでオンコスタチンM(OSM)の存在下または非存在下でデキサメタゾン(Dex)処理した外分泌性膵腫瘍細胞は肝細胞表現型を獲得しうる(ShenC.N. et al., 2000)。最後に、マウス胚性幹(ES)細胞は自発的に肝細胞表現型を獲得し、この過程はaFGF、HGF、OSM、およびDexを用いた処理によって促進される(HamazakiT.et al., 2001)。
Until recently, hepatocytes were believed to be obtained only from cells of endodermal origin and their progenitor cells. However, recent studies suggest that nonendodermal cells also form hepatocytes in vivo and in vitro (Petersen, BE, 2001; Pittenger MFet al., 1999). After bone marrow (BM) transplantation, round cells are derived from donor BM (TheiseN.D., Et al., 1999). Transplantation of enriched hematopoietic stem cells (HSC) into FAH -/- mice, an animal model of type I tyrosinemia, results in the proliferation of a large number of donor LacZ + hepatocytes, and the animals have liver biochemical functions (Lagasse E. et al., 2000). Furthermore, single HSCs may not only reestablish hematopoietic mechanisms but also contribute to the lung, skin, liver and intestinal epithelium (Krause DS etal., 2001). Exocrine pancreatic tumor cells treated with dexamethasone (Dex) in the presence or absence of oncostatin M (OSM) in vitro can acquire a hepatocyte phenotype (ShenC.N. et al., 2000). Finally, mouse embryonic stem (ES) cells spontaneously acquire a hepatocyte phenotype, and this process is facilitated by treatment with aFGF, HGF, OSM, and Dex (Hamazaki T. et al., 2001 ).

単一HSCはinvitroで中胚葉性および神経外胚葉性細胞に分化するだけでなく、肝細胞の形態的、表現型および機能的特徴を有する細胞にも分化しうることが個々に実証された。   It has been individually demonstrated that a single HSC can differentiate not only into mesodermal and neuroectodermal cells in vitro, but also into cells with morphological, phenotypic and functional characteristics of hepatocytes.

mMASC、rMASC、およびhMASCはFGF4および/またはHGFと共に培養されたとき肝細胞様表現型を獲得する。 mMASC、rMASCおよびhMASCを記載した通りに選択し培養した。肝細胞様細胞へのMASCの分化のための最適条件を決定するため、さまざまな細胞外マトリクス(ECM)成分、およびinvivoまたはES細胞から肝細胞分化を誘導することが知られているサイトカイン(Zaret K.S., 2001)の、mMASCまたはrMASCの肝細胞への分化に対する効果を試験した。分化には細胞周期停止が必要であるため、細胞密度の効果もまた試験した。肝細胞様細胞への分化を実証するため、14日後に細胞をアルブミン、CK18、およびHNF3pに対する抗体を用いて染色した。 mMASC, rMASC, and hMASC acquire a hepatocyte-like phenotype when cultured with FGF4 and / or HGF. mMASC, rMASC and hMASC were selected and cultured as described. Various extracellular matrix (ECM) components and cytokines known to induce hepatocyte differentiation from in vivo or ES cells (Zaret) to determine the optimal conditions for differentiation of MASCs into hepatocyte-like cells KS, 2001) was tested for the effect of mMASC or rMASC on hepatocyte differentiation. Since differentiation requires cell cycle arrest, the effect of cell density was also tested. To demonstrate differentiation into hepatocyte-like cells, the cells were stained with antibodies against albumin, CK18, and HNF3p after 14 days.

mMASCまたはrMASCのアルブミン、CK18、およびHNF3p陽性類上皮細胞への最適分化は、表7Aに示すようにMASCが21.5x10細胞/cm2で10ng/mlのFGF4および20ng/mlのHGF存在下でMatrigelに播種したときに見られた。14日後、アルブミン、CK18、およびHNF3p陽性類上皮細胞の割合は61.4±4.7%であり、細胞の17.3%が二核であった。FNに播種したときも、細胞の53.1±6.3%だけが染色され二核細胞がより少なかった(10.9%)が、CK18およびHNF3p陽性類上皮細胞への分化がみられた。 Optimal differentiation of mMASC or rMASC into albumin, CK18, and HNF3p positive epithelioid cells is shown in Table 7A with MASC 21.5 × 10 3 cells / cm 2 in the presence of 10 ng / ml FGF4 and 20 ng / ml HGF. It was seen when sowed on Matrigel. After 14 days, the percentage of albumin, CK18, and HNF3p positive epithelioid cells was 61.4 ± 4.7%, and 17.3% of the cells were binuclear. When seeded on FN, only 53.1 ± 6.3% of the cells were stained and fewer binucleated cells (10.9%), but differentiated into CK18 and HNF3p positive epithelioid cells.

FGF4またはHGFのいずれかとの培養によってアルブミン、CK18、およびHNF3p陽性類上皮細胞が得られたが、しかし表7Aに示すようにmMASCまたはrMASCをFGF4とHGFの両方で処理したときのほうがアルブミン、CK18、およびHNF3p陽性細胞の割合はより高かった。aFGF、bFGF、FGF7、BMP、またはOSMの添加では肝細胞マーカーについて陽性である細胞の割合は上昇しなかった一方、1%DMSOおよび0.1mM〜10mM酪酸ナトリウムは肝細胞マーカーについて陽性である細胞へのmMASCまたはrMASCの分化を支持しなかった。   Incubation with either FGF4 or HGF resulted in albumin, CK18, and HNF3p positive epithelioid cells, but albumin, CK18 when treated with both FGF4 and HGF as shown in Table 7A The proportion of HNF3p positive cells was higher. Addition of aFGF, bFGF, FGF7, BMP, or OSM did not increase the percentage of cells that were positive for hepatocyte markers, whereas 1% DMSO and 0.1 mM to 10 mM sodium butyrate were positive for hepatocyte markers Did not support differentiation of mmASC or rMASC.

2.5〜25x10細胞/cm2の細胞密度を試験したとき、肝細胞マーカーを有する細胞の割合の最高値は、21.5x10細胞/cm2で播種した細胞について見られた。細胞を<12.5x10細胞/cm2で播種したときは肝細胞分化は見られなかった。 When testing cell densities from 2.5 to 25 × 10 3 cells / cm 2 , the highest percentage of cells with hepatocyte markers was found for cells seeded at 21.5 × 10 3 cells / cm 2 . No hepatocyte differentiation was seen when cells were seeded at <12.5 × 10 3 cells / cm 2 .

hMASCを3-30x10細胞/cm2で、aFGF、bFGF、FGF7、1%DMSO、HGF、および/またはFGF4を含む、10ng/mLFNまたは1%Matrigelに播種した。10ng/mlのFGF4単独、20ng/mlのHGF単独、または両者の組で処理した細胞だけがアルブミン、CK18、およびHNF3pを発現する類上皮細胞に分化した。15-30x10細胞/cm2で播種したhMASCは類上皮細胞に分化した一方、3x10細胞/cm2で播種したhMASCは死亡した。mMASCまたはrMASCのように、アルブミン、CK18、およびHNF3p陽性類上皮細胞の割合はhMASCをMatrigel(91.3%±4.4)で培養したときのほうがFN(89.5%±5.4)で培養したときよりも高く、そして表7Bに示す通り、二核細胞の割合はMatrigel(31.3%)でのほうがFN(28.7%)でよりも高かった。
hMASC was seeded at 3-30 × 10 3 cells / cm 2 in 10 ng / mLFN or 1% Matrigel containing aFGF, bFGF, FGF7, 1% DMSO, HGF, and / or FGF4. Only cells treated with 10 ng / ml FGF4 alone, 20 ng / ml HGF alone, or a combination of both differentiated into epithelioid cells expressing albumin, CK18, and HNF3p. The hMASC seeded with 15-30X10 3 cells / cm 2 while differentiated into epithelioid cells, hMASC seeded at 3x10 3 cells / cm 2 died. Like mMASC or rMASC, the percentage of albumin, CK18, and HNF3p positive epithelioid cells is higher when hMASC is cultured in Matrigel (91.3% ± 4.4) than in FN (89.5% ± 5.4) And as shown in Table 7B, the proportion of binuclear cells was higher in Matrigel (31.3%) than in FN (28.7%).

肝細胞様細胞へのMASC分化の表現型の特徴づけ 肝細胞分化を免疫蛍光および共焦点顕微鏡法によって肝細胞分化の初期(HNF3P、GATA4、CK19、αFP)および後期(CK18、アルブミン、HNF1α)マーカーについて経時的に、さらに評価した。FGF4およびHGFを含むMatrigelに播種したmMASCまたはrMASCは、表8Aに示す通り、直径8μmから15μmに大きくなった。21〜28日目に、細胞の約60%は類上皮細胞で、より小さな丸型または紡錘型細胞に囲まれていた。未分化のmMASCまたはrMASCは肝臓特異的転写因子または細胞質マーカーのどれも発現しなかった。4日後、細胞はHNF3J3、GATA4およびαFP、低レベルのCK19を発現し、ごく少数の細胞がHNF1α、アルブミンまたはCK18について染色陽性であった。7日目に、その大きな類上皮細胞はHNF30、GATA4、HNF1αについて染色陽性であり、アルブミンおよびCK18について染色が強まった。少数の細胞だけがαFPを発現した。14、21および28日後、その大きな類上皮細胞はGATA4、HNF30、HNF1α、CK18およびアルブミンについて染色陽性であったが、しかしαFPまたはCK19についてはそうでなかった。類上皮細胞の小塊を取り囲むより小さな細胞はCK19およびαFPについて染色陽性であった。 Characterization of the phenotype of MASC differentiation into hepatocyte-like cells. Hepatocyte differentiation is marked by early (HNF3P, GATA4, CK19, αFP) and late (CK18, albumin, HNF1α) markers by immunofluorescence and confocal microscopy. Were further evaluated over time. The mmASC or rMASC seeded on Matrigel containing FGF4 and HGF increased in diameter from 8 μm to 15 μm as shown in Table 8A. On days 21-28, approximately 60% of the cells were epithelioid, surrounded by smaller round or spindle cells. Undifferentiated mmASC or rMASC did not express any liver-specific transcription factor or cytoplasmic marker. After 4 days, the cells expressed HNF3J3, GATA4 and αFP, low levels of CK19, and very few cells were staining positive for HNF1α, albumin or CK18. On day 7, the large epithelioid cells were positive for staining for HNF30, GATA4, HNF1α and increased staining for albumin and CK18. Only a few cells expressed αFP. After 14, 21, and 28 days, the large epithelioid cells were positive for staining for GATA4, HNF30, HNF1α, CK18 and albumin, but not for αFP or CK19. Smaller cells surrounding the epithelioid nodules were positive for staining for CK19 and αFP.

FGF4およびHGF、またはFGF4単独を含むMatrigelに播種したhMASCは、21日目までに直径10〜12μmから20〜30μmに大きくなった。7日後、細胞はHNF3p、GATA4および低レベルのCK19を発現した一方、アルブミンまたはCK18について染色陽性の細胞は少数しかなかった。14および21日後、類上皮細胞の>90%がGATA4、HNF3p、HNF1α、HNF4、CK18およびアルブミンについて染色陽性であった一方、図10Bに示す通り、少数の細胞だけがαFPまたはCK19について染色陽性であった。
HMASCs seeded on Matrigel containing FGF4 and HGF, or FGF4 alone, increased from 10-12 μm in diameter to 20-30 μm by day 21. After 7 days, cells expressed HNF3p, GATA4 and low levels of CK19, while only a few cells were positive for albumin or CK18. After 14 and 21 days,> 90% of epithelioid cells stained positive for GATA4, HNF3p, HNF1α, HNF4, CK18 and albumin, whereas only a small number of cells stained positive for αFP or CK19, as shown in FIG. 10B. there were.

肝細胞様細胞は神経外胚葉および内胚葉に分化したのと同じ単一hMASCに由来する 単一のmMASCまたはrMASCが内皮、神経外胚葉と、CK18およびアルブミン陽性内胚葉細胞に分化することが示されている。単一のhMASCが中胚葉および神経外胚葉に分化することも示されている。同じ単一のhMASCを、肝細胞様細胞に分化することができるかどうか試験した。MASCは記載の通りに得て培養して拡大した。分化のためには、mMASCまたはrMASCを25x10細胞/cm2で0.01〜10μg/mlのフィブロネクチン(FN)、0.01〜8μg/mlのコラーゲン(SigmaChemicalCo, St. Louis, MO)または1%Matrigel(Becton-Dickinson)に、無血清培地[60%低グルコースDMEM(DMEM-LG;Gibco-BRL,Grand Island, NY)、40%MCDB-201(Sigma)に、1Xインシュリン/トランスフェリン/セレン、4.7μg/mlリノール酸、1mg/mlウシ血清アルブミン(BSA)、10-8Mデキサメタゾン,lO-4Mアスコルビン酸-2-リン酸(すべてSigma)、100U/mlペニシリン、100U/mlストレプトマイシン(Gibco)を添加]に2%PCS(Hyclone,Logan Utah)および各10 ng/mLの上皮成長因子(EGF)(Sigma)、白血病抑制因子(LIF;Chemicon,Temecula, CA)と血小板由来成長因子(PDGF-BB; R&D Systems,Minneapolis, MN)を加えた中に播種した。hMASCを15-30x10細胞/cm2で0.1μg/mlFNまたは1%Matrigelに、LIFを含まない同じ培地中に播種した(Reyes M., 2002)。8〜12時間後、培地を除去し、細胞をリン酸緩衝液(PBS)(Fischer)で2回洗浄し、そして5-50ng/mlHGF、aFGF、bFGF、FGF4、FGF7、またはOSM;または10mg/mlジメチルスルホキシド(DMSO)、または0.1〜1mM酪酸ナトリウムを添加した無血清培地中で培養した。 Hepatocyte-like cells are derived from the same single hMASC that differentiated into neuroectodermal and endoderm. A single mMASC or rMASC is shown to differentiate into endothelium, neuroectodermal, and CK18 and albumin positive endoderm cells. Has been. It has also been shown that a single hMASC differentiates into mesoderm and neuroectoderm. The same single hMASC was tested to be able to differentiate into hepatocyte-like cells. MASCs were obtained as described and cultured and expanded. For differentiation, 0.015 μg / ml fibronectin (FN), 0.01-8 μg / ml collagen (SigmaChemicalCo, St. Louis, MO) or 1% Matrigel (Becton) at 25 × 10 3 cells / cm 2 at 25 × 10 3 cells / cm 2. -Dickinson), serum-free medium [60% low glucose DMEM (DMEM-LG; Gibco-BRL, Grand Island, NY), 40% MCDB-201 (Sigma), 1X insulin / transferrin / selenium, 4.7 μg / ml linoleic acid, 1 mg / ml bovine serum albumin (BSA), 10 -8 M dexamethasone, lO -4 M ascorbic acid-2-phosphoric acid (all Sigma), 100 U / ml penicillin, addition of 100 U / ml streptomycin (Gibco)] 2% PCS (Hyclone, Logan Utah) and 10 ng / mL each of epidermal growth factor (EGF) (Sigma), leukemia inhibitory factor (LIF; Chemicon, Temecula, CA) and platelet-derived growth factor (PDGF-BB; R & D Systems, Minneapolis, MN). hMASCs were seeded at 15-30 × 10 3 cells / cm 2 at 0.1 μg / ml FN or 1% Matrigel in the same medium without LIF (Reyes M., 2002). After 8-12 hours, media is removed, cells are washed twice with phosphate buffer (PBS) (Fischer), and 5-50 ng / ml HGF, aFGF, bFGF, FGF4, FGF7, or OSM; or 10 mg / The cells were cultured in a serum-free medium supplemented with ml dimethyl sulfoxide (DMSO) or 0.1-1 mM sodium butyrate.

hMASCへのeGFPの形質導入はレトロウイルス含有eGFP-CDNAを用いて行い、>5X106細胞に拡大した。20%は筋、内皮、神経外胚葉および内胚葉に分化するよう誘導された。クローンA16については単一のレトロウイルス挿入部位が未分化のMASCならびに中胚葉性と神経外胚葉性の分化した細胞に存在し、またEGFP+クローンA16MASCはCK18およびアルブミン陽性細胞に分化した。同じ挿入部位が、同じ細胞集団から作成したFGF4処理MASCに存在し(5'-TAGCGGCCGCTTGAATTCGAACGCGAGACTACTGTGACTCACACT-3'、染色体7)、単一のhMASCが、中胚葉および神経外胚葉以外に、内胚葉に分化することを証明した。 Transduction of eGFP into hMASC was performed using retrovirus-containing eGFP-CDNA and expanded to> 5 × 10 6 cells. 20% were induced to differentiate into muscle, endothelium, neuroectoderm and endoderm. For clone A16, a single retroviral insertion site was present in undifferentiated MASCs and mesodermal and neuroectodermal differentiated cells, and EGFP + clone A16MASC differentiated into CK18 and albumin positive cells. The same insertion site is present in FGF4-treated MASCs made from the same cell population (5'-TAGCGGCCGCTTGAATTCGAACGCGAGACTACTGTGACTCACACT-3 ', chromosome 7), and a single hMASC differentiates into endoderm other than mesoderm and neuroectodermal Prove that.

定量的RT-PCRはFGF4およびHGFが肝細胞決定および分化を誘導することを示す。 定量的RT-PCRによって肝細胞分化は肝細胞分化の初期(HNFSp,GATA4,CK1 9, αFP)および(CK18、アルブミン、HNF1α、シトクロムP450)マーカーについて確認された。RNAを3xl05個のMASCまたは肝細胞に分化するよう誘導されたMASCから抽出した。mRNAを逆転写し、CDNAを下記の通り増幅した:ABIPRISM7700 (Perkin Elmer/Applied Biosystems)を使用して、2μLのDNA溶液、1XTaqMan SYBR GreenUniversal Mix PCR反応緩衝液を
用いた最初の変性(95℃で10分間)後、二段階PCR(95℃で15秒間、60℃で60秒間)を40サイクル。増幅に用いたプライマーは表9に列記する。
Quantitative RT-PCR shows that FGF4 and HGF induce hepatocyte determination and differentiation. Quantitative RT-PCR confirmed hepatocyte differentiation for early (HNFSp, GATA4, CK19, αFP) and (CK18, albumin, HNF1α, cytochrome P450) markers of hepatocyte differentiation. RNA was extracted from 3xl05 MASCs or MASCs induced to differentiate into hepatocytes. mRNA was reverse transcribed and cDNA was amplified as follows: ABIPRISM7700 (Perkin Elmer / Applied Biosystems) was used to perform initial denaturation (10 ° C. at 95 ° C. with 2 μL of DNA solution, 1XTaqMan SYBR Green Universal Mix PCR reaction buffer). Min) followed by 40 cycles of two-step PCR (95 ° C for 15 seconds, 60 ° C for 60 seconds). The primers used for amplification are listed in Table 9.

mRNAレベルはβ-アクチン(マウスおよびヒト)または18S(ラット)をハウスキーピング遺伝子として用いて標準化し、そして新規に単離されたラットまたはマウス肝細胞、7
日間培養したラット肝細胞中のmRNAレベル、またはClontech, Palo Alto, Californiaより購入したヒト成体肝臓RNA由来のmRNAと比較した。
mRNA levels are normalized using β-actin (mouse and human) or 18S (rat) as housekeeping genes and newly isolated rat or mouse hepatocytes, 7
MRNA levels in rat hepatocytes cultured for one day or mRNA derived from human adult liver RNA purchased from Clontech, Palo Alto, California.

0日目には、mMASCおよびrMASCは低レベルのアルブミン、αFP、CK18、CK19、TTR、HNF3P、HNF1αおよびGATA4mRNAを発現したが、CYP2B9とCYP2B13(マウス)またはCYP2B1(ラット)mRNAは発現しなかった(図10)。mMASCまたはrMASCの、FGF4とHGFを用いた処理後、HNF3J5およびGATA4mRNAの発現は2日目に増加し、4日目までに最大となり、わずかに減少して14日目までに一定となった。αFP、およびCK19のmRNAは2日目以降増加し、4日目までに最大となり、以降は減少した。TTRmRNAは4日目以降増加し、7日目までに最大となり一定となった。CK18、アルブミン、HNF1αおよびP450酵素mRNAは7日目以降増加し、14日目に最大となった。14日目と21日目の間に、FGF4およびHGFに誘導されたMASCはアルブミン、TTR、CK18、CYP2B9およびCYP2B13(マウス)とCYP2B1(ラット)mRNAを発現した。   On day 0, mmASC and rMASC expressed low levels of albumin, αFP, CK18, CK19, TTR, HNF3P, HNF1α and GATA4 mRNA, but not CYP2B9 and CYP2B13 (mouse) or CYP2B1 (rat) mRNA (Figure 10). After treatment with mMASC or rMASC with FGF4 and HGF, HNF3J5 and GATA4 mRNA expression increased on day 2, peaked by day 4, slightly decreased and became constant by day 14. αFP and CK19 mRNA increased from the second day, reached a maximum by the fourth day, and decreased thereafter. TTR mRNA increased after the 4th day, and reached the maximum level by the 7th day. CK18, albumin, HNF1α and P450 enzyme mRNA increased from day 7 and peaked on day 14. Between days 14 and 21, MASCs induced by FGF4 and HGF expressed albumin, TTR, CK18, CYP2B9 and CYP2B13 (mouse) and CYP2B1 (rat) mRNA.

未分化のhMASCは低レベルのアルブミン、CK18、およびCK19、CYP1B1を発現したが、しかしαFP(図10)とCYP2B6mRNAは発現しなかった。アルブミン、CK18、CK19、CYP1B1mRNAのレベルは、0日目(MASC)培養と比較して、FGF4単独とまたはFGF4およびHGFと14日間培養したhMASCでは顕著に増加した。アルブミン、CK18およびCYP1B1mRNAのレベルは増加を続け、28日目にはより高かった。CYP1B1は特異的肝細胞マーカーではないが、そのアップレギュレーションは肝細胞決定および成熟を示唆する。新鮮肝臓mRNAの0.5%〜1.0%である低いレベルのCYP2B6を14日目と21日目に見ることができたが0日目には見られなかった。未成熟肝細胞マーカー(CK19とαFP)のmRNAレベルは分化が進行するにつれ減少し、FGF4単独で誘導した培養でより高かった一方、成熟肝細胞(CK18とアルブミン)のmRNAレベルはFGF4とHGF誘導性hMASCでより高かった。   Undifferentiated hMASC expressed low levels of albumin, CK18, and CK19, CYP1B1, but not αFP (FIG. 10) and CYP2B6 mRNA. Albumin, CK18, CK19, and CYP1B1 mRNA levels were significantly increased in FGF4 alone or hMASC cultured with FGF4 and HGF for 14 days compared to day 0 (MASC) culture. Albumin, CK18 and CYP1B1 mRNA levels continued to increase and were higher on day 28. Although CYP1B1 is not a specific hepatocyte marker, its up-regulation suggests hepatocyte determination and maturation. Low levels of CYP2B6, 0.5% to 1.0% of fresh liver mRNA, could be seen on days 14 and 21, but not on day 0. MRNA levels of immature hepatocyte markers (CK19 and αFP) decreased as differentiation progressed and were higher in cultures induced with FGF4 alone, whereas mRNA levels of mature hepatocytes (CK18 and albumin) were induced by FGF4 and HGF. It was higher in sex hMASC.

ウェスタンブロットはFGF4+HGFが肝細胞決定と分化を誘導することを実証する 発現 of 肝細胞特異的遺伝子の発現は、ウェスタンブロットによっても確認され、Reyeset al.(2000)に記載された通り実施した。αFP、ヒトアルブミン、CK18に対する抗体をブロッキング緩衝液で1:1000に希釈した。ヤギ抗β-actin(1:1000)はSantaCruzより入手した。二次抗体はHRP結合ヤギ抗マウスおよびHRP結合ロバ抗ヤギであった(Amersham, ArlingtonHeights)。ECLは取扱説明書に従って実施した(Amersham)。未分化のhMASCはCK18、アルブミン、またはαFPタンパク質を発現しなかった(図1OB)。FGF4単独でまたはFGF4およびHGFで35日間処理後、hMASCはアルブミンとCK18を発現したが、αFPを発現せず、組織化学的分析と一致した。 Western blot demonstrates that FGF4 + HGF induces hepatocyte determination and differentiation Expression of hepatocyte-specific gene expression was also confirmed by Western blot and performed as described in Reyes et al. (2000). Antibodies against αFP, human albumin and CK18 were diluted 1: 1000 with blocking buffer. Goat anti-β-actin (1: 1000) was obtained from SantaCruz. Secondary antibodies were HRP-conjugated goat anti-mouse and HRP-conjugated donkey anti-goat (Amersham, Arlington Heights). ECL was performed according to the instruction manual (Amersham). Undifferentiated hMASC did not express CK18, albumin, or αFP protein (FIG. 1OB). After treatment with FGF4 alone or with FGF4 and HGF for 35 days, hMASC expressed albumin and CK18 but not αFP, consistent with histochemical analysis.

mMASC、rMASCおよびhMASCは肝細胞の機能する活性を獲得する 5種類の異なる分析を用いて、肝細胞の形態的および表現型の特徴を有する細胞が肝細胞の機能的特性も有するかどうかを判定した。 mMASC, rMASC, and hMASC acquire functional activity of hepatocytes Using five different assays, determine whether cells with morphological and phenotypic characteristics of hepatocytes also have functional characteristics of hepatocytes did.

肝細胞様細胞による尿素産生と分泌を分化の全期間を通じてさまざまな時点で測定した。尿素濃度は比色分析(Sigma型番640-1)によって取扱説明書の通りに測定した。単層で生育したラット肝細胞と、胎児マウス肝臓原基を陽性対照として、そして培地を陰性対照として用いた。この分析法は最低10mg/mlの尿素濃度を検出できる。この分析法はアンモニアも測定するため、試料はウレアーゼの添加前と後に評価した。   Urea production and secretion by hepatocyte-like cells was measured at various times throughout the differentiation. The urea concentration was measured by colorimetric analysis (Sigma model 640-1) as per the instruction manual. Rat hepatocytes grown in monolayers and fetal mouse liver primordium were used as positive controls and media as negative controls. This assay can detect a minimum urea concentration of 10 mg / ml. Since this assay also measures ammonia, the samples were evaluated before and after the addition of urease.

尿素またはアンモニアは培地単独の中には検出されなかった。未分化のMASCは尿素を産生しなかった。FGF4とHGFを用いた処理後、MASCによる尿素産生は時間依存的に増加した。尿素産生の時間的経過はマウスとラット培養で同様であった。FGF4とHGFを用いて処理したhMASCについては、尿素は4日目には検出されず、マウスおよびラット培養と12日目まで同様で、マウスおよびラット培養中の尿素を21日目に上回った。MASC由来肝細胞に産生された尿素のレベルは、ラット初代肝細胞の単層培養でのレベルと同様であった。三つの種すべてについて、Matrigel上で分化した細胞はFNと比較して顕著に多い尿素を産生した。   Urea or ammonia was not detected in the medium alone. Undifferentiated MASC did not produce urea. After treatment with FGF4 and HGF, urea production by MASC increased in a time-dependent manner. The time course of urea production was similar in mouse and rat cultures. For hMASCs treated with FGF4 and HGF, urea was not detected on day 4 and was similar to mouse and rat culture up to day 12, exceeding urea in mouse and rat culture on day 21. The level of urea produced in MASC-derived hepatocytes was similar to that in monolayer cultures of rat primary hepatocytes. For all three species, cells differentiated on Matrigel produced significantly more urea compared to FN.

アルブミン産生を分化の全期間を通じてさまざまな時点で測定した。ラットアルブミン濃度は以前に記載した競合的酵素結合免疫検定法(ELISA)によって測定した(Tzanakakis E.S., et al.,2001 ;Wells J.M et al.y 2000)。ヒトおよびマウスアルブミン濃度は、適切な場合にヒトまたはマウスアルブミンおよび抗ヒトまたは抗マウスアルブミン抗体をラット成分と替えて、同様のELISA法を用いて測定した。ペルオキシダーゼ結合抗ヒトアルブミンと対照ヒトアルブミンはCappelから入手した。ペルオキシダーゼ結合アフィニティ精製抗マウスアルブミンと対照マウスアルブミンはBethylLaboratories (Montgomery, Texas)から入手した。ELISAの特異性を確実にするため、ヒト、マウス、およびラット抗体は、2時間、37℃にて3%BSAの蒸留水(dH2O)溶液中でインキュベートした。ELISAは少なくとも1ng/mlの感度を有した。 Albumin production was measured at various time points throughout the differentiation. Rat albumin concentration was determined by a competitive enzyme-linked immunoassay (ELISA) described previously (Tzanakakis ES, et al., 2001; Wells JM et al. Y 2000). Human and mouse albumin concentrations were measured using a similar ELISA method, replacing human or mouse albumin and anti-human or anti-mouse albumin antibodies with rat components where appropriate. Peroxidase-conjugated anti-human albumin and control human albumin were obtained from Cappel. Peroxidase-conjugated affinity purified anti-mouse albumin and control mouse albumin were obtained from BethylLaboratories (Montgomery, Texas). To ensure the specificity of the ELISA, human, mouse and rat antibodies were incubated for 2 hours at 37 ° C. in 3% BSA in distilled water (dH 2 O). The ELISA had a sensitivity of at least 1 ng / ml.

未分化のMASCはアルブミンを分泌しなかった。FGF4とHGFを用いた処理後、mMASC、rMASCおよびhMASCはアルブミンを時間依存性に産生した。尿素産生について見られたように、Matrigel上で分化した細胞はFN上で培養したときと比較してより多量のアルブミンを産生した。アルブミンはヒト培養で3日目に検出されなかったにもかかわらず、マウス、ラット、およびヒト細胞は同様のレベルのアルブミンを分泌した。マウス、ラットおよびヒトMASC由来肝細胞に産生されたアルブミンのレベルは、ラット初代肝細胞の単層培養でみられるレベルと同様であった。   Undifferentiated MASCs did not secrete albumin. After treatment with FGF4 and HGF, mmASC, rMASC and hMASC produced albumin in a time-dependent manner. As seen for urea production, cells differentiated on Matrigel produced a greater amount of albumin than when cultured on FN. Although albumin was not detected on day 3 in human culture, mouse, rat, and human cells secreted similar levels of albumin. The level of albumin produced in mouse, rat and human MASC-derived hepatocytes was similar to that seen in monolayer cultures of rat primary hepatocytes.

次にシトクロムP450活性を、MASC由来肝細胞の凝集塊とラット初代肝臓肝細胞の球状コロニーでPROD分析を用いて評価した。mMASC-肝細胞凝集塊は、14日目のFGF4およびHGF処理mMASCを5x10細胞/cm2で非-組織培養プレートに播種し、これを振とう器に毎分10回転で5時間かけて作成した。細胞凝集塊はPrimariaシャーレに移し、1mMフェノバルビタールの存在下または非存在下で4日間緊密化させた。hMASC-肝細胞凝集塊はハンギングドロップ法で作成した。要約すると、FGF4およびHGFで24日間処理したhMASCを103個、1mMフェノバルビタールの存在下または非存在下で100μLの液滴に入れた。4日後、凝集塊を回収し、シトクロムP450活性をPROD分析によって評価した。ペントキシレゾルフィン(PROD)(MolecularProbes,Eugene, Oregon)はシトクロムP450によってO-脱アルキル化され、非蛍光化合物から蛍光化合物レゾルフィンに変化する(TzanakakisE.S. et al., 2001 )。PROD代謝によって生じた蛍光強度から結果としてシトクロムP450(CYP)活性を推定する。insituでのレゾルフィンの測定および検出は、記載の通り共焦点顕微鏡法を用いて実施した(TzanakakisE.S.et al., 2001 )。 Next, cytochrome P450 activity was assessed using PROD analysis on aggregates of MASC-derived hepatocytes and spherical colonies of rat primary hepatocytes. mMASC-hepatocyte aggregates were prepared by seeding FGF4 and HGF-treated mMASC from day 14 on a non-tissue culture plate at 5 × 10 4 cells / cm 2 and using a shaker at 10 rpm for 5 hours. did. Cell aggregates were transferred to a Primaria petri dish and densified for 4 days in the presence or absence of 1 mM phenobarbital. hMASC-hepatocyte aggregates were prepared by the hanging drop method. In summary, 10 3 hMASCs treated with FGF4 and HGF for 24 days were placed in 100 μL droplets in the presence or absence of 1 mM phenobarbital. After 4 days, aggregates were collected and cytochrome P450 activity was assessed by PROD analysis. Pentoxyresorufin (PROD) (MolecularProbes, Eugene, Oregon) is O-dealkylated by cytochrome P450 and changes from a non-fluorescent compound to a fluorescent compound resorufin (Tzanakakis E.S. et al., 2001). As a result, cytochrome P450 (CYP) activity is estimated from the fluorescence intensity generated by PROD metabolism. Measurement and detection of resorufin in situ was performed using confocal microscopy as described (Tzanakakis E.S. et al., 2001).

未分化のmMASCまたはhMASCの凝集塊にPROD活性はみられなかった。しかし、凝集塊を形成するよう誘導されたmMASC(FGF4およびHGFと18日間)およびhMASC(28日間、FGF4単独)は顕著なPROD活性を有した。MASC由来肝細胞凝集塊のPROD活性はラット初代肝細胞凝集塊の活性と同様であった。いくつかの異なる細胞がP450活性を有するが、P450活性のフェノバルビタールによるアップレギュレーションは肝細胞にだけ見られる。したがって、P450もまたフェノバルビタールの存在下または非存在下で試験した。フェノバルビタール無しでは、いくつかのP450酵素が部分的にPROD代謝に加わり、上昇した蛍光値をこれらの検体に与える。対照的に、フェノバルビタールに誘導された凝集塊では、PROD活性は、マウスシトクロムCyp2b9、Cyp2blO、およびCyp2bl3、ラットシトクロムCyp2bl/2(TzanakakisE.S.etal, 2001)、そしてヒトではCYP2B6によってほぼ完全に代謝された。したがって増加した蛍光活性は、規定のシトクロムP450酵素のタンパク質発現における実際の増加より小さい。凝集塊を96時間フェノバルビタールと共に培養したとき、PROD活性に32%〜39%の増加がみられ、機能する肝細胞特異的Cyp2b9、Cyp2blO、およびCyp2bl3がmMASCに、およびCYP2B6がhMASC由来肝細胞に存在することを示唆した。   PROD activity was not found in undifferentiated mMASC or hMASC aggregates. However, mMASCs (18 days with FGF4 and HGF) and hMASCs (28 days, FGF4 alone) induced to form aggregates had significant PROD activity. The PROD activity of MASC-derived hepatocyte aggregates was similar to that of rat primary hepatocyte aggregates. Several different cells have P450 activity, but upregulation of P450 activity by phenobarbital is only seen in hepatocytes. Therefore, P450 was also tested in the presence or absence of phenobarbital. Without phenobarbital, some P450 enzymes partly participate in PROD metabolism, giving these samples elevated fluorescence values. In contrast, in phenobarbital-induced aggregates, PROD activity was almost completely inhibited by mouse cytochrome Cyp2b9, Cyp2blO, and Cyp2bl3, rat cytochrome Cyp2bl / 2 (TzanakakisE.S. Etal, 2001), and CYP2B6 in humans. Metabolized. Thus, the increased fluorescent activity is less than the actual increase in protein expression of a defined cytochrome P450 enzyme. When aggregates were incubated with phenobarbital for 96 hours, there was a 32% to 39% increase in PROD activity, with functional hepatocyte-specific Cyp2b9, Cyp2blO, and Cyp2bl3 in mMASC and CYP2B6 in hMASC-derived hepatocytes. Suggested to exist.

MASC由来肝細胞を、FGF4処理hMASCをLDL-dil-acilとインキュベートすることによって、LDLを取り込む能力について評価した。細胞を抗CKl8または抗Pan-CKとHNF-3pまたはGATA4抗体を用いて同時標識した。7日間後、a-LDLの低レベルの取り込みが検出され、増加して21日目に最大となった。   MASC-derived hepatocytes were evaluated for their ability to take up LDL by incubating FGF4-treated hMASC with LDL-dil-acil. Cells were co-labeled with anti-CKl8 or anti-Pan-CK and HNF-3p or GATA4 antibody. After 7 days, low levels of a-LDL uptake were detected and increased to a maximum on day 21.

肝細胞のもう一つの代謝機能はグリコーゲン産生または糖新生である。グリコーゲン貯蔵のレベルは、FGF4およびHGF誘導マウスMASCとFGF誘導hMASCを3日目、7日目、14日目、21日目に、過ヨウ素酸シッフ(PAS)染色によって分析した。PASのためには、スライドを1%過ヨウ素酸で5分間酸化しdH2Oで3回洗浄した。その後、スライドをシッフ試薬で15分間処理し、dH2O中で5-10分間洗浄し、Mayer'shematoxylinを用いて1分間染色してdH2O中で洗浄した。グリコーゲン貯蔵は最初に4日目までに見られ、最大レベルは21日目以降に見られた(図ll)。 Another metabolic function of hepatocytes is glycogen production or gluconeogenesis. The level of glycogen storage was analyzed by periodate Schiff (PAS) staining on days 3, 7, 14, and 21 for FGF4- and HGF-induced mouse MASC and FGF-induced hMASC. For PAS, slides were oxidized with 1% periodic acid for 5 minutes and washed 3 times with dH2O. Thereafter, the slides were treated for 15 minutes with Schiff's reagent, in dH2O 5 - washed 10 minutes and then washed in dH2O and stained for 1 minute with Mayer'shematoxylin. Glycogen storage was first seen by day 4 and the maximum level was seen after day 21 (Figure ll).

肝細胞単離と培養 肝細胞は4-6週齢雄Sprague-Dawleyラットから記載の通り採取した(SeglenP.O., 1976)。採取後の肝細胞の生存数は90〜95%の幅であった。肝細胞は記載の通り培養した(TzanakakisE.S. etal., 2001 ;Tzanakakis E.S. et al, 2001)。単層を形成するためには、肝細胞を;8μg/cm2コラーゲン(CohesionTechnologies, Palo Alto, CA)で被覆した35 mMFischer平板培地(Fischer Scientific,Pittsburgh, PA)上で培養した。spheroidsを形成するためには、肝細胞を35-mmPrimaria(商標)シャーレで培養した。(BectonDickinson)。両方の条件下で、播種密度は5x10細胞/cm2であった。最初の平板培養の12時間後、培地を交換して死細胞および付着していない細胞を除去した。培地はその後48時間毎に交換した。 Hepatocytes Isolation and culture hepatocytes 4 - 6 week old male was as taken according the Sprague-Dawley rats (. SeglenP.O, 1976). The survival number of hepatocytes after collection ranged from 90 to 95%. Hepatocytes were cultured as described (Tzanakakis ES et al., 2001; Tzanakakis ES et al, 2001). To form monolayers, hepatocytes were cultured on 35 mM Fischer plate medium (Fischer Scientific, Pittsburgh, PA) coated with 8 μg / cm 2 collagen (Cohesion Technologies, Palo Alto, Calif.). To form spheroids, hepatocytes were cultured in a 35-mmPrimaria ™ petri dish. (BectonDickinson). Under both conditions, the seeding density was 5 × 10 4 cells / cm 2 . After 12 hours of initial plating, the medium was changed to remove dead and non-adherent cells. The medium was changed every 48 hours thereafter.

要約 出生後のマウス、ラットおよびヒトBM由来の単一のMASCはin vitroで肝細胞の表現型および機能を有する内胚葉性細胞型へ分化できることが示されている。細胞分化条件下で培養されたMASCは、原始および成熟肝細胞マーカーを時間依存性に発現し、マーカーは二重および三重標識細胞の免疫蛍光顕微鏡法によって示された。非肝細胞マーカーは肝細胞抗原と同時発現されなかったため、タンパク質発現プロファイルは肝細胞特異的であって擬似的ではなかった。免疫組織化学からの結果はウェスタンブロットによって確認された。さらに、RT-PCRは、内胚葉決定に重要であることが判っている転写因子HNF3βおよびGATA4、および続いての肝細胞分化に必要なたとえばHNF3βといった転写因子、そしてたとえばCK19、CK18、αFPおよびアルブミンといった細胞質タンパク質、のアップレギュレーションを確認した。 Summary It has been shown that single MASCs derived from postnatal mouse, rat and human BM can differentiate into endoderm cell types with hepatocyte phenotype and function in vitro. MASCs cultured under cell differentiation conditions expressed primordial and mature hepatocyte markers in a time-dependent manner, and the markers were shown by immunofluorescence microscopy of double and triple labeled cells. Since non-hepatocyte markers were not co-expressed with hepatocyte antigens, the protein expression profile was hepatocyte specific and not pseudo. Results from immunohistochemistry were confirmed by Western blot. In addition, RT-PCR is a transcription factor HNF3β and GATA4 known to be important for endoderm determination, and transcription factors such as HNF3β required for subsequent hepatocyte differentiation, and for example CK19, CK18, αFP and albumin Up-regulation of cytoplasmic proteins such as

FGF4単独、またはFGF4およびHGFの両方が、MASCを肝細胞の形態的および表現型の特徴を有する細胞に分化させたことが示されたが、肝細胞の機能上の特徴の獲得を示すことができない限り、これだけでは細胞が肝細胞に分化したことは証明されない。したがって、機能する肝細胞を同定するため、いくつかの機能試験が組み合わせて行われた。mMASC、rMASCまたはhMASCは尿素およびアルブミンを産生し、フェノバルビタール誘導性シトクロムP450活性を含み、Dil-acil-LDLを取り込むことができ、グリコーゲン顆粒を含んだ。尿素産生は肝細胞活性に特異的であるが、腎尿細管上皮もまた尿素を産生する(HedlundE.et al.,2001)。対照的に、アルブミン産生は肝細胞の存在および代謝活性についての特異的試験である(HedlundE. et al., 2001)。シトクロムP450は、肝細胞にみられるが、多くの他の細胞型にも存在する(Jarukamjorn K. et al., 1999)。   FGF4 alone, or both FGF4 and HGF, have been shown to differentiate MASCs into cells with morphological and phenotypic characteristics of hepatocytes, but may show acquisition of hepatocyte functional characteristics. Unless possible, this alone does not prove that the cells have differentiated into hepatocytes. Therefore, several functional tests were performed in combination to identify functioning hepatocytes. mMASC, rMASC or hMASC produced urea and albumin, contained phenobarbital-induced cytochrome P450 activity, could incorporate Dil-acil-LDL, and contained glycogen granules. Urea production is specific for hepatocyte activity, but renal tubular epithelium also produces urea (Hedlund E. et al., 2001). In contrast, albumin production is a specific test for the presence and metabolic activity of hepatocytes (Hedlund E. et al., 2001). Cytochrome P450 is found in hepatocytes but is also present in many other cell types (Jarukamjorn K. et al., 1999).

しかし、ラットにおけるCyp2bl活性(Tzanakakis E.S. et al., 2001)、マウスにおけるCyp2b9およびCyp2bl3(Li-MastersT.et al., 2001;Zelko I. Et al., 2000)、そして
ヒトにおけるCYP2B6は比較的に肝細胞特異的と考えられている。P450のこれらの形の存在はRT-PCRによって示された。P450活性がフェノバルビタールによって誘導可能な場合、示した通り、肝細胞に関する特異性はさらに向上する(RaderD.J. et al., 2000)。
However, Cyp2bl activity in rats (Tzanakakis ES et al., 2001), Cyp2b9 and Cyp2bl3 in mice (Li-Masters T. et al., 2001; Zelko I. Et al., 2000), and CYP2B6 in humans are relatively It is considered hepatocyte specific. The presence of these forms of P450 was shown by RT-PCR. When P450 activity is inducible by phenobarbital, the specificity for hepatocytes is further improved, as shown (RaderD.J. Et al., 2000).

LDL取り込みは肝細胞で見られるが(OhS.H.et al., 2000)、たとえば内皮といった他の細胞も同様の能力を有する(Avital I. et al., 2001)。最後に、肝細胞だけがグリコーゲンを産生し貯蔵することができる。総合すると、これらの機能試験は、invitroでFGF4およびHGFを用いて処理したマウス、ラットまたはヒト由来MASCは肝細胞マーカーを発現するだけでなく肝細胞代謝活性に合致する機能的特徴も有することを示す。 LDL uptake is seen in hepatocytes (OhS.H. et al., 2000), but other cells such as endothelium have similar abilities (Avital I. et al., 2001). Finally, only hepatocytes can produce and store glycogen. Taken together, these functional studies show that mouse, rat or human-derived MASCs treated with FGF4 and HGF in vitro not only express hepatocyte markers but also have functional characteristics consistent with hepatocyte metabolic activity. Show.

いくつかの研究は、BM由来細胞は肝細胞様細胞にin vivoおよびin vitroで分化しうることを示している(PetersenB.E. et al.,1999;Theise N.D. et al.,2000;Krause D.S. et al., 2001;PittengerM.F. et al.,1999;Wang S. et al., 2001;Lagasse E. et al., 2000)。しかし、大部分の研究は、肝細胞表現型を有する細胞に分化するBM細胞の表現型について取り組んでいない。肝細胞マーカーについて染色陽性となる細胞が肝細胞の機能的特徴を有するかどうか、および肝細胞に分化する細胞がたとえば造血細胞のような中胚葉性細胞にも分化できるかどうかはは未知である。Lagasseet al.は、マウスBM中に存在するcKit+Thy lowSca1+Lin+-細胞は肝細胞の表現型だけでなく肝細胞の機能を有する細胞に分化することを示した(LagasseE. et al., 2000)。わずか50個の細胞が移植されたときにそのような結果を見ることができるにもかかわらず、この研究では造血細胞に分化するのと同一の細胞が肝細胞にも分化することは証明されなかった。Krauseet al.は単一の細胞が造血機構に再定着し稀な肝細胞を生じることができることを示した。しかし、肝細胞の機能的評価は行われなかった(Krause D.S.et al.,2001)。Avita et al.は、マウスBM中のThy-1+細胞であるβ2m-がアルブミン、HNF4、C/EBPct、およびシトクロムP4503A2 mRNAおよびタンパク質(Wilmut I., et al., 1997)、通常は肝臓でみられる肝細胞前駆細胞の表現型を発現することを最近報告した。このように、BM中にそのような肝細胞前駆細胞が存在することは、最近の研究で注目されたinvivoでの骨髄の肝細胞への分化を説明しうる(Krause D.S. et al, 2001;Lagasse E. et al., 2000)。 Several studies have shown that BM-derived cells can differentiate into hepatocyte-like cells in vivo and in vitro (Petersen B.E. et al., 1999; Theise ND et al., 2000; Krause DS et al., 2001; Pittenger M.F. et al., 1999; Wang S. et al., 2001; Lagasse E. et al., 2000). However, most studies do not address the phenotype of BM cells that differentiate into cells with a hepatocyte phenotype. It is unknown whether cells positive for staining for hepatocyte markers have the functional characteristics of hepatocytes, and whether cells that differentiate into hepatocytes can also differentiate into mesodermal cells such as hematopoietic cells. . Lagasseet al. Showed that cKit + Thy 1 low Sca1 + Lin + -cells present in mouse BM differentiate into cells with hepatocyte function as well as hepatocyte phenotype (Lagasse E. et al. ., 2000). Despite the fact that only 50 cells can be transplanted, this study does not prove that the same cells that differentiate into hematopoietic cells also differentiate into hepatocytes. It was. Krauseet al. Showed that single cells can re-establish in the hematopoietic mechanism and give rise to rare hepatocytes. However, functional evaluation of hepatocytes was not performed (Krause DSet al., 2001). Avita et al. Is a Thy-1 + cell in mouse BM β2m is albumin, HNF4, C / EBPct, and cytochrome P4503A2 mRNA and protein (Wilmut I., et al., 1997), usually in the liver We recently reported that the phenotype of hepatocyte progenitor cells is observed. Thus, the presence of such hepatocyte progenitors in BM may explain the in vivo differentiation of bone marrow into hepatocytes noted in recent studies (Krause DS et al, 2001; Lagasse E. et al., 2000).

機能する肝細胞様細胞を生じる細胞が他の細胞型も生じるかどうかという疑問に対処するため、レトロウイルスマーキングが用いられた(Reyes M. et al., 2001;Jiang Y., 2002)。アルブミン、GK18およびHNF1αを発現している細胞を、内皮および神経外胚葉性の表現型を有する細胞に分化するのと同じmMASCおよびrMASCから生じうることが最近示されている(JiangY.,2002)。hMASCについても同様の結果がみられることが確認されている。中胚葉性および神経外胚葉性の表現型とsinglehMASCからの機能を有する細胞を得ることを示した最近発表された研究を拡張して(Reyes M., 2002)、同じsingle hMASCがまた肝細胞の形態および表現型を有する細胞に分化することがここに示される。このように、肝細胞マーカーを発現せず機能する肝細胞活性を有しないMASCがBM中に存在し、培養条件に従って、これが肝細胞の表現型および肝細胞の機能的特徴、または中胚葉性および神経外胚葉性細胞の表現型のおよび機能の特徴を獲得することが初めて示される。   Retroviral marking was used (Reyes M. et al., 2001; Jiang Y., 2002) to address the question of whether cells producing functional hepatocyte-like cells also produce other cell types. It has recently been shown that cells expressing albumin, GK18 and HNF1α can arise from the same mmASC and rMASC that differentiate into cells with endothelial and neuroectodermal phenotypes (JiangY., 2002) . Similar results have been confirmed for hMASC. Extending a recently published study that showed obtaining cells with mesodermal and neuroectodermal phenotypes and functions from singlehMASC (Reyes M., 2002), the same single hMASC is also It is shown here that they differentiate into cells having a morphology and phenotype. Thus, MASCs that do not express hepatocyte markers and do not have functional hepatocyte activity are present in the BM, and depending on the culture conditions, this may indicate hepatocyte phenotype and hepatocyte functional characteristics, or mesodermal and It is shown for the first time to acquire phenotypic and functional characteristics of neuroectodermal cells.

血友病マウスを治療するためのLacZ遺伝子導入MASCの移植 MASCはβ-gal/NEO導入遺伝子を含むROSA26マウスから得て(106細胞/マウス)、先に放射線照射することなく血友病マウス(N=5)に静脈注射した。動物はMASC移植後1ヶ月(N=2)および2ヶ月(N=3)で屠殺した。骨髄サイトスピンおよび肝臓、脾臓、骨格筋、心臓、肺および腸の凍結断面を、FITC-結合抗β-gal抗体とpan-サイトケラチンまたはCD45を用いてβ-gal抗原の存在について染色した。組織はまたQ-PCRによってβ-gal遺伝子について実施例6に記載の通り分析した。 Transplantation of LacZ gene-introduced MASC to treat hemophilia mice MASC was obtained from ROSA26 mice containing β-gal / NEO transgene (10 6 cells / mouse) and hemophilia mice without prior irradiation (N = 5) was injected intravenously. Animals were sacrificed 1 month (N = 2) and 2 months (N = 3) after MASC transplantation. Bone marrow cytospin and frozen sections of liver, spleen, skeletal muscle, heart, lung and intestine were stained for the presence of β-gal antigen using FITC-conjugated anti-β-gal antibody and pan-cytokeratin or CD45. Tissues were also analyzed for β-gal gene by Q-PCR as described in Example 6.

予備分析では、注射後2ヶ月で分析した3個体(M3)のうち1個体が提供者細胞に由来する肺上皮細胞を0.1%有することが免疫組織化学およびQ-PCRによって示された。免疫組織化学は、個体M5で脾臓、骨髄および腸に、<1%のCD45+提供者細胞が定着していることを示した。個体M4の組織は免疫組織化学的にいくらかの提供者由来細胞を有していた;この個体についてのPCRデータは結果待ちである。 Preliminary analysis showed by immunohistochemistry and Q-PCR that 1 out of 3 individuals (M3) analyzed 2 months after injection had 0.1% lung epithelial cells derived from donor cells. Immunohistochemistry showed that <1% CD45 + donor cells were established in spleen, bone marrow and intestine in individual M5. The tissue of individual M4 had some donor-derived cells immunohistochemically; PCR data for this individual is awaiting results.

個別に参照により含まれるように、すべての公開、特許および特許出願は参照により本開示に含まれる。前期の明細書において本発明はその特定の好ましい実施形態に関連して記載され、説明の目的で多くの詳細が示されている一方、本発明は他の実施形態を許し、またここに記載された詳細のあるものは本発明の基本原理を離れることなく相当に変化させうることは、当業者に明らかとなる。(参考文献)   All publications, patents and patent applications are hereby incorporated by reference into the present disclosure as if individually incorporated by reference. In the preceding specification, the invention has been described with reference to specific preferred embodiments thereof, and numerous details have been set forth for purposes of illustration, while the invention allows and is described herein. It will be apparent to those skilled in the art that certain details may be varied considerably without departing from the basic principles of the invention. (References)

































(多能性成体幹細胞およびそれを単離する方法) 本発明の一部は、MorayamaReyes に対する国立保健研究所/国立アレルギー感染病研究所からの助成(助成番号IF31-AI-Gn10291)を介して、米国政府の支援を受けた。   (Pluripotent adult stem cells and methods for isolating them) Part of the present invention is through a grant from the National Institutes of Health / National Allergic Infectious Diseases for MorayamaReyes (Grant No. IF31-AI-Gn10291) Received support from the US government.

発明の分野 本発明は、概して、幹細胞を単離する方法、その方法によって単離された幹細胞、およびそのような幹細胞の治療的使用に関する。さらに詳細には、本発明は、分化して様々な細胞系統の細胞を形成する能力を有する単離骨髄由来前駆細胞、ならびにそのような細胞を単離する方法およびそのような方法によって単離された細胞の特異的分化を誘導する方法、さらにはタンパク質および転写因子のようなそれら細胞中に存在する特異的マーカーに関する。   The present invention relates generally to methods for isolating stem cells, stem cells isolated by the methods, and therapeutic uses of such stem cells. More particularly, the present invention relates to isolated bone marrow-derived progenitor cells that have the ability to differentiate to form cells of various cell lineages, as well as methods of isolating such cells and isolated by such methods. And methods for inducing specific differentiation of cells, as well as specific markers present in those cells, such as proteins and transcription factors.

発明の背景 幹細胞からの臓器および組織の発生およびそれに続く移植は、多くの病状のための有望な治療法を提供し、従って、多くの分野において幹細胞を研究の中心とならしめた。移植用の臓器および組織の形成のために幹細胞を用いることは、2〜3例挙げると、糖尿病、パーキンソン病、肝疾患、心疾患、および自己免疫疾患のための有望な代替的治療を提供する。しかしながら、臓器および組織の移植に関連する少なくとも2つの重要な問題がある。第1に、ドナー臓器および組織の不足がある。米国において移植のために必要とされる臓器のわずか5%がレシピエントに利用可能となる(Evans,et al., J.Am.Med.Assoc. (1992) 267: 239-146)。米国心臓病協会によると、1997年に新しい心臓を必要とする40,000人のアメリカ人の内、わずか2,300のみが心臓を受け取ることができ、さらに米国肝臓病基金は、肝不全によって毎年死亡するほぼ30,000人の患者のためのドナーは3,000人より少ないことを報告している。第2の重要な問題は、移植される組織とレシピエントの免疫系との潜在的な不適合性である。提供臓器または組織は異物として宿主免疫系によって認識され、経済的および身体的に−負担を強いることを承知で、拒絶反応抑制剤を患者に提供する必要がある。   BACKGROUND OF THE INVENTION The development of organs and tissues from stem cells and subsequent transplantation has provided a promising treatment for many disease states, thus making stem cells the center of research in many areas. Using stem cells to form organs and tissues for transplantation offers promising alternative treatments for diabetes, Parkinson's disease, liver disease, heart disease, and autoimmune disease, to name a few . However, there are at least two important problems associated with organ and tissue transplantation. First, there is a shortage of donor organs and tissues. Only 5% of the organs required for transplantation in the US are available to recipients (Evans, et al., J. Am. Med. Assoc. (1992) 267: 239-146). According to the American Heart Disease Association, only 2,300 of the 40,000 Americans who need a new heart in 1997 can receive the heart, and the US Liver Disease Fund It has been reported that there are fewer than 3,000 donors for nearly 30,000 patients who die. A second important issue is a potential incompatibility between the transplanted tissue and the recipient's immune system. The donor organ or tissue is recognized by the host immune system as a foreign body and needs to be provided with a rejection inhibitor to the patient, knowing that it is both economically and physically burdensome.

異種移植、すなわち、別の種からの組織または臓器の移植は、ヒト臓器および組織の不足を克服するための代替的手段を提供することができる。異種移植は、まだ健康である間に臓器を採取し、さらに移植手術の前に患者に有益な前処理を受けさせることを可能とする移植の一歩進んだ計画を提供するであろう。残念ながら、異種移植は、組織不適合性の問題を克服することはできず、かえって悪化させる。さらには、疾病対策センターによると、有害なウィルスは種の壁を越えるという証拠がある。ブタが臓器および組織のドナーの有望な候補になっているが、ブタからヒトへの複数のウィルスの異種間感染が証明されている。例えば、70人を越えるヒトに感染した致死的結果をもたらす病気である、ヘンドラ(Hendra)ウィルスの発生を阻止するために、100万頭を超えるブタが最近マレーシアで屠殺された(Butler,D., Nature(1999) 398: 549)。   Xenotransplantation, ie, transplantation of tissue or organs from another species, can provide an alternative means to overcome human organ and tissue deficiencies. Xenotransplantation will provide an advanced plan for transplantation that allows organs to be harvested while still healthy and further allows the patient to undergo beneficial pretreatment prior to transplantation surgery. Unfortunately, xenotransplantation cannot overcome the problem of tissue incompatibility and rather exacerbates it. Furthermore, according to the Centers for Disease Control, there is evidence that harmful viruses cross species barriers. Although pigs have become promising candidates for organ and tissue donors, cross-species infection of multiple viruses from pigs to humans has been demonstrated. For example, more than 1 million pigs have recently been slaughtered in Malaysia to prevent the development of Hendra virus, a disease with fatal consequences infecting more than 70 humans (Butler, D. , Nature (1999) 398: 549).

幹細胞:定義および使用 従って、移植のための臓器および組織の最も有望な供給源は、幹細胞技術の開発にある。理論的に、幹細胞は自己再生細胞分裂を受けて、無期限の間、表現型および遺伝子型において同一である娘細胞を生じさせることができ、最終的に、少なくとも1つの確定的な細胞型に分化することができる。患者自身の幹細胞から組織または臓器を発生させることによって、あるいはレシピエントの免疫系が異物として認識しないように異種細胞を遺伝子組換えすることによって、付随する感染または組織拒絶の危険無しに、異種移植に関連した利点を提供するように移植組織を作成することができる。 Stem cells: definition and use Thus, the most promising source of organs and tissues for transplantation is in the development of stem cell technology. Theoretically, stem cells can undergo self-renewal cell division and give rise to daughter cells that are identical in phenotype and genotype for an indefinite period of time, eventually becoming at least one definitive cell type. Can differentiate. Xenotransplantation by generating tissues or organs from the patient's own stem cells or by genetically recombining xenogeneic cells so that the recipient's immune system does not recognize them as foreign, without the risk of concomitant infection or tissue rejection The transplant can be created to provide the benefits associated with the.

また、幹細胞は、遺伝子治療の結果を改善する可能性をもたらす。患者自身の幹細胞をin vitroで遺伝子組換えし、in vivoで再導入して、所望の遺伝子産物を産生させることができる。それら遺伝子操作幹細胞は、体の特定部位での移植のためまたは全身的適用のために多数の細胞型を形成するように分化誘導される能力を有するであろう。あるいは、レシピエントの主要組織適合遺伝子複合体(MHC)抗原を発現するように、またはMHCを全く発現しないように、異種幹細胞を遺伝子操作して、付随の拒絶の危険無しに、レシピエントにドナーからのそれら細胞の移植を可能とすることができる。   Stem cells also offer the potential to improve the outcome of gene therapy. The patient's own stem cells can be genetically modified in vitro and reintroduced in vivo to produce the desired gene product. These genetically engineered stem cells will have the ability to be induced to differentiate to form multiple cell types for transplantation at a specific site of the body or for systemic application. Alternatively, the heterologous stem cells are genetically engineered to express the recipient's major histocompatibility complex (MHC) antigen, or not express any MHC, to the recipient without risk of concomitant rejection. Transplantation of those cells from can be made possible.

幹細胞は、多数回に及ぶ、人によっては無限回とも云われる分裂能を有し、異なる細胞系に分化し、移植時には組織を再生させる細胞として定義される。幹細胞の典型は、無制限の自己再生能及び多能的分化能を有する胚性幹細胞である。この細胞は胚盤胞の内部細胞塊から得るか、あるいは移植後胚由来の始原生殖細胞(胚性生殖細胞すなわちEG細胞)より得ることが可能である。これまでES及びEG細胞はマウスから得られていたが、最近ではヒト以外の霊長類及びヒトからも得られている。ES細胞はマウスの胚盤胞または他の動物の胚盤胞に導入される場合、マウス(動物)のすべての組織に分化することが可能である。ES及びEG細胞は出生後の動物に移植すると奇形腫を形成するが、このこともやはりその多能性を示すものである。ES(及びEG)細胞はSSEA1及びSSEA4抗体による陽性染色法によって特定が可能である。   A stem cell is defined as a cell that has a mitotic ability that can be referred to as infinite in some humans, differentiates into different cell lines, and regenerates the tissue at the time of transplantation. A typical stem cell is an embryonic stem cell having unlimited self-renewal ability and pluripotent differentiation ability. The cells can be obtained from the inner cell mass of the blastocyst or from primordial germ cells (embryonic germ cells or EG cells) derived from the post-transplant embryo. Until now, ES and EG cells have been obtained from mice, but recently they have also been obtained from non-human primates and humans. When ES cells are introduced into mouse blastocysts or blastocysts of other animals, they can differentiate into all tissues of the mouse (animal). ES and EG cells form teratomas when transplanted into postnatal animals, again indicating its pluripotency. ES (and EG) cells can be identified by positive staining with SSEA1 and SSEA4 antibodies.

分子レベルでは、ES及びEG細胞はこれらの未分化細胞に極めて特異的な多くの転写因子を発現する。その例としてoct−4やRex−1がある。その他にLIF−Rやsox−2及びRox−1転写因子も見られるが、後者の2つはES細胞以外の細胞においても発現される。oct−4は原腸形成前の胚、分裂初期段階の胚、胚盤胞の内部細胞塊の細胞、及び胚性腫瘍(EC)細胞において発現される転写因子である。oct−4はin vitroで細胞の分化を誘導するとダウンレギュレートされ、成体の動物ではoct−4は生殖細胞にのみ見られる。幾つかの研究によって、oct−4はES細胞の未分化の表現型の維持に必要とされ、胚形成及び分化の初期段階を決定するうえで重要な役割を担っていることが示されている。oct−4はRox−1とともにジンクフィンガータンパク質であるRex−1の転写を活性化し、ES細胞を未分化の状態に維持するうえでも必要とされる。同様にsox−2はoct−4とともにES/EC細胞の未分化状態を維持し、マウスES細胞(ヒトでは異なる)を維持するうえで必要とされる。ヒト及びマウス始原生殖細胞ではLIFの存在が必要である。ES細胞の別の特徴はテロメラーゼの存在であり、このためこれらの細胞はin vitroでの無制限の自己再生能を有するものである。   At the molecular level, ES and EG cells express many transcription factors that are very specific for these undifferentiated cells. Examples are oct-4 and Rex-1. In addition, LIF-R, sox-2 and Rox-1 transcription factors are also found, but the latter two are also expressed in cells other than ES cells. Oct-4 is a transcription factor expressed in embryos before gastrulation, in early-stage embryos, cells in the inner cell mass of blastocysts, and embryonic tumor (EC) cells. Oct-4 is downregulated upon inducing cell differentiation in vitro, and in adult animals oct-4 is found only in germ cells. Several studies have shown that oct-4 is required for maintenance of the undifferentiated phenotype of ES cells and plays an important role in determining the early stages of embryogenesis and differentiation . Oct-4, together with Rox-1, activates transcription of the zinc finger protein Rex-1, and is also required to maintain ES cells in an undifferentiated state. Similarly, sox-2, together with oct-4, maintains the undifferentiated state of ES / EC cells and is required to maintain mouse ES cells (different in humans). The presence of LIF is required in human and mouse primordial germ cells. Another feature of ES cells is the presence of telomerase, so that these cells have unlimited self-renewal ability in vitro.

幹細胞は多くの臓器組織において特定されている。最もよく調べられているものは造血幹細胞である。この細胞は細胞表面のマーカー及び機能的特徴に基づいて単離された中胚葉由来の細胞である。造血細胞は骨髄、血液、臍帯血、胎児肝臓、及び卵黄嚢より単離され、レシピエントの生涯にわたる造血作用を与え、複数の造血細胞系を形成する(参照、Fei, R., et al., 米国特許第5,635,387号;McGlave, et al., 米国特許第5,460,964号;Simmons, P., et al., 米国特許第5,677,136号;Tsukamoto, et al., 米国特許第5,750,397号;Schwartz,et al., 米国特許第5,759,793号; DiGuisto, et al.,米国特許第5,681,599号; Tsukamoto, et al., 米国特許第5,716,827号;Hill, B., et al., Exp. Hematol. (1996) 24 (8): 936-943)。造血幹細胞は致死レベルの放射線を照射した動物やヒトに移植すると赤血球、好中性マクロファージ、骨髄巨核球、及びリンパ様造血細胞プールを再生させる。造血細胞はin vitroにて、少なくともある程度の自己再生細胞分裂を行わせること、及びin vivoで見られるものと同じ細胞系へと分化させることが可能である。すなわちこの細胞は幹細胞としての基準を満たすものである。しかしながらこの幹細胞は造血系の細胞のみに分化するため、例えば大量の化学療法剤の投与によって損傷した心臓や肺などの他の損傷組織を修復するための細胞の供給源とはなり得ない。   Stem cells have been identified in many organ tissues. The most frequently examined are hematopoietic stem cells. The cells are mesoderm-derived cells that have been isolated based on cell surface markers and functional characteristics. Hematopoietic cells are isolated from bone marrow, blood, umbilical cord blood, fetal liver, and yolk sac and provide the recipient's life-long haematopoietic action to form multiple hematopoietic cell lines (see Fei, R., et al. McGlave, et al., US Pat. No. 5,460,964; Simmons, P., et al., US Pat. No. 5,677,136; Tsukamoto, et al ., US Pat. No. 5,750,397; Schwartz, et al., US Pat. No. 5,759,793; DiGuisto, et al., US Pat. No. 5,681,599; Tsukamoto, et al., U.S. Pat. No. 5,716,827; Hill, B., et al., Exp. Hematol. (1996) 24 (8): 936-943). Hematopoietic stem cells regenerate red blood cells, neutrophil macrophages, bone marrow megakaryocytes, and lymphoid hematopoietic cell pools when transplanted into animals or humans irradiated with lethal radiation levels. Hematopoietic cells can be allowed to undergo at least some self-renewal cell division in vitro and differentiate into the same cell line as seen in vivo. That is, this cell satisfies the standard as a stem cell. However, since these stem cells differentiate only into hematopoietic cells, they cannot serve as a source of cells for repairing other damaged tissues such as the heart and lungs damaged by administration of a large amount of chemotherapeutic agents.

よく調べられている幹細胞の第2のものは、神経幹細胞である(Gage FH: Science 287:Science 287: 1433-1438, 2000; Svendsen CN etal., Brain Path 9: 499-513,1999; Okabe S et al., Mech Dev 59: 89-102, 1996)。神経幹細胞は胎児脳の脳室下領域及び嗅球から最初に確認された。最近に至るまで成体の脳には幹細胞の能力を有する細胞は既に含まれていないものと考えられていたが、齧歯類及びより最近ではヒト以外の霊長類及びヒトにおける幾つかの研究によって幹細胞が成体脳にも引き続き存在していることが示された。これらの幹細胞はin vivo増殖が可能であり、またin vivoにて少なくとも一部の神経細胞を継続的に再生することが可能である。神経幹細胞はex vivoでの培養において増殖させ、異なる種類の神経細胞及びグリア細胞に分化させることが可能である。神経幹細胞は脳に移植すると神経細胞及びグリア細胞を生着、形成することが可能である。したがってこの細胞もまた幹細胞の基準を満たすものである。   The second well-studied stem cell is the neural stem cell (Gage FH: Science 287: Science 287: 1433-1438, 2000; Svendsen CN etal., Brain Path 9: 499-513, 1999; Okabe S et al., Mech Dev 59: 89-102, 1996). Neural stem cells were first identified from the subventricular region of the fetal brain and the olfactory bulb. Until recently, it was thought that adult brains did not already contain stem cell-capable cells, but some studies in rodents and more recently non-human primates and humans Was still present in the adult brain. These stem cells can proliferate in vivo, and can continuously regenerate at least some of the neurons in vivo. Neural stem cells can be grown in culture ex vivo and differentiated into different types of neurons and glial cells. Neural stem cells can engraft and form neurons and glial cells when transplanted into the brain. Therefore, this cell also meets the stem cell criteria.

間葉性幹細胞(MSC)は胚の中胚葉より最初に誘導され、成人の骨髄より単離されたものであるが、筋肉、骨、軟骨、脂肪、骨髄間質、及び腱へと分化することが可能である。胚形成において中胚葉は、肢芽中胚葉、骨を形成する組織、軟骨、脂肪、骨格筋、及び可能性として内皮へと発生する。中胚葉はまた、内臓中胚葉へと分化し、内臓中胚葉は心筋、平滑筋、あるいは内皮と造血前駆細胞とからなる血島を生ずる。したがって原始中胚葉性すなわち間葉性幹細胞は多くの異なる細胞及び組織の発生源となり得るものである。間葉性幹細胞は幹細胞として挙げられる第3の組織特異的細胞であり、フリデンシュタイン(Fridenshtein)によって最初に述べられた(Fridenshtein, Arkh. Patol., 44: 3-11, 1982)。これまでに多くの間葉性幹細胞が単離されている(参照、Caplan,A., et al., 米国特許第5,486,359号;Young, H., et al., 米国特許第5,827,735号; Caplan, A., etal., 米国特許第5,811,094号; Bruder,S., et al., 米国特許第5,736,396号; Caplan, A., etal., 米国特許第5,837,539号;Masinovsky,B., 米国特許第5,873,670号;Pittenger, M., 米国特許第5,827,740号; Jaiswal. N., et al., J.CellBiochem. (1997) 64 (2): 295-312; Cassiede P., et al., J. BoneMiner. Res. (1996)11 (9):1264-1273; Johnstone, B., et al., (1998) 238 (1):265-272; Yoo, et al.,J. Bone Joint Surg. Am. (1998) 80 (12): 1745-1757;Gronthos, S., Blood (1994) 84(12): 4164-4173; Makino, S.,et al., J.Clin. Invest. (1999) 103 (5): 696-705)。これまでに記述されている多くの間葉性幹細胞のすべては限られた分化能を示し、一般に間葉由来のものと考えられる分化細胞のみに分化する。これまでに報告されている最も多能性の高い間葉性幹細胞はピッテンジャー(Pittenger)等によって単離された細胞であり、この細胞の表現型はSH2SH4CD29CD44CD71CD90CD106CD120aCD124CD14CD34CD45である。この細胞は間葉由来の多くの種類の細胞に分化することが可能であるが、当該細胞を単離した研究チームが増殖培養中に造血細胞を一切確認しなかったと述べているように、その分化能は間葉系の細胞に限定されたものであることは明らかである(Pittenger,et al., Science (1999) 284: 143-147)。 Mesenchymal stem cells (MSCs) are first derived from embryonic mesoderm and isolated from adult bone marrow, but differentiate into muscle, bone, cartilage, fat, bone marrow stroma, and tendons. Is possible. In embryogenesis, mesoderm develops into limb bud mesoderm, bone-forming tissue, cartilage, fat, skeletal muscle, and possibly endothelium. The mesoderm also differentiates into visceral mesoderm, which produces blood islands consisting of heart muscle, smooth muscle, or endothelium and hematopoietic progenitor cells. Thus, primitive mesoderm or mesenchymal stem cells can be the source of many different cells and tissues. Mesenchymal stem cells are the third tissue specific cells listed as stem cells and were first described by Fridenshtein (Fridenshtein, Arkh. Patol., 44: 3-11, 1982). Many mesenchymal stem cells have been isolated so far (cf. Caplan, A., et al., US Pat. No. 5,486,359; Young, H., et al., US Pat. No. 5). Caplan, A., etal., US Pat. No. 5,811,094; Bruder, S., et al., US Pat. No. 5,736,396; Caplan, A., etal. US Pat. No. 5,837,539; Masinovsky, B., US Pat. No. 5,873,670; Pittenger, M., US Pat. No. 5,827,740; Jaiswal. N., et al., J. CellBiochem. (1997) 64 (2): 295-312; Cassiede P., et al., J. BoneMiner. Res. (1996) 11 (9): 1264-1273; Johnstone, B., et al. , (1998) 238 (1): 265-272; Yoo, et al., J. Bone Joint Surg. Am. (1998) 80 (12): 1745-1757; Gronthos, S., Blood (1994) 84 ( 12): 4164-4173; Makino, S., et al., J. Clin. Invest. (1999) 103 (5): 696-705). Many of the mesenchymal stem cells described so far all show limited differentiation potential and differentiate only into differentiated cells generally considered to be derived from mesenchyme. The most pluripotent mesenchymal stem cell reported so far is a cell isolated by Pittenger et al., And the phenotype of this cell is SH2 + SH4 + CD29 + CD44 + CD71 + CD90 +. CD106 + CD120a + CD124 + CD14 CD34 CD45 . This cell can differentiate into many types of cells derived from mesenchyme, but as the research team that isolated the cell said it did not identify any hematopoietic cells during growth culture, It is clear that the differentiation potential is limited to mesenchymal cells (Pittenger, et al., Science (1999) 284: 143-147).

これまでに消化器幹細胞、表皮幹細胞、卵形細胞とも呼ばれる肝幹細胞などの他の幹細胞が特定されている(Potten C, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci353:821-30, 1998; WattF, Philos. Trans R Soc Lond B Biol Sci 353: 831, 1997; AlisonM et al, Hepatol29: 678-83 1998)。これらの細胞の多くのものについてはあまりよく調べられていない。   To date, other stem cells such as digestive stem cells, epidermal stem cells, and hepatic stem cells, also called oval cells, have been identified (Potten C, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci353: 821-30, 1998; WattF, Philos. Trans R Soc Lond B Biol Sci 353: 831, 1997; AlisonM et al, Hepatol 29: 678-83 1998). Many of these cells have not been well examined.

ES細胞と比較すると組織特異的幹細胞の自己再生能は低く、また複数の細胞系へと分化するが多能性は有さない。組織特異的細胞がES細胞に関して上記に述べたようなマーカーを発現するか否かについては明らかにされていない。更に、組織特異的幹細胞におけるテロメラーゼの活性度に関しても完全には研究し尽くされていないが、これはこれらの細胞の高密度の集団を多数得ることが困難であることに一部起因するものである。   Compared to ES cells, tissue-specific stem cells have lower self-renewal capacity and differentiate into multiple cell lines but do not have pluripotency. It is not clear whether tissue-specific cells express markers as described above for ES cells. In addition, telomerase activity in tissue-specific stem cells has not been fully studied, partly due to the difficulty in obtaining large numbers of dense populations of these cells. is there.

最近まで、組織特異的幹細胞は同一組織の細胞にのみしか分化し得ないものと考えられていたが、多くの最近の論文によって成人の組織特異的幹細胞が異なる組織の細胞に分化し得る可能性が示唆されている。また多くの研究によって骨髄移植時に移植された細胞が骨格筋に分化し得ることが示されている(Ferrari Science 279:528-30, 1998; Gussoni Nature 401: 390-4, 1999)。これは骨髄に存在する間葉細胞の潜在的分化能の範囲内であると考えられる。ジャクソン(Jackson)はその論文において、筋衛星細胞が造血細胞に分化し得ることについて述べているが、これもやはり臓側中胚葉内での表現型の変換の一例である(JacksonPNASUSA 96: 14482-6, 1999)。胚の1つの層(例 臓側中胚葉)に由来する幹細胞が、胚形成において胚の異なる層から誘導されると考えられる組織に分化し得ることを示した研究もある。例えば、骨髄移植を行ったヒトや動物において検出される内皮細胞またはその前駆細胞は少なくともその一部が骨髄ドナーに由来している(Takahashi,Nat Med 5: 434-8, 1999; Lin, Clin Invest 105: 71-7, 2000)。すなわち、MSCなどの臓側中胚葉由来ではない、内臓中胚葉由来の細胞は移植骨髄とともに導入されたものである。更に驚くべき報告として、齧歯類及びヒトにおいて肝上皮細胞及び胆管上皮細胞がドナー骨髄から誘導されることを示した報告がある(Petersen,Science 284: 1168-1170, 1999; Theise,Hepatology 31: 235-40, 2000; Theise,Hepatology 32: 11-6, 2000)。同様に3つの研究グループによって、神経幹細胞が造血細胞に分化し得ることが示されている。最後になるが、クラーク(Clarke)等によって、胚盤胞に注入された神経幹細胞がキメラマウスのすべての組織に分化し得ることが報告されている(Clarke,Science288: 1660-3, 2000)。   Until recently, it was thought that tissue-specific stem cells could only differentiate into cells of the same tissue, but many recent papers could allow adult tissue-specific stem cells to differentiate into cells of different tissues Has been suggested. Many studies have shown that cells transplanted during bone marrow transplantation can differentiate into skeletal muscle (Ferrari Science 279: 528-30, 1998; Gussoni Nature 401: 390-4, 1999). This is believed to be within the potential differentiation potential of mesenchymal cells present in the bone marrow. Jackson mentions in his paper that muscle satellite cells can differentiate into hematopoietic cells, which is also an example of phenotypic conversion in the visceral mesoderm (JacksonPNASUSA 96: 14482- 6, 1999). Some studies have shown that stem cells from one layer of the embryo (eg, visceral mesoderm) can differentiate into tissues thought to be derived from different layers of the embryo during embryogenesis. For example, endothelial cells or progenitor cells detected in humans and animals that have undergone bone marrow transplantation are at least partially derived from bone marrow donors (Takahashi, Nat Med 5: 434-8, 1999; Lin, Clin Invest 105: 71-7, 2000). That is, cells derived from visceral mesoderm that are not derived from visceral mesoderm such as MSC are introduced together with the transplanted bone marrow. A further surprising report is that hepatic and biliary epithelial cells are derived from donor bone marrow in rodents and humans (Petersen, Science 284: 1168-1170, 1999; Theise, Hepatology 31: 235-40, 2000; Theise, Hepatology 32: 11-6, 2000). Similarly, three research groups have shown that neural stem cells can differentiate into hematopoietic cells. Finally, Clarke et al. Reported that neural stem cells injected into blastocysts can differentiate into all tissues of chimeric mice (Clarke, Science 288: 1660-3, 2000).

ここで、これらの研究の多くは単一の細胞が異なる臓器の組織に分化し得ることを結論的に証明したものではない点を指摘しておく必要がある。実際、殆どの研究者が始原細胞の表現型を特定していない。例外としてワイスマンとグロンペ(Weissman and Grompe)による研究がある。この研究は肝臓に生着した細胞が、造血幹細胞が高度に濃縮されたLinThyLowSca 骨髄細胞中に存在することを示したものである。同様にミュリガン(Mulligan)の研究グループによって、造血幹細胞が高度に濃縮された骨髄SP細胞が筋肉及び内皮に分化し得ることが示され、またジャクソン(Jackson)等によって造血系の再構成は筋Sp細胞によるものであることが示されている(Gussoniet al., Nature 401: 390-4, 1999)。 It should be pointed out here that many of these studies do not concludely prove that a single cell can differentiate into tissues of different organs. In fact, most researchers have not identified the phenotype of progenitor cells. An exception is the work by Weissman and Grompe. This study shows that cells engrafted in the liver are present in Lin - Thy 1 LowSca 1 + bone marrow cells with highly enriched hematopoietic stem cells. Similarly, Mulligan's research group has shown that bone marrow SP cells highly enriched in hematopoietic stem cells can differentiate into muscle and endothelium, and Jackson et al. It has been shown to be due to cells (Gussoniet al., Nature 401: 390-4, 1999).

異種の胚性幹細胞から発生した組織や臓器を移植するには、細胞を更に遺伝子改変して特定の細胞表面マーカーの発現を阻害するか、あるいは移植拒絶反応を防ぐために化学療法的免疫抑制剤を継続使用する必要がある。したがって、胚性幹細胞の研究によって移植用臓器の限られた供給量の問題に有望な代替策が与えられるものの、移植された異種細胞及び組織を定着させるための免疫抑制を必要とすることにより問題や危険をともなう。人口の大半をカバーする治療を行えるだけの免疫適合性細胞を得るためには推定で20種類の免疫学的に異なる胚性幹細胞の細胞系を樹立する必要がある(Wadman, M., Nature (1999) 398: 551)。   To transplant tissues and organs generated from different types of embryonic stem cells, the cells can be further genetically modified to inhibit the expression of certain cell surface markers, or chemotherapeutic immunosuppressants can be used to prevent transplant rejection. It is necessary to use it continuously. Thus, while embryonic stem cell research offers a promising alternative to the limited supply of transplanted organs, it is problematic because of the need for immunosuppression to establish transplanted xenogeneic cells and tissues. With danger. Estimating 20 immunologically distinct embryonic stem cell lines to establish immunocompatible cells that can be treated to cover the majority of the population (Wadman, M., Nature ( 1999) 398: 551).

胚由来ではなく、成体由来の細胞を自己由来または異種遺伝子型幹細胞の供給源として使用することにより、移植胚性幹細胞の使用にともなう組織不適合性の
問題が解決されるばかりでなく、胚性幹細胞の研究にともなう倫理的ジレンマの解決も図られる。これまでのところ、組織移植としての自己由来幹細胞の使用にともなう最大の難点は細胞の限定された分化能にある。完全に発育を遂げた生物、特にヒトから多くの幹細胞がこれまでに単離されている。しかしながらこれらの細胞は多能性を有するとの報告もあるものの、異なる種類の細胞への分化能は限定されたものであった。
Using adult-derived cells rather than embryo-derived as a source of autologous or heterologous genotyped stem cells not only solves the problem of tissue incompatibility associated with the use of transplanted embryonic stem cells, but also embryonic stem cells The ethical dilemma associated with this research will also be resolved. To date, the greatest difficulty associated with the use of autologous stem cells for tissue transplantation is limited cell differentiation. Many stem cells have been isolated so far from fully developed organisms, especially humans. However, although these cells have been reported to have pluripotency, their ability to differentiate into different types of cells was limited.

すなわち、多分化能を有する幹細胞は本発明者及び他の研究者によってこれまでに単離されているものの、繊維芽細胞、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、骨格筋、内皮、間質、平滑筋、心筋、及び造血細胞などの異なる細胞系の広範な種類の細胞への分化能を有する前駆細胞はこれまで述べられていなかった。細胞及び組織移植、遺伝子治療によって将来的に治療法が進歩を遂げるには、分化能が最も高い幹細胞または前駆細胞が必要である。したがって成体における胚性幹細胞と同等な細胞が必要とされている。   That is, stem cells having pluripotency have been isolated so far by the present inventors and other researchers, but fibroblasts, osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, skeletal muscle, endothelium, stroma, No progenitor cells have been described so far that have the ability to differentiate into a wide variety of cells of different cell lines such as smooth muscle, cardiac muscle, and hematopoietic cells. Stem cells or progenitor cells with the highest differentiation potential are required for future advances in therapy by cell and tissue transplantation and gene therapy. Therefore, there is a need for cells that are equivalent to embryonic stem cells in adults.

発明の概要 本発明は、表面抗原CD44、CD45、ならびにHLAクラスIおよびII陰性である単離多能性哺乳動物幹細胞を提供する。また、細胞は、表面抗原CD34、Muc18、Stro−1、HLAクラスI陰性であり、かつoct3/4mRNA陽性あって差し支えなく、さらにhTRTmRNA陽性であって差し支えない。特に、本発明の細胞は、表面抗原CD31、CD34、CD36、CD38、CD45、CD50、CD62EおよびCD62P、HLA−DR、Muc18、Stro−1、cKit、Tie/Tec、CD44、HLAクラスI、ならびに2−ミクログロブリン陰性であり、かつCD10、CD13、CD49b、CD49e、CDw90、Flk1、EDF−R、TGF−R1およびTGF−R2、BMP−R1A、PDGF−R1aおよびPDGF−R1b陽性であって差し支えない。本発明は、転写因子oct3/4、REX−1、およびROX−1を発現する、単離された、多能性で非胚性である、非生殖細胞系の細胞を提供する。また、成長因子LIFに反応しかつLIFに対する受容体を有する出生後の哺乳動物由来の単離多能性細胞を提供する。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides isolated pluripotent mammalian stem cells that are surface antigens CD44, CD45, and HLA class I and II negative. In addition, the cells may be surface antigen CD34, Muc18, Stro-1, HLA class I negative, oct3 / 4 mRNA positive, and hTRT mRNA positive. In particular, the cells of the present invention comprise the surface antigens CD31, CD34, CD36, CD38, CD45, CD50, CD62E and CD62P, HLA-DR, Muc18, Stro-1, cKit, Tie / Tec, CD44, HLA class I, and 2 -May be negative for microglobulin and positive for CD10, CD13, CD49b, CD49e, CDw90, Flk1, EDF-R, TGF-R1 and TGF-R2, BMP-R1A, PDGF-R1a and PDGF-R1b. The present invention provides isolated, pluripotent, non-embryonic, non-germline cells that express the transcription factors oct3 / 4, REX-1, and ROX-1. Also provided is an isolated pluripotent cell derived from a postnatal mammal that is responsive to growth factor LIF and has a receptor for LIF.

上記に述べた本発明の細胞は、中胚葉、外胚葉、及び内胚葉由来の少なくとも1種類の分化細胞に分化誘導することが可能である。例えば、本発明の細胞は、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、内皮細胞、上皮細胞、造血細胞、グリア細胞、神経性細胞、及び乏突起膠細胞の細胞タイプの細胞に少なくとも分化誘導することが可能である。当該細胞としてはヒト細胞またはマウス細胞を使用することが可能である。当該細胞は胎児、新生児、子供、または成人から得ることが可能である。当該細胞は、骨髄、肝臓や脳などの臓器から得ることが可能である。   The cells of the present invention described above can be induced to differentiate into at least one type of differentiated cell derived from mesoderm, ectoderm, and endoderm. For example, the cells of the present invention include osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stromal cells, skeletal muscle cells, smooth muscle cells, cardiomyocytes, endothelial cells, epithelial cells, hematopoietic cells, glial cells, It is possible to induce differentiation into at least cells of neuronal cells and oligodendrocyte cell types. As such cells, human cells or mouse cells can be used. The cells can be obtained from a fetus, newborn, child, or adult. The cells can be obtained from organs such as bone marrow, liver and brain.

本発明は更に、上記の多能性成体幹細胞から得られる分化細胞を提供するものであり、その場合の子孫細胞は、骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、内皮細胞、上皮細胞、内分泌細胞、外分泌細胞、造血細胞、グリア細胞、神経性細胞、または乏突起膠細胞であり得る。分化した子孫細胞は、皮膚上皮細胞、肝上皮細胞、膵臓上皮細胞、膵臓内分泌細胞または小島細胞、膵臓外分泌細胞、消化管上皮細胞、腎臓上皮細胞、または表皮関連構造(毛嚢など)であり得る。分化した子孫細胞は歯の周囲の軟部組織または歯を形成する場合もある。   The present invention further provides a differentiated cell obtained from the above pluripotent adult stem cell, in which case the progeny cells are bone cells, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stromal cells, skeletal cells It can be a muscle cell, smooth muscle cell, cardiomyocyte, endothelial cell, epithelial cell, endocrine cell, exocrine cell, hematopoietic cell, glial cell, neuronal cell, or oligodendrocyte. Differentiated progeny cells can be skin epithelial cells, liver epithelial cells, pancreatic epithelial cells, pancreatic endocrine cells or islet cells, pancreatic exocrine cells, gastrointestinal epithelial cells, kidney epithelial cells, or epidermis related structures (such as hair follicles) . Differentiated progeny cells may form soft tissue or teeth around the teeth.

本発明は上記に述べたような単離形質転換多能性哺乳動物幹細胞を提供するものであり、その場合、当該細胞のゲノムを予め選択された単離DNAの挿入、予め選択された単離DNAによる細胞ゲノムのセグメントの置換、または細胞ゲノムの少なくとも一部の欠失あるいは不活化によって改変しておくことが可能である。この改変は、ウイルスベクターの組み込みによるDNAの挿入や、DNAウイルス、RNAウイルスやレトロウイルスベクターを使用したウイルスによる形質導入によって行うことが可能である。また、細胞ゲノムの不活化したい部分の配列に相補的な配列を有するアンチセンス核酸分子を使用して当該単離形質転換細胞の細胞ゲノムの一部を不活化することも可能である。更に、不活化したい細胞ゲノムの部分の配列を標的としたリボザイム配列を用いて細胞ゲノムの一部を不活化することも可能である。改変ゲノムは、改変ゲノムを有する子孫細胞またはその子孫と、改変していないゲノムを有する子孫細胞との区別を可能とするように発現される、選択可能またはスクリーニング可能なマーカー遺伝子の遺伝子配列を有していてもよい。例えば、マーカーとしては、緑色、赤色、黄色の蛍光タンパク質、β−gal、Neo、DHFR、またはヒグロマイシンを使用することが可能である。本発明の細胞は、タンパク質、酵素または他の細胞産物の発現を調節する誘導可能なプロモーターや他の制御機構によって調節することが可能な遺伝子を発現することが可能である。 The present invention provides an isolated transformed pluripotent mammalian stem cell as described above, in which case the insertion of a preselected isolated DNA into the genome of the cell, preselected isolation It can be modified by replacing a segment of the cell genome with DNA or deleting or inactivating at least a portion of the cell genome. This modification can be carried out by inserting DNA by incorporating a viral vector, or by transduction with a virus using a DNA virus, RNA virus or retroviral vector. It is also possible to inactivate a part of the cell genome of the isolated transformed cell using an antisense nucleic acid molecule having a sequence complementary to the sequence of the part to be inactivated in the cell genome. Furthermore, it is possible to inactivate a part of the cell genome using a ribozyme sequence that targets the sequence of the part of the cell genome to be inactivated. The modified genome has a gene sequence of a selectable or screenable marker gene that is expressed to allow differentiation between progeny cells having the modified genome or progeny thereof and progeny cells having the unmodified genome. You may do it. For example, as a marker, green, red, yellow fluorescent protein, β-gal, Neo, DHFR m , or hygromycin can be used. The cells of the invention are capable of expressing genes that can be regulated by inducible promoters and other regulatory mechanisms that regulate the expression of proteins, enzymes or other cell products.

本発明は、テロメラーゼを高レベルで発現し、同じドナーから得られたリンパ球のテロメアと比較して、in vitro培養での増殖後に長いテロメアを維持することが可能な細胞を提供するものである。テロメアはin vitro培養での増殖後に約11〜16KBの長さを有していてもよい。   The present invention provides cells that express telomerase at high levels and are capable of maintaining long telomeres after growth in vitro compared to lymphocyte telomeres obtained from the same donor. . Telomeres may have a length of about 11-16 KB after growth in in vitro culture.

本発明は、oct3/4の発現レベルを調整する因子を含む、未分化の多能性幹細胞の継続的増殖または分化を促進するための細胞分化溶液を提供するものである。   The present invention provides a cell differentiation solution for promoting continuous proliferation or differentiation of undifferentiated pluripotent stem cells, which comprises a factor that regulates the expression level of oct3 / 4.

本発明は、多能性成体幹細胞(MASC)を単離するための方法を提供するものである。この方法では、骨髄単核細胞からCD45グリコフォリンA細胞を枯渇させ、CD45グリコフォリンA細胞を回収し、回収したCD45グリコフォリンA細胞をマトリクスコーティング上に播種し、播種した細胞を生長因子を補った培地中で培養する。枯渇工程では、モノクローナルまたはポリクローナル抗体を使用したネガティブ選択を行ってもよい。成長因子はPDGF−BB、EGF、IGF、及びLIFから選択することが可能である。最後の工程では更に、デキサメタゾン、リノレイン酸、及び/またはアスコルビン酸を補った培地中で培養することも可能である。 The present invention provides a method for isolating pluripotent adult stem cells (MASC). In this method, bone marrow mononuclear cells were depleted of CD45 + glycophorin A + cells, CD45 glycophorin A cells were recovered, and the recovered CD45 glycophorin A cells were seeded on a matrix coating and seeded. Cells are cultured in a medium supplemented with growth factors. In the depletion step, negative selection using a monoclonal or polyclonal antibody may be performed. The growth factor can be selected from PDGF-BB, EGF, IGF, and LIF. In the last step, it is also possible to culture in a medium supplemented with dexamethasone, linolenic acid and / or ascorbic acid.

本発明は、単離多能性成体幹細胞の培養方法であって、インスリン、セレニウム、ウシ血清アルブミン、リノレイン酸、デキサメタゾン、及び血小板由来成長因子を含有した無血清または低血清培地に細胞を加える工程を含む方法を提供するものである。無血清または低血清培地としては、MCDBと混合した低グルコースDMEMを使用することが可能である。インスリンは約10〜約50μg/mlの濃度で存在すればよい。無血清または低血清培地は、0よりも高く約10μg/mlよりも低い濃度の有効量のトランスフェリンを含有することが可能であり、セレニウムは約0.1〜約5μg/mlの濃度で存在すればよく、ウシ血清アルブミンは約0.1〜約5μg/mlの濃度で存在すればよく、リノレイン酸は約2〜約10μg/mlの濃度で存在すればよく、デキサメタゾンは約0.005〜約0.15μMの濃度で存在すればよい。無血清培地または低血清培地は約0.05〜0.2mMのL−アスコルビン酸を含有することが可能である。無血清培地または低血清培地は約5〜約15ng/mlの血小板由来成長因子、約5〜約15ng/mlの上皮成長因子、約5〜約15ng/mlのインスリン様成長因子、10〜10,000IUの白血病抑制因子を含有することが可能である。本発明は更に、上記の方法に基づいて単離された哺乳動物の多能性成体幹細胞の培養クローン集団を提供するものである。   The present invention relates to a method for culturing isolated pluripotent adult stem cells, which comprises adding cells to a serum-free or low serum medium containing insulin, selenium, bovine serum albumin, linolenic acid, dexamethasone, and platelet-derived growth factor. Is provided. As a serum-free or low serum medium, it is possible to use low glucose DMEM mixed with MCDB. Insulin may be present at a concentration of about 10 to about 50 μg / ml. The serum-free or low-serum medium can contain an effective amount of transferrin at a concentration greater than 0 and less than about 10 μg / ml, with selenium present at a concentration of about 0.1 to about 5 μg / ml. Bovine serum albumin may be present at a concentration of about 0.1 to about 5 μg / ml, linolenic acid may be present at a concentration of about 2 to about 10 μg / ml, and dexamethasone is about 0.005 to about It may be present at a concentration of 0.15 μM. The serum-free medium or low serum medium can contain about 0.05 to 0.2 mM L-ascorbic acid. Serum free or low serum medium is about 5 to about 15 ng / ml platelet-derived growth factor, about 5 to about 15 ng / ml epidermal growth factor, about 5 to about 15 ng / ml insulin-like growth factor, 10-10, 000 IU of leukemia inhibitory factor can be included. The present invention further provides a cultured clonal population of mammalian pluripotent adult stem cells isolated according to the above method.

本発明は、MASC由来細胞及び分化した子孫を永久的及び/または条件的に不死化するための方法であって、MASCまたは分化した子孫にテロメラーゼを導入する工程を含む方法を提供するものである。   The present invention provides a method for permanently and / or conditionally immortalizing MASC-derived cells and differentiated progeny, comprising the step of introducing telomerase into the MASC or differentiated progeny. .

本発明は、完全に同種異系の多能性幹細胞、誘導した造血幹細胞、または子孫細胞を哺乳動物に投与して、後の多能性幹細胞由来の組織移植や他の臓器移植のために哺乳動物に免疫寛容を誘導することにより哺乳動物の造血及び免疫系を再構成するための方法を提供するものである。   The present invention provides for administration of fully allogeneic pluripotent stem cells, induced hematopoietic stem cells, or progeny cells to a mammal for subsequent tissue transplantation derived from pluripotent stem cells and other organ transplants. It provides a method for reconstituting a mammal's hematopoiesis and immune system by inducing immune tolerance in an animal.

本発明は、適当な成長因子を投与し、細胞を増殖させることによって、未分化の多能性幹細胞を分化した毛嚢へと増殖させる方法を提供するものである。   The present invention provides a method for proliferating undifferentiated pluripotent stem cells into differentiated hair follicles by administering an appropriate growth factor and proliferating the cells.

本発明は上記に述べた細胞の多くの用途を提供するものである。例えば、本発明は、単離細胞を使用するための方法であって、該細胞の集団を子宮内移植して細胞または組織をキメラ化することにより、移植後に出生前または出生後のヒトまたは動物の体内でヒト細胞を産生し、該細胞が治療効果を有する酵素、タンパク質や他の産物をヒトまたは動物体内で産生して遺伝子異常を修正する方法を提供するものである。本発明は更に、治療処置を必要とする患者の遺伝子治療において上記の細胞を使用するための方法であって、所望の遺伝子産物をコードする予め選択した単離DNAを前記細胞に導入することによって細胞を遺伝子改変し、培養中で該細胞を増殖させ、該細胞を前記患者の体内に導入して所望の遺伝子産物を産生させる方法を提供するものである。   The present invention provides many uses for the cells described above. For example, the present invention is a method for using an isolated cell, wherein the population of cells is transplanted in utero to chimerize the cell or tissue, so that a human or animal after transplantation before or after birth The present invention provides a method for correcting a genetic abnormality by producing a human cell in a human body and producing an enzyme, protein or other product having a therapeutic effect in the human body or animal body. The present invention is further a method for using the above cells in gene therapy for a patient in need of therapeutic treatment, by introducing into the cells a preselected isolated DNA encoding the desired gene product. The present invention provides a method for genetically modifying cells, proliferating the cells in culture, and introducing the cells into the patient to produce a desired gene product.

本発明は、培養中で上記の単離多能性成体幹細胞を増殖させ、増殖させた該細胞の有効量を損傷組織を修復する必要のある患者の損傷組織と接触させることによって、患者の組織を修復する方法を提供するものである。当該細胞は患者の体内に局所的注入または全身的注入により導入することが可能である。当該細胞は適当なマトリクスインプラントとともに患者の体内に導入することが可能である。こうしたマトリクスインプラントは、更なる遺伝子物質、サイトカイン、成長因子や当該細胞の増殖及び分化を促進する他の因子を与えるようなものであってもよい。当該細胞は患者の体内への導入に先立ってポリマーカプセルなどにカプセル化することが可能である。   The present invention provides a method for growing a patient's tissue by growing said isolated pluripotent adult stem cell in culture and contacting an effective amount of said expanded cell with the damaged tissue of the patient in need of repairing the damaged tissue. It provides a method of repairing. The cells can be introduced into the patient's body by local or systemic injection. The cells can be introduced into the patient's body with a suitable matrix implant. Such matrix implants may provide additional genetic material, cytokines, growth factors and other factors that promote the proliferation and differentiation of the cells. The cells can be encapsulated in polymer capsules or the like prior to introduction into the patient's body.

本発明は、ヒト患者において感染因子に対する免疫応答を誘導するための方法であって、多能性成体幹細胞を増殖させたクローン集団を培養中で遺伝子改変することによって感染因子に対する防御免疫応答反応を引き起こす1以上の予め選択した抗原分子を発現させる工程と、患者の体内に免疫応答を誘導するうえで有効量の遺伝子改変細胞を導入する工程とを含む方法を提供するものである。この方法は、多能性成体幹細胞を樹状細胞に分化させる工程を第2工程の前に更に含んでいてもよい。   The present invention is a method for inducing an immune response against an infectious agent in a human patient, wherein a clonal population expanded with pluripotent adult stem cells is genetically modified in culture to produce a protective immune response against the infectious agent. There is provided a method comprising expressing one or more preselected antigen molecules to cause and introducing an effective amount of genetically modified cells to induce an immune response in a patient. This method may further include a step of differentiating pluripotent adult stem cells into dendritic cells before the second step.

本発明は、生理学的異常に関連した遺伝子多型を特定するためにMASCを使用するための方法であって、表現型データを得ることが可能な個人の統計的に有意な集団からMASCを単離する工程と、前記統計的に有意な個人の集団から得たMASCを培養増殖してMASC培養を樹立する工程と、前記培養MASCに
おいて少なくとも1つの遺伝子多型を特定する工程と、前記培養MASCを分化誘導する工程と、正常な遺伝子型を有するMASCが示す分化のパターンと特定された遺伝子多型を有するMASCが示す分化のパターンとを比較することにより前記少なくとも1つの遺伝子多型に関連した異常代謝プロセスを特徴付けする工程とを含む方法を提供するものである。
The present invention is a method for using MASCs to identify genetic polymorphisms associated with physiological abnormalities, wherein MASCs are simply derived from a statistically significant population of individuals from whom phenotypic data can be obtained. Separating the MASC from the statistically significant population of individuals, establishing a MASC culture, identifying at least one gene polymorphism in the cultured MASC, and the cultured MASC And the differentiation pattern exhibited by the MASC having the normal genotype and the differentiation pattern exhibited by the MASC having the identified gene polymorphism are related to the at least one gene polymorphism. And a method of characterizing an abnormal metabolic process.

本発明は更に、哺乳動物における癌を治療するための方法であって、多能性成体幹細胞を遺伝子改変して腫瘍障害性タンパク質、抗血管新生タンパク質、または腫瘍細胞表面で発現されるタンパク質を、抗原に対する免疫応答刺激に関連したタンパク質とともに発現させる工程と、前記哺乳動物に前記遺伝子改変多能性成体幹細胞の有効抗癌量を導入する工程とを含む方法を提供するものである。   The present invention further provides a method for treating cancer in a mammal, wherein a pluripotent adult stem cell is genetically modified to produce a tumor toxic protein, an anti-angiogenic protein, or a protein expressed on the surface of a tumor cell. The present invention provides a method comprising a step of expressing together with a protein related to immune response stimulation to an antigen, and a step of introducing an effective anticancer amount of the genetically modified pluripotent adult stem cell into the mammal.

本発明は、生物学的または生理学的因子に対する細胞応答を特徴付けるためにMASCを使用する方法であって、統計的に有意な個人の集団からMASCを単離する工程と、前記統計的に有意な個人集団から得られたMASCを培養増殖して複数のMASC培養を樹立する工程と、前記MASC培養を1以上の生物学的または生理学的因子と接触させる工程と、前記1以上の生物学的または生理学的因子に対する1以上の細胞応答を特定する工程と、前記統計的に有意な集団の個人から得られた複数のMASC培養の前記1以上の細胞応答を比較する工程とを含む方法を提供するものである。   The present invention provides a method of using MASC to characterize a cellular response to a biological or physiological factor, comprising isolating MASC from a statistically significant population of individuals, said statistically significant Establishing a plurality of MASC cultures by culturing and proliferating MASCs obtained from an individual population; contacting the MASC cultures with one or more biological or physiological factors; and Providing a method comprising identifying one or more cellular responses to a physiological factor and comparing the one or more cellular responses of a plurality of MASC cultures obtained from the statistically significant population of individuals. Is.

本発明は更に、特異的に分化した細胞を治療に使用するための方法であって、特異的に分化した細胞をこれを必要とする患者に投与することからなる方法を提供するものである。本発明は更に、遺伝子操作した多能性幹細胞を内在性遺伝子または導入遺伝子を選択的に発現させるために利用する利用方法、ならびに、病気を治療するためにin vivoで増殖させたMASCを動物への移植/投与に利用する利用方法を提供するものである。例えば、多能性幹細胞すなわちMASCから誘導した神経網膜細胞を利用して、特に黄斑変性、糖尿病性網膜疾患、緑内障、色素性網膜炎などによって生ずる神経網膜疾患などによる失明を治療することが可能である。本発明の細胞は哺乳動物の体内に細胞を定着させるために利用することが可能であり、自家、同種異系、異種の細胞を投与して該哺乳動物の組織特異的な代謝的、酵素的、凝固的、構造的機能などを回復または改変することが可能である。本発明の細胞は哺乳動物の体内に細胞を定着させるために利用することが可能であり、in vivoで細胞分化を誘導することが可能である。本発明の細胞は哺乳動物の体内に分化した幹細胞を投与するために利用することも可能である。本発明の細胞やそのin vitroまたはin vivoでの子孫を利用して遺伝子疾患、変性性疾患、心臓血管疾患、代謝蓄積症、神経疾患または癌などの病態を治療することが可能である。本発明の細胞を用いて歯周病を治療するための歯肉様材料を作成することが可能である。本発明の細胞を用いて皮膚移植や形成手術に利用可能な多能性幹細胞由来の皮膚上皮組織を発生させることが可能である。本発明の細胞を用いて陰茎や心臓などの筋肉を増強することが可能である。本発明の細胞を用いて治療用途の血液をex vivoで作成したり、出生前または出生後の動物の体内でヒトに用いるためのヒト造血細胞及び/または血液を作成することが可能である。本発明の細胞は癌治療や自己免疫疾患の治療において化学療法や放射線療法からの患者の回復を助けたり、レシピエントに免疫寛容を誘導するための治療手段として使用することが可能である。本発明の細胞を利用してAIDSや他の感染症を治療することが可能である。   The present invention further provides a method for using specifically differentiated cells for therapy, comprising administering the specifically differentiated cells to a patient in need thereof. The present invention further provides a method of utilizing genetically engineered pluripotent stem cells to selectively express endogenous genes or transgenes, as well as MASCs grown in vivo to treat disease to animals. The utilization method utilized for the transplantation / administration of is provided. For example, it is possible to treat blindness caused by neuroretinal diseases caused by macular degeneration, diabetic retinal disease, glaucoma, retinitis pigmentosa, etc. by using pluripotent stem cells, ie neural retinal cells derived from MASC. is there. The cells of the present invention can be used to establish cells in the body of mammals, and can administer autologous, allogeneic, and heterologous cells to produce tissue-specific metabolic and enzymatic properties of the mammal. It is possible to restore or modify coagulation, structural function, etc. The cells of the present invention can be used for fixing cells in the body of a mammal, and can induce cell differentiation in vivo. The cells of the present invention can also be used to administer differentiated stem cells into the body of a mammal. It is possible to treat a disease state such as a genetic disease, a degenerative disease, a cardiovascular disease, a metabolic accumulation disease, a neurological disease, or cancer by using the cells of the present invention and progeny thereof in vitro or in vivo. It is possible to create a gingival-like material for treating periodontal disease using the cells of the present invention. The cells of the present invention can be used to generate pluripotent stem cell-derived skin epithelial tissues that can be used for skin transplantation and plastic surgery. It is possible to strengthen muscles such as penis and heart using the cells of the present invention. The cells of the present invention can be used to produce blood for therapeutic use ex vivo, or to produce human hematopoietic cells and / or blood for use in humans in the body of an animal before or after birth. The cells of the present invention can be used as a therapeutic tool to help patients recover from chemotherapy or radiation therapy in cancer treatment or autoimmune disease treatment or to induce immune tolerance in the recipient. AIDS and other infectious diseases can be treated using the cells of the present invention.

本発明の心筋細胞またはMASCを利用して、特に心筋炎、心筋症、心不全、
心臓発作による障害、高血圧、アテローム性動脈硬化、心臓弁機能障害などの心臓疾患を治療することが可能である。遺伝子操作を施した多能性哺乳動物由来幹細胞または分化したその子孫を利用して中枢神経系の欠損または損傷にともなう疾患を治療することが可能である。更に、多能性哺乳動物由来幹細胞または神経関連細胞に分化した該細胞を利用して、脳卒中、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、AIDSにともなう痴呆、脊椎損傷、脳や他の神経系に影響する代謝性疾患などの神経の欠損や変性にともなう疾患を治療することが可能である。
In particular, myocarditis, cardiomyopathy, heart failure,
It is possible to treat heart diseases such as heart attack disorders, high blood pressure, atherosclerosis, heart valve dysfunction. It is possible to treat diseases associated with central nervous system deficiency or damage by utilizing genetically engineered pluripotent mammalian stem cells or differentiated progeny thereof. Furthermore, using the cells differentiated into pluripotent mammal-derived stem cells or nerve-related cells, it affects stroke, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, Huntington's disease, dementia associated with AIDS, spinal cord injury, brain and other nervous systems It is possible to treat diseases associated with neurological deficits or degeneration such as metabolic diseases.

多能性哺乳動物由来幹細胞または間質細胞などに分化したその子孫を利用して、造血細胞、膵臓小島またはβ細胞、肝細胞などの他の細胞の分化や増殖をin vitroまたはin vivoにて支援することが可能である。本発明の幹細胞または軟骨に分化したその子孫を利用して軟骨断裂、軟骨菲薄化、変形性関節炎などの間接や軟骨の疾患を治療することが可能である。更に、本発明の幹細胞または骨芽細胞に分化したその子孫を利用して、骨折、非治癒性骨折、変形性関節炎や、前立腺癌、乳癌、多発性骨髄腫などの骨に転移した腫瘍によって生ずる骨の「孔」などの、骨に悪影響を与える病態を改善することが可能である。   Differentiating and proliferating hematopoietic cells, pancreatic islets or β cells, hepatocytes and other cells in vitro or in vivo using progeny differentiated into stem cells or stromal cells derived from pluripotent mammals It is possible to support. The stem cells of the present invention or their progeny differentiated into cartilage can be used to treat indirect or cartilage diseases such as cartilage rupture, cartilage thinning, and osteoarthritis. In addition, stem cells of the present invention or progeny differentiated into osteoblasts are used to produce bone fractures, non-healing fractures, osteoarthritis, and tumors that have metastasized to bone, such as prostate cancer, breast cancer, multiple myeloma, etc. It is possible to improve pathological conditions that adversely affect bone, such as bone “holes”.

本発明は更にヒト患者において防御的免疫応答を誘導するための免疫感作を与えるキットを提供するものである。このキットには、骨髄吸引液から多能性成体幹細胞を単離するための培地及び抗体、単離多能性成体幹細胞を培養するための培地及び細胞因子、及び抗原分子を産生するように多能性成体幹細胞を遺伝子改変するための遺伝子要素が別梱されて含まれている。当該キットには更に、多能性成体幹細胞を組織特異的な細胞に分化させるうえで有効な培地及び細胞因子が含まれる場合もある。遺伝子要素としてはウイルスベクターを使用することが可能であり、このウイルスベクターは細菌またはウイルス由来の1以上の抗原をコードしたヌクレオチド配列を有していてもよい。この遺伝子要素としては、細菌、ウイルス、または寄生虫の抗原をコードしたヌクレオチド配列を有するプラスミドを使用することも可能である。このプラスミドにはリン酸カルシウムトランスフェクション用の要素が同梱される場合もある。遺伝子要素としては、癌細胞に共通する抗原をコードしたヌクレオチド配列を有するベクターを使用することが可能である。更に遺伝子要素として寄生生物の抗原をコードしたヌクレオチド配列を有するベクターを使用することも可能である。   The present invention further provides kits that provide immunization to induce a protective immune response in human patients. This kit contains a medium and antibody for isolating pluripotent adult stem cells from bone marrow aspirate, a medium and cellular factors for culturing isolated pluripotent adult stem cells, and a multiplicity of antigen molecules. A genetic element for genetically modifying a capable adult stem cell is included. The kit may further contain a medium and cellular factors effective in differentiating pluripotent adult stem cells into tissue-specific cells. A viral vector can be used as a genetic element, and this viral vector may have a nucleotide sequence encoding one or more antigens derived from bacteria or viruses. As this genetic element, it is also possible to use a plasmid having a nucleotide sequence encoding a bacterial, viral or parasitic antigen. This plasmid may be packaged with calcium phosphate transfection elements. As a genetic element, it is possible to use a vector having a nucleotide sequence encoding an antigen common to cancer cells. It is also possible to use a vector having a nucleotide sequence encoding a parasitic antigen as a genetic element.

本発明は更に上記に述べたような多能性幹細胞の遺伝子プロファイリングのための方法、ならびにデータバンクにおけるこの遺伝子プロファイリングの使用方法を提供するものである。本発明は更に薬の探索を助けるためにデータベースにおいて上記に述べたような遺伝子プロファイルされた多能性幹細胞を使用する使用方法を提供するものである。   The present invention further provides a method for gene profiling of pluripotent stem cells as described above, and a method of using this gene profiling in a data bank. The present invention further provides methods of use using genetically profiled pluripotent stem cells as described above in a database to assist in drug discovery.

図面の簡単な説明 図1aおよび1bは、本発明の未分化MASCsの写真である。CD45の発現及びグリコフォリンAの発現を欠いた細胞を免疫磁気ビーズ枯渇法及びFACSによって選別した。選別後に回収された細胞は小型の芽細胞であった(図1a)。フィブロネクチンコーティングした96穴プレートのウェル中、DMEM、10ng/mlのIGF、10ng/mlのEGF、10ng/mlのPDGF−BB、トランスフェリン、セレニウム、ウシ血清アルブミン、デキサメタゾン、リノレイン酸、インスリン、及びアスコルビン酸からなる合成培地に5000個の細胞を播いた。7〜21日後に接着細胞の小さなコロニーが形成された(図1b)。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1a and 1b are photographs of undifferentiated MASCs of the present invention. Cells lacking CD45 expression and glycophorin A expression were selected by immunomagnetic bead depletion and FACS. Cells recovered after sorting were small blasts (FIG. 1a). DMEM, 10 ng / ml IGF, 10 ng / ml EGF, 10 ng / ml PDGF-BB, transferrin, selenium, bovine serum albumin, dexamethasone, linolenic acid, insulin, and ascorbic acid in wells of a 96-well plate coated with fibronectin 5000 cells were seeded in a synthetic medium consisting of Small colonies of adherent cells formed after 7-21 days (FIG. 1b).

図2は、培養におけるMASCsの増殖速度を示すグラフである。フィブロネクチンコーティングした96穴プレートのウェル中、DMEM、10ng/mlのIGF、10ng/mlのEGF、10ng/mlのPDGF−BB、トランスフェリン、セレニウム、ウシ血清アルブミン、デキサメタゾン、リノレイン酸、インスリン、及びアスコルビン酸からなる合成培地に2%FCSを加えたものと加えないものとにCD45/GlyA細胞を播いた。細胞がほぼコンフルエンスに達した時点で細胞をトリプシン処理して回収し、同じ培養条件下で1:4の希釈率で毎週2回継代培養した。 FIG. 2 is a graph showing the growth rate of MASCs in culture. DMEM, 10 ng / ml IGF, 10 ng / ml EGF, 10 ng / ml PDGF-BB, transferrin, selenium, bovine serum albumin, dexamethasone, linolenic acid, insulin, and ascorbic acid in wells of a 96-well plate coated with fibronectin CD45 / GlyA cells were seeded on a synthetic medium comprising 2% FCS and without. When the cells reached confluence, the cells were collected by trypsinization and subcultured twice weekly at a dilution ratio of 1: 4 under the same culture conditions.

図3は、23および35回の細胞分裂の間、2x10細胞/cmの再播種密度で培養した、年齢35歳のドナーからのMASCsのテロメア長を示す。テロメア長は常法により求めた。テロメア長は9kBであった。これは同じドナーから得た血中リンパ球のテロメア長よりも3kB長かった。それぞれ10回及び25回の細胞分裂後にテロメア長を評価し、更に35回の細胞分裂後にテロメア長を評価したところ変化は見られなかった。コントロールとしてHL60細胞(短いテロメア)及び293細胞(長いテロメア)を測定した。 FIG. 3 shows the telomere length of MASCs from a 35 year old donor cultured at a replated density of 2 × 10 3 cells / cm 2 during 23 and 35 cell divisions. The telomere length was determined by a conventional method. The telomere length was 9 kB. This was 3 kB longer than the telomere length of blood lymphocytes obtained from the same donor. When telomere length was evaluated after 10 and 25 cell divisions, respectively, and telomere length was evaluated after 35 cell divisions, no change was observed. As controls, HL60 cells (short telomeres) and 293 cells (long telomeres) were measured.

図4は、本発明のMASCsのために発明者が用いた培養、形質導入、分化、および分化の確認のための一般的プロトコルを示す。図に示すように培養後にeGFPを有するレトロウイルスベクターによる形質導入を行った。ほぼコンフルエンスに達したMASCを、10μg/mLのプロタミンの存在下、MASC培地(DMEM、2%FCS、EGF、PDGF−BB、トランスフェリン、セレニウム、ウシ血清アルブミン、デキサメタゾン、リノレイン酸、インスリン、及びアスコルビン酸)中で調製したMFG−eGFPを含むPA317上清に連続2日間、6時間づつ曝露した。最後の形質導入の24時間後に細胞をトリプシン処理してFACSによる選択を行った。30〜70%のMASCがeGFP陽性であった。FACS上でACDU装置を用い、FNコーティングして同じ培地を入れた96穴プレートのウェル1個当たり1〜100個のeGFP陽性細胞を選別した。これらのウェルの内、ウェル当たり10個の細胞が入ったプレート1枚につき約2個のウェルにおいてMASCの子孫が生じた。ここからクローンを培養増殖させた。増殖させた細胞の8〜10個の継代集団が異なる分化経路に沿って分化誘導された。図に示す方法によって分化を確認した。   FIG. 4 shows the general protocol for culture, transduction, differentiation, and confirmation of differentiation used by the inventors for the MASCs of the present invention. As shown in the figure, transduction with a retroviral vector having eGFP was performed after culturing. The MASC that reached almost confluence was prepared in the presence of 10 μg / mL protamine in MASC medium (DMEM, 2% FCS, EGF, PDGF-BB, transferrin, selenium, bovine serum albumin, dexamethasone, linolenic acid, insulin, and ascorbic acid. ) Was exposed to PA317 supernatant containing MFG-eGFP prepared in (6) for 2 consecutive days. Cells were trypsinized 24 hours after the last transduction and selected by FACS. 30-70% of MASCs were eGFP positive. Using an ACDU apparatus on the FACS, 1 to 100 eGFP positive cells were selected per well of a 96-well plate containing FN-coated and the same medium. Of these wells, MASC progeny occurred in approximately 2 wells per plate with 10 cells per well. From here, clones were grown in culture. 8-10 passage populations of expanded cells were induced to differentiate along different differentiation pathways. Differentiation was confirmed by the method shown in the figure.

図5は、本発明のMASCsを分化誘導して、骨芽細胞、軟骨芽細胞(chondroblasts)、および示されたような脂肪細胞を形成するために本発明者が用いた分化プロトコルを示す。図中、最終分化を誘導するうえで必要なサイトカインと最終分化の誘導を証明するための適当な試験が示してある。   FIG. 5 shows the differentiation protocol used by the inventor to induce differentiation of the MASCs of the present invention to form osteoblasts, chondroblasts, and adipocytes as indicated. In the figure, cytokines necessary for inducing terminal differentiation and appropriate tests for demonstrating the induction of terminal differentiation are shown.

図6は、10−7Mデキサメタゾン、β―グリセロホスフェート、および10mMのアスコルビン酸で誘導した後、培養15日目の骨シャロタンパク質の免疫組織染色、ならびに7、11、および14日目の骨シャロタンパク質のウェスタンブロット分析を示す。中央のパネルは、軟骨についてトルイジンブルー染色を行った結果と、7、11及び14日目にII型コラーゲンについてウェスタンブロット分析を行った結果であり、100ng/mLのTGF−β1を加えた無血清培地中でMASCをマイクロマス培養した後に軟骨細胞に分化したことを示すものである。一番下のパネルでは、14日目のオイルレッド染色及びPPARgについてのウェスタンブロット分析の結果によって10%ウマ血清によるMASCの処理後の分化が示されている。 FIG. 6 shows immunohistochemical staining of bone shaloprotein on day 15 in culture and bone shalo on days 7, 11, and 14 after induction with 10 −7 M dexamethasone, β-glycerophosphate, and 10 mM ascorbic acid. Shows Western blot analysis of proteins. The middle panel shows the results of toluidine blue staining for cartilage and the results of Western blot analysis for type II collagen on days 7, 11 and 14, serum-free with 100 ng / mL TGF-β1 added. It shows that MASCs were differentiated into chondrocytes after micromass culture in the medium. In the bottom panel, the results of oil red staining on day 14 and Western blot analysis for PPARg show differentiation after treatment of MASC with 10% horse serum.

図7は、筋肉タンパク質のウェスタンブロットを示す。パネルAはコンフルエンスに達したMASCを3μMの5−アザシチジンと24時間培養した結果を示したものである。この後、培養をMASC増殖培地(DMEM、2%FCS、EGF、PDGF−BB、トランスフェリン、セレニウム、ウシ血清アルブミン、デキサメタゾン、リノレイン酸、インスリン、及びアスコルビン酸)中に維持した。分化はウェスタンブロットによって評価した。5−アザシチジンによる誘導の5日後に、細胞の約50%においてMyf5、Myo−D及びMyf6転写因子が検出された。14〜18日後には、Myo−Dの発現レベルは大幅に低下したが、Myf5及びMyf6は高値に保たれた。誘導後4日目にはデスミン及び骨格筋アクチンが検出され、骨格筋ミオシンが14日目に検出された。免疫組織化学法により、14日後に70〜80%の細胞が成熟筋タンパク質を発現していることが示された(図示せず)。5−アザシチジンまたはレチノイン酸による処理により、培養の第1週目においてGata4及びGata6が発現された。更に、2日目以降に低レベルのトロポニンTが検出され、このことは、心筋トロポニンTが胚性骨格筋中に見出されることから、胎児筋肉が生成されたことを示している。誘導2日後に平滑筋アクチンが検出され、14日後まで高値に維持された。パネルBでは無血清培地中に14日間維持し、コンフルエンスに達したMASCに唯一のサイトカインとして100ng/mLのPDGFを添加した。平滑筋マーカーの存在をウエスタンブロットにより評価した。2日目以降には平滑筋アクチンが、6日目以降には平滑筋ミオシンが検出された。15日目には免疫組織化学法によって細胞の約70%が抗平滑筋アクチン/ミオシン抗体により陽性染色された。4日目以降にはミオゲニンの、6日目以降にはデスミンの存在が確認された。2〜4日後にはMyf5及びMyf6タンパク質が検出され、15日目まで高値を維持した。Myo−Dは検出されなかった。   FIG. 7 shows a Western blot of muscle protein. Panel A shows the results of culturing MASC reaching confluence with 3 μM 5-azacytidine for 24 hours. Following this, cultures were maintained in MASC growth media (DMEM, 2% FCS, EGF, PDGF-BB, transferrin, selenium, bovine serum albumin, dexamethasone, linolenic acid, insulin, and ascorbic acid). Differentiation was assessed by Western blot. Five days after induction with 5-azacytidine, Myf5, Myo-D and Myf6 transcription factors were detected in approximately 50% of the cells. After 14-18 days, the expression level of Myo-D was significantly reduced, but Myf5 and Myf6 remained high. On the 4th day after induction, desmin and skeletal muscle actin were detected, and skeletal muscle myosin was detected on the 14th day. Immunohistochemistry showed that 70-80% of cells expressed mature muscle protein after 14 days (not shown). Treatment with 5-azacytidine or retinoic acid expressed Gata4 and Gata6 in the first week of culture. In addition, low levels of troponin T were detected after day 2, indicating that cardiac muscle troponin T was found in embryonic skeletal muscle, thus producing fetal muscle. Smooth muscle actin was detected 2 days after induction and remained high until 14 days later. Panel B was maintained in serum-free medium for 14 days, and 100 ng / mL PDGF was added as the only cytokine to MASC that reached confluence. The presence of smooth muscle markers was assessed by Western blot. Smooth muscle actin was detected after the second day and smooth muscle myosin was detected after the sixth day. On day 15, approximately 70% of the cells were positively stained with anti-smooth muscle actin / myosin antibody by immunohistochemistry. The presence of myogenin was confirmed after the 4th day and desmin was observed after the 6th day. After 2 to 4 days, Myf5 and Myf6 proteins were detected and remained high until day 15. Myo-D was not detected.

パネルCでは、コンフルエンスに達したMASCをレチノイン酸に曝露した後、100ng/mLのbFGFを加えた無血清培地中で培養した。この後細胞をウェスタンブロットで分析した。2日後にはGata4及びGata6が発現され、15日目まで高値を維持した。4日目以降には心筋トロポニンTが発現され、6日目以降には心筋トロポニンIが発現され、11日後にANPが検出された(図示せず)。15日目には免疫組織化学法によってこれらの心筋タンパク質は70%を越える細胞において検出された(図示せず)。2日目以降には転写因子Myf6が見出された。デスミンの発現が6日目に、ミオゲニンの発現が2日目に始まった。骨格筋アクチンも確認された。発明者等は更に、培養中で稀に自然収縮が生じ、数mmの距離を伝播するのを確認した。   In Panel C, confluent MASCs were exposed to retinoic acid and then cultured in serum-free medium supplemented with 100 ng / mL bFGF. Cells were then analyzed by Western blot. Two days later, Gata4 and Gata6 were expressed, and remained high until the 15th day. Myocardial troponin T was expressed after 4 days, cardiac troponin I was expressed after 6 days, and ANP was detected after 11 days (not shown). On day 15, these myocardial proteins were detected in over 70% of cells by immunohistochemistry (not shown). From the second day onward, the transcription factor Myf6 was found. Desmin expression began on day 6 and myogenin expression on day 2. Skeletal muscle actin was also confirmed. The inventors have further confirmed that natural contraction rarely occurs in the culture and propagates a distance of several mm.

図8は、筋芽細胞と筋管とが融合によって多核筋管を形成した状態を示す顕微鏡写真である。MASCにeGFPを形質導入した集団を5−アザシチジンで24時間誘導し、MASC増殖培地中に維持して得られた筋芽細胞を同じドナーから得られたeGFPを形質導入していないMASCから得られた筋芽細胞と共培養した。筋管を誘導するため、MASC由来筋芽細胞(非形質転換MASCを5−アザシチジンで24時間誘導した後、MASC増殖培地中に14日間維持して得られたもの)を10%ウマ血清とDMEM中で培養した。多核化細胞が形成された時点で筋管をPKH26(赤色の膜色素)とインキュベートし、洗浄して、10%ウマ血清の存在下で上記に述べたように調製したeGFPを形質導入した筋管と共培養した。2日後に細胞を蛍光顕微鏡下で調べた。顕微鏡写真にはeGFP陽性筋芽細胞がPKH26で標識された筋管と融合した状態が示されている。   FIG. 8 is a photomicrograph showing a state in which myoblasts and myotubes form a multinucleated myotube by fusion. The MASCs transduced with eGFP for 24 hours with 5-azacytidine and maintained in MASC growth media were obtained from MASCs that were not transduced with eGFP obtained from the same donor. Co-cultured with myoblasts. In order to induce myotubes, MASC-derived myoblasts (obtained by inducing untransformed MASCs with 5-azacytidine for 24 hours and then maintaining in MASC growth medium for 14 days) with 10% horse serum and DMEM Incubated in. When multinucleated cells are formed, myotubes are incubated with PKH26 (red membrane dye), washed, and myotubes transduced with eGFP prepared as described above in the presence of 10% horse serum. And co-cultured. Two days later, the cells were examined under a fluorescence microscope. The micrograph shows a state where eGFP positive myoblasts are fused with myotubes labeled with PKH26.

図9は、本発明のMASCsからの内皮細胞分化を誘導するために本発明において用いられた方法、および内皮細胞分化を検出するために用いられたマーカーを示す。   FIG. 9 shows the method used in the present invention to induce endothelial cell differentiation from the MASCs of the present invention, and the markers used to detect endothelial cell differentiation.

図10は、内皮細胞分化を確認するための、フォン・ヴィレブランド因子およびCD34マーカーに関する免疫蛍光染色、ならびに内皮細胞表面受容体Tie/Tekに関するウェスタンブロット分析の一連の写真を示す。多能性成体幹細胞(MASC)はFlk1を発現したが、CD34、PECAM、E−及びP−セレクチン、CD36、Tie/Tek及びFlt1は発現しなかった。MASCを20ng/mlVEGFを添加した無血清MASC培地で培養した場合、14日目までに細胞表面にCD34が発現され、細胞がvWFを発現するのを確認した(免疫蛍光法)。更に細胞は7、11及び14日目にウェスタンブロット分析により示されたようにTie/Tekを発現した。VEGFによって誘導した細胞をマトリゲルまたはIV型コラーゲン上で培養すると血管形成が観察された。   FIG. 10 shows a series of photographs of immunofluorescent staining for von Willebrand factor and the CD34 marker and Western blot analysis for the endothelial cell surface receptor Tie / Tek to confirm endothelial cell differentiation. Pluripotent adult stem cells (MASCs) expressed Flk1, but did not express CD34, PECAM, E- and P-selectin, CD36, Tie / Tek and Flt1. When MASC was cultured in serum-free MASC medium supplemented with 20 ng / ml VEGF, it was confirmed that by the 14th day, CD34 was expressed on the cell surface and the cells expressed vWF (immunofluorescence method). In addition, the cells expressed Tie / Tek on days 7, 11 and 14 as shown by Western blot analysis. Angiogenesis was observed when cells induced by VEGF were cultured on Matrigel or type IV collagen.

図11は、MASCsをSCF、Flt3−L、Tpo、およびEpoと共に14日間培養し、その後、造血支持フィーダーAFT024を用いてSCFおよびEGF含有MASC培地中において培養することによって、MASCsが、アストロサイト、乏突起膠細胞、及び神経性細胞に分化することを示す一連の顕微鏡写真である。細胞は、グリア繊維性酸性タンパク質(GFAP)(アストロサイト)、ガラクトセレブロシド(GalC)(乏突起膠細胞)、及びニューロフィラメント−68及び200(ニューロン)に対する抗体によって標識した。   FIG. 11 shows that MASCs were cultured with SCF, Flt3-L, Tpo, and Epo for 14 days, and then cultured in SCF and EGF-containing MASC medium using hematopoietic support feeder AFT024, whereby MASCs were astrocytes, It is a series of photomicrographs showing differentiation into oligodendrocytes and neural cells. Cells were labeled with antibodies against glial fibrillary acidic protein (GFAP) (astrocytes), galactocerebroside (GalC) (oligodendrocytes), and neurofilaments-68 and 200 (neurons).

図12は、100ng/mLのbFGFと共に、フィブロネクチンコートウェル中において、低密度MASCsを培養した際に、ニューロンが発生することを示す一連の顕微鏡写真である。20±2%の細胞がβ−チューブリンIIIについて陽性染色され、22±3%がニューロフィラメント−68について陽性染色され、50±3%がニューロフィラメント−160について陽性染色され、20±2%がニューロフィラメント−200について陽性染色され、82±5%がニューロン特異エノラーゼ(NSE)について陽性染色され、80±2%が微小管関連タンパク質2(MAP2)について陽性染色された。ニューロン1個当たりの軸索の数は分化後2、3〜4週後に3±1個〜5±1個及び7±2個に増加した。図には示されていないが、培養2週間後には、26±4%の細胞がGFAP陽性であり、28±3%がGalC陽性であったのに対し、4週後ではGFAPまたはGalC陽性細胞は減少した。   FIG. 12 is a series of photomicrographs showing that neurons develop when culturing low density MASCs in fibronectin-coated wells with 100 ng / mL bFGF. 20 ± 2% of cells are positively stained for β-tubulin III, 22 ± 3% are positively stained for neurofilament-68, 50 ± 3% are positively stained for neurofilament-160, and 20 ± 2% Positive staining for neurofilament-200, 82 ± 5% positive staining for neuron specific enolase (NSE) and 80 ± 2% positive staining for microtubule associated protein 2 (MAP2). The number of axons per neuron increased from 3 ± 1 to 5 ± 1 and 7 ± 2 after 2, 3-4 weeks after differentiation. Although not shown in the figure, after 2 weeks of culture, 26 ± 4% of the cells were GFAP positive and 28 ± 3% were GalC positive, whereas after 4 weeks GFAP or GalC positive cells. Decreased.

図13は、GFAP、ミエリン塩基性タンパク質(MBP)、およびニューロフィラメント−200、x、xに関するRT−PCRの結果およびウェスタンブロット分析、及びbFGFによるMASCの誘導後の日数を示す。   FIG. 13 shows RT-PCR results and Western blot analysis for GFAP, myelin basic protein (MBP), and neurofilament-200, x, x, and days after induction of MASC by bFGF.

図14は、MASCsからの神経発生に対する、100ng/mLのbFGF、あるいは10ng/mLのFGF−9、FGF−8、FGF−10、FGF−4、BDNF、GDNF、またはCNTFの影響を示す。分化した細胞の性質はGFAP、GalC、ニューロフィラメント200、チロシンヒドロキシラーゼ(TH)、GABA及びパルブアルブミン、ならびにアセチルコリン(CAT)に対する抗体を用いた免疫組織化学法によって特定した。bFGFとともに3週間培養すると、MASCはニューロン、アストロサイト、及び乏突起膠細胞に分化した。GABA、パルブアルブミン、チロシンヒドロキシラーゼ、DOPA−デカルボキシラーゼ、またはトリプトファンヒドロキシラーゼは検出されなかった。10ng/mLのFGF−9及びEGFとともに3週間培養すると、MASCはアストロサイト、乏突起膠細胞、及びGABA作動性及びドーパミン作動性ニューロンを生じた。MASCを10ng/mLのFGF−8及びEGFとともに3週間培養するとGABA作動性ニューロン及びドーパミン作動性ニューロンの両方を生じる。MASCを10ng/mLのFGF−10及びEGFとともに3週間培養するとアストロサイト及び乏突起膠細胞を生じたがニューロンは発生しなかった。MASCを10ng/mLのFGF−4及びEGFにて3週間処理するとアストロサイト及び乏突起膠細胞に分化したが、ニューロンには分化しなかった。MASCを10ng/mLのBDNF及びEGFにて処理すると、チロシンヒドロキシラーゼ陽性細胞のみへの分化が見られた。GDNFとともに培養するとMASCはGABA作動性及びドーパミン作動性ニューロンに分化した。培養すると3週間後にGABA作動性ニューロンのみへの分化が見られた。   FIG. 14 shows the effect of 100 ng / mL bFGF or 10 ng / mL FGF-9, FGF-8, FGF-10, FGF-4, BDNF, GDNF, or CNTF on neurogenesis from MASCs. The properties of the differentiated cells were determined by immunohistochemistry using antibodies against GFAP, GalC, neurofilament 200, tyrosine hydroxylase (TH), GABA and parvalbumin, and acetylcholine (CAT). When cultured with bFGF for 3 weeks, MASC differentiated into neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. GABA, parvalbumin, tyrosine hydroxylase, DOPA-decarboxylase, or tryptophan hydroxylase was not detected. When cultured for 3 weeks with 10 ng / mL FGF-9 and EGF, MASCs yielded astrocytes, oligodendrocytes, and GABAergic and dopaminergic neurons. Incubating MASC with 10 ng / mL FGF-8 and EGF for 3 weeks gives rise to both GABAergic and dopaminergic neurons. When MASC was cultured with 10 ng / mL FGF-10 and EGF for 3 weeks, astrocytes and oligodendrocytes were produced, but no neurons were generated. Treatment of MASC with 10 ng / mL FGF-4 and EGF for 3 weeks differentiated into astrocytes and oligodendrocytes, but not into neurons. When MASC was treated with 10 ng / mL BDNF and EGF, differentiation into only tyrosine hydroxylase positive cells was observed. When cultured with GDNF, MASC differentiated into GABAergic and dopaminergic neurons. When cultured, differentiation into GABAergic neurons only was observed after 3 weeks.

図15は、ウィスターラットの脳において中大脳動脈の結紮によって生じさせた頭頂梗塞の周りへの未分化MASCsの移植の効果を示す。ラットにはシクロスポリンを継続投与し、麻痺した四肢の機能をMASCの注入の6週間後に調べた。コントロールとして動物に生理食塩水またはMASCにより調整した培地を注入した。MASCまたはコントロール溶液の移植後6週目に四肢の定位機能について検定した結果を示した。MASCを移植したラットにおいてのみ擬似移植を行った動物のレベルに比肩する機能改善が見られた。   FIG. 15 shows the effect of transplantation of undifferentiated MASCs around the parietal infarction caused by ligation of the middle cerebral artery in the brain of Wistar rats. Rats were continuously administered cyclosporine and the function of the paralyzed limbs was examined 6 weeks after MASC injection. As a control, animals were injected with a medium adjusted with physiological saline or MASC. The results of testing for the stereotaxic function of the extremities 6 weeks after transplantation of MASC or control solution are shown. Only in the rat transplanted with MASC, a functional improvement comparable to the level of animals subjected to sham transplantation was seen.

図16は、ウィスターラットの脳において中大脳動脈の結紮によって生じさせた頭頂梗塞の周りへの未分化MASCsの移植の効果を示す。ラットにはシクロスポリンを継続投与し、麻痺した四肢の機能をMASCの注入の6週間後に調べた。2及び6週間後に動物を殺して神経に係る表現型を決定した。eGFP細胞の移植後の脳が自己蛍光を発することから、移植片の免疫組織化学的分析を行う必要があった。2週目ではeGFP細胞の大半が移植領域自体において検出された。6週後ではeGFP細胞は移植片の外部に移動した。2週目では抗eGFP抗体で染色された細胞は球形状を維持し、その直径は10〜30μmの範囲であった。6週後ではeGFP細胞は大幅に縮小しており、移植領域には正常な脳組織へと延出する神経突起が見られた。ヒト特異的核抗体であるNuMaによる染色によってヒト細胞の存在が確認された(図示せず)。この抗体によれば免疫蛍光抗体による2重及び3重の染色が可能であり、移植片中のヒト細胞を特定するために将来的に利用されるであろう。 FIG. 16 shows the effect of transplantation of undifferentiated MASCs around the parietal infarction caused by ligation of the middle cerebral artery in the brain of Wistar rats. Rats were continuously administered cyclosporine and the function of the paralyzed limbs was examined 6 weeks after MASC injection. The animals were killed after 2 and 6 weeks to determine the neuronal phenotype. Since the brain after transplantation of eGFP + cells emits autofluorescence, it was necessary to perform immunohistochemical analysis of the graft. At 2 weeks, the majority of eGFP + cells were detected in the transplant area itself. After 6 weeks, eGFP + cells migrated outside the graft. At the second week, cells stained with anti-eGFP antibody maintained a spherical shape, and their diameters ranged from 10 to 30 μm. After 6 weeks, eGFP + cells had greatly shrunk, and neurites extending to normal brain tissue were seen in the transplanted area. The presence of human cells was confirmed by staining with NuMa, a human specific nuclear antibody (not shown). This antibody allows double and triple staining with immunofluorescent antibodies and will be used in the future to identify human cells in the graft.

本発明者等は、ヒト特異的抗ネスチン抗体を利用してNuMa陽性細胞及びGFP細胞と同じ場所にネスチン陽性細胞の小集団を検出した。このことは神経外胚葉の分化を示すものである。更に発明者等は、βチューブリンIII、ニューロフィラメント−68及び−160、オリゴマーカー、及びGFAPについて陽性染色を確認した。このことは神経細胞及びグリア細胞への分化を示すものである。 The present inventors detected a small population of nestin positive cells in the same place as NuMa positive cells and GFP + cells using human-specific anti-nestin antibodies. This indicates neuronal ectoderm differentiation. Furthermore, the inventors confirmed positive staining for β-tubulin III, neurofilaments -68 and -160, oligo markers, and GFAP. This indicates differentiation into nerve cells and glial cells.

図17は、HGFおよびKGFでMASCsを処理した後の、サイトケラチン18および19に関する免疫組織化学分析およびウェスタンブロット分析を示す。14日後、サイロケラチン18及び19を発現する大型の上皮様細胞が見られた。   FIG. 17 shows immunohistochemical and western blot analysis for cytokeratins 18 and 19 after treating MASCs with HGF and KGF. After 14 days, large epithelial-like cells expressing psycherokeratin 18 and 19 were seen.

発明の詳細な説明 ある系統にコミットした幹細胞において「クローニングプロセス」または「トランス−分化」において起きるのと同様の遺伝的再プログラミングが起きるか否かは分かっていない。本発明は、多様な臓器(例えば骨髄、肝臓、脳)に発生し
た後でさえ、それら臓器から精製し、さらにin vitroで培養した場合に残存する多能性幹細胞は、明らかな老化無しに増殖することができ、さらに、その幹細胞が由来する組織とは異なる多様な細胞型に分化することができることを示している。「可塑性」を有する様々な臓器由来の幹細胞の表現型は類似している(CD45CD44HLADRHLAクラスIoct3/4mRNAおよびhTRT)。さらには、そのような幹細胞の特徴は、例えば、始原生殖細胞(幹細胞がその直接の子孫であって差し支えない)の特徴に類似する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION It is not known whether genetic reprogramming occurs in stem cells committed to a lineage similar to what occurs in a “cloning process” or “trans-differentiation”. The present invention enables pluripotent stem cells that remain after purification from various organs (eg, bone marrow, liver, brain) and further cultured in vitro to proliferate without apparent senescence. And it can be differentiated into a variety of cell types different from the tissue from which the stem cells are derived. The phenotypes of stem cells from various organs with “plasticity” are similar (CD45 CD44 HLA DR HLA class I oct3 / 4 mRNA + and hTRT + ). Furthermore, the characteristics of such stem cells are similar to those of, for example, primordial germ cells (the stem cells can be their immediate progeny).

本発明は、骨髄細胞のごく一部、ならびに脳および肝臓中の細胞が、通常、ESおよびEG細胞でのみ認められる遺伝子(oct−4、Rex−1)を発現することの証拠を有する。さらには、本発明は、oct−4/eGFP構成物に関して形質転換した新生マウスの骨髄および脳においてeGFP細胞を検出し、さらに、oct−4発現細胞が、後胚期の生殖細胞以外の組織に存在することを示している。従って、少数の幹細胞が成人してからもずっと残存し、多能性を有する様々な臓器中において生存している。このことは異なる臓器に由来する幹細胞において見られる可塑性を説明するものである。 The present invention has evidence that a small fraction of bone marrow cells, as well as cells in the brain and liver, express genes (oct-4, Rex-1) that are usually found only in ES and EG cells. Furthermore, the present invention detects eGFP + cells in the bone marrow and brain of newborn mice transformed with the oct-4 / eGFP construct, and the oct-4 expressing cells are in tissues other than germ cells in the late embryonic stage. Is present. Therefore, a small number of stem cells remain even after adulthood and survive in various organs having pluripotency. This explains the plasticity seen in stem cells derived from different organs.

多能性幹細胞の選択及び表現型 本発明は、骨細胞、軟骨、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨髄間質細胞、骨格筋、平滑筋、心筋、内皮、上皮細胞(ケラチノサイト)、造血細胞、グリア細胞、神経細胞、及び乏突起膠細胞の前駆細胞へと分化することが可能な、ヒトまたはマウス(または他の生物種)の成体、新生児、または胎児から単離される多能性成体幹細胞(MASC)を提供するものである。これらの細胞はこれまでに述べられているいずれの成体由来幹細胞よりも胚性幹細胞に近い分化表現型を示す。 Selection and phenotype of pluripotent stem cells The present invention relates to bone cells, cartilage, adipocytes, fibroblasts, bone marrow stromal cells, skeletal muscle, smooth muscle, cardiac muscle, endothelium, epithelial cells (keratinocytes), hematopoietic cells, glia Pluripotent adult stem cells (MASCs) isolated from adult human, mouse (or other species), newborn, or fetus, capable of differentiating into progenitor cells of cells, neurons, and oligodendrocytes ). These cells exhibit a differentiated phenotype closer to embryonic stem cells than any adult-derived stem cells described so far.

ここに述べられる多能性成体幹細胞は本発明者等によって開発された方法によって単離されたものである。発明者等はMASCを特徴付ける多くの特異的細胞表面マーカーを特定したものである。本発明の方法を利用することにより、ヒト、マウスや他の生物種の成体、幼体または胎児から多能性成体幹細胞を単離することが可能である。更に、マウスではこれらの細胞は脳及び肝臓から単離されている。したがって、骨髄吸引液、脳または肝臓の生体組織及び場合により他の臓器を採取し、本発明者等により特定されたような当該細胞上に発現される表面マーカーに基づいて当業者に周知のポジティブまたはネガティブ選択法を用いることにより、煩瑣な実験を行うことなく当該細胞を単離することがここに至って当業者に可能となったのである。   The pluripotent adult stem cells described here have been isolated by a method developed by the present inventors. The inventors have identified a number of specific cell surface markers that characterize MASC. By using the method of the present invention, it is possible to isolate pluripotent adult stem cells from adults, juveniles or fetuses of humans, mice and other species. Furthermore, in mice these cells are isolated from the brain and liver. Therefore, bone marrow aspirate, brain or liver tissue and possibly other organs are collected and positive well known to those skilled in the art based on surface markers expressed on the cells as specified by the inventors Alternatively, by using the negative selection method, it has become possible for those skilled in the art to isolate the cells without carrying out cumbersome experiments.

A.ヒト骨髄からの多能性成体幹細胞(MASC)の単離 多能性成体幹細胞(MASC)を選択するためには、当業者に周知の標準的手法(参照、Muschler,G.F., et al., J. Bone Joint Surg. Am. (1997) 79 (11):1699-709,Batinic, D., et al., Bone Marrow Transplant. (1990) 6(2): 103-7)によって得ることが可能な骨髄吸引液から骨髄単核細胞を得る。多能性成体幹細胞は骨髄(または肝臓や脳などの他の臓器)に存在するが、通常の白血球抗原CD45や赤芽球特異的グリコフォリン−A(Gly−A)は発現しない。この細胞の混合集団をフィコール−ハイパック分離にかける。次いで細胞を抗CD45及び抗Gly−A抗体を用いたネガティブ選択にかけ、CD45及びGly−Aの細胞集団を除去し、残りの約0.1%の骨髄単核細胞を回収する。また、細胞をフィブロネクチンコーティングしたウェルに播種して、下記に述べる要領で2〜4週間培養した後にCD45及びGly−A細胞を除去することも可能である。あるいは、白血病抑制因子(LIF)受容体などの、本発明者等によって特定されたここに述べる細胞特異的マーカーの組合わせを用いたポジティブ選択を行って細胞を単離する。ポジティブ及びネガティブ選択はいずれも当業者に周知の方法であり、また、ネガティブ選択を行ううえで適当な多くのモノクローナル及びポリクローナル抗体も当該技術分野において周知であって(参照、LeukocyteTyping V, Schlossman, et al., Eds. (1995) OxfordUniversityPress)、多くの供給元より市販されている。更に、細胞集団の混合物からの哺乳動物細胞の分離法がシュワルツ(Schwartz)等による米国特許第5,759,793号(磁気的分離)、及び、Basch,et al., J. Immunol. Methods (1983) 56: 269 (免疫親和性クロマトグラフィ)、ならびにWysockiand Sato,Proc.Natl. Acad. Sci (USA) (1978) 75: 2844) (蛍光発色細胞分析分離法)(図1A)に述べられている。回収したCD45/GlyA細胞は5〜115ng/ml(好ましくは約7〜10ng/ml)の血清フィブロネクチンまたは他の適当なマトリクスコーティングにてコーティングした培養皿に播種する。細胞は、1〜50ng/ml(好ましくは約5〜15ng/ml)の血小板由来成長因子−BB(PDGF−BB)、1〜50ng/ml(好ましくは5〜15ng/ml)の上皮成長因子(EGF)、1〜50ng/ml(好ましくは5〜15ng/ml)のインスリン様成長因子(IGF)または100〜10,000IU(好ましくは約1000IU)のLIFを、10−10〜10−8Mのデキサメタゾンまたは他の適当なステロイド、2〜10μg/mlのリノレイン酸、及び0.05〜0.15μMのアスコルビン酸とともに補ったダルベッコ最小必須培地(DMEM)または他の適当な細胞培養培地中で維持される。他の適当な培地として、MCDB、MEM、IMDMやRPMIなどが挙げられる。細胞は、無血清下か、1〜2%ウシ胎児血清存在下か、あるいは1〜2%ヒトAB血清または自家血清(図1B)中に維持することができる。 A. Isolation of Pluripotent Adult Stem Cells (MASC) from Human Bone Marrow To select pluripotent adult stem cells (MASC), standard techniques well known to those skilled in the art (see Muschler, GF, et al., J Bone Joint Surg. Am. (1997) 79 (11): 1699-709, Batinic, D., et al., Bone Marrow Transplant. (1990) 6 (2): 103-7) Bone marrow mononuclear cells are obtained from bone marrow aspirate. Pluripotent adult stem cells are present in bone marrow (or other organs such as liver and brain), but do not express normal leukocyte antigen CD45 or erythroblast-specific glycophorin-A (Gly-A). This mixed population of cells is subjected to Ficoll-Hypaque separation. The cells are then subjected to negative selection using anti-CD45 and anti-Gly-A antibodies to remove the CD45 + and Gly-A + cell population and recover the remaining approximately 0.1% of bone marrow mononuclear cells. It is also possible to inoculate cells into fibronectin-coated wells, and after culturing for 2 to 4 weeks as described below, CD45 + and Gly-A + cells can be removed. Alternatively, cells are isolated by performing a positive selection using a combination of the cell-specific markers described herein identified by the inventors, such as leukemia inhibitory factor (LIF) receptor. Both positive and negative selection are methods well known to those skilled in the art, and many monoclonal and polyclonal antibodies suitable for performing negative selection are also well known in the art (see Leukocyte Typing V, Schlossman, et al. al., Eds. (1995) Oxford University Press), commercially available from many sources. Furthermore, methods for separating mammalian cells from a mixture of cell populations are described in US Pat. No. 5,759,793 (magnetic separation) by Schwartz et al. And Basch, et al., J. Immunol. Methods ( 1983) 56: 269 (Immunoaffinity Chromatography) and Wysockiand Sato, Proc. Natl. Acad. Sci (USA) (1978) 75: 2844) (Fluorescence Chromatographic Cell Analysis Separation Method) (Figure 1A). . The recovered CD45 / GlyA cells are seeded in culture dishes coated with 5-115 ng / ml (preferably about 7-10 ng / ml) of serum fibronectin or other suitable matrix coating. The cells are 1-50 ng / ml (preferably about 5-15 ng / ml) platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB), 1-50 ng / ml (preferably 5-15 ng / ml) epidermal growth factor ( EGF), 1-50 ng / ml (preferably 5-15 ng / ml) of insulin-like growth factor (IGF) or 100-10,000 IU (preferably about 1000 IU) LIF of 10 −10 to 10 −8 M Maintained in Dulbecco's Minimum Essential Medium (DMEM) or other suitable cell culture medium supplemented with dexamethasone or other suitable steroid, 2-10 μg / ml linolenic acid, and 0.05-0.15 μM ascorbic acid. The Other suitable media include MCDB, MEM, IMDM, RPMI and the like. Cells can be maintained in serum-free, in the presence of 1-2% fetal calf serum, or in 1-2% human AB serum or autologous serum (FIG. 1B).

本発明者等は、低密度で培養された多能性成体幹細胞(MASC)は白血病抑制因子受容体(LIF−R)を発現し、CD44を少量発現するかあるいは発現しないが、多能性幹細胞(MSC)の特徴を有する細胞を高密度で培養すると、LIF−Rを発現しなくなるがCD44を発現することを示した。CD45GlyA細胞の1〜2%がCD44であり、CD45GlyA細胞の内LIF−Rであるのは0.5%未満である。蛍光発色細胞分析分離法(FACS)により選択された細胞を定量的RT−PCR(リアルタイムPCR)にかけてoct−4のmRNAを定量した。oct−4のmRNAの濃度は、選別されていないCD45GlyA細胞と比較して、CD45GlyACD44細胞で5倍高く、CD45GlyALIF−R細胞で20倍高かった。選別した細胞は10ng/mlのEGF、PDGF−BB、及びLIFを加えたMASC培地に播種した。MASCが増殖を開始した頻度は、選別されていないCD45GlyA細胞と比較してCD45GlyALIF−R細胞で30倍高く、CD45GlyACD44細胞で3倍高かった。 The present inventors have found that pluripotent adult stem cells (MASC) cultured at low density express leukemia inhibitory factor receptor (LIF-R) and express small amounts of CD44 or do not express pluripotent stem cells It was shown that when cells having the characteristics of (MSC) were cultured at high density, LIF-R was not expressed but CD44 was expressed. 1-2% of CD45 GlyA cells are CD44 , and less than 0.5% of CD45 GlyA cells are LIF-R + . The cells selected by the fluorescence chromogenic cell analysis separation method (FACS) were subjected to quantitative RT-PCR (real-time PCR) to quantify oct-4 mRNA. Concentration of mRNA oct-4 is, CD45 not sorted - compared to cells, CD45 - - GlyA GlyA - CD44 - cells at 5 fold higher, CD45 - GlyA - was 20-fold higher in LIF-R + cells. Sorted cells were seeded in MASC medium supplemented with 10 ng / ml EGF, PDGF-BB, and LIF. Frequency of MASC starts to grow, not sorted CD45 - GlyA - compared to cells CD45 - GlyA - 30 times higher in LIF-R + cells, CD45 - GlyA - CD44 - was three times higher in the cell.

このヒト細胞を0.5x10細胞/cm未満の細胞密度で再播種すると、培養はあまり増殖することなく死滅した。3日毎に10x10細胞/cmを上回る細胞密度で再播種すると、後述するように30回の分裂を行う以前に細胞は分裂を停止した。またこれにより分化能も失われた。3日毎に2x10細胞/cmの細胞密度で再播種すると、40回を上回る分裂が普通に見られ、分裂回数が70回を上回る細胞集団も見られた。細胞の倍加時間は最初の20〜30回の分裂では36〜48時間であった。この後、細胞の倍加時間は60〜72時間にまで延びた(図2)。 When the human cells were replated at a cell density of less than 0.5 × 10 3 cells / cm 2 , the culture died without much growth. When replated at a cell density of more than 10 × 10 3 cells / cm 2 every 3 days, the cells stopped dividing before 30 divisions as described below. This also lost the ability to differentiate. When replated at a cell density of 2 × 10 3 cells / cm 2 every 3 days, more than 40 divisions were normally seen, and cell populations with more than 70 divisions were also seen. Cell doubling time was 36-48 hours for the first 20-30 divisions. After this, the cell doubling time extended to 60-72 hours (FIG. 2).

5人のドナー(2才〜55才)より得た多能性成体幹細胞(MASC)を2x10細胞/cmの播種密度で23〜26回の分裂を行うまで培養したところテロメアの長さは11〜13kBであった。これは同じドナーから得られた血中リンパ球のテロメアの長さよりも3〜5kB長かった。2人のドナーから得た細胞のテロメアの長さを23回及び25回の細胞分裂後にそれぞれ測定し、更に35回目の細胞分裂後に再測定したところ変化は見られなかった。これらのMASCの核型は正常であった。(図3) B.マウス組織からの多能性成体幹細胞(MASC)の単離 C57/BL6マウスから骨髄を得、単核細胞またはCD45及びGlyAポジティブの細胞を除去した細胞をヒトMASCで用いたものと同じ培養条件下(10ng/mLのヒトPDGF−BB及びEGF)で播種した。骨髄単核細胞を播種した場合には、培養開始後14日後にCD45細胞を除去することにより造血細胞を除去した。ヒトMASCと同様、2回の細胞分裂毎に2000細胞/cmの播種密度で培養に再播種した。ヒト細胞において見られたのと対照的に、0日目にCD45細胞を除去した新鮮なマウス骨髄単核細胞をMASC培地に播種した場合、細胞は増殖しなかった。マウス骨髄単核細胞を播種し、14日後に培養細胞からCD45細胞を除去すると、ヒトMASCに形態及び表現型において類似した細胞が出現した。 When pluripotent adult stem cells (MASC) obtained from 5 donors (2 to 55 years old) were cultured at a seeding density of 2 × 10 3 cells / cm 2 until 23 to 26 divisions, the length of telomeres was It was 11-13 kB. This was 3-5 kB longer than the telomere length of blood lymphocytes obtained from the same donor. The telomere length of the cells obtained from two donors was measured after 23 and 25 cell divisions, respectively, and re-measured after the 35th cell division, no change was observed. These MASC karyotypes were normal. (FIG. 3) B. FIG. Isolation of Pluripotent Adult Stem Cells (MASC) from Mouse Tissue Bone marrow was obtained from C57 / BL6 mice and mononuclear cells or cells from which CD45 and GlyA positive cells were removed were used under the same culture conditions as those used in human MASC (10 ng / mL human PDGF-BB and EGF). When bone marrow mononuclear cells were seeded, hematopoietic cells were removed by removing CD45 + cells 14 days after the start of culture. Similar to human MASC, the culture was replated at a seeding density of 2000 cells / cm 2 every two cell divisions. In contrast to that seen in human cells, when fresh mouse bone marrow mononuclear cells from which CD45 + cells were removed on day 0 were seeded in MASC medium, the cells did not grow. When mouse bone marrow mononuclear cells were seeded and CD45 + cells were removed from cultured cells after 14 days, cells similar in morphology and phenotype to human MASCs appeared.

PDGF−BB及びEFGのみと培養した場合、細胞の倍加は遅く(6日よりも長い)、10回の細胞分裂を越える時間にわたって培養を維持することはできなかった。100〜10000ng/mL(好ましくは1000IU)のLIFを添加することにより細胞の増殖は大幅に向上し、細胞の分裂回数は70回を上回った。   When cultured with PDGF-BB and EFG alone, cell doubling was slow (greater than 6 days) and the culture could not be maintained for more than 10 cell divisions. By adding 100-10000 ng / mL (preferably 1000 IU) of LIF, cell proliferation was greatly improved and the number of cell divisions exceeded 70.

5日齢のFVB/Nマウスから得た骨髄、脳、または肝臓単核細胞をフィブロネクチン上、EGF、PDGF−BB、及びLIFとともにMASC培地に播種した。14日後にCD45細胞を除去し、上述したようなMASC培養条件下に細胞を維持した。FVB/Nマウスからの骨髄、脳、または肝細胞にて開始した培養中にヒトMASC及びマウス骨髄C57/B16MASCに形態及び表現型において類似した細胞が増殖した。 Bone marrow, brain, or liver mononuclear cells obtained from 5-day-old FVB / N mice were seeded in MASC medium with EGF, PDGF-BB, and LIF on fibronectin. After 14 days, CD45 + cells were removed and the cells were maintained under MASC culture conditions as described above. Cells that were similar in morphology and phenotype to human MASC and mouse bone marrow C57 / B16 MASC grew during culture initiated with bone marrow, brain, or hepatocytes from FVB / N mice.

C.多能性成体幹細胞(MASC)の表現型 1.ヒトMASC 22〜25回目の細胞分裂後に得たヒト多能性成体幹細胞(MASC)に蛍光発色細胞分析分離法(FACS)による免疫表現型分析を行った結果、細胞はCD31、CD34、CD36、CD38、CD45、CD50、CD62E、及び−P、HLA−DR、Muc18、STRO−1、cKit、Tie/Tekは発現せず、CD44、HLA−クラスI、及びβ2マイクログロブリンを低レベルで発現し、CD10、CD13、CD49b、CD49e、CDw90、Flk1を発現することが示された(N>10)。   C. Pluripotent adult stem cell (MASC) phenotype Human pluripotent adult stem cells (MASC) obtained after human MASC 22-25th cell division were subjected to immunophenotypic analysis by fluorescence chromogenic cell analysis separation (FACS). As a result, the cells were CD31, CD34, CD36, CD38. , CD45, CD50, CD62E, and -P, HLA-DR, Muc18, STRO-1, cKit, Tie / Tek are not expressed, CD44, HLA-class I, and β2 microglobulin are expressed at low levels, CD10 , CD13, CD49b, CD49e, CDw90, Flk1 (N> 10).

2x10個/cmの細胞密度にて再播種した培養中で細胞分裂の回数が40回を越えると表現型はより均一となり、HLA−クラスIまたはCD44を発現する細胞は見られなくなった(N=6)。高いコンフルエンスにまで細胞が増殖すると、Muc18、CD44、HLA−クラスI及びβ2−マイクログロブリンを高レベルで発現するようになり、これは多能性幹細胞(MSC)について報告されている表現型と同様のものであった(N=8)(Pittenger, Science (1999) 284:143-147)。 In cultures replated at a cell density of 2 × 10 3 cells / cm 2 , when the number of cell divisions exceeds 40, the phenotype becomes more uniform and cells expressing HLA-class I or CD44 are not seen ( N = 6). When cells grow to high confluence, they will express high levels of Muc18, CD44, HLA-class I and β2-microglobulin, similar to the phenotype reported for pluripotent stem cells (MSCs). (N = 8) (Pittenger, Science (1999) 284: 143-147).

免疫組織化学的分析により、2x10個/cmの播種密度にて培養されたヒトMASCはEGF−R、TGF−R1及び−2、BMP−R1A、PDGF−R1a及び−Bを発現し、MASCの細胞集団の一部(1〜10%)は抗SSEA4抗体にて染色されることが示された(Kannagi R, EMBO J 2: 2355-61, 1983)。 By immunohistochemical analysis, human MASCs cultured at a seeding density of 2 × 10 3 cells / cm 2 expressed EGF-R, TGF-R1 and -2, BMP-R1A, PDGF-R1a and -B, and MASC A portion (1-10%) of the cell population was stained with anti-SSEA4 antibody (Kannagi R, EMBO J 2: 2355-61, 1983).

本発明者等は、2x10個/cmの播種密度にて22〜26回の細胞分裂にわたって培養したヒトMASCの発現遺伝子プロファイルをクロンテック社(Clonetech)製cDNAアレイを用いて評価し、以下のプロファイルを得た。 The present inventors evaluated the expression gene profile of human MASC cultured over 22 to 26 cell divisions at a seeding density of 2 × 10 3 cells / cm 2 using a cDNA array manufactured by Clonetech, and the following: Got profile.

A.多能性成体幹細胞(MASC)は、CD31、CD36、CD62E、CD62P、CD44−H、cKit、Tie;ILI、IL3、IL6、IL11、G−CSF、GM−CSF、Epo、Flt3−L、またはCNTFの受容体のmRNAを発現せず、HLA−クラスI、CD44−E及びMuc18のmRNAを低レベルで発現する。   A. Pluripotent adult stem cells (MASC) are CD31, CD36, CD62E, CD62P, CD44-H, cKit, Tie; ILI, IL3, IL6, IL11, G-CSF, GM-CSF, Epo, Flt3-L, or CNTF HLA-class I, CD44-E and Muc18 mRNA are expressed at low levels.

B.MASCは、サイトカインであるBMP1、BMP5、VEGF、HGF、KGF、MCP1;サイトカイン受容体であるFlk1、EGF−R、PDGF−R1α、gp130、LIF−R、アクチビンR1及び−R2、TGFR−2、BMP−R1A;接着受容体であるCD49c、CD49d、CD29及びCD10のmRNAを発現する。   B. MASC is a cytokine BMP1, BMP5, VEGF, HGF, KGF, MCP1; cytokine receptors Flk1, EGF-R, PDGF-R1α, gp130, LIF-R, activin R1 and -R2, TGFR-2, BMP -R1A; expresses mRNA of adhesion receptors CD49c, CD49d, CD29 and CD10.

C.MASCは、hTRT及びTRF1;POU−ドメイン転写因子oct−4 c sox−2(ES/ECの未分化状態を維持するうえでoct−4とともに必要とされる。UwanoghoD, Mech Dev 49: 23-36, 1995)、sox−11(神経発生)、sox−9(軟骨形成、LefebvreV, Matrix Biol 16: 529-40, 1998);ホメオドメイン転写因子であるHoxa4及び−a5(頚部及び胸部骨格の指定;気道の臓器形成、PackerAI, Dev Dyn 17: 62-74, 2000)、Hox−a9(骨髄造血、LawrenceH, Blood 89: 1922, 1997)、Dlx4(前脳及び頭部周辺構造の指定、AkimenkoMA,J Neurosci 14: 3475-86, 1994)、MSX1(胚中胚葉、成人心臓及び筋肉、軟骨及び骨形成、Foerst-Potts L, DevDyn 209:70-84,1997)、PDX1(膵臓、Offield MF, Development 122: 983-95, 1996)のmRNAを発現する。   C. MASC are required with hTRT and TRF1; POU-domain transcription factor oct-4 c sox-2 (oct-4 to maintain the undifferentiated state of ES / EC. UwanoghoD, Mech Dev 49: 23-36 , 1995), sox-11 (neurogenesis), sox-9 (chondrogenesis, LefebvreV, Matrix Biol 16: 529-40, 1998); homeodomain transcription factors Hoxa4 and -a5 (designation of cervical and thoracic skeletons; Airway organ formation, PackerAI, Dev Dyn 17: 62-74, 2000), Hox-a9 (bone marrow hematopoiesis, LawrenceH, Blood 89: 1922, 1997), Dlx4 (designation of forebrain and peri-head structure, Akimenko MA, J Neurosci 14: 3475-86, 1994), MSX1 (embryonic mesoderm, adult heart and muscle, cartilage and bone formation, Forst-Potts L, DevDyn 209: 70-84, 1997), PDX1 (pancreas, Offield MF, Development 122 : 983-95, 1996).

D.oct−4、LIF−R、及びhTRTのmRNAの存在がRT−PCRにより確認された。   D. The presence of oct-4, LIF-R, and hTRT mRNA was confirmed by RT-PCR.

E.更にRT−PCRにより、Rex−1のmRNA(ESの未分化状態を維持するうえでoct−4とともに必要とされる。Rosfjord E, Biochem Biophys Res Common 203:1795-802, 1997)及びRox−1のmRNA(Rex−1の転写にoct−4とともに必要とされる。Ben-ShushanE, Cell Biol 18: 1866-78, 1998)がMASCにおいて発現されていることが示された。   E. Furthermore, by RT-PCR, Rex-1 mRNA (required with oct-4 to maintain the undifferentiated state of ES. Rosfjord E, Biochem Biophys Res Common 203: 1795-802, 1997) and Rox-1 Of mRNA (required with oct-4 for transcription of Rex-1 Ben-ShushanE, Cell Biol 18: 1866-78, 1998) was shown to be expressed in MASC.

oct−4は原腸形成前の胚、分裂初期段階の胚、胚盤胞の内部細胞塊の細胞、及び胎児性(EC)癌細胞内において発現される転写因子であり(Nichols J,et alCell 95: 379-91, 1998)、細胞が分化誘導されるとダウンレギュレートされる。oct−4の発現は胚形成及び分化の初期段階を決定するうえで重要な役割を担っている。oct−4はRox−1とともに、ESを未分化に維持するうえでやはり必要とされるジンクフィンガータンパク質であるRex−1の転写を活性化させる(RosfjordE,Rizzino A. Biochem Biophys Res Commun 203: 1795-802, 1997;Ben-Shushan E, etal., Mol Cell Biol 18: 1866-78, 1998)。更に、ES/EC及び他のより分化の進んだ細胞において発現されるsox−2は、ES/ECの未分化状態を維持するうえでoct−4とともに必要とされる(UwanoghoD,Rex M, Cartwright EJ, Pearl G, Healy C, Scotting PJ, Sharpe PT:Embryonicexpression of the chicken Sox2, Sox3 and Sox11 genes suggests aninteractiverole in neuronal development. Mech Dev 49: 23-36, 1995)。マウスES細胞及び始原生殖細胞の維持にはLIFの存在が必要であるが、ヒト及びヒト以外の霊長類のES細胞についてはこの条件はさほど明確ではない。   Oct-4 is a transcription factor expressed in embryos before gastrulation, early-stage embryos, cells in the inner cell mass of blastocysts, and fetal (EC) cancer cells (Nichols J, et alCell 95: 379-91, 1998) and down-regulated when cells are induced to differentiate. Oct-4 expression plays an important role in determining the early stages of embryogenesis and differentiation. Oct-4, together with Rox-1, activates transcription of Rex-1, a zinc finger protein that is also required to maintain ES undifferentiated (RosfjordE, Rizzino A. Biochem Biophys Res Commun 203: 1795). -802, 1997; Ben-Shushan E, etal., Mol Cell Biol 18: 1866-78, 1998). Furthermore, sox-2 expressed in ES / EC and other more differentiated cells is required along with oct-4 to maintain the undifferentiated state of ES / EC (UwanoghoD, Rex M, Cartwright). EJ, Pearl G, Healy C, Scotting PJ, Sharpe PT: Embryonic expression of the chicken Sox2, Sox3 and Sox11 genes suggests aninteractiverole in neuronal development. Mech Dev 49: 23-36, 1995). Although the presence of LIF is required for the maintenance of mouse ES cells and primordial germ cells, this condition is less clear for human and non-human primate ES cells.

本発明者等は、oct−4、Rex−1、及びRox−1がヒト及びマウス骨髄由来の多能性成体幹細胞(MASC)及びマウス肝臓及び脳由来のMASC中で発現されていることを観察した。ヒトMASCは白血病抑制因子受容体(LIF−R)を発現し、SSEA−4にて陽性染色される。ヒトMASCの増殖がLIFによって影響されるかは依然明らかではないがヒトMASCはLIF−R細胞を選別することによって濃縮されることが初期の実験によって示されている。これに対してマウスMASCの増殖はLIFによって助長される。最後にoct−4、LIF−R、Rex−1及びRox−1のmRNAレベルはヒトMASCの培養において30回目の細胞分裂以降に高くなり、表現型がより均一な細胞を生ずる。これに対して高密度で培養されたMASCではこれらのマーカーは発現しなくなる。このことは40回の細胞分裂以前の老化及び細胞が軟骨芽細胞、骨芽細胞、及び脂肪細胞以外への分化能を失うことに関連している。したがってoct−4の存在は、Rex−1、Rox−1、sox−2、及びLIF−RとともにMASC培養中の最も原始的細胞の存在を示すマーカーとなる。 We observe that oct-4, Rex-1, and Rox-1 are expressed in human and mouse bone marrow derived pluripotent adult stem cells (MASC) and mouse liver and brain derived MASCs did. Human MASC expresses leukemia inhibitory factor receptor (LIF-R) and is positively stained with SSEA-4. Although it is still unclear whether the growth of human MASC is affected by LIF, early experiments have shown that human MASC are enriched by sorting LIF-R + cells. In contrast, growth of mouse MASC is facilitated by LIF. Finally, oct-4, LIF-R, Rex-1 and Rox-1 mRNA levels increase after the 30th cell division in human MASC culture, resulting in cells with a more uniform phenotype. In contrast, these markers are not expressed in MASCs cultured at high density. This is related to aging before 40 cell divisions and the loss of the ability of cells to differentiate into other than chondroblasts, osteoblasts and adipocytes. Thus, the presence of oct-4 is a marker that indicates the presence of the most primitive cells in MASC culture along with Rex-1, Rox-1, sox-2, and LIF-R.

本発明者等はoct−4のプロモーターであるeGFP遺伝子に関してマウスの形質転換体を調べた。これらの動物では始原生殖細胞ならびに生後の生殖細胞中にeGFPの発現が見られる。本発明者等はMASCがoct−4を発現する際に生後のこれらの動物の骨髄、脳、及び肝臓にeGFPポジティブな細胞が見られるか否かについて試験を行った。生後5日目のマウスの骨髄、脳、及び肝臓からeGFP細胞(最も明るかった細胞1%)を選別した。蛍光顕微鏡検査法による評価を行ったところ、脳及び骨髄から選別された細胞の内、eGFPであったのは1%未満であった。選別した細胞集団においてQ−RT−PCRによりoct−4のmRNAが検出された。選別した細胞をマウスMASCを支持可能な条件下(EGF、PDGF、LIFを補い、フィブロネクチンでコーティングしたウェル)で播種した。細胞は生存したが増殖は見られなかった。マウス胚性繊維芽細胞に移したところ細胞の増殖が見られた。MASC支持条件下に再び播種したところ、MASCの形態及び表現型を備えた細胞が検出された。 The present inventors examined mouse transformants for the eGFP gene which is the promoter of oct-4. In these animals, eGFP expression is found in primordial germ cells as well as in postnatal germ cells. We tested whether eGFP positive cells were found in the bone marrow, brain, and liver of these postnatal animals when MASC expressed oct-4. EGFP + cells (1% of the brightest cells) were selected from the bone marrow, brain, and liver of 5 days old mice. When evaluated by fluorescence microscopy, less than 1% of cells sorted from the brain and bone marrow were eGFP + . Oct-4 mRNA was detected by Q-RT-PCR in the sorted cell population. Sorted cells were seeded under conditions capable of supporting mouse MASC (wells supplemented with EGF, PDGF, LIF and coated with fibronectin). Cells survived but did not grow. When transferred to mouse embryonic fibroblasts, cell proliferation was observed. When seeded again under MASC support conditions, cells with MASC morphology and phenotype were detected.

2.マウスMASC ヒト細胞におけるのと同様、C57/BL6MASCを、EGF、PDGF−BB及びLIFを添加して培養した場合、CD44及びHLA−クラスIネガティブとなり、SSEA−4にて陽性染色され、oct−4、LIF−R、ROX−1及びsox−2の転写産物を発現した。同様にFVB/Nの骨髄、脳、及び肝臓から得たMASCはoct3/4のmRNAを発現した。   2. Mouse MASC As in human cells, when C57 / BL6 MASC is cultured with EGF, PDGF-BB and LIF added, it becomes CD44 and HLA-class I negative, is positively stained with SSEA-4, and oct-4 , LIF-R, ROX-1 and sox-2 transcripts were expressed. Similarly, MASCs obtained from FVB / N bone marrow, brain, and liver expressed oct3 / 4 mRNA.

多能性成体幹細胞の培養 本明細書中に述べるような単離多能性成体幹細胞(MASC)は本発明の方法を用いて培養することが可能である。簡単に述べれば、低血清もしくは無血清培地中での培養が細胞を未分化状態に維持するうえで好ましい。ここに述べられるような、当該細胞の培養に用いられる無血清培地は表Iに示されるように補ったものである。 Culture of pluripotent adult stem cells Isolated pluripotent adult stem cells (MASC) as described herein can be cultured using the methods of the present invention. Briefly, culture in a low serum or serum-free medium is preferred for maintaining the cells in an undifferentiated state. The serum-free medium used for culturing the cells as described herein is supplemented as shown in Table I.

MASCはLIF−Rを発現し、また一部の細胞はoct−4を発現することにより、LIFを添加することによって培養が向上するか否かについて試験を行った。ヒトMASCに10ng/mLのLIFを添加した場合、短期間の細胞増殖に影響は見られなかった(25回の細胞分裂までの細胞倍加時間、oct−4の発現レベルが同じ)。ヒト細胞における場合と比較して、0日目にCD45細胞を除去した新鮮なマウス骨髄単核細胞をMASC培養に播種した場合、細胞の増殖は見られなかった。マウス骨髄単核細胞を播種し、培養細胞から14日後にCD45細胞を除去した場合、ヒトMASCに形態及び表現型において類似した細胞が出現した。このことは、マウスMASCの初期の増殖には造血細胞によって分泌される因子が必要であることを示している。PDGF−BB及びFEGのみを加えて培養した場合、細胞の倍加時間は遅く(6日よりも長い)、10回の細胞分裂を越える時間にわたって培養を維持することはできなかった。10ng/mLのLIFの添加により細胞の増殖は大幅に向上した。 MASCs expressed LIF-R, and some cells expressed oct-4, which was tested to see if culture was improved by adding LIF. When 10 ng / mL LIF was added to human MASC, there was no effect on short-term cell growth (cell doubling time up to 25 cell divisions, oct-4 expression levels were the same). Compared to that in human cells, when fresh mouse bone marrow mononuclear cells from which CD45 + cells were removed on day 0 were seeded in MASC culture, no cell proliferation was seen. When mouse bone marrow mononuclear cells were seeded and CD45 + cells were removed after 14 days from cultured cells, cells similar in form and phenotype to human MASCs appeared. This indicates that early growth of mouse MASC requires factors secreted by hematopoietic cells. When cultured with only PDGF-BB and FEG, the doubling time of the cells was slow (longer than 6 days) and the culture could not be maintained for more than 10 cell divisions. Addition of 10 ng / mL LIF significantly improved cell proliferation.

培養中で樹立された細胞は、40%FCS及び10%DMSOを加えたDMEMを用い、凍結して凍結ストックとして保存することが可能である。培養細胞の凍結ストックを調製するための他の方法も当業者に周知である。   Cells established in culture can be frozen and stored as frozen stock using DMEM supplemented with 40% FCS and 10% DMSO. Other methods for preparing frozen stocks of cultured cells are well known to those skilled in the art.

単分化能前駆細胞及び組織特異的細胞型へのMASCの分化誘導 本発明の多能性成体幹細胞(MASC)は、適当な成長因子、ケモカイン、及びサイトカインを用い、例えば、中胚葉由来の各種細胞、神経外胚葉由来の細胞(グリア細胞、乏突起膠細胞、及びニューロン)や内胚葉由来の細胞などの多くの細胞系を形成するように分化誘導することが可能である。   Differentiation induction of MASC into unipotent progenitor cells and tissue-specific cell types The pluripotent adult stem cell (MASC) of the present invention uses appropriate growth factors, chemokines, and cytokines, for example, various cells derived from mesoderm. It is possible to induce differentiation so as to form many cell lines such as cells derived from neuroectodermal (glia cells, oligodendrocytes and neurons) and cells derived from endoderm.

A.臓側中胚葉 1.骨芽細胞: コンフルエンスに達した多能性成体幹細胞(MASC)を10−6〜10−8M(好ましくは約10−7M)のデキサメタゾン、β−グリセロフォスフェート及び5〜20mM(好ましくは10mM)のアスコルビン酸とともに培養した。骨芽細胞の存在を証明するため、VonKossa染色法(CaPO4の銀還元反応)、または骨シャロタンパク質、オステオネクチン、オステオカルシンに対する抗体(免疫組織化学/ウエスタン)を使用した。培養14日から21日後には細胞の80%を上回るものがこれらの抗体によって陽性に染色された(図5、6)。 A. Visceral mesoderm 1. Osteoblasts: Confluent pluripotent adult stem cells (MASC) from 10 −6 to 10 −8 M (preferably about 10 −7 M) dexamethasone, β-glycerophosphate and 5 to 20 mM (preferably 10 mM) ) And ascorbic acid. In order to prove the presence of osteoblasts, Von Kossa staining method (CaPO4 silver reduction reaction), or antibodies to osteoshaloprotein, osteonectin and osteocalcin (immunohistochemistry / Western) were used. After 14 to 21 days of culture, more than 80% of the cells were positively stained by these antibodies (FIGS. 5 and 6).

2.軟骨芽細胞: 多能性成体幹細胞(MASC)をトリプシン処理し、50〜100ng/mL(好ましくは100ng/mL)のTGF−β1を補った無血清DMEM中、マイクロマス懸濁培養として培養した。試験管の底に微小な軟骨凝集体が形成され、トルイジンブルーにて陽性に染色された。初期にはマイクロマス全体にわたってI型コラーゲンが検出された(5日目)が、14日後では繊維状軟骨の外層においてのみ検出された。5日後にはII型コラーゲンが検出されるようになり、14日後にはマイクロマスは強く染色された。骨シャロタンパク質についての染色は繊維状軟骨の外層において陰性もしくは微弱な陽性であった。オステオネクチン、オステオカルシン、及びオステオポンチンについては異なる染色強度が得られた。II型コラーゲンの存在はウエスタンブロット及びRT−PCRにより確認した。更に、5日後に回収された細胞にRT−PCRを行ったところ、軟骨に特異的な転写因子であるCART1及びCD−RAP1の存在が示された(図5、6)。   2. Chondroblasts: Pluripotent adult stem cells (MASC) were trypsinized and cultured as micromass suspension cultures in serum-free DMEM supplemented with 50-100 ng / mL (preferably 100 ng / mL) TGF-β1. A minute cartilage aggregate was formed at the bottom of the test tube and stained positively with toluidine blue. Initially, type I collagen was detected throughout the micromass (day 5), but after 14 days it was detected only in the outer layer of fibrous cartilage. After 5 days, type II collagen was detected, and after 14 days, the micromass was strongly stained. Staining for bone shaloprotein was negative or weakly positive in the outer layer of fibrous cartilage. Different staining intensities were obtained for osteonectin, osteocalcin, and osteopontin. The presence of type II collagen was confirmed by Western blot and RT-PCR. Furthermore, when RT-PCR was performed on the cells collected after 5 days, the presence of CART1 and CD-RAP1 as transcription factors specific to cartilage was shown (FIGS. 5 and 6).

3.脂肪細胞: 脂肪細胞の分化を誘導するには、約10−7〜約10−6M(好ましくは約10−7M)のデキサメタゾン、約50〜約200μg/ml(好ましくは約100μg/ml)のインスリン、または約20%のウマ血清を補った培地を使用することが可能である。脂肪細胞の分化は、光学顕微鏡による観察、オイル・レッドによる染色、あるいはリポタンパク質リパーゼ(LPL)、脂肪細胞の脂質結合タンパク質(aP2)、またはペルオキシソーム増殖剤応答性受容体(PPAR)の検出によって検出される。細胞マーカー及び産物の検出方法は当業者には公知のものであり、PPARγに結合するトログリタゾン(TRO)及びロシグリタゾン(RSG)などの特定のリガンドを用いた検出法などが挙げられる。 3. Adipocytes: To induce adipocyte differentiation, about 10 −7 to about 10 −6 M (preferably about 10 −7 M) dexamethasone, about 50 to about 200 μg / ml (preferably about 100 μg / ml) Medium supplemented with about 20% insulin or about 20% horse serum. Adipocyte differentiation is detected by light microscopy, oil red staining, or detection of lipoprotein lipase (LPL), adipocyte lipid binding protein (aP2), or peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) Is done. Methods for detecting cell markers and products are known to those skilled in the art and include detection methods using specific ligands such as troglitazone (TRO) and rosiglitazone (RSG) that bind to PPARγ.

4.軟骨及び骨の発現遺伝子プロファイル 本発明者等は、骨芽細胞及び軟骨芽細胞への分化に際して発現される遺伝子を調べた。詳細には、MASC(n=3)及び2日間にわたって骨芽細胞及び軟骨芽細胞培養条件に切り換えたMASCの発現遺伝子プロファイルを調べてこれら2つの特定の細胞系列への均一な相対的転換が見られるか否かを、クロンテック(Clonetech)社及びインビトロゲン(Invitrogen)社のcDNAアレイを用いて判定した。検出された変化の一部を表2に列記した。これは決して、MASC、骨芽細胞、及び軟骨芽細胞の発現遺伝子プロファイルの決定的評価たりうるものではない。しかしながらこの結果は、MASCの骨及び軟骨への分化が発現遺伝子プロファイルに著明かつ多様な変化をもたらすことを示すものであり、培養中の細胞の多くが所定の経路に沿って分化誘導可能であるという所見と符合するものである。   4). Expression gene profile of cartilage and bone The present inventors examined genes expressed upon differentiation into osteoblasts and chondroblasts. Specifically, the expression gene profile of MASC (n = 3) and MASC switched to osteoblast and chondroblast culture conditions over 2 days was examined to see a uniform relative conversion to these two specific cell lines. It was determined using a cDNA array of Clonetech and Invitrogen. Some of the detected changes are listed in Table 2. This is by no means a definitive assessment of the expressed gene profiles of MASCs, osteoblasts, and chondroblasts. However, this result shows that differentiation of MASC into bone and cartilage brings about marked and diverse changes in the expressed gene profile, and many cells in culture can induce differentiation along a predetermined pathway. It is consistent with the finding that there is.

5.サブトラクティブ・ハイブリダイゼーションによる骨の発現遺伝子プロファイル: 本発明者等はサブトラクション法を用いて未分化の多能性成体幹細胞(MASC)と単分化能の子孫細胞との間の遺伝子の相違を調べた。ポリアデニル化mRNAを未分化MASCから抽出し、2日間にわたり細胞を骨芽細胞系へと分化誘導した。改変を行うことなく製造者の推奨するところにしたがって、クロンテック(Clonetech)社の販売するPCR−選択キットを使用して発現レベルの異なるcDNAのサブトラクション及び増幅を行った。未分化のMASCではなく、2日目の骨芽細胞培養中で発現した遺伝子から配列の分析を開始した。 5). Bone-expressed gene profile by subtractive hybridization: We used the subtraction method to investigate the genetic differences between undifferentiated pluripotent adult stem cells (MASCs) and unipotent progeny cells . Polyadenylated mRNA was extracted from undifferentiated MASC and cells were induced to differentiate into an osteoblast cell line for 2 days. Subtraction and amplification of cDNAs with different expression levels was performed using PCR-selection kits sold by Clonetech without modification, as recommended by the manufacturer. Sequence analysis began with genes expressed in day 2 osteoblast cultures, not undifferentiated MASCs.

1)本発明者等は、発現レベルの異なる86個のcDNA配列の配列を決定した。発明者等はノーザンブロッティングによりmRNAがMASCではなく、2日目の子孫骨芽細胞において実際に特異的に発現していることを確認した。得られた配列は以下のデータベースと(BLASTアルゴリズムを用いて)比較した。すなわち、SwissProt,GenBank protein and nucleotide collections, ESTs,murineandhuman EST contigsである。   1) The present inventors determined the sequences of 86 cDNA sequences having different expression levels. The inventors have confirmed by Northern blotting that mRNA is actually specifically expressed in progeny osteoblasts on the second day, not in MASC. The resulting sequences were compared (using the BLAST algorithm) with the following database. That is, SwissProt, GenBank protein and nucleotide collections, ESTs, murine and human EST contigs.

2)配列は相同性によって分類した。8個が転写因子、20個が細胞の代謝に関与、5個が染色体の修復に関与、4個がアポトーシス経路に関与、8個がミトコンドリアの機能に関与、14個が接着受容体/ECM要素、19個が機能が不明な既知のEST配列、8個が新規な配列であった。   2) Sequences were classified by homology. 8 are transcription factors, 20 are involved in cell metabolism, 5 are involved in chromosome repair, 4 are involved in the apoptotic pathway, 8 are involved in mitochondrial function, 14 are adhesion receptor / ECM elements 19 were known EST sequences with unknown function, and 8 were novel sequences.

3)本発明者等は、3人の個別のドナーより得られた多能性成体幹細胞(MASC)を12h、24h、2d、4d、7d、及び14dにわたって骨に分化誘導したものを用い、新規配列の内の2個についてQ−RT−PCRを行った。2個の遺伝子はそれぞれ分化誘導の最初の2日間及び4日間において発現し、その後はダウンレギュレートされた。   3) The present inventors used pluripotent adult stem cells (MASCs) obtained from 3 individual donors, which were induced to differentiate into bone over 12h, 24h, 2d, 4d, 7d, and 14d. Q-RT-PCR was performed on two of the sequences. The two genes were expressed in the first 2 and 4 days of induction of differentiation, respectively, and then down-regulated.

4)本発明者は更に未分化のMASCに存在するが2日目の骨芽細胞には存在しない遺伝子について分析を行った。この結果、発現レベルの異なる30個の遺伝子が配列決定され、その内の5個はEST配列または未知の配列であった。   4) The present inventor further analyzed genes that are present in undifferentiated MASC but not in osteoblasts on the second day. As a result, 30 genes with different expression levels were sequenced, 5 of which were EST sequences or unknown sequences.

B.筋肉 多能性成体幹細胞(MASC)を任意の筋肉の表現型を有する細胞に分化させるには、分化誘導に先立ってMASCがコンフルエンスに達していることが必要である。   B. Muscle Differentiation of pluripotent adult stem cells (MASCs) into cells with any muscular phenotype requires that the MASCs reach confluence prior to differentiation induction.

1.骨格筋:骨格筋分化を誘導するには、コンフルエンスに達した多能性成体幹細胞(MASC)を、MASC増殖培地中、約1〜約3μM(好ましくは約3μM)の5−アザシチジンにて24時間処理する。次いで培養をMASC培地中で維持する。分化はウェスタンブロット及び免疫組織化学法にて評価する。in vitroでの骨格筋への分化は当業者には周知の標準的方法及び市販の抗体を用いたウェスタンブロットまたは免疫組織化学法のいずれかによって、Myf−5、Myo−D、Myf−6、ミオゲニン、デスミン、骨格筋アクチン及び骨格筋ミオシンの一連の活性化を検出することによって証明することが可能である。5−アザシチジンによる誘導の5日後にはMyf5、Myo−D、及びMyf6転写因子が細胞の約50%に検出される。14〜18日後では、Myo−Dの発現レベルは大幅に低下したのに対し、Myf5及びMyf6の発現レベルは高値を維持した。デスミン及び骨格筋アクチンは誘導後4日目と早期に検出され、骨格筋ミオシンは14日目に検出された。免疫組織化学法により14日目には細胞の70〜80%が成熟筋タンパク質を発現していることが確認された。5−シチジンによる処理によって培養の第1週目にGata4及びGata6が発現した。更に2日後には低レベルのトロポニン−Tが検出された。誘導の2日後には平滑筋アクチンが検出され14日間にわたり高値を維持した。20%のウマ血清を添加すると筋原細胞の多核化筋管への融合が見られた(図7)。発明者等は2重蛍光標識を用い、系統変換した筋原細胞を分化経路の異なる筋細胞と融合させることが可能であることを示した(図8)。   1. Skeletal muscle: To induce skeletal muscle differentiation, pluripotent adult stem cells (MASCs) that have reached confluence are treated with about 1 to about 3 μM (preferably about 3 μM) of 5-azacytidine in MASC growth medium for 24 hours. To process. The culture is then maintained in MASC medium. Differentiation is assessed by Western blot and immunohistochemistry. Differentiation into skeletal muscle in vitro can be performed by standard methods well known to those skilled in the art and by Western blotting or immunohistochemistry using commercially available antibodies, Myf-5, Myo-D, Myf-6, It can be demonstrated by detecting a series of activations of myogenin, desmin, skeletal muscle actin and skeletal muscle myosin. Five days after induction with 5-azacytidine, Myf5, Myo-D, and Myf6 transcription factors are detected in about 50% of the cells. After 14 to 18 days, the expression level of Myo-D decreased significantly, while the expression levels of Myf5 and Myf6 remained high. Desmin and skeletal muscle actin were detected early on day 4 after induction, and skeletal muscle myosin was detected on day 14. By immunohistochemistry, it was confirmed on day 14 that 70-80% of the cells expressed mature muscle protein. Gata4 and Gata6 were expressed in the first week of culture by treatment with 5-cytidine. Furthermore, low levels of troponin-T were detected after 2 days. Two days after induction, smooth muscle actin was detected and remained high for 14 days. When 20% horse serum was added, fusion of myogenic cells to multinucleated myotubes was observed (FIG. 7). The inventors have shown that it is possible to fuse lineage-converted myogenic cells with myocytes of different differentiation pathways using a double fluorescent label (FIG. 8).

2.平滑筋:成長因子は添加せず、高濃度(約50〜約200ng/ml、好ましくは約100ng/ml)の血小板由来成長因子(PDGF)を補った無血清培地中で多能性成体幹細胞(MASC)を培養することにより平滑筋細胞を誘導することが更に可能である。細胞は分化の開始時点でコンフルエンスに達していることが好ましい。最終分化した平滑筋細胞は、当業者に周知の標準的方法によってデスミン、平滑筋特異的アクチン、及び平滑筋特異的ミオシンの発現を検出することによって同定が可能である。平滑筋アクチンは2日後から、平滑筋ミオシンは14日後から検出された。細胞の約70%が抗平滑筋アクチン抗体及び抗平滑筋ミオシン抗体によって陽性染色された。4日後からミオゲニンの存在が確認され、6日後からデスミンが確認された。2〜4日後に更にMyf5及びMyf6タンパク質が検出され、15日目まで高値を維持した。Myo−Dは検出されなかった(図7)。   2. Smooth muscle: A pluripotent adult stem cell (in a serum-free medium supplemented with a high concentration (about 50 to about 200 ng / ml, preferably about 100 ng / ml) of platelet-derived growth factor (PDGF) without adding a growth factor. It is further possible to induce smooth muscle cells by culturing MASC). The cells preferably have reached confluence at the start of differentiation. Terminally differentiated smooth muscle cells can be identified by detecting the expression of desmin, smooth muscle specific actin, and smooth muscle specific myosin by standard methods well known to those skilled in the art. Smooth muscle actin was detected after 2 days and smooth muscle myosin was detected after 14 days. About 70% of the cells were positively stained with anti-smooth muscle actin antibody and anti-smooth muscle myosin antibody. The presence of myogenin was confirmed after 4 days, and desmin was confirmed after 6 days. Two to four days later, more Myf5 and Myf6 proteins were detected and remained high until day 15. Myo-D was not detected (FIG. 7).

3.心筋:心筋分化は、前記に述べたように約5〜約200ng/ml(好ましくは約100ng/ml)の塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF)を、成長因子を添加しない標準無血清培地に添加することによって可能である。コンフルエンスに達したMASCをμM(好ましくは約3μM)の5−アザシチジン、次いで10−5〜10−7Mの(好ましくは10−6M)のレチノイン酸に露曝した後、MASC増殖培地中で培養した。または、MASCをこれらの誘導因子のいずれか一方または両者の組合わせとともに培養した後、50〜200ng/ml(好ましくは100ng/ml)のFGF2、または5〜20ng/ml(好ましくは10ng/ml)のBMP−4と100ng/mlのFGF2の組合わせを添加した無血清培地中で培養してもよい。発明者等は心筋細胞と一致するタンパク質の発現を確認した。Gata4及びGata6が早くも2日目に発現され、15日まで高値を維持した。心筋トロポニンTが4日目以降に発現され、心筋トロポニンIが6日目以降に発現された。ANPは11日目以降に検出された。免疫組織化学法により15日目にこれらの心筋タンパク質が70%を上回る細胞で検出された。転写因子Myf6は2日目以降に確認された。デスミンの発現が6日目に、ミオゲニンの発現が2日目に始まった。骨格筋アクチンも確認された。培養を3週間以上維持すると細胞はシンシチウムを形成した。発明者等は更に、培養中で稀に自然収縮が生じ、数mmの距離を伝播するのを確認した(図7)。 3. Myocardium: Myocardial differentiation is performed as described above using about 5 to about 200 ng / ml (preferably about 100 ng / ml) of basic fibroblast growth factor (bFGF) in a standard serum-free medium without the addition of growth factors. It is possible by adding. After MASC reaching confluence was exposed to μM (preferably about 3 μM) of 5-azacytidine and then 10 −5 to 10 −7 M (preferably 10 −6 M) retinoic acid, then in MASC growth medium Cultured. Alternatively, after culturing MASC with either one of these inducers or a combination of both, 50-200 ng / ml (preferably 100 ng / ml) FGF2, or 5-20 ng / ml (preferably 10 ng / ml) May be cultured in a serum-free medium supplemented with a combination of BMP-4 and 100 ng / ml FGF2. The inventors confirmed the expression of a protein consistent with cardiomyocytes. Gata4 and Gata6 were expressed as early as day 2 and remained high until day 15. Myocardial troponin T was expressed after day 4, and cardiac troponin I was expressed after day 6. ANP was detected after the 11th day. These myocardial proteins were detected in more than 70% of the cells on day 15 by immunohistochemistry. The transcription factor Myf6 was confirmed after the second day. Desmin expression began on day 6 and myogenin expression on day 2. Skeletal muscle actin was also confirmed. When the culture was maintained for more than 3 weeks, the cells formed syncytium. The inventors further confirmed that natural contraction rarely occurred in the culture and propagated a distance of several mm (FIG. 7).

C.内皮細胞 多能性成体幹細胞(MASC)はFlk1を発現したが、CD34、PECAM、E−及びP−セレクチン、CD36、Tie/Tek及びFlt1は発現しなかった。MASCを20ng/mlVEGFを添加した無血清MASC培地で培養した場合、14日目までに細胞表面にCD34が発現され、細胞がvWFを発現するのを確認した(免疫蛍光法)(図9、10)。更に細胞は、Tie、Tek、Flk1及びFlt1、PECAM、P−セレクチン及びE−セレクチン、ならびにCD36を発現した。組織化学染色の結果をウェスタンブロットにより確認した。VEGFによって誘導した細胞をマトリゲルまたはIV型コラーゲン上で培養すると血管形成が観察された(図9、10)。   C. Endothelial cells Pluripotent adult stem cells (MASC) expressed Flk1, but did not express CD34, PECAM, E- and P-selectin, CD36, Tie / Tek and Flt1. When MASC was cultured in serum-free MASC medium supplemented with 20 ng / ml VEGF, it was confirmed that CD34 was expressed on the cell surface by day 14 and the cells expressed vWF (immunofluorescence method) (FIGS. 9, 10). ). In addition, the cells expressed Tie, Tek, Flk1 and Flt1, PECAM, P-selectin and E-selectin, and CD36. The results of histochemical staining were confirmed by Western blot. Angiogenesis was observed when cells induced by VEGF were cultured on Matrigel or type IV collagen (FIGS. 9, 10).

D.造血細胞 多能性成体幹細胞(MASC)がCD34の内皮細胞へと分化すること、また最近の研究によってCD34FLK細胞を内皮細胞及び造血細胞に分化誘導することが可能であることが示されたことから、MASCの造血前駆細胞への分化誘導が可能か否かを調べた。ex vivoでマウス及びヒト再生幹細胞を支持可能な胎児肝臓由来の間葉細胞系であるAFT024フィーダーによって調整し、5%FCS及び100ng/mlのSCFを添加したPDGF−BB及びEGF含有MASC培地中、IV型コラーゲン上にMASCを再播種した。これらの培養から回収した細胞は、cKit、cMyb、Gata2、及びG−CSF−Rを発現したが、CD34は発現しなかった(RT−PCR)。造血作用が胚性内臓内胚葉が放出する因子によって誘発されることから、発明者等はヒトSCF、Flt3−L,Tpo、及びEpoの存在下でβGalのマウスEBとヒトMASCとを共培養した。2つの別々の実験において、ヒトCD45を発現するβGal細胞の小集団が検出された。 D. It hematopoietic cells multipotent adult stem cells (MASC) differentiate into CD34 + endothelial cells are also CD34 recent studies - that the FLK + cells can be induced to differentiate into endothelial cells and hematopoietic cells shows Therefore, it was examined whether MASC could be induced to differentiate into hematopoietic progenitor cells. In MASC medium containing PDGF-BB and EGF prepared by AFT024 feeder, a mesenchymal cell line derived from fetal liver capable of supporting mouse and human regenerative stem cells ex vivo and supplemented with 5% FCS and 100 ng / ml SCF. MASCs were replated on type IV collagen. Cells recovered from these cultures expressed cKit, cMyb, Gata2, and G-CSF-R, but not CD34 (RT-PCR). Since hematopoiesis is induced by factors released by embryonic visceral endoderm, we co-cultured βGal + mouse EB and human MASC in the presence of human SCF, Flt3-L, Tpo, and Epo did. In two separate experiments, a small population of βGal cells expressing human CD45 were detected.

E.間質細胞: 発明者等は、多能性成体幹細胞(MASC)をIL−1α、FCS、及びウマ血清とともに培養することにより「間質細胞」分化を誘導した。これらの細胞が造血支持能を有することを証明するため、フィーダーを2,000cGyにて放射線照射し、CD34臍帯血細胞をフィーダーと接触させて播種した。1、2、及び5週間後にメチルセルロースアッセイにおいて子孫細胞を再播種してコロニー形成細胞(CFC)の数を求めた。2週間後にCFCは3〜5倍に増加し、5週後においてCFCは維持された。これはマウス胎児肝臓由来のフィーダー細胞であるAFT024と接触させてCD34細胞を培養した場合と類似していた。 E. Stromal cells: The inventors induced "stromal cell" differentiation by culturing pluripotent adult stem cells (MASC) with IL-1α, FCS, and horse serum. In order to prove that these cells have hematopoietic support ability, the feeder was irradiated with 2,000 cGy, and CD34 + umbilical cord blood cells were seeded in contact with the feeder. After 1, 2, and 5 weeks, progeny cells were replated in the methylcellulose assay to determine the number of colony forming cells (CFC). The CFC increased 3 to 5 fold after 2 weeks and was maintained after 5 weeks. This was similar to the case where CD34 + cells were cultured in contact with AFT024, a feeder cell derived from mouse fetal liver.

F.神経性細胞 驚くべきことに、造血作用支持フィーダーであるAFT024によって調整したEGF含有MASC培地中で、VEGF、造血性サイトカインSCF、Flt−L、Tpo及びEpoにて誘導した多能性成体幹細胞(MASC)は、グリア繊維性酸性タンパク質(GFAP)陽性アストロサイト、ガラクトセレブロシド(GalC)陽性乏突起膠細胞、及びニューロフィラメント陽性ニューロンに分化した(図11)。そこで発明者等は、AFT024フィーダーによるFGF2の産生ならびに培養へのEGFの添加がin vitroでの神経系細胞への分化を誘導したものであるとの仮説を立てた。   F. Neuronal cells Surprisingly, pluripotent adult stem cells (MASC) induced by VEGF, hematopoietic cytokines SCF, Flt-L, Tpo and Epo in EGF-containing MASC medium prepared by AFT024, a hematopoietic support feeder. ) Differentiated into glial fibrillary acidic protein (GFAP) positive astrocytes, galactocerebroside (GalC) positive oligodendrocytes, and neurofilament positive neurons (FIG. 11). Therefore, the inventors hypothesized that the production of FGF2 by the AFT024 feeder and the addition of EGF to the culture induced differentiation into neural cells in vitro.

そこで発明者等は、神経発生ならびに神経前駆細胞のex vivo培養において重要な役割を担っていることが知られているFGF2がMASC由来の神経発生に与える影響について調べた。EGF及びPDGF−BBを加えて培養したヒト骨髄由来MASC(n=7)の、コンフルエンスが50%に満たない培養を50〜500ng/mL(好ましくは100ng/mL)のFGF2を含有する培地に切り換えると、2〜4週間後にアストロサイト、乏突起膠細胞、及びニューロンの表現型を有する細胞への分化が確認された(図11)。培養2週間後において、細胞の26±4%がGFAP陽性であり、28±3%がGalC陽性であり、46±5%がニューロフィラメント−200陽性であった。3週後に再び調べたところ、GFAPまたはGalC陽性細胞の数は減少していたが、20±2%の細胞がβ−チューブリンIIIについて陽性染色され、22±3%がニューロフィラメント−68について陽性染色され、50±3%がニューロフィラメント−160について陽性染色され、20±2%がニューロフィラメント−200について陽性染色され、82±5%がニューロン特異エノラーゼ(NSE)について陽性染色され、80±2%が微小管関連タンパク質2(MAP2)について陽性染色された(図12)。GABA、パルブアルブミン、チロシンヒドロキシラーゼ、DOPA−デカルボキシラーゼ、及びトリプトファンヒドロキシラーゼは検出されなかった。ニューロン1個当たりの軸索の数は分化後2、3〜4週後に3±1個〜5±1個及び7±2個に増加した。アストロサイト、乏突起膠細胞、及びニューロンの特徴を有する細胞への分化は、ウェスタンブロット及びRT−PCR分析によって、GFAP、ミエリン塩基性タンパク質(MBP)及びニューロフィラメント−200がFGF2処理細胞には存在するが、MASCには存在しないことを証明して確認した。   Thus, the inventors investigated the influence of FGF2, which is known to play an important role in neurogenesis and ex vivo culture of neural progenitor cells, on MASC-derived neurogenesis. The culture of human bone marrow derived MASC (n = 7) cultured with EGF and PDGF-BB added is switched to a medium containing 50 to 500 ng / mL (preferably 100 ng / mL) of FGF2 in a culture with less than 50% confluence. 2 to 4 weeks later, differentiation into astrocytes, oligodendrocytes, and cells having a neuronal phenotype was confirmed (FIG. 11). After 2 weeks of culture, 26 ± 4% of the cells were GFAP positive, 28 ± 3% were GalC positive, and 46 ± 5% were neurofilament-200 positive. When examined again after 3 weeks, the number of GFAP or GalC positive cells decreased, but 20 ± 2% of cells stained positive for β-tubulin III and 22 ± 3% positive for neurofilament-68. 50 ± 3% stained positive for neurofilament-160, 20 ± 2% positively stained for neurofilament-200, 82 ± 5% positively stained for neuron specific enolase (NSE), 80 ± 2 % Positively stained for microtubule associated protein 2 (MAP2) (FIG. 12). GABA, parvalbumin, tyrosine hydroxylase, DOPA-decarboxylase, and tryptophan hydroxylase were not detected. The number of axons per neuron increased from 3 ± 1 to 5 ± 1 and 7 ± 2 after 2, 3-4 weeks after differentiation. Differentiation into astrocytes, oligodendrocytes, and cells with neuronal characteristics is confirmed by Western blot and RT-PCR analysis in that GFAP, myelin basic protein (MBP) and neurofilament-200 are present in FGF2-treated cells. However, it was confirmed by proving that it does not exist in MASC.

FGF−9はグリア芽細胞腫細胞系列から最初に単離され、培養中でグリア細胞の分裂を誘導する。FGF−9は、大脳皮質、海馬、黒質、脳幹の運動核、プルキンエ細胞層のニューロンにおいてin vivoに見られる。MASCに5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のFGF−9及びEGFを添加して3週間培養すると、アストロサイト、乏突起膠細胞、GABA作動性ニューロン、及びドーパミン作動性ニューロンを生じた。中枢神経系の発生過程では、中/後脳境界において前脳により発現されるFGF−8が、ソニックヘッジホッグとともに中脳及び前脳のドーパミン作動性ニューロンの分化を誘導する。MASCに5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のFGF−8及びEGFを添加して3週間培養するとGABA作動性ニューロン及びドーパミン作動性ニューロンの両方を生じることが分かっている。FGF−10は極微量が脳に見出され、その発現は海馬、視床、中脳、及び脳幹に限定され、ニューロン内で選択的に発現し、グリア細胞では発現しない。MASCを5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のFGF−10及びEGF中で3週間培養するとアストロサイト及び乏突起膠細胞を生じたが、ニューロンは生じなかった。FGF−4は脊索において発現し、中脳の領域化に必要とされる。MASCを5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のFGF−4及びEGFにて3週間処理するとアストロサイト及び乏突起膠細胞に分化したが、ニューロンには分化しなかった。   FGF-9 is first isolated from the glioblastoma cell line and induces glial cell division in culture. FGF-9 is found in vivo in neurons in the cerebral cortex, hippocampus, substantia nigra, brainstem motor nucleus, and Purkinje cell layer. When MASC was added with 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) of FGF-9 and EGF and cultured for 3 weeks, astrocytes, oligodendrocytes, GABAergic neurons, and dopaminergic neurons were generated. . During the development of the central nervous system, FGF-8 expressed by the forebrain at the mid / hindbrain boundary induces differentiation of midbrain and forebrain dopaminergic neurons along with sonic hedgehog. It has been found that adding 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) of FGF-8 and EGF to MASC and culturing for 3 weeks produces both GABAergic and dopaminergic neurons. FGF-10 is found in trace amounts in the brain, and its expression is limited to the hippocampus, thalamus, midbrain, and brainstem, and is selectively expressed in neurons and not in glial cells. Incubation of MASC in 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) FGF-10 and EGF for 3 weeks resulted in astrocytes and oligodendrocytes, but no neurons. FGF-4 is expressed in the notochord and is required for midbrain regionalization. Treatment of MASC with 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) FGF-4 and EGF for 3 weeks differentiated into astrocytes and oligodendrocytes, but did not differentiate into neurons.

脳において特異的に発現し、in vivo及びin vitroで神経発生に影響する他の成長因子としては、脳由来神経栄養因子(BDNF)、グリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF)、及び毛様体神経栄養因子(CNTF)などがある。BDNFは、NSC、ヒト上衣下細胞、及び神経系前駆細胞のニューロンへのin vitro分化を促進し、海馬由来神経幹細胞のin vivoでの軸索生成を促進する神経成長因子ファミリーに属する。黒質のドーパミン作動性ニューロンの生存を支持するというBDNFの既知の機能と符合するものであるが、MASCを5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のBDNF及びEGFにて処理すると、チロシンヒドロキシラーゼ陽性ニューロンのみへの分化が見られた。GDNFはTGFスーパーファミリーに属する。神経発生の初期にはGDNFは前神経外胚葉で発現し、神経発生におけるGDNFの重要な役割を示すものである。GDNFは末梢神経及び筋肉の運動ニューロンの生存を促し、神経栄養因子活性及び分化促進能を有する。5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のGDNFによりMASCのGABA作動性及びドーパミン作動性ニューロンへの分化が誘導されることが分かっている。CNTFは毛様体神経節から最初に単離され、サイトカインのgp130ファミリーに属する。CNTFは発生初期の神経の生存を促す。CNTFにより、ラット胎児の海馬神経細胞の培養においてGABA作動性及びコリン作動性ニューロンの数が増加する。更にCNTFはGABA作動性ニューロンの細胞死を防止するとともにGABAの取込みを促進する。5〜50ng/mL(好ましくは10ng/mL)のCNTFはMASCに対し同様のGABA作動性誘導効果を示し、MASCはCNTFへの曝露の3週後にGABA作動性ニューロンのみに分化した。   Other growth factors that are specifically expressed in the brain and affect neurogenesis in vivo and in vitro include brain-derived neurotrophic factor (BDNF), glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), and ciliary body There are neurotrophic factors (CNTF). BDNF belongs to the nerve growth factor family that promotes in vitro differentiation of NSCs, human epithelial cells, and neural progenitor cells into neurons and promotes in vivo axon generation of hippocampal neural stem cells. Consistent with the known function of BDNF to support survival of nigral dopaminergic neurons, treatment of MASC with 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) BDNF and EGF results in tyrosine Differentiation into only hydroxylase positive neurons was observed. GDNF belongs to the TGF superfamily. GDNF is expressed in the preneural ectoderm early in neurogenesis, indicating an important role of GDNF in neurogenesis. GDNF promotes the survival of peripheral neurons and muscle motor neurons, and has neurotrophic factor activity and ability to promote differentiation. It has been found that 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) GDNF induces differentiation of MASCs into GABAergic and dopaminergic neurons. CNTF was first isolated from the ciliary ganglion and belongs to the gp130 family of cytokines. CNTF promotes nerve survival early in development. CNTF increases the number of GABAergic and cholinergic neurons in the culture of rat fetal hippocampal neurons. Furthermore, CNTF prevents GABAergic neuron cell death and promotes GABA uptake. CNTF of 5-50 ng / mL (preferably 10 ng / mL) showed a similar GABAergic induction effect on MASC, which differentiated into GABAergic neurons only after 3 weeks of exposure to CNTF.

ラットの脳に移植されたMASCの運命についても調べた。50,000個のeGFPのMASCを、シクロスポリンを継続投与したWister系ラットに誘発させた頭頂部梗塞の周囲に定位的に移植した。生理食塩水、MASC調整培地、またはMASCの移植後6週目に四肢の定位機能について検定した。MASCを移植したラットにおいてのみ擬似移植を行った動物のレベルに比肩する機能改善が見られた(図15)。 The fate of MASCs transplanted into rat brains was also investigated. 50,000 eGFP + MASCs were stereotaxically implanted around the parietal infarct induced in Wistar rats that were continuously administered cyclosporine. The stereotaxic function of the limbs was tested 6 weeks after transplantation with saline, MASC conditioned medium, or MASC. Only in the rat transplanted with MASC, a functional improvement comparable to the level of the animal subjected to sham transplantation was seen (FIG. 15).

2及び6週間後に動物を殺して神経に係る表現型を決定した。eGFP細胞の移植後の脳が自己蛍光を発することから、移植片の免疫組織化学的分析を行った。2週目ではeGFP細胞の大半が移植領域自体において検出された(図16)。5週後ではeGFP細胞は移植片の外部に移動した。2週目では抗eGFP抗体で染色された細胞は球形状を維持し、その直径は10〜30μmの範囲であった。6週後では抗eGFP抗体で染色された細胞は大幅に縮小しており、移植領域には正常な脳組織へと延出する樹状突起が見られた。ヒト特異的核抗体であるNuMaによる染色によってヒト細胞の存在が確認された。この抗体を利用すれば免疫蛍光抗体による2重及び3重の染色が可能であり、移植片中のヒト細胞を特定することが可能である。 The animals were killed after 2 and 6 weeks to determine the neuronal phenotype. Since the brain after transplantation of eGFP + cells emits autofluorescence, immunohistochemical analysis of the graft was performed. At 2 weeks, the majority of eGFP + cells were detected in the transplant area itself (FIG. 16). After 5 weeks, eGFP + cells migrated outside the graft. At the second week, cells stained with anti-eGFP antibody maintained a spherical shape, and their diameters ranged from 10 to 30 μm. After 6 weeks, the cells stained with the anti-eGFP antibody were greatly reduced, and dendrites extending to normal brain tissue were seen in the transplanted area. The presence of human cells was confirmed by staining with NuMa, a human specific nuclear antibody. If this antibody is used, double and triple staining with an immunofluorescent antibody is possible, and human cells in the graft can be identified.

本発明者等は、ヒト特異的抗ネスチン抗体を利用してNuMa陽性細胞及びGFP細胞と同じ場所にネスチン陽性細胞の小集団を検出した。このことは神経外胚葉の分化を示すものである。更に発明者等は、チューブリンIII、ニューロフィラメント−68及び−160、オリゴマーカー、及びGFAPについて陽性染色を確認した。このことは神経細胞及びグリア細胞への分化を示すものである(図に示されていない)。 The present inventors detected a small population of nestin positive cells in the same place as NuMa positive cells and GFP + cells using human-specific anti-nestin antibodies. This indicates neuronal ectoderm differentiation. Furthermore, the inventors confirmed positive staining for tubulin III, neurofilaments -68 and -160, oligo markers, and GFAP. This indicates differentiation into neurons and glial cells (not shown in the figure).

G.上皮細胞 発明者等はコンフルエンスに達した多能性成体幹細胞(MASC)(n=4)を10ng/mLの肝細胞成長因子(HGF)単独かまたはケラチノサイト成長因子(KGF)との組合わせにて処理した。14日後にHGF受容体、サイトケラチン8、18及び19を発現する大型の類上皮細胞を確認した。サイトケラチン19の存在は胆管上皮細胞への分化が起きている可能性を示すものである。基質をフィブロネクチンからコラーゲンゲルまたはマトリゲルに変更することによって上皮細胞の形態を有するサイトケラチン18発現細胞の発生率が向上した(図17)。   G. Epithelial cells The inventors used confluent pluripotent adult stem cells (MASC) (n = 4) in combination with 10 ng / mL hepatocyte growth factor (HGF) alone or in combination with keratinocyte growth factor (KGF). Processed. After 14 days, large epithelioid cells expressing the HGF receptor, cytokeratins 8, 18, and 19 were confirmed. The presence of cytokeratin 19 indicates the possibility of differentiation into biliary epithelial cells. By changing the substrate from fibronectin to collagen gel or matrigel, the incidence of cytokeratin 18-expressing cells having the shape of epithelial cells was improved (FIG. 17).

分化した複数細胞系列の単一細胞起源 多能性成体幹細胞(MASC)同士が互いにクローンであるかどうかを確認するため、発明者等はFACS1により選別を行い、MFG−eGFPにより形質導入したeGFP細胞をウェル1個当たり10個播種し、10個の細胞にまで培養した。形質導入は以下のように行った。24時間前に再播種したMASCを6時間づつ連続2日間にわたってPG13細胞系にパッケージングされたMFG−eGFPまたはMSCV−eGFP及び10μg/mLのプロタミンに曝露した。MASCの40〜70%に形質導入された。eGFPの発現はex vivoにて少なくとも3ヶ月間維持され、分化後も多くの細胞において発現が維持された。1個の細胞を選別した場合、1,000個を上回るウェルにおいて増殖はまったく見られなかったが、ウェル当たり10個の細胞を播種した場合にはウェルの3%において細胞の増殖が見られた。ウェルの0.3%のみに10個を越える細胞への更なる増殖が見られた。次いでこれらの細胞を中胚葉由来のすべての種類の細胞に分化誘導した(骨芽細胞、軟骨芽細胞、脂肪細胞、骨格筋及び平滑筋細胞、及び内皮)。ここでもやはり免疫組織化学法及びウエスタンブロッティングによって分化を確認した。細胞を更にinversePCRにかけて挿入されたウイルスDNAを挟み込んだヒトDNAの配列が類似していることを証明した。発明者等はレトロウイルス遺伝子がMASC及び分化した子孫の別々の3つのクローンのヒトゲノムの同じ部位に挿入されていることを確認した。 Single Cell Origin of Differentiated Multiple Cell Lines In order to confirm whether pluripotent adult stem cells (MASCs) are clones with each other, the inventors performed selection using FACS1, eGFP + transduced with MFG-eGFP Ten cells were seeded per well and cultured to 10 8 cells. Transduction was performed as follows. MASCs replated 24 hours ago were exposed to MFG-eGFP or MSCV-eGFP and 10 μg / mL protamine packaged in PG13 cell line for 6 consecutive hours over 6 hours. Transduced 40-70% of MASC. The expression of eGFP was maintained ex vivo for at least 3 months and maintained in many cells after differentiation. When one cell was sorted, no growth was seen in more than 1,000 wells, but when seeded with 10 cells per well, cell growth was seen in 3% of the wells. . Only 0.3% of the wells showed further growth to more than 10 7 cells. These cells were then induced to differentiate into all types of mesoderm-derived cells (osteoblasts, chondroblasts, adipocytes, skeletal and smooth muscle cells, and endothelium). Again, differentiation was confirmed by immunohistochemistry and Western blotting. The cells were further subjected to inverse PCR to prove that the sequences of human DNA sandwiching the inserted viral DNA were similar. The inventors have confirmed that the retroviral gene has been inserted into the same site in the human genome of three separate clones of MASC and differentiated offspring.

MASCの生着 発明者等は多能性成体幹細胞(MASC)が生着し、in vivoにて維持されるかを調べるため研究を行った。 MASC engraftment The inventors conducted a study to investigate whether pluripotent adult stem cells (MASCs) engraft and are maintained in vivo.

1.発明者等はeGFPのMASCをNOD−SCIDマウスに筋肉内注射した。4週間後に動物を殺し、筋肉を調べてヒトES細胞に関し上記に述べたように奇形腫が発生しているかを判定した。5頭中5頭の動物に奇形腫の発生は見られなかった。eGFP陽性の細胞は検出された。 1. The inventors injected eGFP + MASC intramuscularly into NOD-SCID mice. Four weeks later, the animals were killed and the muscles were examined to determine if teratomas had developed as described above for human ES cells. No teratoma occurred in 5 out of 5 animals. eGFP positive cells were detected.

2.発明者等はeGFPのMASCをSCIDマウス胎児に子宮内IV注入した。出生直後に動物を調べた。PCR分析により心臓、肺、肝臓、脾臓、及び骨髄にeGFP細胞の存在が確認された。 2. The inventors injected eGFP + MASCs into SCID mouse embryos intrauterine IV. The animals were examined immediately after birth. PCR analysis confirmed the presence of eGFP + cells in the heart, lung, liver, spleen, and bone marrow.

3.発明者等は無傷または梗塞を発生したラットの脳にMASCを定位的に移植した。MASCは神経細胞の表現型を獲得し、少なくとも6週間にわたって維持された。   3. The inventors stereotactically transplanted MASCs into the brains of rats that were intact or developed infarctions. MASCs acquired a neuronal phenotype and were maintained for at least 6 weeks.

MASCの応用例 1.骨芽細胞 骨細胞に分化誘導された本発明の多能性成体幹細胞(MASC)は、細胞治療として、または骨粗鬆症における組織再生、ページェット病、骨折、骨髄炎、骨壊死、軟骨形成不全症、骨形成不全症、遺伝性多発性外骨腫、多発性骨端異形成症、マルファン症候群、ムコ多糖症、神経繊維腫症、または脊柱側彎症、限局性奇形、二分脊椎、半側椎骨、融合椎骨、肢奇形の再建術、腫瘍により損傷した組織の再建、中耳炎などの感染症後の再建に使用することが可能である。 Application example of MASC Osteoblasts The pluripotent adult stem cells (MASCs) of the present invention induced to differentiate into bone cells are used as cell therapy or tissue regeneration in osteoporosis, Paget's disease, fractures, osteomyelitis, osteonecrosis, chondrogenic dysfunction, Osteogenesis imperfecta, hereditary multiple exostoma, multiple epiphyseal dysplasia, Marfan syndrome, mucopolysaccharidosis, neurofibromatosis, or scoliosis, focal malformation, spina bifida, hemivertebra, It can be used for reconstruction of fused vertebrae, limb malformations, reconstruction of tissue damaged by tumors, and reconstruction after infections such as otitis media.

2.軟骨細胞 本発明の多能性成体幹細胞(MASC)を分化誘導して形成される軟骨細胞は、細胞治療または、年齢関連疾患及び損傷、スポーツ関連損傷、あるいは、慢性関節リウマチ、関節症性乾癬、ライター関節炎、潰瘍性大腸炎、クローン病、強直性脊椎炎、変形性関節炎などの特定の疾患における組織再生、外耳再建術、鼻再建術、及び輪状軟骨の再建術に利用することが可能である。   2. Chondrocytes Chondrocytes formed by inducing differentiation of the pluripotent adult stem cells (MASCs) of the present invention are cell therapy, age-related diseases and injuries, sports-related injuries, or rheumatoid arthritis, arthritic psoriasis, Can be used for tissue regeneration, outer ear reconstruction, nasal reconstruction, and cricoid cartilage reconstruction in certain diseases such as Reiter arthritis, ulcerative colitis, Crohn's disease, ankylosing spondylitis, osteoarthritis .

3.脂肪細胞 多能性成体幹細胞(MASC)より得られた脂肪細胞は、再建手術や美容整形手術における再形成及びII型糖尿病の治療に利用することができる。再建手術においては、本発明の方法により分化させた脂肪細胞を、例えば乳房切除術後の乳房再建や、顔面や手からの腫瘍除去などの他の外科手術による欠損組織の再形成に利用することが可能である。美容整形手術では、本発明の方法によって本発明の細胞から得られた脂肪細胞を、乳房拡大や老化した皮膚の皺取りなど様々な方法において使用することが可能である。更にこのようにして得られた脂肪細胞によって脂肪の制限の研究に有効なin vitroモデルシステムが与えられる。   3. Adipocytes Adipocytes obtained from pluripotent adult stem cells (MASC) can be used for remodeling in reconstruction and cosmetic surgery and for the treatment of type II diabetes. In reconstructive surgery, adipocytes differentiated by the method of the present invention are used for reconstruction of defective tissue by, for example, breast reconstruction after mastectomy or other surgical operations such as removal of tumor from the face or hands. Is possible. In cosmetic surgery, the fat cells obtained from the cells of the present invention by the method of the present invention can be used in various methods such as breast enlargement and removal of aging skin. Furthermore, the adipocytes obtained in this way provide an in vitro model system that is effective for the study of fat restriction.

4.繊維芽細胞 MASCから誘導される繊維芽細胞は、細胞治療や組織の修復に利用して外傷の治癒を促したり、美容整形手術用の土台などの連結組織の支持要素を与えることが可能である。   4). Fibroblasts Fibroblasts derived from MASC can be used for cell therapy and tissue repair to promote healing of trauma and provide a supporting element for connective tissue such as a foundation for cosmetic surgery. .

5.骨格筋 MASCを分化誘導して得られる骨格筋細胞は、デュシャンヌ型筋ジストロフィー、ベッカー型筋ジストロフィー、筋強直性ジストロフィー、骨格筋ミオパシーの治療における細胞療法や組織修復、及び骨格筋損傷を修復するための再建術に利用することが可能である。   5). Skeletal muscle The skeletal muscle cells obtained by inducing differentiation of MASC are cell therapy and tissue repair in the treatment of Dushanne muscular dystrophy, Becker muscular dystrophy, myotonic dystrophy, skeletal muscle myopathy, and reconstruction to repair skeletal muscle damage It can be used for surgery.

6.平滑筋 MASCを分化誘導して得られる平滑筋細胞は、細胞治療や、食道閉鎖、腸閉鎖、腸重積症などの消化器系の発生異常の治療における組織修復、及び腸梗塞手術や結腸結腸吻合術後の組織の置換に利用することが可能である。   6). Smooth muscle cells obtained by inducing differentiation of MASC are used for cell therapy, tissue repair in the treatment of abnormal development of the digestive system such as esophageal obstruction, intestinal obstruction, intussusception, intestinal infarction surgery and colon colon It can be used for tissue replacement after anastomosis.

本発明のMASCから形成された平滑筋細胞は更に、膀胱や子宮の再建、新生血管形成、例えばアテローム性動脈硬化症や動脈瘤などによって損傷した血管の修復に利用することが可能である。平滑筋前駆細胞(メサンギウム細胞)を糸球体の疾患や細胞治療のin vitroモデルとして、または糖尿病性ニューロ
パシーにおける組織再生に利用することが可能である。平滑筋前駆細胞は更に、血圧の調節において重要な遠位曲尿細管や傍糸球体組織の緻密斑の修復に利用することが可能である。
The smooth muscle cells formed from the MASCs of the present invention can further be used for the reconstruction of blood vessels damaged by bladder or uterine reconstruction, neovascularization, such as atherosclerosis or aneurysms. Smooth muscle progenitor cells (mesangial cells) can be used as an in vitro model of glomerular disease and cell therapy, or for tissue regeneration in diabetic neuropathy. Smooth muscle progenitor cells can also be used to repair distal convoluted tubules and paraglomerular tissue dense plaques that are important in blood pressure regulation.

7.心筋細胞 多能性成体幹細胞(MASC)から誘導される心筋細胞は、弁置換術、先天性心異常あるいは心筋症や心内膜炎によるうっ血性心不全や、心筋梗塞により損傷した心組織を治療するための細胞治療や組織修復に有用である。細胞は特に注射により局所的に投与することによって高い効果を得ることが可能である。MASCから分化した小膠細胞は、脊髄損傷、及びハンチントン病、パーキンソン病、多発性硬化症やアルツハイマー病などの神経変性性疾患の治療、ならびに中枢神経系を冒す感染症によって損傷した組織の修復に使用することが可能である。サイトカインを産生するよう遺伝子改変された小膠細胞は、血液脳関門のためにアクセスが困難な中枢神経系の感染症を治療するための移植に利用することも可能である。グリア細胞は、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症や脳腫瘍による発作後の神経組織を再生するため、及び脊髄損傷後に神経組織を再生するための成長因子または成長因子阻害物質を産生するために利用することも可能である。   7. Cardiomyocytes Cardiomyocytes derived from pluripotent adult stem cells (MASC) treat valve replacement, congenital heart failure or congestive heart failure due to cardiomyopathy or endocarditis, or heart tissue damaged by myocardial infarction Useful for cell therapy and tissue repair. Cells can be highly effective, particularly by local administration by injection. Microglial cells differentiated from MASC are useful for the treatment of spinal cord injury and neurodegenerative diseases such as Huntington's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis and Alzheimer's disease, and the repair of tissues damaged by infections affecting the central nervous system. It is possible to use. Microglia genetically modified to produce cytokines can also be used for transplantation to treat central nervous system infections that are difficult to access due to the blood-brain barrier. Glial cells produce growth factors or growth factor inhibitors to regenerate neural tissue after attacks due to multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis and brain tumors, and to regenerate neural tissue after spinal cord injury It can also be used for this purpose.

8.間質細胞 本発明の多能性成体幹細胞(MASC)から誘導される間質細胞は、化学療法後の骨髄置換のため、また骨髄移植のための移植細胞として使用することができる。乳癌では強力な化学療法レジメンを行う前に患者から例えば骨髄吸引液を採取する。こうした化学療法は組織、特に骨髄に損傷を与える。患者の骨髄から単離したMASCを培養して増殖させ、骨髄細胞の再定着に充分な自己細胞を得ることが可能である。これらの細胞は異なる組織に分化することが可能であるので局所的または全身的に導入された細胞が他の損傷組織に移動し、その組織環境に存在する細胞因子によってこれらの細胞の分化が誘導されて増殖するという利点が得られる。   8). Stromal cells Stromal cells derived from the pluripotent adult stem cells (MASC) of the present invention can be used for bone marrow replacement after chemotherapy and as transplanted cells for bone marrow transplantation. For breast cancer, for example, bone marrow aspirate is taken from the patient before a powerful chemotherapy regimen is performed. Such chemotherapy damages tissues, especially the bone marrow. MASCs isolated from the patient's bone marrow can be cultured and expanded to obtain autologous cells sufficient for re-establishment of bone marrow cells. Because these cells can differentiate into different tissues, locally or systemically introduced cells migrate to other damaged tissues and the differentiation of these cells is induced by cellular factors present in the tissue environment The advantage of being proliferated is obtained.

9.内皮細胞 多能性成体幹細胞(MASC)を前記に述べた方法により内皮細胞に分化させ、この内皮細胞を第VIII因子欠損症の治療、及び新生血管形成のための血管新生因子の産生に利用することが可能である。この内皮細胞は更に血管新生阻害剤を使用した腫瘍抑制のためのin vitroモデル、ならびに脈管炎、過敏症、及び凝固疾患のin vitroモデルを与えるものである。こうした培養内皮細胞と当業者に周知の高速スクリーニング法を用いることにより、治療効果を有する可能性のある数千もの有用化合物をより速やかにかつ高いコスト効率でスクリーニングすることが可能である。   9. Endothelial cells Multipotent adult stem cells (MASC) are differentiated into endothelial cells by the method described above, and the endothelial cells are used for the treatment of factor VIII deficiency and the production of angiogenic factors for neovascularization. It is possible. This endothelial cell further provides an in vitro model for tumor suppression using an angiogenesis inhibitor and an in vitro model of vasculitis, hypersensitivity, and coagulation disease. By using such cultured endothelial cells and high-speed screening methods well known to those skilled in the art, it is possible to screen thousands of useful compounds having a therapeutic effect more quickly and cost-effectively.

10.造血細胞 多能性成体幹細胞(MASC)は造血細胞に分化することが可能である。したがって本発明の細胞を利用して高投与量の化学療法後に骨髄を再生することが可能である。化学療法を行う前に患者から骨髄吸引液を採取する。本発明の方法により幹細胞を単離し、培養、分化誘導する。この後、分化細胞と未分化細胞の混合物を患者の骨髄腔に再導入する。現在この目的で造血幹細胞を用いた臨床試験が行われているが、本発明の幹細胞は骨髄ばかりでなく他の組織の化学療法によって損傷した細胞をも置換することが可能な細胞に更に分化可能であるという更なる利点を有するものである。本発明のMASCから誘導される造血細胞を血液細胞に更に分化させて血液バンクで保管することにより、輸血用血液が不足する問題を解消することが可能となる。   10. Hematopoietic cells Pluripotent adult stem cells (MASCs) can differentiate into hematopoietic cells. It is therefore possible to regenerate the bone marrow after high dose chemotherapy using the cells of the present invention. Collect bone marrow aspirate from the patient before chemotherapy. Stem cells are isolated, cultured and induced for differentiation by the method of the present invention. This is followed by reintroduction of the mixture of differentiated and undifferentiated cells into the patient's bone marrow cavity. Currently, clinical trials using hematopoietic stem cells are underway for this purpose, but the stem cells of the present invention can be further differentiated into cells that can replace not only bone marrow but also cells damaged by chemotherapy of other tissues. It has the further advantage of being. By further differentiating hematopoietic cells derived from MASC of the present invention into blood cells and storing them in a blood bank, it is possible to solve the problem of insufficient blood for transfusion.

11.神経外胚葉細胞 MASCから分化した小膠細胞は、脊髄損傷、及びハンチントン病、パーキンソン病、多発性硬化症やアルツハイマー病などの神経変性性疾患の治療、ならびに中枢神経系を冒す感染症によって損傷した組織の修復に使用することが可能である。サイトカインを産生するよう遺伝子改変された小膠細胞は、血液脳関門のためにアクセスが困難な中枢神経系の感染症を治療するための移植に利用することも可能である。グリア細胞は、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症や脳腫瘍による発作後の神経組織を再生するため、及び脊髄損傷後に神経組織を再生するための成長因子または成長因子阻害物質を産生するために利用することも可能である。乏突起膠細胞及びアストロサイトに分化させたMASCを例えば、脱髄組織、特に脊髄に移植し、脱髄組織中でMASCに周囲の神経組織にミエリン鞘を形成させることが可能である。この方法は、乏突起膠細胞及びアストロサイト前駆細胞の供給源として胚性幹細胞を使用した場合に有効であることがマウスにおいて証明されている(Brustle,O., et al., Science (1999) 285: 754-756)。本発明のMASCは胚性幹細胞の幅広い分化特性を有するばかりでなく移植用の自己細胞を与えるという更なる利点を有する。   11. Neuroectodermal cells Microglia differentiated from MASC were damaged by spinal cord injury and treatment of neurodegenerative diseases such as Huntington's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis and Alzheimer's disease, and infections affecting the central nervous system It can be used for tissue repair. Microglia genetically modified to produce cytokines can also be used for transplantation to treat central nervous system infections that are difficult to access due to the blood-brain barrier. Glial cells produce growth factors or growth factor inhibitors to regenerate neural tissue after attacks due to multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis and brain tumors, and to regenerate neural tissue after spinal cord injury It can also be used for this purpose. MASCs differentiated into oligodendrocytes and astrocytes can be transplanted, for example, into demyelinating tissue, particularly the spinal cord, where MASCs form myelin sheaths in the surrounding neural tissue. This method has proved effective in mice when embryonic stem cells are used as a source of oligodendrocytes and astrocyte progenitors (Brustle, O., et al., Science (1999)). 285: 754-756). The MASCs of the present invention have the additional advantage of not only having the broad differentiation characteristics of embryonic stem cells, but also providing autologous cells for transplantation.

本発明の細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、例えばムコ多糖症、白質ジストロフィー(グロボイド細胞性白質ジストロフィー、キャナヴァン病)、フコシドーシス、GM2ガングリオシドーシス、ニーマン−ピック病、サンフィリポ症候群、ウォルマン病、及びテイ−サックス病などの先天性神経変性性疾患や蓄積症を治療することが可能である。また本発明のMASCは、脳卒中、中枢神経系出血、中枢神経系外傷などの外傷性疾患、脊髄損傷や脊髄空洞症などの末梢神経系疾患、網膜剥離、黄斑変性や他の変性網膜疾患及び糖尿病性網膜疾患などの網膜疾患の治療に使用することが可能である。   The cells of the present invention are used for cell replacement therapy and / or gene therapy, for example, mucopolysaccharidosis, leukodystrophy (globoid cell leukodystrophy, Canavan disease), fucosidosis, GM2 gangliosidosis, Niemann-Pick disease, San Filip syndrome It is possible to treat congenital neurodegenerative diseases and storage diseases such as Wolman disease and Tay-Sachs disease. Also, the MASC of the present invention can be used for traumatic diseases such as stroke, central nervous system hemorrhage, central nervous system trauma, peripheral nervous system diseases such as spinal cord injury and syringomyelia, retinal detachment, macular degeneration and other degenerative retinal diseases and diabetes. It can be used for the treatment of retinal diseases such as retinal diseases.

12.外胚葉性上皮細胞 更に本発明の上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、脱毛症などの皮膚疾患、火傷の傷や白子症などの皮膚欠陥を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。   12 Ectodermal epithelial cells Furthermore, the epithelial cells of the present invention are used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate the symptoms of skin diseases such as alopecia, burn wounds and albinism It is possible.

13.内胚葉性上皮細胞 本発明のMASCから誘導される上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、複数の臓器疾患を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。この細胞を使用して、例えば、ムコ多糖症、白質ジストロフィー、GM2ガングリオシドーシスなどの蓄積症、クリグラー−ナジャー症候群などの高ビリルビン疾患、例えばオルニチンデカルボキシラーゼ欠損症、シトルリン血症、及びアルギニノコハク酸尿症といった尿素回路の先天異常などのアンモニア疾患、フェニルケトン尿症、先天性高チロシン血症、及びα1−アンチトリプシン欠損症などのアミノ酸及び有機酸異常、ならびに第VIII及びIX因子欠損症などの凝固疾患といった先天性の肝疾患を治療もしくは緩和することが可能である。この細胞はまたウイルス感染による後天性肝疾患を治療するために使用することも可能である。本発明の細胞は更に、人口肝臓(腎臓透析に類似)の製造、凝固因子の生成、及び、肝上皮細胞が産生するタンパク質や酵素の生成などのex vivoでの応用例に使用することも可能である。   13. Endodermal epithelial cells Epithelial cells derived from MASCs of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat multiple organ diseases or alleviate their symptoms. Using this cell, for example, accumulative diseases such as mucopolysaccharidosis, leukodystrophy, GM2 gangliosidosis, hyperbilirubin diseases such as Krigler-Najjar syndrome, eg ornithine decarboxylase deficiency, citrullinemia, and argininosuccinic acid Ammonia diseases such as congenital abnormalities of the urea cycle such as infectious diseases, amino acid and organic acid abnormalities such as phenylketonuria, congenital hypertyrosinemia, and α1-antitrypsin deficiency, and coagulation such as factor VIII and factor IX deficiency It is possible to treat or alleviate congenital liver diseases such as diseases. The cells can also be used to treat acquired liver disease due to viral infection. The cells of the present invention can also be used for ex vivo applications such as the production of artificial liver (similar to kidney dialysis), the generation of coagulation factors, and the production of proteins and enzymes produced by liver epithelial cells. It is.

更に本発明の上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、胆汁性肝硬変や胆道閉鎖症などの胆道疾患を治療もしくはその症状を緩和することも可能である。   Further, the epithelial cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate symptoms of biliary diseases such as biliary cirrhosis and biliary atresia.

更に本発明の上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、膵臓閉塞症、膵臓炎、及びα1−アンチトリプシン欠損症などの膵臓疾患を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。更に、本発明の細胞から膵臓上皮細胞が得られ、また神経細胞が得られることより、β細胞を生成することが可能である。これらの細胞を糖尿病の治療に用いることも可能である(皮下移植、膵臓内または肝臓内移植)。更に本発明の上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、腸閉塞、炎症性腸疾患、腸梗塞、及び腸切除などの腸上皮組織の疾患を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。   Furthermore, the epithelial cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate symptoms of pancreatic diseases such as pancreatic occlusion, pancreatitis, and α1-antitrypsin deficiency. is there. Furthermore, pancreatic epithelial cells can be obtained from the cells of the present invention, and nerve cells can be obtained, whereby β cells can be generated. These cells can also be used for the treatment of diabetes (subcutaneous transplantation, intrapancreas or intrahepatic transplantation). Furthermore, the epithelial cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate symptoms of intestinal epithelial tissues such as intestinal obstruction, inflammatory bowel disease, intestinal infarction, and intestinal resection. Is possible.

14.非最適培養条件下での不老性を与えるためのMASCの改変 多能性成体幹細胞(MASC)は長いテロメア(12kb)を有し、このテロメア長は異なる年齢のドナーから得られた細胞で異ならない。MASCをex vivo培養するとテロメアはex vivo培養中において4ヶ月以上の長期にわたって(35回の細胞倍加より長い期間)短くならない。これはより長期に及ぶこともある。すべての年齢の人から得られるMASC中にテロメラーゼが存在する。MASCをコンフルエンスに達した状態で培養すると老化が始まりテロメアは短くなりはじめる。生産、商業上の理由などにより比較的高密度の培養中で長期に及ぶ増殖を行うことが好ましいことから、MASCをテロメアーゼを含む構築体により形質導入/トランスフェクトして、これにより細胞の老化を防止することが可能である。これらの細胞はin vivo移植に使用することが可能であるが、移植に先立って細胞からテロメラーゼを除去することが好ましい。これはテロメラーゼが2個のLoxP部位の間に位置するように構築体を構築することによって行うことが可能である。これによりCreリコンビナーゼによってテロメラーゼを切り出すことが可能となる。Creは、第2のベクター/プラスミドを用いるかまたはテロメラーゼ含有構築体の一部として標的細胞に形質導入/トランスフェクトすることが可能である。Creは、構成的活性型として、または、例えば天然エストロゲン受容体(ER)リガンドでは誘導されないが4−ヒドロキシタモキシフェン(OHT)により誘導可能なヒトエストロゲン受容体(ER)の1以上の突然変異リガンド結合ドメインを当該タンパク質に融合するか、またはテトラサイクリンやラパマシン誘導などの薬剤誘導系を用いることにより、誘導可能な酵素として導入することが可能である。   14 Modification of MASCs to confer senility under non-optimal culture conditions Pluripotent adult stem cells (MASCs) have long telomeres (12 kb) that do not differ in cells obtained from donors of different ages . When ex vivo culture of MASCs, telomeres are not shortened in ex vivo culture for longer than 4 months (longer than 35 cell doublings). This can be longer. Telomerase is present in MASCs obtained from people of all ages. When MASC is cultured in a confluence state, aging begins and telomeres begin to shorten. MASC is transduced / transfected with a telomerase-containing construct so that cell senescence is achieved because it is preferable to perform long-term growth in relatively dense cultures for production, commercial reasons, etc. It is possible to prevent. Although these cells can be used for in vivo transplantation, it is preferred to remove telomerase from the cells prior to transplantation. This can be done by constructing the construct such that telomerase is located between the two LoxP sites. This makes it possible to excise telomerase with Cre recombinase. Cre can be transduced / transfected into target cells using a second vector / plasmid or as part of a telomerase-containing construct. Cre is a constitutively active form or binding of one or more mutant ligands of human estrogen receptor (ER) that is not induced by, for example, natural estrogen receptor (ER) ligand but can be induced by 4-hydroxy tamoxifen (OHT) It can be introduced as an inducible enzyme by fusing the domain to the protein or by using a drug induction system such as tetracycline or rapamachine induction.

15.免疫拒絶反応を防止するための移植アプローチ a.万能ドナー細胞 多能性成体幹細胞(MASC)を遺伝子操作して細胞及び遺伝子治療のための万能ドナー細胞とし、遺伝病などの疾患の治療や酵素の置換を行うことが可能である。未分化のMASCは、HLA−I型、HLA−II型抗原やβ2マイクログロブリンを発現しないが、分化した子孫の一部には少なくともI型HLA抗原を発現するものがある。MASCは、HLA−I型及びHLA−II型抗原を欠損させ、場合によりレシピエントとなる患者由来のHLA抗原を導入することにより万能ドナー細胞に改変することが可能であり、これにより細胞が容易にNK細胞の媒介する細胞障害の標的となることを防止し、細胞での無制限のウイルス増殖や細胞の悪性転換を防止することが可能となる。HLA抗原は、相同組換え、またはプロモーター領域への点突然変異の導入、または抗原の最初のエクソンへの点突然変異の導入により、キメラ細胞の場合におけるように停止コドンを導入することによって欠損させることが可能である。ホストのHLA抗原は、レトロウイルス、レンチウイルス、アデノ関連ウイルスなどのウイルスによる形質導入やトランスフェクトによってHLA抗原のcDNAを標的細胞に導入することによって移入することが可能である。MASCを利用して特定のタンパク質を体内または血中で所定範囲の量すなわち濃度となるよう調整することが可能である。   15. Transplantation approach to prevent immune rejection a. Universal donor cells Pluripotent adult stem cells (MASCs) can be genetically engineered into cells and universal donor cells for gene therapy to treat diseases such as genetic diseases and replace enzymes. Undifferentiated MASCs do not express HLA-I type, HLA-II type antigen or β2 microglobulin, but some of the differentiated progeny express at least type I HLA antigen. MASC can be transformed into a universal donor cell by depleting HLA-I and HLA-II antigens and optionally introducing HLA antigens from the recipient patient, thereby facilitating the cells Therefore, it is possible to prevent NK cell-mediated cytotoxicity and to prevent unlimited virus growth in cells and malignant transformation of cells. HLA antigens are deleted by introducing stop codons as in the case of chimeric cells, by homologous recombination, or by introducing point mutations into the promoter region, or by introducing point mutations into the first exon of the antigen. It is possible. Host HLA antigens can be transferred by introducing HLA antigen cDNA into target cells by transduction or transfection with viruses such as retroviruses, lentiviruses, adeno-associated viruses and the like. Using MASC, it is possible to adjust a specific protein to a predetermined amount or concentration in the body or blood.

b.免疫系による認識を回避するための子宮内移植 多能性成体幹細胞(MASC)を子宮内移植生着に使用して遺伝子の異常を修正したり、ホストの免疫系の発達以前にホストの免疫系に認識されなくなるように細胞を導入することが可能である。これは動物の体内で血液などのヒト細胞を大量に生産するための方法を与えるものであり、また正常なタンパク質または酵素を産生する細胞を移植することによってヒト胎児の遺伝的欠陥を修正する方法として利用することも可能である。   b. Intrauterine transplantation to avoid recognition by the immune system Multipotent adult stem cells (MASCs) are used for engraftment in the uterus to correct genetic abnormalities or to develop the host immune system before the development of the host immune system It is possible to introduce cells so that they are not recognized by the cell. This provides a method for mass production of human cells such as blood in the body of an animal, and a method for correcting genetic defects in human fetuses by transplanting cells that produce normal proteins or enzymes It is also possible to use as.

16.遺伝子治療 現在にいたるまで遺伝子治療に使用されるヒト細胞は、骨髄及び皮膚細胞に基本的に限られていた。これは、他の種類の細胞は、体内から抽出し、培養中で増殖させ、遺伝子改変し、組織が由来する患者に首尾良く再移植することが困難であることによる(Anderson,W. F., Nature (1998) 392: 30; Anderson, W.F.,ScientificAmerican (1995) 273: 1-5; Anderson, W. F., Science (1992) 256:808-813)。本発明の多能性成体幹細胞(MASC)は、体内から抽出、単離し、培養中で未分化状態にてまたは分化誘導して増殖させ、様々な方法、殊にウイルスによる形質導入を用いて遺伝子改変することが可能である。遺伝物質の取込み及び発現は証明することが可能であり、外来DNAの発現は発生過程の全体を通じて安定的である。幹細胞に外来DNAを挿入するためのレトロウイルスなどのベクターは当業者には周知のものである(Mochizuki,H., et al., J. Virol (1998) 72 (11): 8873-8883; Robbins, P.,et al., J. Virol. (1997) 71 (12):9466-9474; Bierhuizen,M., et al., Blood (1997) 90 (9): 3304-3315; Douglas, J.,etal., Hum. Gene Ther. (1999) 10 (6): 935-945; Zhang, G., et al.,Biochem.Biophys. Res. Commun.(1996) 227 (3): 707-711)。レトロウイルスを用いて形質導入が行われると、緑色蛍光タンパク質(eGFP)の発現が最終分化した筋細胞、内皮細胞、及び単離MASCに由来するc−Kit陽性細胞において持続する。これはMASCに導入されたレトロウイルスベクターの発現が分化の全体を通じて持続することを示すものである。予めレトロウイルスベクターにより形質導入し、最初のMASC培養期間の数週目に選別した10個のeGFP細胞にて開始した培養から最終分化が誘導された。 16. Gene therapy Until now, human cells used for gene therapy have been basically limited to bone marrow and skin cells. This is because other cell types are difficult to extract from the body, grown in culture, genetically modified, and successfully reimplanted to the patient from whom the tissue originated (Anderson, WF, Nature ( 1998) 392: 30; Anderson, WF, Scientific American (1995) 273: 1-5; Anderson, WF, Science (1992) 256: 808-813). The pluripotent adult stem cells (MASCs) of the present invention are extracted and isolated from the body, proliferated in culture in an undifferentiated state or induced to differentiate, and can be transformed using various methods, particularly viral transduction. It is possible to modify. The uptake and expression of genetic material can be demonstrated and the expression of foreign DNA is stable throughout the developmental process. Vectors such as retroviruses for inserting foreign DNA into stem cells are well known to those skilled in the art (Mochizuki, H., et al., J. Virol (1998) 72 (11): 8873-8883; Robbins , P., et al., J. Virol. (1997) 71 (12): 9466-9474; Bierhuizen, M., Et al., Blood (1997) 90 (9): 3304-3315; Douglas, J. , etal., Hum. Gene Ther. (1999) 10 (6): 935-945; Zhang, G., et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. (1996) 227 (3): 707-711) . When transduced with retroviruses, green fluorescent protein (eGFP) expression persists in terminally differentiated muscle cells, endothelial cells, and c-Kit positive cells derived from isolated MASCs. This indicates that the expression of the retroviral vector introduced into MASC persists throughout differentiation. Final differentiation was induced from cultures that had been pre-transduced with retroviral vectors and started with 10 eGFP + cells that were selected several weeks during the initial MASC culture period.

造血幹細胞は、その分化能は限定されたものであるが、遺伝子治療において有用であることが示されている(参照、Kohn, D. B., Curr. Opin. Pediatr. (1995) 7: 56-63)。本発明の細胞は、レトロウイルスベクターが未分化の幹細胞に導入されたにも関わらず、最終分化した筋細胞、内皮細胞及びc−Kit陽性細胞において緑色蛍光タンパク質の発現が持続することによって証明されるように、最終分化した時点で形質導入またはトランスフェクトされたDNAを維持可能な広範な種類の分化細胞を提供するものである。   Although hematopoietic stem cells have limited differentiation potential, they have been shown to be useful in gene therapy (see Kohn, DB, Curr. Opin. Pediatr. (1995) 7: 56-63). . The cells of the present invention were proved by the sustained expression of green fluorescent protein in terminally differentiated myocytes, endothelial cells and c-Kit positive cells despite the introduction of retroviral vectors into undifferentiated stem cells. Thus, it provides a wide variety of differentiated cells capable of maintaining transduced or transfected DNA when terminally differentiated.

本発明のMASCは、遺伝子治療用の造血幹細胞と比較して他の利点も有する。本発明の幹細胞は局所麻酔下で得られる骨髄吸引液から単離し、培養中で増殖させ、外来遺伝子をトランスフェクトすることが比較的容易に可能である。同様な目的で用いる相応な数の造血幹細胞は、少なくとも1Lの骨髄から単離しなくてはならず、また細胞を培養中で増殖させることも困難である(参照、Prockop,D. J., Science(1997) 276: 71-74)。   The MASC of the present invention also has other advantages compared to hematopoietic stem cells for gene therapy. The stem cells of the present invention can be isolated from bone marrow aspirate obtained under local anesthesia, grown in culture and transfected with foreign genes relatively easily. A reasonable number of hematopoietic stem cells used for similar purposes must be isolated from at least 1 L of bone marrow, and it is difficult to grow the cells in culture (see, Prockop, DJ, Science (1997). 276: 71-74).

遺伝子治療用の候補遺伝子の例としては、アポリポタンパク質E(アルツハイマー病や心血管疾患のリスクとの相関が示されている)、MTHFR(高ホモシステイン値及び脳卒中と変異体との相関が示されている)、第V因子(血栓のリスクと相関を有する)、ACE(心疾患のリスクと変異体との相関が示されている)、CKR−5(HIVに対する耐性との相関が示されている)、HPRT(ヒポキサンチン−グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ、欠損によりレッシュ−ナイハン病を発症)、PNP(プリンヌクレオシドホスホリラーゼ、欠損により重篤な免疫不全疾患につながる)、ADA(アデノシンデアミナーゼ、欠損により重篤な複合免疫不全疾患につながる)、p21(毛細管拡張性運動失調の治療用候補遺伝子として提唱されている)、p47(欠損と、慢性肉芽腫症の患者の好中球のオキシダーゼ活性の欠落との相関が示されている)、ジェンバンク受託番号M55067及びM38755)Rb(腫瘍形成に関連する網膜芽腫感受性遺伝子、ジェンバンク受託番号M15400)、KVLQT1(カリウムチャンネルタンパク質、異常型と心不整脈との相関が示されている。ジェンバンク受託番号U40990)、ジストロフィン遺伝子(デュシェンヌ型筋ジストロフィーに関連、ジェンバンク受託番号M18533、M17154、及びM18026)、CFTR(嚢胞性繊維症に関連する膜内外伝導度レギュレータ、ジェンバンク受託番号M28668)、ホスファチジルイノシトール3−キナーゼ(毛細管拡張性運動失調に関連、ジェンバンク受託番号U26455)、及びVHL(このタンパク質の欠損または突然変異はフォンヒッペル−リンダウ病との関連が示されている)をコードする遺伝子が挙げられる(Latif, F., et al., Science (1993)260: 1317-1320)。これらの遺伝子改変細胞の使用により効果的に治療可能な他の疾患としては、第IV因子欠損症、アデノシンデアミナーゼ欠損症(重篤な複合免疫不全疾患すなわちSCIDに関連)や糖尿病、及びグルコセレブロシダーゼ、α−イヅロニダーゼの血書運症が挙げられる。   Examples of candidate genes for gene therapy include apolipoprotein E (which shows a correlation with the risk of Alzheimer's disease and cardiovascular disease), MTHFR (a high homocysteine level and a correlation between stroke and mutant). ), Factor V (correlated with the risk of blood clot), ACE (correlation between risk of heart disease and variant), CKR-5 (correlation with resistance to HIV) HPRT (hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase, developing Leish-Nyhan disease due to deficiency), PNP (purine nucleoside phosphorylase, deficiency leading to severe immunodeficiency disease), ADA (adenosine deaminase, deficient causing severe Leading to complex immunodeficiency diseases), p21 (candidate gene for treatment of telangiectasia in capillary dilatation P47 (defect has been correlated with a lack of neutrophil oxidase activity in patients with chronic granulomatous disease), Genbank accession numbers M55067 and M38755) Rb (for tumorigenesis) Related retinoblastoma susceptibility gene, Genbank accession number M15400), KVLQT1 (potassium channel protein, correlation between abnormal and cardiac arrhythmia. Genbank accession number U40990), dystrophin gene (related to Duchenne muscular dystrophy) Genbank accession numbers M18533, M17154 and M18026), CFTR (transmembrane transmembrane conductance regulator associated with cystic fibrosis, Genbank accession number M28668), phosphatidylinositol 3-kinase (related to capillary dilatation ataxia, Accession number U26455), and genes encoding VHL (deletions or mutations of this protein have been shown to be associated with von Hippel-Lindau disease) (Latif, F., et al., Science (1993) ) 260: 1317-1320). Other diseases that can be effectively treated by the use of these genetically modified cells include Factor IV deficiency, adenosine deaminase deficiency (related to severe combined immunodeficiency disease or SCID), diabetes, and glucocerebrosidase , Α-yluronidase blood luck.

これらの新規な遺伝子は、酵素レベルが調整可能であるように誘導性プロモーターにより発現調節することが可能である。これらの誘導性プロモーター系は産生させるタンパク質に結合させたヒトエストロゲン受容体(ER)の突然変異リガンド結合ドメインを有していてもよい。そのためには患者はタンパク質を発現させるためにタモキシフェンを摂取する必要がある。あるいは、テトラサイクリン−on/off系、RU486やラパマイシン誘導系を使用することも可能である。相対的選択発現を行う更なる方法は組織特異的プロモーターを使用することである。例えば脳では、ニューロン特異的エノラーゼプロモーター(Ad−NSE)やグリア繊維性酸性タンパク質(GFAP)プロモーターにより発現調節される導入遺伝子を導入することが可能であり、これにより脳組織においてほぼ当該遺伝子のみの発現が実現される。同様にTecプロモーターやVE−カドヘリンプロモーターを使用することにより内皮細胞のみにおける発現を得ることも可能である。   These novel genes can be regulated by inducible promoters so that enzyme levels can be adjusted. These inducible promoter systems may have a human estrogen receptor (ER) mutant ligand binding domain attached to the protein to be produced. This requires patients to take tamoxifen to express the protein. Alternatively, a tetracycline-on / off system, RU486 or a rapamycin induction system can be used. A further way to perform relative selective expression is to use a tissue specific promoter. For example, in the brain, it is possible to introduce a transgene whose expression is regulated by a neuron-specific enolase promoter (Ad-NSE) or a glial fibrillary acidic protein (GFAP) promoter. Expression is realized. Similarly, it is also possible to obtain expression only in endothelial cells by using the Tec promoter or VE-cadherin promoter.

遺伝子改変されたMASCは局所的に導入するか全身的に注入することが可能である。より限定された分化能を有するこうしたヒト幹細胞は、第IX因子の遺伝子をトランスフェクトした場合、SCIDマウスへの全身注入後少なくとも8週間にわたってタンパク質を分泌する(Keating, A., et al., Blood (1996) 88: 3921)。本発明のMASCは、これまでに報告されているいかなる非胚性幹細胞よりも幅広い分化能を有し、異なる組織に移動してそこでサイトカイン、成長因子などの因子によって細胞分化が誘導されることから、全身的または局所的投与において更なる利点を与えるものである。分化した細胞は周囲の組織の一部となるが、誘導された遺伝子のタンパク質産物を産生する能力は維持したままとなる。   Genetically modified MASCs can be introduced locally or injected systemically. These human stem cells with more limited differentiation potential secrete protein for at least 8 weeks after systemic injection into SCID mice when transfected with the gene for factor IX (Keating, A., et al., Blood (1996) 88: 3921). The MASC of the present invention has a broader differentiation ability than any non-embryonic stem cells reported so far, and migrates to different tissues, where cell differentiation is induced by factors such as cytokines and growth factors. , Providing further advantages in systemic or local administration. Differentiated cells become part of the surrounding tissue, but retain the ability to produce the protein product of the induced gene.

例えばパーキンソン病では、ヒト胎児の死体から得られた中脳性ドーパミンニューロンがパーキンソン病の患者の脳内で生存、機能できることが臨床試験により示されている。PET走査により、[18F]フルオロドーパの細胞移植片周囲の領域での取込み量が移植後に増加し、患者によっては少なくとも6週間はその状態に維持されることが示されている(参照、Dunnett, S and A. Bjorklund,Nature(1999) 399 (Suppl.) A32-A39;Lindvall. O., Nature Biotech. (1999) 17: 635-636;Wagner, J., et al., NatureBiotech. (1999) 17: 653-659)。胚性細胞と異なり、本発明が述べるところの単離MASCは、移植用の細胞の速やかな供給を可能とする一方で、胚性細胞移植を病気の治療の有望な代替策とならしめている分化能を維持している。 For example, in Parkinson's disease, clinical studies have shown that mesencephalic dopamine neurons obtained from human fetal carcasses can survive and function in the brain of Parkinson's disease patients. PET scans show that [ 18 F] fluorodopa uptake in the area surrounding the cell graft increases after transplantation and remains in that state for some patients for at least 6 weeks (see Dunnett). , S and A. Bjorklund, Nature (1999) 399 (Suppl.) A32-A39; Lindvall. O., Nature Biotech. (1999) 17: 635-636; Wagner, J., et al., NatureBiotech. (1999 ) 17: 653-659). Unlike embryonic cells, the isolated MASCs described by the present invention allow rapid delivery of cells for transplantation, while differentiation making embryonic cell transplantation a promising alternative for disease treatment. Maintaining the performance.

AIDSの治療においては、本発明のMASCを遺伝子操作して、HIV感染細胞内で産生される野生型Revの機能を阻害するRevのトランスドミナント・ネガティブな突然変異体であるRev10を産生させることが可能である(Bevec, D. et al.,Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1992) 89: 9870-9874;Ranga, U., et al., Proc.Natl. Acad. Sci. USA (1998) 95 (3): 1201-1206)。MASCは、造血系列の細胞に分化誘導されて患者の体内に導入されると、欠乏したHIV感染患者のT細胞の供給を回復させる。遺伝子改変されたこれらの細胞は突然変異体であるRevM10を有するために多くのHIV株による感染の致死的影響に対して耐性を獲得する。   In the treatment of AIDS, the MASC of the present invention can be genetically engineered to produce Rev10, a trans-dominant negative mutant of Rev that inhibits the function of wild-type Rev produced in HIV-infected cells. It is possible (Bevec, D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1992) 89: 9870-9874; Ranga, U., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1998 ) 95 (3): 1201-1206). When MASC is induced to differentiate into hematopoietic lineage cells and is introduced into the patient's body, MASC restores the supply of T cells in deficient HIV-infected patients. Because these genetically modified cells have the mutant RevM10, they acquire resistance to the lethal effects of infection by many HIV strains.

遺伝子改変されたMASCを不活担体中にカプセル化して細胞をホストの免疫系から保護する一方で分泌タンパク質を産生することが可能である。細胞のマイクロカプセル化の技術は当業者に周知のものである(参照、Chang, P., et al.,Trendsin Biotech. (1999) 17(2): 78-83)。細胞のマイクロカプセル化の材料としては例えば、ポリマーカプセル、アルギネート−ポリ−L−リシン−アルギネートマイクロカプセル、ポリ−L−リシン−アルギン酸バリウムカプセル、アルギン酸バリウムカプセル、ポリアクリロニトリル/ポリ塩化ビニル(PAN/PVC)製中空繊維、及びポリエーテルスルホン(PES)製中空繊維などが挙げられる。例えば米国特許第5,639,275号(ビージ,E.等)(Baetge,E.)には、遺伝子操作した細胞が封入された生体適合性カプセルを用いた生物学的活性分子の長期かつ安定的な発現のための装置及び方法が開示されている。このような生体適合性免疫隔離性カプセルは、本発明のMASCとともに、例えば糖尿病やパーキンソン病などの多くの生理的疾患を治療するための方法を与えるものである。   Genetically modified MASCs can be encapsulated in an inactive carrier to produce secreted proteins while protecting cells from the host immune system. Techniques for microencapsulation of cells are well known to those skilled in the art (see Chang, P., et al., Trendsin Biotech. (1999) 17 (2): 78-83). Examples of materials for cell microencapsulation include polymer capsules, alginate-poly-L-lysine-alginate microcapsules, poly-L-lysine-barium alginate capsules, barium alginate capsules, polyacrylonitrile / polyvinyl chloride (PAN / PVC). ) Hollow fibers and polyethersulfone (PES) hollow fibers. For example, US Pat. No. 5,639,275 (Biege, E., etc.) (Baetge, E.) describes long-term and stable biologically active molecules using biocompatible capsules in which genetically engineered cells are encapsulated. An apparatus and method for efficient expression is disclosed. Such biocompatible immunoisolating capsules, together with the MASCs of the present invention, provide a method for treating many physiological diseases such as diabetes and Parkinson's disease.

例えば糖尿病の患者では、生理学的に治療効果を奏するレベルでインスリンを産生するように遺伝子改変した異種幹細胞を患者の組織内に送達すべくカプセル化することが可能である。あるいは、患者自身の骨髄吸引液から得られた自家幹細胞に上記に述べたようにレトロウイルスにて形質導入することも可能である。これらの細胞は、生理学的に治療効果を奏するレベルのインスリンを産生するように遺伝子改変した後、チャン(Chang)やビージ(Baetge)により述べられるようにカプセル化して患者の組織内に導入することが可能であり、これにより細胞は組織中に滞留して長期にわたってインスリンを産生する。   For example, in diabetic patients, heterologous stem cells that have been genetically modified to produce insulin at a physiologically therapeutic level can be encapsulated for delivery into the patient's tissue. Alternatively, autologous stem cells obtained from the patient's own bone marrow aspirate can be transduced with retroviruses as described above. These cells are genetically modified to produce physiologically therapeutic levels of insulin and then encapsulated and introduced into the patient's tissue as described by Chang and Baetge. This allows the cells to stay in the tissue and produce insulin over time.

本発明の細胞のマイクロカプセル化の別の利点は、マイクロカプセル内に生物学的治療効果を奏する分子を産生する各種細胞を封入できる点である。本発明のMASCは、それぞれ治療上有効なレベルの生物学的活性分子を産生するように遺伝子改変可能な、複数の異なる細胞系列に分化誘導することが可能である。異なる遺伝子要素を有するMASCを共にカプセル化して異なる生物学的活性分子を産生することが可能である。   Another advantage of the microencapsulation of cells of the present invention is that various cells producing molecules that exert a biological therapeutic effect can be encapsulated in the microcapsules. The MASCs of the present invention can be induced to differentiate into multiple different cell lines, each of which can be genetically modified to produce a therapeutically effective level of biologically active molecule. MASCs with different genetic elements can be encapsulated together to produce different biologically active molecules.

本発明のMASCはex vivoにて遺伝子改変することにより、遺伝子治療における最も困難な障壁を克服することが可能である。例えば、患者の骨髄吸引液を採取し、この吸引液からMASCを単離する。このMASCを1以上の所望の遺伝子産物を発現するように遺伝子改変する。このMASCをex vivoにてスクリーニングもしくは選択して首尾良く改変された細胞を特定し、この細胞を局所的あるいは全身的に患者に再導入することが可能である。あるいは、MASCを遺伝子改変して培養により分化誘導し、移植用の特定の細胞系を得ることも可能である。いずれの場合にも、移植されたMASCによって所望の遺伝子産物を発現可能な安定的にトランスフェクトされた細胞の供給源が与えられる。特に患者自身の骨髄吸引液がMASCの供給源である場合、本方法により移植細胞を産生するための免疫学的に安全な方法が与えられる。   The MASC of the present invention can overcome the most difficult barrier in gene therapy by genetic modification ex vivo. For example, a patient's bone marrow aspirate is collected and MASC is isolated from this aspirate. The MASC is genetically modified to express one or more desired gene products. This MASC can be screened or selected ex vivo to identify successfully modified cells and these cells can be reintroduced locally or systemically into the patient. Alternatively, it is also possible to genetically modify MASC and induce differentiation by culturing to obtain a specific cell line for transplantation. In either case, a source of stably transfected cells that can express the desired gene product by the transplanted MASC is provided. The method provides an immunologically safe method for producing transplanted cells, particularly when the patient's own bone marrow aspirate is the source of MASC.

この方法を、その幾つかを数えあげるだけでも、糖尿病、心筋症、神経変性性疾患、及びアデノシンデアミナーゼ欠損症の治療に用いることが可能である。例えば糖尿病では、MASCを単離し、インスリンを産生するように遺伝子改変し、病気を罹患した患者に移植することが可能である。疾患が自己免疫に関連したものである場合、MASCを、免疫監視機構を免れるように改変MHCを発現するかもしくはMHCを発現しないように遺伝子改変することが可能である。ウイルスゲノムのE3領域を発現するアデノウイルスベクターを利用することにより、移植された膵臓小島細胞においてMHCの発現が抑制された。発明者等が証明したように、本発明の細胞は安定的にトランスフェクトまたは形質導入することが可能であり、したがって糖尿病患者に移植するためのインスリンのより恒久的な供給源を与えるものである。   This method can be used to treat diabetes, cardiomyopathy, neurodegenerative diseases, and adenosine deaminase deficiency by just counting a few of them. For example, in diabetes, MASCs can be isolated, genetically modified to produce insulin, and transplanted into a diseased patient. If the disease is related to autoimmunity, MASCs can be genetically modified to express modified MHC to avoid immune surveillance or not to express MHC. By using an adenoviral vector that expresses the E3 region of the viral genome, MHC expression was suppressed in transplanted pancreatic islet cells. As the inventors have demonstrated, the cells of the present invention can be stably transfected or transduced and thus provide a more permanent source of insulin for transplantation in diabetic patients. .

特にMHCの発現を変化させるように遺伝子改変したドナーMASC、及び特に所望のヘモグロビン遺伝子産物を発現するように遺伝子改変した自家MASCは、鎌状赤血球貧血症及びサラセミアの治療のための細胞療法に特に有効である。   In particular, donor MASCs that have been genetically modified to alter the expression of MHC, and in particular autologous MASCs that have been genetically modified to express the desired hemoglobin gene product, are particularly useful for cell therapy for the treatment of sickle cell anemia and thalassemia. It is valid.

MASCを遺伝子改変する方法 本明細書中に述べられる方法によって単離される細胞は、当業者に周知の様々な方法により細胞内にDNAやRNAを導入することによって遺伝子改変することが可能である。これらの方法は大まかに4つの大きなカテゴリーに分類される。すなわち、(1)例えばレトロウイルス(レンチウイルスなど)、シミアンウイルス40(SV40)、アデノウイルス、シンドビスウイルス、及びウシパピローマウイルスなどのDNAまたはRNAウイルスの使用を含むウイルスによる導入法、(2)リン酸カルシウムトランスフェクション及びDEAEデキストラントランスフェクション法などの化学的導入法、(3)例えば、リポソーム、赤血球ゴースト、及びプロトプラストなどの、DNAを充填した膜小胞を用いた膜融合導入法、(4)マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、または直接的な「裸」のDNAの導入などの物理的導入法である。多能性成体幹細胞(MASC)は、予め選択した単離DNAの挿入、予め選択した単離DNAによる細胞ゲノムのセグメントの置換、または、細胞のゲノムの少なくとも一部の欠失または不活化によって遺伝子改変することが可能である。細胞ゲノムの少なくとも一部の欠失及び不活化は、例えば、遺伝子組換え、アンチセンス法(ペプチド核酸すなわちPNAの使用を含む)、リボザイム法などの様々な方法によって行うことが可能である。1以上の予め選択されたDNA配列の挿入は相同組換えやホスト細胞のゲノムへのウイルスによる挿入によって行うことが可能である。プラスミド発現ベクターや核局在化配列を用いて所望の遺伝子配列を細胞内、特に細胞核内に導入することも可能である。ポリヌクレオチドを核に誘導する方法は当該技術分野にあっては周知のものである。遺伝物質は、対象遺伝子を特定の化学物質/薬剤の使用によりポジティブまたはネガティブに誘導するか、特定の薬剤/化学物質の投与後に消失させるか、化学物質(タモキシフェン応答性突然変異エストロゲン受容体など)による誘導または特定の細胞区画(細胞膜など)中における発現を可能とするように標識可能であるプロモーターを利用して導入することが可能である。 Methods for Genetically Modifying MASCs Cells isolated by the methods described herein can be genetically modified by introducing DNA or RNA into the cells by various methods well known to those skilled in the art. These methods roughly fall into four large categories. (1) for example, a retrovirus (such as lentivirus), simian virus 40 (SV40), adenovirus, Sindbis virus, and viral introduction method including the use of DNA or RNA viruses such as bovine papilloma virus, (2) Chemical introduction methods such as calcium phosphate transfection and DEAE dextran transfection method, (3) Membrane fusion introduction method using membrane vesicles filled with DNA such as liposome, erythrocyte ghost, and protoplast, (4) Micro Physical introduction methods such as injection, electroporation, or direct “naked” DNA introduction. Pluripotent adult stem cells (MASCs) are genes that are inserted by inserting a preselected isolated DNA, replacing a segment of the cell genome with a preselected isolated DNA, or deleting or inactivating at least a portion of the cell's genome. It is possible to modify. Deletion and inactivation of at least a part of the cell genome can be performed by various methods such as genetic recombination, antisense method (including the use of peptide nucleic acid or PNA), ribozyme method and the like. Insertion of one or more preselected DNA sequences can be performed by homologous recombination or viral insertion into the genome of the host cell. It is also possible to introduce a desired gene sequence into a cell, particularly into a cell nucleus, using a plasmid expression vector or a nuclear localization sequence. Methods for inducing polynucleotides into the nucleus are well known in the art. Genetic material induces the gene of interest positively or negatively through the use of a specific chemical / drug, disappears after administration of a specific drug / chemical, or a chemical (such as a tamoxifen-responsive mutant estrogen receptor) It can be introduced using a promoter that can be labeled to allow induction by or expression in specific cell compartments (such as cell membranes).

相同組換え リン酸カルシウムトランスフェクションは、プラスミドDNA/カルシウムイオンの沈殿物を利用したものであり、標的遺伝子またはポリヌクレオチドを組み込んだプラスミドDNAを単離または培養MASCに導入するために用いることできる。簡略に述べると、プラスミドDNAを塩化カルシウムの溶液に混合した後、リン酸緩衝した溶液に加える。沈殿物が形成された時点でこの溶液を培養細胞に直接加える。DMSOまたはグリセロールによる処理を利用してトランスフェクション効率を向上させることが可能であり、ビス−ヒドロキシエチルアミノエタンスルホネート(BES)を使用して安定的トランスフェクタントのレベルを高めることが可能である。リン酸カルシウムトランスフェクションシステムは一般に市販されている(例、ProFection(登録商標)、プロメガ社(Promega Corp)、ウィスコンシン州マディソン)。 Homologous recombination Calcium phosphate transfection utilizes a plasmid DNA / calcium ion precipitate and can be used to isolate or introduce plasmid DNA incorporating a target gene or polynucleotide into cultured MASC. Briefly, plasmid DNA is mixed with a solution of calcium chloride and then added to the phosphate buffered solution. When a precipitate has formed, this solution is added directly to the cultured cells. Treatment with DMSO or glycerol can be used to improve transfection efficiency, and bis-hydroxyethylaminoethanesulfonate (BES) can be used to increase the level of stable transfectants. . Calcium phosphate transfection systems are generally commercially available (eg, ProFection®, Promega Corp, Madison, Wis.).

DEMEデキストラントランスフェクション法はやはり当業者に周知の方法であり、一過性のトランスフェクションが望ましい場合には、しばしばより効率が高いことからリン酸カルシウムトランスフェクション法よりも好ましい。   The DEME dextran transfection method is also well known to those skilled in the art and is preferred over the calcium phosphate transfection method when transient transfection is desired because it is often more efficient.

本発明の細胞は単離細胞であるため、細胞内に遺伝物質を導入するにはマイクロインジェクションが特に効果的である。   Since the cells of the present invention are isolated cells, microinjection is particularly effective for introducing genetic material into the cells.

簡略に述べると、細胞をまず光学顕微鏡のステージに乗せる。顕微鏡による拡大像を見ながらガラス製のマイクロピペットを核に穿刺してDNAまたはRNAを注入する。この方法は所望の遺伝物質を直接核に導入することが可能であり、注入されたポリヌクレオチドの細胞質やリソゾームにおける分解が避けられるために有利である。この方法は形質転換動物の生殖細胞の改変に効果的に用いられてきた。   Briefly, cells are first placed on the stage of an optical microscope. While observing a magnified image with a microscope, a glass micropipette is inserted into the nucleus to inject DNA or RNA. This method is advantageous because it allows the desired genetic material to be introduced directly into the nucleus and avoids degradation of the injected polynucleotide in the cytoplasm and lysosomes. This method has been used effectively to modify the germ cells of transformed animals.

本発明の細胞はエレクトロポレーションによって遺伝子改変することができる。まず標的DNAまたはRNAを培養細胞の懸濁液に加える。このDNA/RNA−細胞懸濁液を2個の電極間に置き、電気パルスを加えると、細胞の外膜に小孔が開くことによって膜に一時的に透過性が生じる。この膜に開いた小孔から細胞内に標的ポリヌクレオチドが入り込み、電場を中断すると小孔は約1〜30分で閉鎖する。細胞を遺伝子改変するためのDNAやRNAのリポソームによる導入は、ポリヌクレオチドと安定的な複合体を形成するカチオン性リポソームを利用して行うことができる。リポソーム複合体を安定化させるためにジオレイルフォスファチジルエタノールアミン(DOPE)またはジオレイルフォスファチジルコリン(DOPC)を添加することが可能である。リポソーム導入法用に推奨される試薬は一般に市販されているLipofectin(登録商標)(ライフ・テクノロジー社(Life Technologies,Inc.))である。例えばLipofectin(登録商標)は、カチオン性脂質であるN−[1−(2,3−ジオレイルオキシ)プロピル]−N−N−N−トリメチルアンモニアクロリドとDOPEとの混合物である。線形DNA、プラスミドDNAやRNAの導入は、リポソーム導入法によりin vitroまたはin vivoで行うことが可能である。リポソームは大きなDNA片を包含することが可能であり、ポリヌクレオチドを分解から保護し、特定の細胞または組織を狙って投与することが可能であることからリポソーム導入法は好ましい方法である。リポソーム法に依拠した他の導入システムが数多く市販されており、Effectene(商標)(キアジェン社(Qiagen))、DOTAP(ロシュ・モレキュラーバイオケミカルズ社(Roche Molecular Biochemicals))、FuGene6(商標)(ロシュ・モレキュラーバイオケミカルズ社)、及びTransfectam(登録商標)(プロメガ社(Promega))などがある。カチオン性脂質による遺伝子導入効率は、アベ等の方法(Abe,A., etal. (J.Virol. (1998) 72: 6159-6163))におけるように、水泡性口内炎ウイルスエンベロープの精製G糖タンパク質(VSV−G)などの精製したウイルスまたは細胞エンベロープ成分を使用することによって高めることが可能である。   The cells of the present invention can be genetically modified by electroporation. First, target DNA or RNA is added to the suspension of cultured cells. When this DNA / RNA-cell suspension is placed between two electrodes and an electric pulse is applied, the membrane is temporarily permeable by opening small holes in the outer membrane of the cell. When the target polynucleotide enters the cell from the small hole opened in the membrane and the electric field is interrupted, the small hole is closed in about 1 to 30 minutes. Introduction of DNA or RNA for genetic modification of cells by a liposome can be performed using a cationic liposome that forms a stable complex with a polynucleotide. Dioleyl phosphatidylethanolamine (DOPE) or dioleyl phosphatidylcholine (DOPC) can be added to stabilize the liposome complex. A recommended reagent for the liposome introduction method is Lipofectin® (Life Technologies, Inc.), which is generally commercially available. For example, Lipofectin® is a mixture of N- [1- (2,3-dioleyloxy) propyl] -NNN-trimethylammonium chloride, which is a cationic lipid, and DOPE. Introduction of linear DNA, plasmid DNA or RNA can be performed in vitro or in vivo by a liposome introduction method. Liposomes are a preferred method because liposomes can contain large pieces of DNA and can be administered to specific cells or tissues while protecting the polynucleotide from degradation. Numerous other introduction systems relying on the liposome method are commercially available, such as Effectene ™ (Qiagen), DOTAP (Roche Molecular Biochemicals), FuGene6 ™ (Roche. Molecular Biochemicals) and Transfectam (registered trademark) (Promega). The gene transfer efficiency by cationic lipid is determined by the purified G glycoprotein of the vesicular stomatitis virus envelope as in the method of Abe et al. (Abe, A., etal. (J. Virol. (1998) 72: 6159-6163)). It can be enhanced by using purified virus or cell envelope components such as (VSV-G).

リポポリアミンコーティングしたDNAを用いた始原及び樹立された哺乳動物細胞系へのDNAの導入において有効であることが示されている遺伝子導入法を用いてMASCに標的DNAを導入することが可能である。この方法はLoeffler,J.及びBehr,J.により一般的に述べられている(Loeffler, J. and Behr, J.Methods in Enzymology (1993) 217: 599-618)。   It is possible to introduce target DNA into MASC using gene transfer methods that have been shown to be effective in introducing DNA into primitive and established mammalian cell lines using lipopolyamine-coated DNA. . This method is described by Loeffler, J. et al. And Behr, J .; (Loeffler, J. and Behr, J. Methods in Enzymology (1993) 217: 599-618).

裸のプラスミドDNAは単離MASCから分化した細胞からなる組織マス中に直接注入することが可能である。この方法はプラスミドDNAを骨格筋組織に導入するうえで有効であることが示されており、マウス骨格筋内での発現が1回の筋内注入後19ヶ月以上にわたって観察されている。活発に分裂中の細胞はより効率的に裸のプラスミドDNAを取り込む。このため、プラスミドDNAによる処理に先立って細胞分裂を刺激しておくことが有利である。   Naked plasmid DNA can be directly injected into tissue mass consisting of cells differentiated from isolated MASC. This method has been shown to be effective in introducing plasmid DNA into skeletal muscle tissue, and expression in mouse skeletal muscle has been observed over 19 months after a single intramuscular injection. Actively dividing cells take up naked plasmid DNA more efficiently. For this reason, it is advantageous to stimulate cell division prior to treatment with plasmid DNA.

マイクロプロジェクタイルによる遺伝子導入を利用してin vivoまたはin vitroにてMASCに遺伝子を導入することも可能である。マイクロプロジェクタイル遺伝子導入法の基本的な手順についてはJ.WolffによりGene Therapeutics (1994)の195頁に述べられている。簡略に述べると、標的遺伝子をコードしたプラスミドDNAで、通常1〜3ミクロンの粒径を有する金またはタングステン粒子である微小なビーズをコーティングする。コーティングした粒子は発射室の上方に挿入されたキャリアシート上に置く。キャリアシートは発射後保持スクリーンに向かって加速される。保持スクリーンはキャリアシートの更なる運動を阻止するバリアとして機能し、その際、ポリヌクレオチドコーティングされた粒子は、分化MASCからなる組織マスなどの標的表面に向けて通常ヘリウムガスの流れによって推進される。微粒子注入法は既に述べられているものであり、こうした方法は当業者に周知のものである(参照、Johnston,S.A., et al., Genet. Eng. (NY) (1993) 15:225-236;Williams,R.S., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1991) 88:2726-2730; Yang, N.S.,et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1990) 87: 9568-9572)。   It is also possible to introduce a gene into MASC in vivo or in vitro using gene introduction by microprojectile. For the basic procedure of microprojectile gene transfer method, see J.A. Wolff, Gene Therapeutics (1994), page 195. Briefly, the microbeads, usually gold or tungsten particles, having a particle size of 1-3 microns are coated with plasmid DNA encoding the target gene. The coated particles are placed on a carrier sheet inserted above the firing chamber. The carrier sheet is accelerated towards the holding screen after launch. The retention screen acts as a barrier to prevent further movement of the carrier sheet, where the polynucleotide-coated particles are typically driven by a flow of helium gas toward a target surface such as a tissue mass consisting of differentiated MASCs. . Microparticle injection methods have been described and are well known to those skilled in the art (see, Johnston, SA, et al., Genet. Eng. (NY) (1993) 15: 225-236). ; Williams, RS, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1991) 88: 2726-2730; Yang, NS, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1990) 87: 9568 -9572).

Sevestyen等(Nature Biotech. (1998) 16: 80-85)によって述べられているように、プラスミドDNAにシグナルペプチドを結合させてこのDNAを細胞核に取り込ませることでより効率的な発現を図ることが可能である。   As described by Sevetyen et al. (Nature Biotech. (1998) 16: 80-85), more efficient expression can be achieved by binding a signal peptide to plasmid DNA and incorporating this DNA into the cell nucleus. Is possible.

ウイルスベクターを利用して本発明のMASC及びその子孫を遺伝子改変することが可能である。先に述べた物理的方法と同様、ウイルスベクターを利用して例えば1以上の標的遺伝子、ポリヌクレオチド、アンチセンス分子やリボザイム配列を細胞内に導入する。ウイルスベクター及びそれらを利用して細胞にDNAを導入する方法は当業者に周知のものである。本発明の細胞を遺伝子改変するうえで使用可能なウイルスベクターの例としては、アデノウイルスベクター、アデノ関連ウイルスベクター、レトロウイルスベクター(レンチウイルスベクターなど)、アルファウイルスベクター(例、シンドビスベクター)、及びヘルペスウイルスベクターなどが挙げられる。   It is possible to genetically modify the MASC of the present invention and its progeny using a viral vector. Similar to the physical methods described above, for example, one or more target genes, polynucleotides, antisense molecules and ribozyme sequences are introduced into cells using a viral vector. Viral vectors and methods for introducing DNA into cells using them are well known to those skilled in the art. Examples of viral vectors that can be used to genetically modify the cells of the present invention include adenovirus vectors, adeno-associated virus vectors, retrovirus vectors (such as lentivirus vectors), alphavirus vectors (eg, Sindbis vectors), And herpes virus vectors.

多くのレトロウイルスベクターが分裂していない細胞に効果的にDNAを導入するために開発されているが、レトロウイルスベクターは活発に分裂中の細胞に形質導入するうえで有効である(Mochizuki, H., et al., J. Virol. (1998) 72: 8873-8883)。レトロウイルス用のパッケージング細胞系は当業者には周知のものである。パッケージング細胞系はウイルスベクターのカプシドの生成及びウイルス粒子の成熟に必要なウイルスタンパク質を与えるものである。一般にこうしたウイルスタンパク質としては、gag、pol、及びenvといったレトロウイルスの遺伝子によりコードされるタンパク質が含まれる。エコトロピック、ゼノトロピック、またはアンフォトロピックのレトロウイルスベクターを生成するうえで好適なパッケージング細胞系を既知の細胞系から選択することにより、レトロウイルスベクター系に一定の特異性を与えるものである。   Many retroviral vectors have been developed to efficiently introduce DNA into non-dividing cells, but retroviral vectors are effective in transducing actively dividing cells (Mochizuki, H , et al., J. Virol. (1998) 72: 8873-8883). Packaging cell lines for retroviruses are well known to those skilled in the art. The packaging cell line provides the viral proteins necessary for the generation of the viral vector capsid and the maturation of the viral particles. In general, such viral proteins include proteins encoded by retroviral genes such as gag, pol, and env. Select a suitable packaging cell line from known cell lines to generate ecotropic, xenotropic, or amphotropic retroviral vectors, thereby providing a specific specificity to the retroviral vector system. .

一般にレトロウイルスDNAベクターはパッケージング細胞系とともに細胞内で所望の標的配列/ベクターの組合わせを産生するために用いられる。簡略に述べると、レトロウイルスDNAベクターは、マルチクローニング部位とSV40プロモーターの近くに2個のレトロウイルスLTR配列を有するプラスミドDNAである。第1のLTRは、マルチクローニング部位にクローニングされた標的遺伝子の配列に機能的に連関しているSV40プロモーターの5’側に位置し、マルチクローニング部位の後に3’側の第2のLTRが位置する。レトロウイルスDNAベクターはその形成後、上述したようなリン酸カルシウムトランスフェクションによってパッケージング細胞系内に導入される。約48時間のウイルス産生後に、標的遺伝子配列を含むウイルスベクターを収穫する。   In general, retroviral DNA vectors are used with packaging cell lines to produce the desired target sequence / vector combination within the cell. Briefly, a retroviral DNA vector is a plasmid DNA having two retroviral LTR sequences near the multiple cloning site and the SV40 promoter. The first LTR is located 5 ′ of the SV40 promoter functionally linked to the sequence of the target gene cloned in the multicloning site, and the 3 ′ second LTR is located after the multicloning site. To do. After its formation, the retroviral DNA vector is introduced into the packaging cell line by calcium phosphate transfection as described above. After about 48 hours of virus production, the viral vector containing the target gene sequence is harvested.

レトロウイルスベクターにより特定の種類の細胞に遺伝子導入する方法はMartin等(J.Virol. (1999) 73: 6923-6929)によって示されている。この方法では、アンフォトロピックなマウス白血病ウイルスのエンベロープに融合させた表面糖タンパクである高分子量メラノーマ関連抗原に対する一本鎖可変フラグメント抗体を利用して、ベクターによりメラノーマ細胞に狙いを絞って標的遺伝子を導入している。例えば、分化細胞を遺伝子改変する場合などのように、標的細胞に狙いを定めた遺伝子導入が望ましい場合には、本発明のMASCから分化した各細胞系列が発現する特異的マーカーに対する抗体フラグメントに融合させたレトロウイルスベクターを使用してこれらの細胞に狙いを絞って遺伝子を導入することが可能である。   A method for gene transfer into specific types of cells by retroviral vectors is shown by Martin et al. (J. Virol. (1999) 73: 6923-6929). This method uses a single-chain variable fragment antibody against a high-molecular-weight melanoma-associated antigen, a surface glycoprotein fused to the envelope of an amphotropic murine leukemia virus, to target the target gene with a vector using a vector. Has been introduced. For example, when it is desirable to introduce a targeted gene into a target cell, such as when genetically modifying a differentiated cell, it is fused to an antibody fragment against a specific marker expressed by each cell line differentiated from the MASC of the present invention. It is possible to introduce genes into these cells with the aim of using the retroviral vector thus prepared.

レンチウイルスベクターを利用して本発明の細胞を遺伝子改変することも可能である。多くのこうしたベクターが文献に述べられており、当業者に周知である(Salmons,B. and Gunzburg, W.H., "Targeting of Retroviral Vectorsfor GeneTherapy," Hum. Gene. Therapy (1993) 4: 129-141)。これらのベクターはヒト造血幹細胞を遺伝子改変するうえで有効であることが示されている(Sutton
, R., et al.,J.Virol. (1998) 72: 9683-9697)。レンチウイルスのパッケージング細胞系については既に述べられている(参照、Kafri, T.,et al., J. Virol. (1999) 73: 576-584; Dull, T., et al., J.Virol. (1998) 72:9683-9697)。
It is also possible to genetically modify the cells of the present invention using a lentiviral vector. Many such vectors are described in the literature and are well known to those skilled in the art (Salmons, B. and Gunzburg, WH, "Targeting of Retroviral Vectors for Gene Therapy," Hum. Gene. Therapy (1993) 4: 129-141). . These vectors have been shown to be effective in genetically modifying human hematopoietic stem cells (Sutton
, R., et al., J. Virol. (1998) 72: 9683-9697). Lentiviral packaging cell lines have already been described (see Kafri, T., et al., J. Virol. (1999) 73: 576-584; Dull, T., et al., J. Virol. (1998) 72: 9683-9697).

I型単純ヘルペスウイルス(HSV−1)などの組換えヘルペスウイルスを利用して、エリスロポエチン受容体を発現している細胞に狙いを絞ってDNAを導入する試みが成功している(Laquerre, S., et al., J. Virol. (1998) 72: 9683-9697)。これらのベクターを利用して本発明の細胞を遺伝子改変することも可能であり、ウイルスベクターにより本発明の細胞が安定的に形質転換されたことを発明者等は証明している。   Attempts to introduce DNA into cells expressing erythropoietin receptors using recombinant herpesviruses such as type I herpes simplex virus (HSV-1) have been successful (Laquerre, S. et al. , et al., J. Virol. (1998) 72: 9683-9697). It is possible to genetically modify the cells of the present invention using these vectors, and the inventors have proved that the cells of the present invention were stably transformed with viral vectors.

アデノウイルスベクターは形質転換効率が高く、最大で8KbのDNAフラグメントの導入が可能であり、分裂中細胞及び分化細胞のいずれにも感染することができる。多くのアデノウイルスベクターが文献に述べられており、当業者に周知である(参照、Davidson,B.L., et al., Nature Genetics (1993) 3: 219-223; Wagner,E.,et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1992) 89: 6099-6103)。標的DNAをアデノウイルスベクターに挿入する方法は、組換えアデノウイルスベクターを利用して標的DNAを特定の種類の細胞に導入するための方法と同様、遺伝子治療の技術分野における当業者にとって周知のものである(参照、Wold,W., AdenovirusMethods and Protocols, Humana Methods in Molecular Medicine(1998),Blackwell Science, Ltd.)。特定の種類の細胞に対する結合親和性がウイルスベクター繊維の配列の改変によって証明されている。遺伝子導入においてタンパク質の発現を調節するためのアデノウイルスベクター系がこれまでに述べられている(Molin,M., et al., J. Virol. (1998) 72: 8358-8361)。特定種類の細胞に狙いを絞った形質転換を可能とすべく遺伝子改変された受容体特異性を有するアデノウイルスベクターを伝播させるための系もこれまでに述べられている(Douglas,J.,et al., Nature Biotech. (1999) 17: 470-475)。最近の報告に見られるヒツジアデノウイルスベクターは、予め存在する体液性免疫による遺伝子導入の際の障害の可能性を解消するものである(Hofmann,C.,et al., J.Virol. (1999) 73: 6930-6936)。   Adenovirus vectors have high transformation efficiency, can introduce DNA fragments of up to 8 Kb, and can infect both dividing and differentiated cells. Many adenoviral vectors have been described in the literature and are well known to those of skill in the art (see Davidson, BL, et al., Nature Genetics (1993) 3: 219-223; Wagner, E., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1992) 89: 6099-6103). Methods for inserting target DNA into adenoviral vectors are well known to those skilled in the art of gene therapy, as are methods for introducing target DNA into specific types of cells using recombinant adenoviral vectors. (See, Wold, W., Adenovirus Methods and Protocols, Humana Methods in Molecular Medicine (1998), Blackwell Science, Ltd.). Binding affinity for certain types of cells has been demonstrated by modification of the viral vector fiber sequence. An adenoviral vector system for regulating protein expression in gene transfer has been described previously (Molin, M., et al., J. Virol. (1998) 72: 8358-8361). Previously, systems have been described for propagating adenoviral vectors with receptor specificity that have been genetically modified to allow targeted transformation of specific cell types (Douglas, J., et. al., Nature Biotech. (1999) 17: 470-475). A sheep adenovirus vector found in a recent report eliminates the possibility of pre-existing humoral immunity disruption (Hofmann, C., et al., J. Virol. (1999). 73: 6930-6936).

更に、分子接合体ベクターを利用して特定細胞を標的とした遺伝子導入及び安定的遺伝子発現を可能とするアデノウイルスベクターが入手可能である。このベクターは標的遺伝子を有するプラスミドDNAをポリリシンとともに濃縮して構築される。このポリリシンは分裂能を失ったアデノウイルスに結合させてある(Schwarzenberger,P., et al., J. Virol. (1997) 71) 8563-8571)。   Furthermore, adenovirus vectors that enable gene transfer and stable gene expression targeting specific cells using molecular conjugate vectors are available. This vector is constructed by concentrating plasmid DNA having a target gene together with polylysine. This polylysine is bound to adenovirus that has lost its ability to divide (Schwarzenberger, P., et al., J. Virol. (1997) 71) 8563-8571).

本発明の細胞を形質転換するためのアルファウイルスベクター、特にシンドビスウイルスベクターも入手可能である。これらのベクターは市販されており(インビトロジェン社、カリフォルニア州、カールスバッド)、例として米国特許第5,843,723号、Xiang,C.等(Science (1989) 243: 1188-1191)、Bredenbeek,P.J.等(J. Virol. (1993) 67:6439-6446)及びFrolov,I.等(Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1996) 93:11371-11377)などに述べられている。   Alphavirus vectors, particularly Sindbis virus vectors, for transforming the cells of the invention are also available. These vectors are commercially available (Invitrogen, Carlsbad, Calif.), For example, US Pat. No. 5,843,723, Xiang, C .; (Science (1989) 243: 1188-1191), Bredenbeek, P. et al. J. et al. (J. Virol. (1993) 67: 6439-6446) and Frolov, I. et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1996) 93: 11371-11377).

発明者等は、Robbins等(J. Virol. (1997) 71 (12): 9466-9474)により述べられるeGFP−MNDレンチウイルスベクター及びeGFP−MGFベクターを用いた場合にMASCが良好な形質転換能を有することを示した。この方法を用いると、PA3−17パッケージング細胞(Miller,A.D.及びC.Buttimoreにより述べられる(Mol. Cell. Biol. (1986) 6: 2895-2902)NIH3T3繊維芽細胞から誘導されるアンフォトロピックなパッケージング細胞系)とプロタミン(8mg/ml)の組合わせ中で調製された上清を含む緑色蛍光タンパク質(eGFP)ベクターに4.6時間と短時間の露曝後に30〜50%のMASCを形質転換することが可能である。未分化のMASCの培養期間全体を通じてeGFPの発現が見られる。更に、リポフェクタミンを用いたトランスフェクションによって導入遺伝子がMASCに首尾良く導入されている。   The inventors have shown that MASC has good transformation ability when using the eGFP-MND lentiviral vector and eGFP-MGF vector described by Robbins et al. (J. Virol. (1997) 71 (12): 9466-9474). It was shown to have. Using this method, PA3-17 packaging cells (described by Miller, AD, and C. Buttimore (Mol. Cell. Biol. (1986) 6: 2895-2902) are derived from NIH3T3 fibroblasts. 30 to 50 hours after exposure to a green fluorescent protein (eGFP) vector containing a supernatant prepared in a combination of an amphotropic packaging cell line) and protamine (8 mg / ml) for 4.6 hours and a short exposure. % MASC can be transformed. Expression of eGFP is seen throughout the culture period of undifferentiated MASC. In addition, transgenes have been successfully introduced into MASC by transfection with Lipofectamine.

標的細胞へのトランスフェクションまたは形質導入は当業者に周知の方法において遺伝子マーカーを用いて証明することが可能である。例えばAequorea victoriaの緑色蛍光タンパク質は遺伝子改変された造血細胞の特定及び追跡において有効なマーカーであることが示されている(Persons, D., et al., NatureMedicine (1998) 4: 1201-1205)。別の選択可能なマーカーとしては、β−Gal遺伝子、truncated神経成長因子受容体、薬物選択マーカー(NEO、MTX、ヒグロマイシンなど)などが挙げられる。   Transfection or transduction of target cells can be demonstrated using genetic markers in a manner well known to those skilled in the art. For example, Aequorea victoria green fluorescent protein has been shown to be an effective marker in the identification and tracking of genetically modified hematopoietic cells (Persons, D., et al., Nature Medicine (1998) 4: 1201-1205). . Other selectable markers include β-Gal gene, truncated nerve growth factor receptor, drug selection markers (NEO, MTX, hygromycin, etc.) and the like.

17.MASCは組織の修復に有用である 本発明の幹細胞は組織修復に用いることも可能である。発明者等は、本発明の多能性成体幹細胞(MASC)が、繊維芽細胞、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、骨格筋、内皮、間質細胞、平滑筋、心筋、及び造血細胞などの多くの種類の細胞に分化することを証明した。例えば、本明細書にて先に述べた方法により骨芽細胞へと分化誘導したMASCを骨に移植することにより、修復プロセスを促進し、弱くなった骨を強化し、関節表面を再形成することが可能である。先に述べた方法により軟骨細胞へと分化誘導したMASCを関節に注入して関節軟骨の表面を再形成することが可能である。Caplan等(米国特許第5,855,619号)は、間葉幹細胞を含む収縮ゲルマトリクスからなる生体マトリクスインプラントについて述べている。このインプラントは、特に腱、靱帯、半月板や筋肉といった組織の欠損を修復するように設計されたものである。例えばコラーゲン、合成ポリグリコール酸繊維、または合成ポリ乳酸繊維などから形成される多孔質の立体的足場に接するように軟骨細胞を加えることによって例えば軟骨を形成することが可能である。発明者等は、本発明のMASCを例えば軟骨細胞に分化させ、これをコラーゲン、合成ポリグリコール酸や合成ポリ乳酸などの足場材料の内部もしくは周囲に蓄積することによって組織修復を促すインプラントが得られることを示した。   17. MASC is useful for tissue repair The stem cells of the present invention can also be used for tissue repair. The inventors have determined that the pluripotent adult stem cells (MASC) of the present invention are fibroblasts, osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, skeletal muscles, endothelium, stromal cells, smooth muscles, cardiac muscles, hematopoietic cells, etc. Proved to differentiate into many types of cells. For example, transplanting MASCs that have been induced to differentiate into osteoblasts by the methods described earlier herein promotes the repair process, strengthens weakened bones, and remodels joint surfaces It is possible. It is possible to reshape the surface of articular cartilage by injecting MASC differentiated into chondrocytes by the method described above into the joint. Caplan et al. (US Pat. No. 5,855,619) describe a biomatrix implant consisting of a contracted gel matrix containing mesenchymal stem cells. This implant is specifically designed to repair tissue defects such as tendons, ligaments, meniscuses and muscles. For example, cartilage can be formed by adding chondrocytes so as to be in contact with a porous three-dimensional scaffold formed of collagen, synthetic polyglycolic acid fiber, synthetic polylactic acid fiber or the like. The inventors can obtain an implant that promotes tissue repair by differentiating the MASC of the present invention into, for example, chondrocytes, and accumulating it in or around a scaffold material such as collagen, synthetic polyglycolic acid or synthetic polylactic acid. Showed that.

更に、マトリクスにより本発明の細胞を特定の解剖学的部位に導入し、ここでマトリクスに含まれるか、または細胞に取り込まれるようにマトリクスに含ませたプラスミドにコードされた特定の成長因子によって初期の細胞集団の成長を方向付けることが可能である。例えば、特定のポリマーマトリクスを形成する際の発泡工程においてマトリクスの孔内にDNAを取り込ませることが可能である。発泡工程において使用されるポリマーが膨張すると孔内にDNAが閉じ込められ、これによりプラスミドDNAの放出を制御し、DNAを徐放することが可能となる。こうしたマトリクスの調製方法はShea等(Nature Biotechnology (1999) 17: 551-554)によって述べられている。   In addition, the cells of the present invention are introduced into a specific anatomical site by means of a matrix, where they are initially introduced by a specific growth factor encoded in a plasmid that is contained in the matrix or contained in the matrix to be taken up by the cell. It is possible to direct the growth of cell populations. For example, it is possible to incorporate DNA into the pores of the matrix in the foaming process when forming a specific polymer matrix. When the polymer used in the foaming process expands, the DNA is confined in the pores, thereby controlling the release of the plasmid DNA and allowing the sustained release of the DNA. A method for preparing such matrices is described by Shea et al. (Nature Biotechnology (1999) 17: 551-554).

Bonadio,J.等(Nature Medicine (1999) 5: 753-759)に述べられるように、サイトカイン、成長因子やホルモンをコードするプラスミドDNAを遺伝子活性化ポリマーマトリクス担体に閉じ込めることが可能である。この生分解性ポリマーを例えば折れた骨の近傍に移植し、そこにMASCを移植するとMASCがDNAを取込んでサイトカイン、成長因子やホルモンを産生して局所濃度が高くなり、これにより損傷組織の治癒が早められる。   Bonadio, J .; (Nature Medicine (1999) 5: 753-759), plasmid DNA encoding cytokines, growth factors and hormones can be confined in a gene-activated polymer matrix carrier. When this biodegradable polymer is transplanted, for example, in the vicinity of a broken bone, and MASC is transplanted there, MASC takes up DNA and produces cytokines, growth factors and hormones to increase the local concentration. Healing is accelerated.

本発明の提供する細胞すなわち本発明の方法によって単離されるMASCを利用して移植用の組織または臓器を製造することが可能である。Oberpenning等(NatureBiotechnology (1999) 17: 149-155)によれば、イヌの膀胱の外面より得た筋細胞とイヌ膀胱の内面より得たライニング細胞を培養し、この培養から組織のシートを調製し、小型のポリマー製球体の外側を筋細胞で、内側をライニング細胞でコーティングすることによって機能する膀胱を形成し得たことが報告されている。この球体をイヌの尿路系に挿入すると、球体は膀胱としての機能を開始した。Nicklason等(Science(1999) 284: 489-493)によれば、培養した平滑筋及び内皮細胞より所定長の血管グラフト材料を製造し得たことが報告されている。培養細胞から組織層を形成するための他の方法も当業者に周知である(参照、Vacanti,et al., 米国特許第5,855,610号)。これらの方法は、これまでに述べられているいずれの非胚性幹細胞と比較してもより幅広い分化能を有する本発明の細胞と組み合わせて使用した場合に特に有効である。   It is possible to produce a tissue or organ for transplantation using the cells provided by the present invention, that is, MASC isolated by the method of the present invention. According to Oberpenning et al. (NatureBiotechnology (1999) 17: 149-155), muscle cells obtained from the outer surface of the canine bladder and lining cells obtained from the inner surface of the canine bladder are cultured, and a tissue sheet is prepared from the culture. It has been reported that a functional bladder can be formed by coating the outside of a small polymer sphere with muscle cells and the inside with lining cells. When the sphere was inserted into the urinary system of a dog, the sphere began to function as a bladder. According to Nicklason et al. (Science (1999) 284: 489-493), it was reported that a vascular graft material having a predetermined length could be produced from cultured smooth muscle and endothelial cells. Other methods for forming tissue layers from cultured cells are well known to those skilled in the art (see, Vacanti, et al., US Pat. No. 5,855,610). These methods are particularly effective when used in combination with the cells of the present invention having a broader differentiation ability than any of the non-embryonic stem cells described so far.

本発明のMASCは組織損傷領域に直接注入するかまたは全身的に注入することにより心筋細胞を復元することが可能であり、これにより細胞が心組織に生着する。この方法は血管形成と組み合わせた場合に特に有効である。注入方法及び血管形成の促進方法はいずれも当業者に周知のものである。本発明のMASCは、これらの方法を利用した心または他の組織修復のためのより多様な細胞の供給源を与える幅広い分化能を有するものである。   The MASC of the present invention can restore cardiomyocytes by injecting directly into the tissue damage area or systemically, thereby engrafting the cells in the heart tissue. This method is particularly effective when combined with angiogenesis. Both injection methods and methods for promoting angiogenesis are well known to those skilled in the art. The MASCs of the present invention have broad differentiation potential that provides a more diverse source of cells for heart or other tissue repair utilizing these methods.

本発明のMASCは、例えば高投与量の化学療法後の骨髄を再生する目的で有用である。化学療法を行う前に患者から骨髄吸引液を採取する。本発明の方法により幹細胞を単離し、培養、分化誘導する。この後、分化細胞と未分化細胞の混合物を患者の骨髄腔に再導入する。現在この目的で造血幹細胞を用いた臨床試験が行われているが、本発明のMASCは骨髄ばかりでなく他の組織の化学療法によって損傷した細胞をも置換することが可能な細胞に更に分化可能であるという更なる利点を有するものである。   The MASCs of the present invention are useful, for example, for the purpose of regenerating bone marrow after high dose chemotherapy. Collect bone marrow aspirate from the patient before chemotherapy. Stem cells are isolated, cultured and induced for differentiation by the method of the present invention. This is followed by reintroduction of the mixture of differentiated and undifferentiated cells into the patient's bone marrow cavity. Currently, clinical trials using hematopoietic stem cells are being carried out for this purpose. The MASC of the present invention can be further differentiated into cells that can replace not only bone marrow but also cells damaged by chemotherapy of other tissues. It has the further advantage of being.

また、Lawman等(国際特許出願公開公報第WO98/42838号)により述べられる方法を用いて同種異系ドナー由来の幹細胞の組織適合性抗原を変化させることも可能である。この方法を用いることにより、凍結ストックを調製し、これを保存して、例えば白血病患者の場合のように、自身の骨髄を再形成できない患者に投与するために利用可能な移植骨髄のパネルを形成することが可能である。   It is also possible to change the histocompatibility antigen of allogeneic donor-derived stem cells using the method described by Lawman et al. (International Patent Application Publication No. WO 98/42838). By using this method, a frozen stock is prepared and stored to form a panel of transplanted bone marrow that can be used for administration to patients who cannot remodel their bone marrow, such as in leukemia patients. Is possible.

患者の免疫系細胞や血液細胞は、例えば、患者から自家幹細胞を単離し、この細胞を培養して細胞集団を増殖させた後、患者に細胞を再導入することによりその数を復元することが可能である。この方法は、例えば多発性骨髄腫、非ホジキン型リンパ腫、自己免疫疾患や充実性腫瘍を診断された患者のように、治療目的で放射線照射及び/または化学療法によって免疫系や骨髄細胞を減少させる必要がある場合に特に有効である。   The patient's immune system cells and blood cells can be recovered by, for example, isolating autologous stem cells from the patient, culturing the cells to expand the cell population, and then reintroducing the cells into the patient Is possible. This method reduces the immune system and bone marrow cells by radiation and / or chemotherapy for therapeutic purposes, such as patients diagnosed with multiple myeloma, non-Hodgkin's lymphoma, autoimmune disease or solid tumor This is especially effective when necessary.

白血病、自己免疫疾患、鎌状赤血球貧血症やサラセミアなどの遺伝病を治療する目的での、本発明の、もしくは本発明の方法により単離された、同種異系の細胞による患者の血液や免疫系細胞の復元は、特にLawman等(国際特許出願
公開公報第WO98/42838号)により述べられる方法によって組織適合性抗原が変化させられている場合に行うことが可能である。
The patient's blood and immunity with allogeneic cells of the present invention or isolated by the method of the present invention for the treatment of leukemia, autoimmune diseases, genetic diseases such as sickle cell anemia and thalassemia Restoration of cell lines can be performed especially when the histocompatibility antigen is changed by the method described by Lawman et al. (International Patent Application Publication No. WO 98/42838).

本明細書中に述べられる目的の実現のため、本発明の自己由来または同種異系MASCを、分化または未分化の状態で、遺伝子を改変するかまたは改変することなく、組織部位への直接注入、全身注入、許容されるマトリクスの表面上もしくはその近傍に、または薬学的に許容される担体との組合わせとして、患者に投与することが可能である。   To achieve the objectives described herein, autologous or allogeneic MASCs of the present invention can be injected directly into a tissue site in a differentiated or undifferentiated state, with or without genetic modification. , Administered systemically, on or near the surface of an acceptable matrix, or in combination with a pharmaceutically acceptable carrier.

19.MASCによって分化経路を研究するためのモデル系が与えられる 本発明の細胞は更に発生過程の更なる研究を行ううえでも有用である。例えば、Ruley等(国際特許出願公開公報第WO98/40468号)は特定の遺伝子の発現を阻害するとともに、阻害された遺伝子のDNA配列を得るためのベクター及び方法について述べている。本発明の細胞をRuleyにより述べられるようなベクターで処理し、これによりDNA配列解析によって特定可能な遺伝子の発現を阻害することが可能である。この細胞を分化誘導し、改変された遺伝子型/表現型の影響を調べることが可能である。   19. MASC provides a model system for studying differentiation pathways The cells of the present invention are also useful for further study of developmental processes. For example, Ruley et al. (International Patent Application Publication No. WO 98/40468) describe vectors and methods for inhibiting the expression of specific genes and obtaining the DNA sequence of the inhibited genes. Cells of the present invention can be treated with a vector as described by Ruley, thereby inhibiting the expression of genes that can be identified by DNA sequence analysis. It is possible to induce differentiation of these cells and examine the effect of the modified genotype / phenotype.

例えばHahn等(Nature (1999) 400: 464-468)は、正常なヒト上皮繊維芽細胞に以前より癌との相関が示されている遺伝子の特定の組合わせを導入すると細胞が癌化するように分化誘導することが可能であることを証明した。   For example, Hahn et al. (Nature (1999) 400: 464-468) show that when a specific combination of genes previously shown to be correlated with cancer is introduced into normal human epithelial fibroblasts, the cells become cancerous. It was proved that differentiation can be induced.

誘導可能な発現エレメントを有するベクターを利用した遺伝子発現の制御によって、特定の遺伝子産物が細胞分化に与える影響を調べるための方法が与えられる。誘導発現系は当業者に周知のものである。このような系の一つにNo,D.等(Proc.Natl. Acad. Sci. USA (1996) 93: 3346-3351)によって述べられるエクジソン誘導系がある。   Control of gene expression using vectors having inducible expression elements provides a method for examining the effect of specific gene products on cell differentiation. Inducible expression systems are well known to those skilled in the art. One such system is No, D.D. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1996) 93: 3346-3351).

MASCを利用して、特定の遺伝子変化、毒物、化学療法薬や他の薬剤が発生経路に与える影響を調べることが可能である。当業者には周知の組織培養法によれば、異なる個人から得られた数十万もの細胞試料の大量培養が可能となるため、例えば催奇形性または突然変異誘発性が疑われる化合物の高速スクリーニングを行うことが可能となる。   Using MASC, it is possible to examine the effects of specific genetic changes, toxicants, chemotherapeutic drugs and other drugs on the developmental pathway. Tissue culture methods well known to those skilled in the art allow large-scale culture of hundreds of thousands of cell samples from different individuals, for example, rapid screening of suspected teratogenic or mutagenic compounds Can be performed.

発生経路を研究する目的で、催奇形性が疑われる化合物を含む、特定の成長因子、サイトカインなどの薬剤にてMASCを処理することが可能である。MASCはこれまでに述べられている方法及びベクターによって遺伝子改変することも可能である。更に、MASCをアンチセンス技術や細胞に導入されるタンパク質による処理によって改変して天然遺伝子配列の発現を改変することが可能である。例えばシグナルペプチド配列を利用して所望のペプチドやポリペプチドを細胞内に導入することが可能である。ポリペプチド及びタンパク質を細胞内に導入するうえで特に効果的な方法の一つがRojas等(Nature Biotechnology (1998) 16: 370-375)により述べられている。この方法によれば、培地に導入することにより細胞膜を通過して細胞の内部へと移動するポリペプチドまたはタンパク質産物が得られる。任意の数のタンパク質をこのように使用して細胞の分化に対する標的タンパク質の影響を調べることが可能である。また、Phelan等(NatureBiotech.(1998) 16:440-443)によって述べられる方法を用いてヘルペスウイルスタンパク質であるVP22を機能性タンパク質に結合させて細胞内に輸送することも可能である。   For the purpose of studying developmental pathways, it is possible to treat MASCs with certain growth factors, cytokines and other drugs, including compounds suspected of teratogenicity. MASC can also be genetically modified by the methods and vectors previously described. Furthermore, it is possible to modify the expression of the natural gene sequence by modifying MASC by antisense technology or treatment with proteins introduced into cells. For example, a desired peptide or polypeptide can be introduced into a cell using a signal peptide sequence. One particularly effective method for introducing polypeptides and proteins into cells is described by Rojas et al. (Nature Biotechnology (1998) 16: 370-375). According to this method, a polypeptide or protein product that moves through the cell membrane and into the cell by being introduced into the medium can be obtained. Any number of proteins can be used in this way to investigate the effect of the target protein on cell differentiation. It is also possible to bind VP22, which is a herpes virus protein, to a functional protein and transport it into cells using the method described by Phelan et al. (Nature Biotech. (1998) 16: 440-443).

本発明の細胞は、外来遺伝子の導入またはゲノムDNAの発現の抑制またはDNAの切り出しによって遺伝子操作することにより、化学療法剤や遺伝子治療ベクターとしての潜在的有効性を試験するための欠陥表現型を有する分化細胞を作出することが可能である。   The cells of the present invention have a defective phenotype for testing their potential effectiveness as chemotherapeutic agents and gene therapy vectors by genetic manipulation by introducing foreign genes, suppressing expression of genomic DNA, or excising DNA. It is possible to create differentiated cells with.

20.MASCは高スループットスクリーニング用の多様な種類の分化及び未分化培養細胞を与える 本発明の多能性成体幹細胞(MASC)は、例えば96穴などの多穴培養プレートで培養することにより、例えば、標的サイトカイン、ケモカイン、生長因子、または薬理ゲノミクスや薬理遺伝学における薬理組成物について高スループットスクリーニングを行うための系を得ることが可能である。本発明のMASCは、細胞を同一個体由来の特定の細胞系に分化させることができるという唯一の系を与えるものである。多くの1次培養と異なり、これらの細胞は培養中で維持して長期にわたって観察することができる。同一個体及び異なる複数の個体に由来する細胞の複数の培養を対象となる因子にて処理してその細胞因子が同じ遺伝子組成の異なる種類の分化細胞に与える影響、または遺伝子組成の異なる個体に由来する類似した種類の細胞に与える影響に差異が認められるかを判定することが可能である。したがって、例えばサイトカイン、ケモカイン、薬理組成物、及び成長因子を速やかかつ高いコスト効率にてスクリーニングし、その効果をより明らかに解明することが可能である。大きな個体集団から単離し、遺伝子多型、特に一塩基多型の有無に関して特徴付けられた細胞を細胞培養バンクで保管して各種のスクリーニング法に供することが可能である。例えば、当業者には周知の方法によって決定することが可能な統計的に有意な個体集団から得た多能性成体幹細胞によって、広範な物質に対する陽性または陰性の応答の増強に関連した多型を特定するための高スループットスクリーニング用の理想的な系が与えられる。このような物質の例としては、薬理組成物、ワクチン調製物、細胞障害性物質、突然変異誘発物質、サイトカイン、ケモカイン、生長因子、ホルモン、阻害物質、化学療法剤、及びその他の化合物または因子のホストが挙げられる。こうした研究から得られる情報は、感染症、癌、ならびに多くの代謝性疾患の治療において幅広い応用が考えられる。   20. MASC provides various types of differentiated and undifferentiated cultured cells for high-throughput screening. The pluripotent adult stem cell (MASC) of the present invention can be obtained, for example, by culturing in a multi-well culture plate such as 96-well. It is possible to obtain a system for performing high-throughput screening for cytokines, chemokines, growth factors, or pharmacological compositions in pharmacogenomics or pharmacogenetics. The MASC of the present invention provides the only system that can differentiate cells into specific cell lines from the same individual. Unlike many primary cultures, these cells can be maintained in culture and observed over time. Treatment of multiple cultures of cells from the same individual and different individuals with the target factor, and the influence of the cellular factor on different types of differentiated cells with the same gene composition, or from individuals with different gene compositions It is possible to determine whether there is a difference in the effect on similar types of cells. Therefore, for example, it is possible to screen cytokines, chemokines, pharmacological compositions, and growth factors quickly and cost-effectively, and to clarify the effects more clearly. Cells isolated from large populations and characterized for the presence or absence of genetic polymorphisms, particularly single nucleotide polymorphisms, can be stored in cell culture banks for various screening methods. For example, a pluripotent adult stem cell obtained from a statistically significant population that can be determined by methods well known to those skilled in the art allows polymorphisms associated with enhanced positive or negative responses to a wide range of substances. An ideal system for high throughput screening to identify is given. Examples of such substances include pharmacological compositions, vaccine preparations, cytotoxic substances, mutagens, cytokines, chemokines, growth factors, hormones, inhibitors, chemotherapeutic agents, and other compounds or factors. Host. The information gained from these studies can be widely applied in the treatment of infectious diseases, cancer, and many metabolic diseases.

生物学的、または薬学的物質、またはこうした物質のコンビナトリアルライブラリーに対する細胞応答を特徴付けるためにMASCを利用する方法では、MASCを統計的に有意な個体集団から単離し、培養を増殖させ、1以上の生物学的または薬学的物質に接触させる。MASCは、分化細胞が特定の生物学的または薬学的物質の所望の標的である場合に、培養の増殖の前もしくは後に分化誘導することが可能である。統計的に有意な個体集団の複数の個体から得られたMASC培養間で1以上の細胞応答を比較することにより、当該生物学的または薬学的物質の効果を判定することが可能である。また、遺伝子組成が同一のMASCまたはこの細胞から分化した細胞を利用して、コンビナトリアルライブラリーの化合物などの異なる化合物をスクリーニングすることも可能である。細胞に基づいた高スループットスクリーニングと組み合わせて用いられる遺伝子発現系についてはこれまでに述べられている(参照、Jayawickreme, C. and Kost, T., Curr.Opin.Biotechnol. (1997) 8:629-634)。内皮細胞活性化の阻害物質を同定するために用いられる高容量スクリーニング法についてはRice等によって述べられるものがあり、始原ヒト臍静脈内皮細胞についての細胞培養系を利用したものである(Rice,etal., Anal. Biochem. (1996) 241: 254-259)。本発明の細胞によれば、標的とする多数の生物学的及び薬学的物質を同定するうえで用いられる高スループットスクリーニング法のための、最終分化及び未分化の各種の細胞が与えられる。最も重要な点としては、本発明の細胞によって、生物学的及び薬学的物質に対する応答が異なる多様な遺伝子を有する個体群から培養細胞の供給源が与えられることである。   In methods that utilize MASCs to characterize cellular responses to biological or pharmaceutical agents, or combinatorial libraries of such agents, MASCs are isolated from a statistically significant population, the culture is grown, and one or more Contact with biological or pharmaceutical substances. MASCs can be induced to differentiate before or after growth in culture when differentiated cells are the desired target of a particular biological or pharmaceutical agent. By comparing one or more cellular responses between MASC cultures obtained from multiple individuals of a statistically significant population, it is possible to determine the effect of the biological or pharmaceutical substance. It is also possible to screen different compounds such as compounds in a combinatorial library using MASCs having the same gene composition or cells differentiated from these cells. Gene expression systems used in combination with cell-based high-throughput screening have been described previously (see, Jayawickreme, C. and Kost, T., Curr. Opin. Biotechnol. (1997) 8: 629- 634). A high-capacity screening method used to identify an inhibitor of endothelial cell activation is described by Rice et al., Which utilizes a cell culture system for primitive human umbilical vein endothelial cells (Rice, etal Anal. Biochem. (1996) 241: 254-259). The cells of the present invention provide a variety of terminally differentiated and undifferentiated cells for high-throughput screening methods used in identifying a large number of targeted biological and pharmaceutical agents. Most importantly, the cells of the present invention provide a source of cultured cells from a population of diverse genes that have different responses to biological and pharmaceutical substances.

MASCは単独または予めパッケージングされた培地及び培養用の補足物質とともに凍結ストックとして提供され、更には、別個にパッケージングされた、特定の種類の細胞を分化誘導するための有効濃度の適当な因子とともに提供される。また、MASCは、当業者に周知の方法によって調製され、上記に述べた方法により分化誘導された細胞を含む凍結ストックとして提供することも可能である。   MASCs are provided as frozen stocks, alone or with pre-packaged media and culture supplements, and separately packaged, appropriate factors at an effective concentration to induce differentiation of specific cell types Provided with. MASC can also be provided as a frozen stock containing cells prepared by methods well known to those skilled in the art and induced to differentiate by the methods described above.

21.MASCと遺伝子プロファイル 遺伝子の変異は疾病に対する感受性に対して直接、間接の影響を与える。直接的なケースでは、一塩基多型(SNP)を生ずる1個のヌクレオチドの変化によっても、タンパク質のアミノ酸配列は変化し、疾病や疾病に対する感受性に直接影響する。生じたタンパク質の機能的変化はしばしばin vitroにて検出することが可能である。例えば、ある種のAPOリポタンパク質Eの遺伝子型は特定の患者においてアルツハイマー病の発症及び進行との関連が示されている。   21. MASC and genetic profile Gene mutations have a direct and indirect effect on disease susceptibility. In the direct case, a single nucleotide change that results in a single nucleotide polymorphism (SNP) also changes the amino acid sequence of the protein, directly affecting the disease and susceptibility to the disease. The resulting functional change of the protein can often be detected in vitro. For example, certain APO lipoprotein E genotypes have been shown to be associated with the onset and progression of Alzheimer's disease in certain patients.

DNA配列の異常は、動的対立遺伝子特異的ハイブリダイゼーション、DNAチップ技術、及び当業者に周知の他の方法によって検出することが可能である。ヒトのゲノムにおけるタンパク質のコード領域は約3%程度でしかないと推定されており、コード領域には恐らく200,000〜400,000個の共通のSNPが存在するものと推定されている。   DNA sequence abnormalities can be detected by dynamic allele-specific hybridization, DNA chip technology, and other methods well known to those skilled in the art. It is estimated that the coding region of the protein in the human genome is only about 3%, and it is estimated that there are probably 200,000 to 400,000 common SNPs in the coding region.

SNP関連遺伝子解析を用いたこれまでの研究方法では、表現型の特徴付けを行うことが可能な多数の個体から遺伝子解析用の試料を得ていた。残念なことにこうした方法で得られた遺伝的相関は、容易に特定可能な表現型に関連した特定の多型の同定に限定されており、疾患の原因に関する更なる情報を与えるものではなかった。   In previous research methods using SNP-related gene analysis, samples for gene analysis were obtained from a large number of individuals capable of phenotypic characterization. Unfortunately, the genetic correlations obtained with these methods were limited to the identification of specific polymorphisms associated with easily identifiable phenotypes and did not give further information on the cause of the disease .

本発明のMASCは、特定の疾患に関連した遺伝子要素の特定と、その疾患を有する患者に見られる最終的な表現型との間に橋渡しをするうえで必要な要素を与えるものである。簡略に述べると、まず、表現型に関するデータを得ることが可能な統計的に有意な個体集団からMASCを単離する(参照、Collins, et al., GenomeResearch (1998) 8: 1229-1231)。次いで得られたMASC試料を培養して増殖させ、細胞の2次培養を凍結ストックとして保存する。この凍結ストックは後の発生実験で使用する培養を得るために使用することが可能である。増殖させた細胞集団について複数の遺伝子解析を行って遺伝子多型を特定することが可能である。例えば、当業者に周知のDNAチップ技術などの現時点で可能な方法を用いて、大きな標本集団において比較的短時間で一塩基多型を特定することが可能である(Wang,D.,et al., Science (1998) 280: 1077-1082; Chee, M., et al., Science(1996) 274:610-614; Cargill, M., et al., Nature Genetics (1999) 22: 231-238; Gilles, P.,et al.,Nature Biotechnology (1999)17: 365-370;Zhao, L.P., et al., Am. J. HumanGenet. (1998) 63: 225-240)。SNP解析のための方法についてもSyvanen、Xiong、Gu、Collins、Howell、Buetow、及びHoogendoornによってこれまでに述べられている(Syvanen,A., Hum. Mut. (1999) 13: 1-10)、(Xiong,M. and L. Jin, Am. J. Hum. Genet. (1999)64: 629-640)、(Gu, Z., et al.,Human Mutation (1998) 12: 221-225)、(Collins, F.,et al., Science (1997) 278: 1580-1581)、(Howell, W., etal., Nature Biotechnolo
gy (1999) 17:87-88)、(Buetow, K., et al., NatureGenetics (1999) 21: 323-325)、(Hoogendoorn,B.,et al., Hum. Genet. (1999) 104: 89-93)。
The MASC of the present invention provides the elements necessary to bridge between the identification of genetic elements associated with a particular disease and the final phenotype found in patients with that disease. Briefly, MASCs are first isolated from a statistically significant population of individuals from which phenotypic data can be obtained (see Collins, et al., Genome Research (1998) 8: 1229-1231). The resulting MASC sample is then cultured and expanded, and the secondary culture of cells is stored as a frozen stock. This frozen stock can be used to obtain a culture for use in later developmental experiments. Multiple gene analyzes can be performed on the expanded cell population to identify gene polymorphisms. For example, single nucleotide polymorphisms can be identified in a large sample population in a relatively short time using currently available methods such as DNA chip technology well known to those skilled in the art (Wang, D., et al. ., Science (1998) 280: 1077-1082; Chee, M., et al., Science (1996) 274: 610-614; Cargill, M., et al., Nature Genetics (1999) 22: 231-238 Gilles, P., et al., Nature Biotechnology (1999) 17: 365-370; Zhao, LP, et al., Am. J. HumanGenet. (1998) 63: 225-240). Methods for SNP analysis have also been described so far by Syvanen, Xiong, Gu, Collins, Howell, Buteow and Hoogendoorn (Syvanen, A., Hum. Mut. (1999) 13: 1-10), (Xiong, M. and L. Jin, Am. J. Hum. Genet. (1999) 64: 629-640), (Gu, Z., et al., Human Mutation (1998) 12: 221-225), (Collins, F., et al., Science (1997) 278: 1580-1581), (Howell, W., etal., Nature Biotechnolo
gy (1999) 17: 87-88), (Buetow, K., et al., NatureGenetics (1999) 21: 323-325), (Hoogendoorn, B., et al., Hum. Genet. (1999) 104 : 89-93).

特定の多型が特定の疾患の表現型に関連している場合、その多型のキャリアであることが特定された個体から得た細胞を、非キャリア個体から得た細胞をコントロールとして用いて、発生異常について調べることが可能である。本発明のMASCは、本明細書中に述べられた所定の方法及び当業者に周知の他の所定の方法を用いて特定の種類の細胞に分化誘導することが可能であることより、特定の遺伝子疾患に関連した発生異常を研究するための実験系を与えるものである。例えば、特定のSNPが特定の神経変性性疾患と関連している場合、未分化のMASC及びニューロン前駆細胞、グリア細胞などの神経由来の細胞に分化したMASCの両方を利用して、その多型の細胞への影響を調べることが可能である。特定の多型を示す細胞を分化の過程で追跡することにより、薬物感受性、ケモカイン及びサイトカイン応答性、成長因子、ホルモン、及び阻害物質に対する応答性、ならびに受容体の発現及び/または機能の変化に対する応答性に影響を与える遺伝子要素を特定することが可能である。この情報は遺伝子を原因とする疾患や遺伝的素因が認められる疾患の治療方法を模索するうえで極めて有用である。   When a specific polymorphism is associated with a specific disease phenotype, cells obtained from an individual identified as the carrier of that polymorphism are used as a control, cells obtained from non-carrier individuals, It is possible to investigate occurrence abnormalities. The MASC of the present invention can be induced to differentiate into specific types of cells using the predetermined methods described herein and other predetermined methods well known to those skilled in the art. It provides an experimental system for studying developmental abnormalities associated with genetic diseases. For example, when a specific SNP is associated with a specific neurodegenerative disease, the polymorphism using both undifferentiated MASC and MASC differentiated into nerve-derived cells such as neuronal progenitor cells and glial cells Can be investigated. By tracking cells that exhibit specific polymorphisms during differentiation, they are sensitive to drug sensitivity, chemokine and cytokine responsiveness, responsiveness to growth factors, hormones, and inhibitors, and to changes in receptor expression and / or function It is possible to identify genetic elements that affect responsiveness. This information is extremely useful in exploring treatment methods for diseases caused by genes or those with a genetic predisposition.

MASCを用いた、生理学的異常に関連した遺伝子多型を特定するための本方法においては、表現型に関するデータを得ることが可能な統計的に有意な個体集団からMASCを単離し(統計的に有意な集団とは、少なくとも1個の遺伝子多型を有する要素が含まれる充分なサイズの集団として当業者により定義される)、培養を増殖させてMASC培養を樹立する。次いで培養細胞から得たDNAを用いて集団から得られた培養MASCにおける遺伝子多型を特定し、細胞を分化誘導する。正常な遺伝子型を有するMASCが示す分化のパターンと特定された遺伝子多型を有するかまたは候補薬に対する応答を示すMASCが示す分化のパターンとを比較することにより特定の遺伝子多型に関連した異常代謝プロセスを同定、特徴付けることが可能である。   In the present method for identifying genetic polymorphisms associated with physiological abnormalities using MASCs, MASCs are isolated from statistically significant populations that can obtain phenotypic data (statistically). A significant population is defined by those skilled in the art as a sufficiently sized population containing elements having at least one genetic polymorphism), and the culture is grown to establish a MASC culture. Next, using the DNA obtained from the cultured cells, the gene polymorphism in the cultured MASC obtained from the population is specified, and the cells are induced to differentiate. Abnormalities associated with a particular genetic polymorphism by comparing the differentiation pattern exhibited by MASC with normal genotype with the differentiation pattern exhibited by MASC having the identified genetic polymorphism or showing a response to a candidate drug It is possible to identify and characterize metabolic processes.

22.MASCによって安全なワクチン投与が可能となる 本発明のMASCを抗原性タンパク質を産生するように遺伝子改変することにより抗原提示細胞として利用することも可能である。例えば複数の遺伝子改変を行った自家または同種異系の前駆細胞を用い、対象細胞をトランスフェクトすべく徐放されるように生分解性マトリクス中に包埋したプラスミドと本発明の前駆細胞とを組み合わせることにより、1乃至複数の抗原に対する免疫応答を刺激することが可能であり、抗原提示細胞が徐放されることによって免疫応答の最大効果が高められる可能性がある。ある種の抗原を長期にわたって複数回投与すると最終抗原チャレンジにおいて免疫応答が高まることが当業者に知られている。また、Zhang等(Nature Biology (1998) 1: 1045-1049)の方法においてMASCを抗原提示細胞として利用して特定の抗原に対するT細胞の寛容を誘導することも可能である。   22. MASC enables safe vaccine administration MASCs of the present invention can be used as antigen-presenting cells by genetic modification so as to produce antigenic proteins. For example, using an autologous or allogeneic progenitor cell that has undergone multiple genetic modifications, the plasmid embedded in a biodegradable matrix and the progenitor cell of the present invention so as to be released slowly to transfect the target cell In combination, it is possible to stimulate an immune response to one or more antigens, and the maximum effect of the immune response may be enhanced by slow release of antigen-presenting cells. It is known to those skilled in the art that multiple administrations of certain antigens over time can enhance the immune response in the final antigen challenge. In addition, in the method of Zhang et al. (Nature Biology (1998) 1: 1045-1049), MASC can be used as an antigen-presenting cell to induce T cell tolerance to a specific antigen.

現在使用されている多くのワクチン製剤には添加化学物質や他の物質が用いられている。その例として、抗生物質(ワクチン培養中での細菌の増殖を抑える)、アルミニウム(補助剤)、ホルムアルデヒド(細菌産物をトキソイドワクチンに対して不活化)、グルタミン酸1ナトリウム(安定剤)、卵タンパク質(発育鶏卵を利用して製造されるワクチンの成分)、亜硫酸塩(安定剤)、及びチメロサール(保存剤)などが挙げられる。一部これらの添加成分のため、現在のところワクチン製剤の安全性に関し社会的関心が広く高まっている。例えばチメロサールは水銀を含有し、塩化エチル水銀、チオサリチル酸、水酸化ナトリウム、及
びエタノールの組合わせからなる。更に、決定的なものではないが、ある種のワクチン成分と、自己免疫に一般に関連付けられている疾患などの潜在的合併症との関係を示唆する研究もある。したがって、より効果的なワクチン療法が求められており、またワクチン接種の方法の快適度が高まるならばワクチン研究に対する社会的協力が容易に得られるであろう。
Many vaccine formulations currently in use use additive chemicals and other substances. Examples include antibiotics (suppressing bacterial growth in vaccine culture), aluminum (adjuvant), formaldehyde (inactivate bacterial products against toxoid vaccine), monosodium glutamate (stabilizer), egg protein ( Ingredients of vaccines produced using growing chicken eggs), sulfites (stabilizers), and thimerosal (preservatives). Due to some of these additional ingredients, there is currently widespread social concern regarding the safety of vaccine formulations. For example, thimerosal contains mercury and consists of a combination of ethyl mercury chloride, thiosalicylic acid, sodium hydroxide, and ethanol. In addition, although not critical, some studies suggest a relationship between certain vaccine components and potential complications such as diseases commonly associated with autoimmunity. Therefore, more effective vaccine therapies are sought, and social cooperation for vaccine research will be easily obtained if the comfort of vaccination methods increases.

本発明のMASCは、樹状細胞へと分化させることが可能であり、この樹状細胞がT細胞に抗原を提示することによりT細胞が活性化されて異物に対する応答を生ずる。こうした樹状細胞は、先に述べられた方法を用いて外来抗原を発現するように遺伝子改変することが可能である。こうしたワクチン投与方法の利点は、1個の遺伝子改変細胞によって複数の抗原を提示することが可能な点である。   The MASC of the present invention can be differentiated into dendritic cells, and when these dendritic cells present antigens to the T cells, the T cells are activated to produce a response to foreign substances. Such dendritic cells can be genetically modified to express foreign antigens using the methods described above. An advantage of such a vaccine administration method is that a plurality of antigens can be presented by one genetically modified cell.

異種由来の分化または未分化MASCワクチンベクターは、外来細胞表面のマーカーによって免疫系が刺激されるという更なる利点を与えるものである。ワクチンの設計実験において、複数の抗原による免疫応答の刺激により、ワクチン製剤中の特定の抗原に対する免疫応答が高められることが示されている。   Heterogeneous differentiated or undifferentiated MASC vaccine vectors provide the additional advantage that the immune system is stimulated by foreign cell surface markers. In vaccine design experiments, it has been shown that stimulation of an immune response by multiple antigens enhances the immune response to a particular antigen in a vaccine formulation.

例えば、A型肝炎、B型肝炎、水痘、ポリオ、ジフテリア、百日咳、破傷風、ライム病、麻疹、流行性耳下腺炎、風疹、B型インフルエンザ(Hib)、BCG、日本脳炎、黄熱病、及びロタウイルスについて免疫学的に有効な抗原が特定されている。   For example, hepatitis A, hepatitis B, chickenpox, polio, diphtheria, pertussis, tetanus, Lyme disease, measles, mumps, rubella, influenza B (Hib), BCG, Japanese encephalitis, yellow fever, and Immunologically effective antigens have been identified for rotavirus.

本発明のMASCを利用してヒト被験者において感染因子に対する免疫応答を誘導する方法は、培養中で多能性成体幹細胞のクローン集団を増殖させ、1以上の所定の抗原性分子を発現するよう、増殖した細胞を遺伝子改変して感染因子に対する防御免疫応答を刺激し、免疫応答を誘導するうえで有効量の遺伝子改変細胞を被験者に導入することによって行うことが可能である。遺伝子改変細胞の投与方法は当業者に周知のものである。免疫応答を誘導するうえで有効量の遺伝子改変細胞とは、当業者に周知の方法により測定可能な抗体反応を生ずるのに充分な量の所望の抗原を発現する細胞の量のことである。好ましくは、抗体反応とは、適当な感染因子によるチャレンジを行った場合の病気に対する耐性によって検出することが可能な防御抗体反応のことである。   A method for inducing an immune response against an infectious agent in a human subject using the MASC of the present invention is to expand a clonal population of pluripotent adult stem cells in culture so as to express one or more predetermined antigenic molecules. It is possible to genetically modify the proliferated cells to stimulate a protective immune response against the infectious agent and introduce an effective amount of genetically modified cells into the subject to induce the immune response. Methods for administering genetically modified cells are well known to those skilled in the art. An effective amount of genetically modified cells in inducing an immune response is the amount of cells that express a sufficient amount of the desired antigen to produce an antibody response that can be measured by methods well known to those skilled in the art. Preferably, an antibody response is a protective antibody response that can be detected by resistance to a disease when challenged with an appropriate infectious agent.

23.MASCと癌治療 本発明の多能性成体幹細胞(MASC)は、癌治療のための新規なビヒクルを与えるものである。例えば、MASCを内皮細胞、または局所的、全身的に投与した場合に内皮組織に生着する前駆細胞に分化誘導することが可能である。この細胞は、新生腫瘍に血液供給する血管形成(血管新生)に用いられ、ひいては内皮組織内で分裂、増殖する。外部から導入される因子の刺激によって細胞死するようにこの細胞を遺伝子操作することにより、血管新生を阻害して腫瘍への血流を遮断することが可能である。外部から導入される因子の一例としては抗生物質であるテトラサイクリンがあり、その場合、テトラサイクリン応答性因子の制御下で細胞死を誘発するCaspaseやBADなどの遺伝子で細胞をトランスフェクトまたは形質導入する。テトラサイクリン応答性因子についてはこれまでに文献に述べられており(Gossen, M. & Bujard, H., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1992)89:5547-5551)、内皮細胞においてin vivoでの導入遺伝子の発現制御を可能とするものであり(Sarao, R. & Dumont, D.,Transgenic Res. (1998) 7:421-427)、一般に市販されている(CLONETECH Laboratories, Palo Alto,CA)。   23. MASC and Cancer Treatment The pluripotent adult stem cell (MASC) of the present invention provides a novel vehicle for cancer treatment. For example, MASC can be induced to differentiate into endothelial cells or progenitor cells that engraft endothelial tissue when administered locally or systemically. These cells are used for angiogenesis (angiogenesis) to supply blood to the neoplastic tumor, and thus divide and proliferate in the endothelial tissue. It is possible to inhibit angiogenesis and block blood flow to the tumor by genetically manipulating the cells so that the cells die by stimulation of an externally introduced factor. An example of a factor introduced from outside is tetracycline, which is an antibiotic. In that case, cells are transfected or transduced with a gene such as Caspase or BAD that induces cell death under the control of a tetracycline-responsive factor. Tetracycline responsive factors have been described previously in the literature (Gossen, M. & Bujard, H., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1992) 89: 5547-5551) and in vivo in endothelial cells. (Sarao, R. & Dumont, D., Transgenic Res. (1998) 7: 421-427) and commercially available (CLONETECH Laboratories, Palo Alto, CA).

また、未分化のMASCまたは組織特異的細胞系に分化させたMASCを、腫瘍細胞を障害するか血管形成を阻害するような所定の産物(Dawson等により述べられる色素上皮誘導因子(PEDF)など(Dawson, et al., Science (1999) 285:245-248))を産生するように遺伝子改変して、これを細胞外環境へと輸送させることも可能である。例えばKoivunen等は、MMP−2及びMMP−9(腫瘍形成への関連が示されているマトリクスメタロプロテアーゼ)を選択的に阻害する所定のアミノ酸配列を有する環状ペプチドについて述べている。この環状ペプチドは動物モデルにおいて腫瘍の成長及び浸潤を阻止し、in vivoにて新生血管を特異的に標的とすることが示されている(Koivunen,E., Nat.Biotech. (1999) 17: 768-774)。細胞を腫瘍部位に送達し、腫瘍阻害産物を産生させ、この後破壊することが望ましい場合には、誘導プロモーターの制御下で細胞死を促進する細胞死促進タンパク質を有するように更に細胞を遺伝子改変することが可能である。   Further, undifferentiated MASC or MASC differentiated into a tissue-specific cell line may be transformed into a predetermined product that inhibits tumor cells or inhibits angiogenesis (pigment epithelium inducing factor (PEDF) described by Dawson et al. Dawson, et al., Science (1999) 285: 245-248)) can be genetically modified and transported to the extracellular environment. For example, Koivunen et al. Describe cyclic peptides having predetermined amino acid sequences that selectively inhibit MMP-2 and MMP-9 (a matrix metalloprotease that has been shown to be associated with tumorigenesis). This cyclic peptide has been shown to block tumor growth and invasion in animal models and specifically target new blood vessels in vivo (Koivunen, E., Nat. Biotech. (1999) 17: 768-774). If it is desired to deliver the cell to the tumor site, produce a tumor inhibitory product, and then destroy it, the cell is further genetically modified to have a cell death promoting protein that promotes cell death under the control of an inducible promoter Is possible.

MASCは、患者から単離し、ex vivoにて培養し、特に適当な抗原に対する高い免疫応答反応に関連が示されてる受容体との組み合わせにおいて該抗原を発現するようにex vivoにて遺伝子改変し、被験者に再導入して腫瘍細胞が発現するタンパク質に対する免疫応答を引き起こすことが可能であることから、癌ワクチンの投与用のベクターを更に与えるものである。   MASCs are isolated from patients, cultured ex vivo, and genetically modified ex vivo to express the antigen, particularly in combination with a receptor that has been shown to be associated with a high immune response to the appropriate antigen. Since it can be reintroduced into a subject to cause an immune response against a protein expressed by tumor cells, it further provides a vector for administration of a cancer vaccine.

24.MASC、またはMASC単離及び培養用の要素の入ったキット 本発明の多能性成体幹細胞(MASC)は、適当な梱包材料とともにキットとして提供される。例えば、MASCは、本明細書中に述べられるような別梱された未分化状態での培養用の適当な因子及び培地とともに凍結ストックの形で提供される。更に上記に述べたような別梱の分化誘導用の因子を提供することも可能である。   24. MASC, or kit containing elements for MASC isolation and culture The pluripotent adult stem cells (MASC) of the present invention are provided as a kit with appropriate packaging materials. For example, MASCs are provided in the form of frozen stocks with appropriate factors and media for culturing in an undifferentiated state as packaged herein. Furthermore, it is also possible to provide a separately included differentiation-inducing factor as described above.

本発明によれば、患者の幹細胞を単離、培養するうえで有効量の適当な因子を含むキットも提供される。臨床技師は、患者から骨髄吸引液を採取したならば、抗CD45及び抗グリコフォリンAはキットに入っているので、あとは本明細書中に述べられる方法で幹細胞を選択し、キットに入っている培地を使用して本発明の方法に則って細胞を培養するだけでよい。基本培地の組成については上記に述べられている。   According to the present invention, a kit containing an effective amount of an appropriate factor for isolating and culturing patient stem cells is also provided. If the clinician collects the bone marrow aspirate from the patient, the anti-CD45 and anti-glycophorin A are in the kit, and then the stem cells are selected by the method described herein, It is only necessary to culture the cells according to the method of the present invention using the existing medium. The composition of the basic medium is described above.

本発明の一態様は、臨床的状況下でヒト被験者からMASCを単離するためのキットの調製である。同梱されたキットの要素を使用することで、単純な骨髄吸引液からMASCを単離することが可能である。分化因子、培地、及び培養中でMASCを分化誘導するための説明書が入った更なるキット要素を使用することで、患者自身の骨髄サンプルから抗原提示細胞(APC)の集団を得ることが臨床技師にとって可能となる。キットに入れられる更なる材料として、分化したAPCによって発現、提示される適当な抗原をコードしたポリヌクレオチド投与用ベクターを提供することも可能である。例えばB型肝炎の表面抗原、A型肝炎、アデノウイルス、Plasmodium falciparumや他の感染因子の防御抗原の遺伝子配列を有するプラスミドを例えば提供することが可能である。これらのプラスミドは、例えばキットに入っているリン酸カルシウムトランスフェクション用の材料及び使用説明書を使用することで培養APCに導入することが可能である。遺伝子改変されたAPCを患者の体内に再注入するための更なる材料を提供することも可能であり、これにより自家ワクチン投与システムが与えられる。   One aspect of the invention is the preparation of a kit for isolating MASCs from human subjects under clinical conditions. It is possible to isolate MASCs from simple bone marrow aspirates using the kit components included. It is clinically possible to obtain a population of antigen presenting cells (APCs) from a patient's own bone marrow sample by using a differentiation factor, medium, and additional kit elements containing instructions for inducing MASC differentiation in culture. This is possible for engineers. As a further material to be included in the kit, a polynucleotide administration vector encoding an appropriate antigen expressed and presented by differentiated APC can be provided. For example, it is possible to provide, for example, a plasmid having the gene sequence of the protective antigen of hepatitis B surface antigen, hepatitis A, adenovirus, Plasmodium falciparum and other infectious agents. These plasmids can be introduced into cultured APCs using, for example, calcium phosphate transfection materials and instructions included in the kit. It is also possible to provide additional material for reinjecting the genetically modified APC into the patient's body, thereby providing an auto-vaccine administration system.

本発明を以下の詳細な実施例にもとづいて更に説明する。   The invention is further illustrated by the following detailed examples.

実施例実施例1.骨髄単核細胞からのMASCsの単離 80人を越えるボランティアの後部腸骨稜から吸引した骨髄から骨髄単核細胞を得た。   Examples Example 1 Isolation of MASCs from bone marrow mononuclear cells Bone marrow mononuclear cells were obtained from bone marrow aspirated from the posterior iliac crest of more than 80 volunteers.

表3に示されるように、各被験者から10〜100cmの骨髄を得た。表3に、各被験者から単離された単核細胞のおおよその数を示した。単核細胞(MNC)はFicoll−Paque密度勾配(シグマケミカル社、ミズーリ州セントルイス)(SigmaChemical Co, St Louis, MO)上で骨髄を遠心分離して得た。骨髄MNCはCD45及びグリコフォリンAマイクロビーズ(ミルテニーバイオテック社、カリフォルニア州サニーヴェイル)(MiltenyiBiotec, Sunnyvale, CA)とともに15分インキュベートし、この試料をSuperMACS磁石の前方に置くことでCD45/Gly−A細胞を除去した。抽出された細胞は99.5%がCD45/Gly−Aであった。 As shown in Table 3, 10-100 cm 3 of bone marrow was obtained from each subject. Table 3 shows the approximate number of mononuclear cells isolated from each subject. Mononuclear cells (MNC) were obtained by centrifuging bone marrow on a Ficoll-Paque density gradient (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) (Sigma Chemical Co, St Louis, MO). Bone marrow MNCs are incubated with CD45 and glycophorin A microbeads (MiltenyiBiotec, Sunnyvale, Calif.) For 15 minutes, and this sample is placed in front of the SuperMACS magnet to obtain CD45 + / Gly. -A + cells were removed. The extracted cells were 99.5% CD45 / Gly-A .

表3に示されるように、CD45/GlyA細胞の除去によって全骨髄単核細胞の約0.05〜0.10%を構成するCD45/GlyA細胞が回収された。 As shown in Table 3, the removal of CD45 + / GlyA + cells recovered CD45 / GlyA cells that comprised about 0.05-0.10% of total bone marrow mononuclear cells.



一般的な白血球抗原であるCD45、または赤血球前駆細胞のマーカーであるグリコフォリン−A(GlyA)を発現していない細胞を選択した。CD45/GlyA細胞は骨髄単核細胞の1/10を構成する。CD45/GlyA細胞を、フィブロネクチンにてコーティングし、2%FCS、EGF、PDGF−BB、デキサメタゾン、インスリン、リノレイン酸及びアスコルビン酸を添加したウェルに播種した。7〜21日後に接着細胞の小集団が形成された。我々は限界希釈アッセイを用いて接着細胞集団を生ずる細胞の頻度を求めたところ5x10個のCD45/GlyA細胞につき1個の割合であった。


Cells that did not express CD45, a common leukocyte antigen, or glycophorin-A (GlyA), a marker for erythroid progenitor cells, were selected. CD45 / GlyA cells constitute 1/10 3 of bone marrow mononuclear cells. CD45 / GlyA cells were coated with fibronectin and seeded in wells supplemented with 2% FCS, EGF, PDGF-BB, dexamethasone, insulin, linolenic acid and ascorbic acid. A small population of adherent cells formed after 7-21 days. We used a limiting dilution assay to determine the frequency of cells producing adherent cell populations, one per 5 × 10 3 CD45 / GlyA cells.

コロニー(約10個の細胞)が出現した時点で細胞をトリプシン処理により回収し、同様の培養条件下で3〜5日毎に1:4の希釈率で再播種した。細胞密度は2〜8x10細胞/cmに保った。細胞の倍加時間は48〜60時間であった。10〜12回の細胞分裂後に蛍光発色細胞分析分離法(FACS)による免疫表現型分析を行った結果、細胞はCD31、CD34、CD36、CD38、CD45、CD50、CD62E及びCD62−P、Muc18、cKit、Tie/Tek、及びCD44を発現していなかった。細胞はHLA−DRまたはHLA−クラスIをまったく発現しておらず、β2マイクログロブリンを低レベルで発現していた。細胞はCD10、CD13、CD49b、CD49e、CDw90、Flk1に対する抗体によって強度に陽性染色された。このMAS
Cの表現型は細胞分裂が30回を越えるまで変化が見られなかった(n=15)。2〜50才のドナーの内、85%を上回るドナーから30回以上の細胞分裂が可能で、すべての中胚葉性細胞(下記参照)に分化可能な細胞を含むMASC培養が樹立された。10人のドナーについて細胞分裂が50回を越えるまでMASCを増殖させた。細胞を10ng/mLのIGFを補った無血清培地で培養したところ、細胞の倍加時間は長くなったが(>60時間)細胞分裂は40回を上回った。IGFを含まず2%FCSを加えた培地で培養した細胞で見られたのと同様、無血清培地で培養した細胞はHLA−クラスI及びCD44について陰性であり、下記に述べるようにすべての中胚葉性表現型に分化可能であった。
When colonies (about 10 3 cells) appeared, the cells were recovered by trypsin treatment and replated at a dilution ratio of 1: 4 every 3 to 5 days under the same culture conditions. The cell density was kept at 2-8 × 10 3 cells / cm 2 . Cell doubling time was 48-60 hours. As a result of performing immunophenotypic analysis by fluorescent chromogenic cell analysis separation method (FACS) after 10 to 12 cell divisions, the cells were CD31, CD34, CD36, CD38, CD45, CD50, CD62E and CD62-P, Muc18, cKit. , Tie / Tek, and CD44 were not expressed. The cells did not express HLA-DR or HLA-class I at all and expressed β2 microglobulin at low levels. Cells were strongly positively stained with antibodies against CD10, CD13, CD49b, CD49e, CDw90, Flk1. This MAS
The C phenotype did not change until cell division exceeded 30 (n = 15). Among 2-50 year old donors, MASC cultures were established that contained cells that could divide more than 30 times from more than 85% of donors and could differentiate into all mesodermal cells (see below). MASCs were grown for 10 donors until cell division exceeded 50 times. When cells were cultured in serum-free medium supplemented with 10 ng / mL IGF, cell doubling time increased (> 60 hours) but cell division exceeded 40 times. The cells cultured in serum-free medium were negative for HLA-class I and CD44, as seen in cells cultured in medium without IGF and supplemented with 2% FCS, as described below. Differentiated into germinal phenotype.

フィブロネクチンの代わりにI型コラーゲンまたはラミニン上に細胞を播種すると、細胞はCD44及びHLA−DRを発現したが、細胞分裂が30回を越えるまで増殖させることはできなかった。EGFまたはPDGFを省くと細胞は分裂せずに死滅したのに対し、これらのサイトカインを高濃度で添加するとMASCは初期には増殖したが細胞分裂が20〜30回を越えると分裂は停止した。高濃度のデキサメタゾンを添加した場合にも細胞分裂は30回を越えなかった。細胞を2%を越えるFCSを添加した培地で培養するとCD44、HLA−DR、及びHLA−クラスIを発現した。同様に高密度の培養(8x10細胞/cm)においてもCD44、HLA−DR及びHLA−クラスI、ならびにMuc−18が獲得されたが、これはMASCについて述べられている表現型に類似している。高密度培養または高濃度のFCSを添加しての培養では増殖能が失われ、細胞分裂は25〜30回を越えると停止した。 When cells were seeded on type I collagen or laminin instead of fibronectin, the cells expressed CD44 and HLA-DR but were unable to grow until cell division exceeded 30 times. When EGF or PDGF was omitted, the cells died without dividing, whereas when these cytokines were added at high concentrations, MASC proliferated initially, but division stopped when cell division exceeded 20-30 times. Even when high concentrations of dexamethasone were added, cell division did not exceed 30 times. Cells were cultured in medium supplemented with more than 2% FCS and expressed CD44, HLA-DR, and HLA-class I. Similarly, CD44, HLA-DR and HLA-class I, and Muc-18 were obtained in high density cultures (8 × 10 3 cells / cm 2 ), which is similar to the phenotype described for MASC. ing. Proliferation ability was lost in high-density culture or culture with high concentration of FCS, and cell division was stopped after 25 to 30 times.

我々は培養が樹立された段階で1細胞/ウェルとなるようにMASCを再播種してMASCのクローン化を試みた。3人のドナーから得た2000個以上の細胞を、FNコーティングを施し、同じ培地を入れた96穴プレートに1個ずつ播種した。どのウェルについても細胞の増殖は見られなかった。注目に値するのは、細胞を10細胞/ウェルで播種したところ約4%のウェルにおいて細胞の増殖が見られたことである。これらのウェルの内の5%の子孫は細胞数が10個を越えるまで増殖させることができた。 We attempted to clone the MASC by reseeding the MASC at 1 cell / well when the culture was established. More than 2000 cells obtained from 3 donors were seeded one by one in a 96-well plate coated with FN and containing the same medium. No cell growth was seen in any well. It is noteworthy that when cells were seeded at 10 cells / well, cell growth was seen in about 4% of the wells. Of these wells, 5% of the progeny were able to grow until the number of cells exceeded 10 7 .

5人のドナー(2〜50才)から得たMASCを15回の細胞分裂にわたって培養したところ、そのテロメアの長さは11〜16kBであった。3人のドナーにおいてこれは同じドナーから得た血中リンパ球のテロメア長よりも3kB長かった。1人のドナーから得た細胞のテロメア長について、15回、30回、及び45回の細胞分裂後にテロメア長を測定したところ変化は見られなかった。30回の細胞分裂後に回収したMASCに細胞遺伝学的分析を行ったところ、正常な核型を示した。   When MASCs obtained from 5 donors (2 to 50 years old) were cultured over 15 cell divisions, the telomere length was 11 to 16 kB. In 3 donors this was 3 kB longer than the telomere length of blood lymphocytes from the same donor. Regarding telomere length of cells obtained from one donor, no change was found when telomere length was measured after 15, 30, and 45 cell divisions. Cytogenetic analysis was performed on MASCs recovered after 30 cell divisions and showed a normal karyotype.

実施例2.MASCsの分化 骨芽細胞分化を誘導するために、無血清培地に10−7Mのデキサメタゾン、10mMのアスコルビン酸、および10mMのグリセロホスフェートを補足した。骨芽細胞分化は、骨発生に比較的特異的である、カルシウムの無機物化、アルカリホスファターゼ発現、ならびに骨シアリルタンパク質、オステオポンチン、オステオカルシンおよびオステオネクチンの産生の検出によって確認した(図7を参照)。 Example 2 Differentiation of MASCs To induce osteoblast differentiation, serum-free medium was supplemented with 10 −7 M dexamethasone, 10 mM ascorbic acid, and 10 mM glycerophosphate. Osteoblast differentiation was confirmed by detection of calcium mineralization, alkaline phosphatase expression, and production of bone sialylproteins, osteopontin, osteocalcin and osteonectin, which are relatively specific for bone development (see FIG. 7).

軟骨分化を誘導するために、以前記載したように、無血清培地に、100ng/mlのTGF−1(P&DSystems, Minneapolis, MN)を補足した。細胞はフィブロネクチンに接着している状態で、もしくは懸濁培養において分化誘導し、いず
れの方法においても分化軟骨細胞が形成された。軟骨細胞を形成する分化は、II型コラーゲン、ならびにグリコサミノグリカンアグリカンの検出によって確認した(図7を参照)。
To induce cartilage differentiation, serum-free medium was supplemented with 100 ng / ml TGF-1 (P & D Systems, Minneapolis, Minn.) As previously described. The cells were induced to differentiate in the state of adhering to fibronectin or in suspension culture, and differentiated chondrocytes were formed by either method. Differentiation forming chondrocytes was confirmed by detection of type II collagen and glycosaminoglycan aggrecan (see FIG. 7).

脂肪細胞分化を誘導するために、10−7Mデキサメタゾンおよび100μg/mlインシュリンを培地に添加した。また、無血清培地を20%ウマ血清含有培地に置き換えることによって、脂肪細胞分化を誘導した。脂肪細胞分化は、LPLおよびaP2の検出によって検出した。 To induce adipocyte differentiation, 10 −7 M dexamethasone and 100 μg / ml insulin were added to the medium. In addition, adipocyte differentiation was induced by replacing the serum-free medium with a medium containing 20% horse serum. Adipocyte differentiation was detected by detection of LPL and aP2.

骨格筋細胞分化を誘導するため、コンフルエンスが80%を越えたMASCを3μMの5−アザシチジンで24時間処理した後、EGF及びPDGF−BBを加えたMASC培地中で維持したところ、培養条件を変化させてから5日目には筋特異的タンパク質の発現が見られた。誘導2日目に、Myf5、Myo−D、及びMyf6転写因子を検出した。14〜18日後にはMyo−Dの発現レベルは大幅に低下したが、Myf5及びMyf6は高値に保たれた。誘導後4日目にはデスミン及びサルコメアアクチンを検出し、14日目には速収縮性ミオシン及び遅収縮性ミオシンを検出した(図7)。免疫組織化学法により、14日後には70〜80%の細胞が成熟筋タンパク質を発現していることが確認された。我々は20%ウマ血清を添加して筋原細胞が多核化された筋管へと融合することを示した(図7)。注目に値する点として、5−アザシチジン処理によって更に、培養の第1週目にGata4及びGata6の発現が、14日後には心筋トロポニンTの発現が誘導された。更に誘導2日後に平滑筋アクチンが検出され、14日目まで高値を保った。   In order to induce skeletal muscle cell differentiation, MASCs with a confluence of over 80% were treated with 3 μM 5-azacytidine for 24 hours and then maintained in MASC medium supplemented with EGF and PDGF-BB. On day 5 after the treatment, expression of muscle-specific protein was observed. On the second day of induction, Myf5, Myo-D, and Myf6 transcription factors were detected. After 14 to 18 days, the expression level of Myo-D was significantly reduced, but Myf5 and Myf6 were kept at high levels. On the 4th day after induction, desmin and sarcomeric actin were detected, and on the 14th day, fast contracting myosin and slow contracting myosin were detected (FIG. 7). By immunohistochemistry, it was confirmed that 70-80% of cells expressed mature muscle protein after 14 days. We have shown that 20% horse serum is added to fuse myogenic cells into multinucleated myotubes (FIG. 7). Of note, 5-azacytidine treatment further induced Gata4 and Gata6 expression in the first week of culture and myocardial troponin T expression after 14 days. Furthermore, smooth muscle actin was detected 2 days after induction, and remained high until the 14th day.

無血清MASC培地中に14日間維持してコンフルエンスに達したMASCに100ng/mLのPDGFを唯一のサイトカインとして添加したところ平滑筋細胞への分化が観察された。これらの細胞は平滑筋のマーカーを発現していた。4日目にミオゲニンの存在が、6日後にデスミンの存在が確認された。2日目以降に平滑筋アクチンが検出され、14日後に平滑筋ミオシンが検出された。14日後では、約70%の細胞が抗平滑筋アクチン及びミオシン抗体により陽性染色された。更に2〜4日後にMyf5及びMyf6タンパク質を検出し、これらは15日目まで高値に保たれたがMyo−Dは検出されなかった(図7)。   When 100 ng / mL PDGF was added as the only cytokine to MASC that had reached confluence by maintaining in serum-free MASC medium for 14 days, differentiation into smooth muscle cells was observed. These cells expressed smooth muscle markers. The presence of myogenin was confirmed on the 4th day and the presence of desmin after 6 days. Smooth muscle actin was detected after the second day, and smooth muscle myosin was detected after 14 days. After 14 days, about 70% of the cells were positively stained with anti-smooth muscle actin and myosin antibody. Furthermore, after 2 to 4 days, Myf5 and Myf6 proteins were detected and these remained high until day 15, but Myo-D was not detected (FIG. 7).

心筋分化は本明細書中で先に述べた標準無血清培地に100ng/mlの塩基性繊維芽細胞成長因子(bFGF)を添加することによって誘導した。bFGF処理の開始時点で細胞はコンフルエンスに達していた。心組織の更なる発生を誘導するため、100ng/mlの5−アザシチジン、100ng/mlのbFGF、及び25ng/mlの骨形態形成タンパク質2及び4(BMP−2及びBMP−4)を培地に添加した。心組織分化誘導の処理の開始時点で細胞は80%を越えるコンフルエンスに達していた。Gata4及びGata6の発現が2日目には見られ、15日目まで高値を維持した。2日目以降にMyf6及びデスミンの発現が見られ、6日目以降にミオゲニンの発現が見られた。4日目以降に心筋トロポニンTの発現が見られ、11日目以降に心筋トロポニンI及びANPの発現が見られた。15日目には免疫組織化学法により70%を越える細胞においてこれらの成熟心筋タンパク質が検出された。培養を3週間以上継続すると細胞はシンシチウムを形成した。我々は更に、培養中で稀に自然収縮が生じ、数mmの距離を伝播するのを確認した(図7)。ここでもやはり6日目以降にMyf5、Myf6及び平滑筋アクチンを検出した。   Myocardial differentiation was induced by adding 100 ng / ml basic fibroblast growth factor (bFGF) to the standard serum-free medium previously described herein. The cells had reached confluence at the start of bFGF treatment. Add 100 ng / ml 5-azacytidine, 100 ng / ml bFGF, and 25 ng / ml bone morphogenetic proteins 2 and 4 (BMP-2 and BMP-4) to the medium to induce further development of heart tissue did. At the beginning of the treatment for inducing cardiac tissue differentiation, the cells had reached over 80% confluence. Gata4 and Gata6 expression was seen on day 2 and remained high until day 15. Expression of Myf6 and desmin was observed after the second day, and expression of myogenin was observed after the sixth day. Expression of cardiac troponin T was observed after day 4, and expression of cardiac troponin I and ANP was observed after day 11. On day 15, these mature myocardial proteins were detected in more than 70% of cells by immunohistochemistry. When the culture was continued for 3 weeks or more, the cells formed syncytium. We further confirmed that spontaneous contractions occur rarely in culture and propagate a distance of several millimeters (FIG. 7). Here again, Myf5, Myf6 and smooth muscle actin were detected after the sixth day.

15〜20日目までにex vivoで内皮細胞の分化を誘導するため、血管
内皮成長因子(VEGF)を20ng/mlの濃度で他の成長因子を含まない無血清培地に添加した。内皮細胞の分化は、内皮細胞分化に関連した細胞タンパク質及び受容体を検出するための免疫蛍光染色によって確認した。結果を図7に示す。
To induce endothelial cell differentiation ex vivo by day 15-20, vascular endothelial growth factor (VEGF) was added to serum-free medium without other growth factors at a concentration of 20 ng / ml. Endothelial cell differentiation was confirmed by immunofluorescent staining to detect cellular proteins and receptors associated with endothelial cell differentiation. The results are shown in FIG.

造血細胞の分化は、ex vivoでマウス及びヒト再生幹細胞を支持する胎児肝臓由来の間葉細胞系であるAFT024フィーダーにて調整した、5%FCS及び100ng/mLのSCFを添加したPDFF−BB及びEGF含有MASC培地が入れられるとともにIV型コラーゲンでコーティングされたウェルでMASCを培養することによって誘導した。これらの培養から回収した細胞は、cKit、cMyb、Gata2、及びG−CSF−Rを発現したが、CD34は発現しなかった(RT−PCR)。造血作用が胚性内臓内胚葉が放出する因子によって誘発されることから、発明者等はヒトSCF、Flt3−L,Tpo、及びEpoの存在下でβGalのマウスEBとヒトMASCとを共培養した。2つの別々の実験において、ヒトCD45を発現するβGal細胞の小集団が検出された。 Hematopoietic cell differentiation was adjusted with an AFT024 feeder, a mesenchymal cell line derived from fetal liver supporting mouse and human regenerative stem cells ex vivo, and PDFF-BB supplemented with 5% FCS and 100 ng / mL SCF and It was induced by culturing MASCs in wells coated with type IV collagen while containing EGF-containing MASC medium. Cells recovered from these cultures expressed cKit, cMyb, Gata2, and G-CSF-R, but not CD34 (RT-PCR). Since hematopoiesis is induced by factors released by embryonic visceral endoderm, we co-cultured βGal + mouse EB and human MASC in the presence of human SCF, Flt3-L, Tpo, and Epo did. In two separate experiments, a small population of βGal cells expressing human CD45 were detected.

「間質細胞」の分化はMASCをIL−1α、FCS、及びウマ血清とともに培養することにより誘導した。これらの細胞が造血支持能を有することを証明するため、フィーダーを2,000cGyにて放射線照射し、CD34臍帯血細胞をフィーダーと接触させて播種した。2週間後にメチルセルロースアッセイにおいて子孫細胞を再播種してコロニー形成細胞(CFC)の数を求めた。CFCは3〜5倍に増殖していた。 Differentiation of “stromal cells” was induced by culturing MASC with IL-1α, FCS, and horse serum. In order to prove that these cells have hematopoietic support ability, the feeder was irradiated with 2,000 cGy, and CD34 + umbilical cord blood cells were seeded in contact with the feeder. Two weeks later, progeny cells were replated in the methylcellulose assay to determine the number of colony forming cells (CFC). CFCs grew 3-5 times.

コンフルエンスに達したMASC培養を肝細胞成長因子(HFG)及びKGFにて処理した。14日後、細胞は、肝上皮細胞の発生に関連が示されているMET(HGF受容体)、サイトケラチン18及び19を発現した。   MASC cultures that reached confluence were treated with hepatocyte growth factor (HFG) and KGF. After 14 days, the cells expressed MET (HGF receptor), cytokeratins 18 and 19, which have been shown to be associated with the development of hepatic epithelial cells.

実施例4. 成人骨髄由来MASCへの形質導入 約3〜10代の継代培養後にMASC培養が樹立された後、連続2日間にわたりレトロウイルスによってMASCに緑色蛍光タンパク質(eGFP)保有ベクターを形質導入した。使用したレトロウイルスはMFG−eGFPまたはMND−eGFP−SN構築体であり、Donald Kohn氏の好意により提供されたものである(DonaldKohn, M.D., LA Childrens Hospital, Los Angeles, CA)。いずれのベクターもアンフォトロピックな細胞系であるPA317かテナガザル白血病パッケージング細胞系であるPG13にパッケージングした。このプロデューサーフィーダー細胞をMASC増殖培地で48時間培養してレトロウイルス上清を調製した。上清は濾過して使用時まで−80℃に凍結した。ほぼコンフルエンスに達したMASCをMASC増殖培地中で継代培養した。24時間後、8g/mLプロタミン(シグマ社)(Sigma)を加えたレトロウイルス含有上清にて培地を置換し、5時間培養した。24時間後にこれを繰り返した。最後の形質導入の2〜3日後、コンソートコンピュータを用いFACSスタープラスフローサイトメーター上で(いずれもベクトン・ディキンソン社製)(BectonDickinson Inc.)、5ng/mLのFNにてコーティングした96穴プレート上のウェル当たりの細胞数10個にてeGFP細胞を選択した。接着細胞の40〜85%にeGFPの発現が見られた。蛍光活動化セルソータ上で自動細胞載置ユニット(ACDU)を用い、フィブロネクチンコーティングした96穴プレートにウェル当たり10個のeGFP細胞を選別した。細胞はMASC増殖培地中で1〜7ヶ月間培養した。3〜4週間後、3〜4%のウェルにおいて接着細胞がコンフルエンスに達した。この細胞を再び培養して増殖させた。10個以上
の細胞に増殖した子孫を生じたウェルはプレート当たり1個に満たなかった(更に48時間細胞分裂させた)。したがって、更なる増殖能を有するのは骨髄細胞の1/10〜1/10ということになる。
Example 4 Transduction into adult bone marrow-derived MASC After MASC culture was established after about 3 to 10 generations of subculture, MASC was transduced with MASC by retrovirus for 2 consecutive days. The retroviruses used were MFG-eGFP or MND-eGFP-SN constructs, courtesy of Donald Kohn (Donald Kohn, MD, LA Childrens Hospital, Los Angeles, CA). Both vectors were packaged in PA317, an amphotropic cell line, or PG13, a gibbon leukemia packaging cell line. The producer feeder cells were cultured in MASC growth medium for 48 hours to prepare retroviral supernatant. The supernatant was filtered and frozen at −80 ° C. until use. MASCs that reached near confluence were subcultured in MASC growth medium. After 24 hours, the medium was replaced with a retrovirus-containing supernatant supplemented with 8 g / mL protamine (Sigma), and cultured for 5 hours. This was repeated after 24 hours. Two to three days after the last transduction, using a Consort computer on a FACS Star Plus flow cytometer (both Becton Dickinson Inc.) (Becton Dickinson Inc.) on a 96-well plate coated with 5 ng / mL FN EGFP + cells were selected at 10 cells per well. Expression of eGFP was seen in 40-85% of adherent cells. Ten eGFP + cells per well were sorted into fibronectin-coated 96-well plates using an automated cell placement unit (ACDU) on a fluorescence activated cell sorter. Cells were cultured for 1-7 months in MASC growth medium. After 3-4 weeks, adherent cells reached confluence in 3-4% wells. The cells were cultured again and expanded. Fewer than 1 well per plate was produced that produced progeny that grew to more than 10 7 cells (an additional 48 hours of cell division). Therefore, it has 1/10 7 to 1/10 8 of bone marrow cells having further proliferation ability.

増殖させたクローン細胞集団を5〜10個の集団に分割した。細胞の一部は未分化の状態で低温保存し、一部を骨芽細胞、軟骨細胞、間質細胞、骨格筋及び平滑筋細胞、ならびに内皮細胞に分化誘導した。所定の経路に沿って分化が起きていることを証明し、組織の種類を同定するため、細胞を免疫組織化学法及び/またはウェスタンブロットによって分化後の細胞中に存在することが知られているタンパク質について調べた。   The expanded clonal cell population was divided into 5-10 populations. Some of the cells were cryopreserved in an undifferentiated state, and some were induced to differentiate into osteoblasts, chondrocytes, stromal cells, skeletal and smooth muscle cells, and endothelial cells. It is known that cells are present in differentiated cells by immunohistochemistry and / or Western blot to prove that differentiation has occurred along a given pathway and to identify the type of tissue The protein was examined.

細胞集団が1個の細胞から発生したことを示すため、単個細胞選別法またはリングクローニング法を用いたが、MASCが接着細胞であることから、FACSやリングクローニングによって1個ではなく2個の細胞が選択されている可能性がある。レトロウイルスの組込みがランダムに起きることを利用してすべての分化細胞クローンの起源を調べた。ランダムなウイルス組込みのためにレトロウイルスのLTRの両側に位置するホスト細胞のDNAは細胞特異的である。細胞分裂によって生ずるすべての娘細胞は、ホスト細胞のゲノムの同じ位置にレトロウイルスが存在することに基づいて特定が可能である。   In order to show that the cell population originated from one cell, the single cell sorting method or the ring cloning method was used. However, since MASC is an adherent cell, two FACS and ring cloning were used instead of one by two. Cells may have been selected. The origin of all differentiated cell clones was investigated using the random integration of retroviruses. Because of random viral integration, the host cell DNA located on either side of the retroviral LTR is cell specific. All daughter cells resulting from cell division can be identified based on the presence of a retrovirus at the same location in the host cell's genome.

Inverseポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって、挿入されたレトロウイルスの3’側及び5’側のLTRの両側のフランキングホストDNAを増幅した。InversePCRは、Jan Nolta氏の好意により提供されたプロトコルに則って行った(Jan Nolta, Ph.D., LA Children Hospital, Los Angeles, CA)。簡略に述べると、DNAを未分化のMASC及び分化した子孫から抽出し、Taq1(インビトロジェン社)(Invitrogen)にて切断し、フラグメントをライゲートしてInversePCRを行うことで5’側のフランキングホスト細胞DNAの配列を得た。こうしたinversePCRまたはサザンブロット分析を重点的に造血幹細胞に用いることにより分化したすべての細胞系が1個の細胞から誘導されたことを証明した。フランキングDNAを増幅した後、200〜300塩基の配列を決定し、フランキングDNAを特異的に認識するプライマーを設計した。次いで未分化細胞及び分化した細胞に、フランキングDNAに特異的なプライマーと5’側のlong terminal repeat(LTR)を認識するプライマーとを使用したPCRを行って分化した子孫からDNAを増幅した。検討した3つの試料のそれぞれにおいて、5’側LTRのフランキング配列として1個の細胞に特異的な配列が特定された。この配列は未分化細胞と分化細胞とで同じであった。このことは、「中胚葉性」の起源を有する細胞のすべてが1個の細胞に由来することを証明するものである。   The flanking host DNA on both sides of the inserted retrovirus 3'-side and 5'-side LTRs was amplified by Inverse polymerase chain reaction (PCR). Inverse PCR was performed according to a protocol provided courtesy of Jan Norta (Jan Nolta, Ph.D., LA Children Hospital, Los Angeles, CA). Briefly, DNA is extracted from undifferentiated MASC and differentiated progeny, cleaved with Taq1 (Invitrogen) (Invitrogen), fragments are ligated and Inverse PCR is performed to perform 5 ′ flanking host cells. The DNA sequence was obtained. It was demonstrated that all differentiated cell lines were derived from a single cell by using such inverse PCR or Southern blot analysis primarily for hematopoietic stem cells. After amplifying the flanking DNA, the sequence of 200 to 300 bases was determined, and a primer specifically recognizing the flanking DNA was designed. Subsequently, PCR was performed on undifferentiated cells and differentiated cells using a primer specific for flanking DNA and a primer recognizing 5 'long terminal repeat (LTR) to amplify DNA from differentiated progeny. In each of the three samples examined, a sequence specific to one cell was identified as the flanking sequence of the 5 'LTR. This sequence was the same in undifferentiated cells and differentiated cells. This proves that all cells with “mesoderm” origin originate from a single cell.

この方法を利用して、本研究では、骨前駆細胞が骨髄に存在し、この細胞が骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、繊維芽細胞、及び骨髄間質細胞へと分化し得ることを確認した。本発明者等は更に、1個の骨髄由来細胞が内臓及び臓側中胚葉からの細胞を生じうることを証明した。更に、9ヶ月以上にわたって培養した細胞の核型が正常であり、その旺盛な増殖能は細胞の幹細胞としての性質によるものであって、腫瘍形成や不死化によるものではないことも証明した。   Using this method, the present study confirmed that osteoprogenitor cells are present in the bone marrow and can differentiate into osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, fibroblasts, and bone marrow stromal cells. did. We further demonstrated that a single bone marrow-derived cell can give rise to cells from the viscera and visceral mesoderm. Furthermore, it was proved that the karyotype of cells cultured for 9 months or more was normal, and the vigorous proliferation ability was due to the nature of the cells as stem cells and not due to tumor formation or immortalization.

実施例5. 生体骨髄間葉幹細胞からのグリア細胞及び神経細胞の発生 分化したニューロンは分裂が終了しており、in vivoではニューロンの再生はほとんどあるいはまったく観察されていない。分裂能を有する新たな神経幹細胞(NSC)を脳の欠損領域に導入することによって欠損組織の機能を回復
させることができるのであれば、脳の神経変性性及び外傷性疾患の治療における大きな進歩となる。すべての中胚葉性細胞に分化する生後骨髄から選ばれたMASCは、ニューロン、乏突起膠細胞、及びアストロサイトにも分化し得ることがこれまでに発見されている。
Embodiment 5 FIG. Generation of glial cells and nerve cells from living bone marrow mesenchymal stem cells Differentiated neurons have finished dividing and little or no neuronal regeneration has been observed in vivo. If the function of the defective tissue can be restored by introducing a new neural stem cell (NSC) having the ability to divide into the defective region of the brain, great progress in the treatment of neurodegenerative and traumatic diseases of the brain Become. It has been previously discovered that MASCs selected from postnatal bone marrow that differentiate into all mesodermal cells can also differentiate into neurons, oligodendrocytes, and astrocytes.

MASCの培養を実施例1に述べた要領で樹立した。神経発生を以下のように誘導した。ニューロン、アストロサイト、及び乏突起膠細胞を神経分化用培地からなる培地中で発生させた。この培地は以下を含む。10〜95%DMEM−LG(好ましくは約60%)、5〜90%MCDB−201(好ましくは約40%)、1xITS、1xLA−BSA、10−7〜10−9Mのデキサメタゾン(好ましくは10−8M)、10−3〜10−5Mのアスコルビン酸2−リン酸(好ましくは約10−4M)、及び0.5〜100ng/mLのEGF(好ましくは約10ng/mL)。この培地は、特定の種類の細胞に分化誘導するため、更に以下のサイトカインの1以上のものを含有していてもよい。 The culture of MASC was established as described in Example 1. Neurogenesis was induced as follows. Neurons, astrocytes, and oligodendrocytes were generated in a medium consisting of a medium for neural differentiation. This medium contains: 10-95% DMEM-LG (preferably about 60%), 5-90% MCDB-201 (preferably about 40%), 1 × ITS, 1 × LA-BSA, 10 −7 to 10 −9 M dexamethasone (preferably 10 −8 M), 10 −3 to 10 −5 M ascorbic acid 2-phosphate (preferably about 10 −4 M), and 0.5 to 100 ng / mL EGF (preferably about 10 ng / mL). This medium may further contain one or more of the following cytokines in order to induce differentiation into specific types of cells.

5〜50ng/mLのbFGF(好ましくは約100ng/mL)−アストロサイト、乏突起膠細胞、ニューロン(タイプ不明)。   5-50 ng / mL bFGF (preferably about 100 ng / mL)-astrocytes, oligodendrocytes, neurons (type unknown).

5〜50ng/mLのFGF−9(好ましくは約10ng/mL)−アストロサイト、乏突起膠細胞、GABA作動性及びドーパミン作動性ニューロン。   5-50 ng / mL FGF-9 (preferably about 10 ng / mL)-astrocytes, oligodendrocytes, GABAergic and dopaminergic neurons.

5〜50ng/mLのFGF−8(好ましくは約10ng/mL)−ドーパミン作動性、セロトニン作動性、及びGABA作動性ニューロン、グリア細胞への誘導なし。   5-50 ng / mL FGF-8 (preferably about 10 ng / mL)-no induction on dopaminergic, serotonergic, and GABAergic neurons, glial cells.

5〜50ng/mLのFGF−10(好ましくは約10ng/mL)−アストロサイト、乏突起膠細胞、ニューロンへの誘導なし。   5-50 ng / mL FGF-10 (preferably about 10 ng / mL)-no induction into astrocytes, oligodendrocytes, neurons.

5〜50ng/mLのFGF−4(好ましくは約10ng/mL)−アストロサイト、乏突起膠細胞、ニューロンへの誘導なし。   5-50 ng / mL FGF-4 (preferably about 10 ng / mL)-no induction into astrocytes, oligodendrocytes, neurons.

5〜50ng/mLのBDNF(好ましくは約10ng/mL)−ドーパミン作動性ニューロンのみ。   5-50 ng / mL BDNF (preferably about 10 ng / mL)-dopaminergic neurons only.

5〜50ng/mLのGDNF(好ましくは約10ng/mL)−GABA作動性及びドーパミン作動性ニューロン。   5-50 ng / mL GDNF (preferably about 10 ng / mL)-GABAergic and dopaminergic neurons.

5〜50ng/mLのGDNF(好ましくは約10ng/mL)−GABA作動性ニューロンのみ。   5-50 ng / mL GDNF (preferably about 10 ng / mL) —GABAergic neurons only.

MASCを神経性細胞に分化誘導するための生長因子は、神経系の胚発生における知見、またはin vitroでのNSC分化を評価した研究から得られた知見に基づき選択した。すべての培地は無血清で、強力な外胚葉誘導因子であるEGFを補った。FGFは神経系の発生において重要な役割を担っている。ヒト生後骨髄由来MASCを100ng/mLのbFGF及び10ng/mLのEGFの存在下で培養すると、アストロサイト、乏突起膠細胞、及びニューロンへの分化が観察された。アストロサイトは、GFAP(glial−fibrilar−acidic−protein)陽性細胞として同定され、乏突起膠細胞はグルコセレブロシド陽性(GalC)として同定され、ニューロンはNeuroD、チューブリンIIIB(Tuji)、シナプトフィジン、及びニューロフィ
ラメント68,160、及び200を順次発現する細胞として同定される。これらの細胞は、GAGA作動性、ドーパミン作動性、セロトニン作動性ニューロンのマーカーは発現しない。
Growth factors for inducing differentiation of MASC into neural cells were selected based on knowledge in embryonic development of the nervous system or knowledge obtained from studies evaluating NSC differentiation in vitro. All media were serum free and supplemented with EGF, a potent ectoderm inducer. FGF plays an important role in the development of the nervous system. When human postnatal bone marrow-derived MASCs were cultured in the presence of 100 ng / mL bFGF and 10 ng / mL EGF, differentiation into astrocytes, oligodendrocytes, and neurons was observed. Astrocytes are identified as GFAP (glial-fibrillar-acidic-protein) positive cells, oligodendrocytes are identified as glucocerebrosid positive (GalC), neurons are NeuroD, tubulin IIIB (Tuji), synaptophysin, and neuronal The filaments 68, 160, and 200 are identified as cells that in turn express. These cells do not express markers for GAGA-, dopaminergic, and serotonergic neurons.

FGF−9はグリア芽細胞腫細胞系列から最初に単離され、培養中でグリア細胞の分裂を誘導する。FGF−9は、大脳皮質、海馬、黒質、脳幹の運動核、プルキンエ細胞層のニューロンにおいてin vivoで見られる。MASCに10ng/mLのFGF−9及びEGFを添加して3週間培養すると、アストロサイト、乏突起膠細胞、GABA作動性ニューロン、及びドーパミン作動性ニューロンを生じた。中枢神経系の発生過程では、中/後脳境界において前脳により発現されるFGF−8が、ソニックヘッジホッグとともに中脳及び前脳のドーパミン作動性ニューロンの分化を誘導する。MASCに10ng/mLのFGF−8及びEGFを添加して3週間培養するとGABA作動性ニューロン及びドーパミン作動性ニューロンの両方を生じることが分かっている。FGF−10は極微量が脳に見出され、その発現は海馬、視床、中脳、及び脳幹に限定され、ニューロン内で選択的に発現し、グリア細胞では発現しない。MASCを10ng/mLのFGF−10及びEGF中で3週間培養するとアストロサイト及び乏突起膠細胞を生じたが、ニューロンは生じなかった。FGF−4は脊索において発現し、中脳の領域化に必要とされる。MASCを10ng/mLのFGF−4及びEGFにて3週間処理するとアストロサイト及び乏突起膠細胞に分化したが、ニューロンには分化しなかった。   FGF-9 is first isolated from the glioblastoma cell line and induces glial cell division in culture. FGF-9 is found in vivo in neurons of the cerebral cortex, hippocampus, substantia nigra, brainstem motor nucleus, and Purkinje cell layer. When 10 ng / mL FGF-9 and EGF were added to MASC and cultured for 3 weeks, astrocytes, oligodendrocytes, GABAergic neurons, and dopaminergic neurons were generated. During the development of the central nervous system, FGF-8 expressed by the forebrain at the mid / hindbrain boundary induces differentiation of midbrain and forebrain dopaminergic neurons along with sonic hedgehog. It has been found that adding 10 ng / mL FGF-8 and EGF to MASC and culturing for 3 weeks produces both GABAergic and dopaminergic neurons. FGF-10 is found in trace amounts in the brain, and its expression is limited to the hippocampus, thalamus, midbrain, and brainstem, and is selectively expressed in neurons and not in glial cells. Incubation of MASC in 10 ng / mL FGF-10 and EGF for 3 weeks resulted in astrocytes and oligodendrocytes, but no neurons. FGF-4 is expressed in the notochord and is required for midbrain regionalization. Treatment of MASC with 10 ng / mL FGF-4 and EGF for 3 weeks differentiated into astrocytes and oligodendrocytes, but not into neurons.

脳において特異的に発現し、in vivo及びin vitroで神経発生に影響する他の成長因子としては、脳由来神経栄養因子(BDNF)、グリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF)、及び毛様体神経栄養因子(CNTF)などがある。BDNFは、NSC、ヒト上衣下細胞、及び神経系前駆細胞のニューロンへのin vitro分化を促進し、海馬由来神経幹細胞のin vivoでの軸索生成を促進する神経成長因子ファミリーに属する。黒質のドーパミン作動性ニューロンの生存を支持するというBDNFの既知の機能と符合するものであるが、MASCを10ng/mLのBDNF及びEGFにて処理すると、チロシンヒドロキシラーゼ陽性ニューロンのみへの分化が見られた。GDNFはTGFスーパーファミリーに属する。神経発生の初期にはGDNFは前神経外胚葉で発現し、神経発生におけるGDNFの重要な役割を示すものである。GDNFは末梢神経及び筋肉の運動ニューロンの生存を促し、神経栄養因子活性及び分化促進能を有する。GDNFがMASCのGABA作動性及びドーパミン作動性ニューロンへの分化を誘導することが分かっている。CNTFは毛様体神経節から最初に単離され、サイトカインのgp130ファミリーに属する。CNTFは発生初期の神経の生存を促す。CNTFにより、ラット胎児の海馬神経細胞の培養においてGABA作動性及びコリン作動性ニューロンの数が増加する。更にCNTFはGABA作動性ニューロンの細胞死を防止するとともにGABAの取込みを促進する。CNTFはMASCに対し同様のGABA作動性誘導効果を示し、MASCはCNTFへの曝露の3週後にGABA作動性ニューロンのみに分化した。   Other growth factors that are specifically expressed in the brain and affect neurogenesis in vivo and in vitro include brain-derived neurotrophic factor (BDNF), glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), and ciliary body There are neurotrophic factors (CNTF). BDNF belongs to the nerve growth factor family that promotes in vitro differentiation of NSCs, human epithelial cells, and neural progenitor cells into neurons and promotes in vivo axon generation of hippocampal neural stem cells. Consistent with the known function of BDNF to support the survival of substantia nigra dopaminergic neurons, treatment of MASC with 10 ng / mL BDNF and EGF results in differentiation into only tyrosine hydroxylase positive neurons. It was seen. GDNF belongs to the TGF superfamily. GDNF is expressed in the preneural ectoderm early in neurogenesis, indicating an important role of GDNF in neurogenesis. GDNF promotes the survival of peripheral neurons and muscle motor neurons, and has neurotrophic factor activity and ability to promote differentiation. GDNF has been found to induce the differentiation of MASCs into GABAergic and dopaminergic neurons. CNTF was first isolated from the ciliary ganglion and belongs to the gp130 family of cytokines. CNTF promotes nerve survival early in development. CNTF increases the number of GABAergic and cholinergic neurons in the culture of rat fetal hippocampal neurons. Furthermore, CNTF prevents GABAergic neuron cell death and promotes GABA uptake. CNTF showed a similar GABAergic induction effect on MASC, and MASC differentiated only into GABAergic neurons after 3 weeks of exposure to CNTF.

上記に述べたように、IL−11やLIFなど造血サイトカインのあるものはNSCの栄養因子であることが示されている。更に、神経前駆細胞のin vitroでの研究により、SCF、Flt3L、EPO、TPO、G−SCF、及びSCF−1が神経性細胞の分化の初期段階で作用するのに対して、IL5,IL7,IL9及びIL11は後の神経の成熟段階において作用することが示されている。初期作用性サイトカイン(10ng/mLトロンボポエチン(アムジェン社の好意による)(Amgen Inc., Thousand Oaks, CA))、10ng/mLの
顆粒細胞コロニー刺激因子(Amgen)、3Uのエリスロポエチン(Amgen)、及び10ng/mLのインターロイキン3(R&Dsystems)の組合わせの後、14ng/mLの胎児肝臓チロシンキナーゼ3リガンド(イミュネックス社の好意による)(Immunex Inc, Seattle, WA)及び15ng/mLのSCF(アムジェン社の好意による)を補ったマウス胎児肝臓フィーダー層AFT024(Dr.Ihor Lemishkaの好意による)(Dr.Ihor Lemichka, PrincetonUniversity, NJ)により調整した培地中で1ヶ月培養することによってMASCを誘導した。このような条件下で生成したニューロンはニューロフィラメント68を発現しているがニューロフィラメント200は発現しておらず、未成熟である。
As stated above, some hematopoietic cytokines such as IL-11 and LIF have been shown to be NSC trophic factors. Furthermore, in vitro studies of neural progenitor cells have shown that SCF, Flt3L, EPO, TPO, G-SCF, and SCF-1 act at an early stage of neural cell differentiation, whereas IL5, IL7, IL9 and IL11 have been shown to act in later neural maturation stages. Early-acting cytokine (10 ng / mL thrombopoietin (Amgen courtesy) (Amgen Inc., Thousand Oaks, CA)), 10 ng / mL granule cell colony stimulating factor (Amgen), 3 U erythropoietin (Amgen), and 10 ng / Ng interleukin 3 (R & D systems) followed by 14 ng / ml fetal liver tyrosine kinase 3 ligand (Immunex Inc.) (Immunex Inc, Seattle, WA) and 15 ng / ml SCF (Amgen) MASCs were induced by culturing for 1 month in medium conditioned by mouse fetal liver feeder layer AFT024 supplemented (by courtesy of Dr. Ihor Lemichka, Princeton University, NJ). Neurons generated under such conditions express neurofilament 68, but do not express neurofilament 200 and are immature.

一部の培養において、レトロウイルスを用いeGFP保有ベクターにてMASCに形質導入した(上記の実施例4に述べた)。分化したグリア及び神経性細胞では引き続きeGFPの発現が見られた。このことは、これらの細胞はその分化を妨害することなく遺伝子改変が可能であることを示すものである。したがって、未分化のMASCは、後にアストロサイト、乏突起膠細胞、及びニューロンを生ずる神経幹細胞を生成することが可能である。   In some cultures, retrovirus was used to transduce MASC with an eGFP carrying vector (as described in Example 4 above). Differentiated glia and neuronal cells continued to show eGFP expression. This indicates that these cells can be genetically modified without interfering with their differentiation. Thus, undifferentiated MASCs can generate neural stem cells that later give rise to astrocytes, oligodendrocytes, and neurons.

MASCは生後骨髄から単離し、ex vivoで増殖させ、in vitroでグリア細胞や特定の神経性細胞に分化誘導することが容易であることから、NSCの移植における主要な問題の1つ、すなわち好適なドナー組織が入手しにくいという問題が解決される。   MASC is one of the major problems in NSC transplantation, because it is easy to isolate from post-natal bone marrow, grow ex vivo, and induce differentiation into glial cells and specific neural cells in vitro The problem that difficult donor tissue is difficult to obtain is solved.

本発明の細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、例えばムコ多糖症、白質ジストロフィー(グロボイド細胞性白質ジストロフィー、キャナヴァン病)、フコシドーシス、GM2ガングリオシドーシス、ニーマン−ピック病、サンフィリポ症候群、ウォルマン病、及びテイ−サックス病などの先天性神経変性性疾患や蓄積症を治療またはその症状を緩和することが可能である。また本発明のMASCは、ハンチントン病、多発性硬化症やアルツハイマー病などの後天性の神経変性性疾患を治療またはその症状を緩和することが可能である。更に本発明のMASCは、脳卒中、中枢神経系出血、中枢神経系外傷などの外傷性疾患、脊髄損傷や脊髄空洞症などの末梢神経系疾患、網膜剥離、黄斑変性や他の変性網膜疾患及び糖尿病性網膜疾患などの網膜疾患の治療に使用することが可能である。   The cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy, for example, mucopolysaccharidosis, leukodystrophy (globoid cell leukodystrophy, Canavan disease), fucosidosis, GM2 gangliosidosis, Niemann-Pick disease, San Philip syndrome It is possible to treat or alleviate the symptoms of congenital neurodegenerative diseases and storage diseases such as Wolman disease and Tay-Sachs disease. The MASC of the present invention can treat or alleviate the symptoms of acquired neurodegenerative diseases such as Huntington's disease, multiple sclerosis and Alzheimer's disease. Further, the MASC of the present invention can be used for traumatic diseases such as stroke, central nervous system hemorrhage, central nervous system trauma, peripheral nervous system diseases such as spinal cord injury and syringomyelia, retinal detachment, macular degeneration and other degenerative retinal diseases and diabetes. It can be used for the treatment of retinal diseases such as retinal diseases.

実施例6 造血細胞の発生 造血幹細胞(HSC)は中胚葉由来の細胞である。HSCは卵黄嚢中胚葉に由来するものと長い間考えられていた。原始赤血球系細胞が卵黄嚢に由来していることについては充分な証拠が存在する。完成造血細胞がやはり卵黄嚢の細胞に由来しているか否かについては明らかとなっていない。ニワトリ胚、マウス及びヒト胎児における最近の一連の研究によって、完成造血細胞は固有胚、すなわちAGM領域に存在する中胚葉性細胞に由来していることが示された。ヒトでは22〜35日目に背側大動脈においてFlk1細胞の小集団が発生し、CD34の内皮または造血細胞に分化する。これらは胎児肝臓に定着する細胞であると考えられている。造血能を有する細胞は背側大動脈に由来するが、これらの細胞が成熟造血細胞に分化及びコミットするためには、内皮環境が造血細胞の発生にとって有利な肝臓に細胞が移動する必要がある。これに対し、AGM領域に残留する細胞が造血細胞に発生することはない。 Example 6 Generation of Hematopoietic Cells Hematopoietic stem cells (HSC) are mesoderm-derived cells. HSC has long been thought to be derived from yolk sac mesoderm. There is ample evidence that primordial erythroid cells are derived from yolk sac. It is not clear whether the finished hematopoietic cells are derived from yolk sac cells. A recent series of studies in chicken embryos, mice and human fetuses have shown that the finished hematopoietic cells are derived from native embryos, ie, mesodermal cells present in the AGM region. In humans, a small population of Flk1 + cells develops in the dorsal aorta on days 22-35 and differentiates into CD34 + endothelial or hematopoietic cells. These are thought to be cells that colonize the fetal liver. Cells with hematopoietic potential are derived from the dorsal aorta, but for these cells to differentiate and commit to mature hematopoietic cells, the endothelial environment needs to migrate to the liver, which is advantageous for the generation of hematopoietic cells. In contrast, cells remaining in the AGM region do not occur in hematopoietic cells.

本発明のMASC培養中のクローンの中には造血能を持ったものがある。このMASCは内皮細胞に分化して胚様体らしきものを形成する。この細胞集合体が造血細胞へと分化する。この微小な懸濁集合体をトリプシン処理し、FN、IV型コラーゲンまたはECM上に再播種する。培地は、0.5〜1000ng/mLのPDGF−BB(好ましくは約10ng/mL)及び0.5〜1000ng/mLのEGF(好ましくは約10ng/mL)を含有したMASC培地に5〜1000ng/mLのSCF(好ましくは約20ng/mL)を補ったものか、IL3、G−CSF、Flt3−L及びSCF(2〜1000ng/mL、好ましくは約10〜20ng/mL)の組合わせからなるものを使用した。または、0.5〜1000ng/mLのPDGF−BB(好ましくは約10ng/mL)及び0.5〜1000ng/mLのEGF(好ましくは約10ng/mL)を含有したMASC培地に5%FCSと1〜1000ng/mLのSCF(好ましくは約100ng/mL)を補ってAFT024細胞にて調整したものを使用した。これらの培養のいずれから回収された細胞においてもcKit、cMyb、Gata2及びG−CSF−Rの発現が見られ(RT−PCR/免疫組織化学法)、造血細胞への分化が可能であることが示された。   Some clones in the MASC culture of the present invention have hematopoietic potential. This MASC differentiates into endothelial cells to form what appears to be an embryoid body. This cell aggregate differentiates into hematopoietic cells. This microscopic suspension aggregate is trypsinized and replated on FN, type IV collagen or ECM. The medium is 5 to 1000 ng / mL in MASC medium containing 0.5 to 1000 ng / mL PDGF-BB (preferably about 10 ng / mL) and 0.5 to 1000 ng / mL EGF (preferably about 10 ng / mL). Complemented with mL SCF (preferably about 20 ng / mL) or composed of a combination of IL3, G-CSF, Flt3-L and SCF (2-1000 ng / mL, preferably about 10-20 ng / mL) It was used. Alternatively, 5% FCS and 1 in MASC medium containing 0.5-1000 ng / mL PDGF-BB (preferably about 10 ng / mL) and 0.5-1000 ng / mL EGF (preferably about 10 ng / mL). A solution prepared by supplementing ˜1000 ng / mL SCF (preferably about 100 ng / mL) with AFT024 cells was used. Expression of cKit, cMyb, Gata2 and G-CSF-R is observed in cells collected from any of these cultures (RT-PCR / immunohistochemical method) and may be capable of differentiation into hematopoietic cells. Indicated.

実施例7 上皮組織の発生 出願人等は更に上皮組織の発生を証明した。簡略に述べると、まず血管を1〜100ng/mLのフィブロネクチンと、1〜100ng/mLのラミニン、IV型コラーゲンやマトリゲルなどの他のECM産物とにてコーティングした。使用した培地は以下からなる。10〜95%のDMEM−LG、5〜90%のMCDB−201、1xITS、1xLA−BSA、10−7〜10−9Mのデキサメタゾン(好ましくは10−8M)、10−3〜10−5Mのアスコルビン酸2リン酸(好ましくは10−4M)。この培地には以下のサイトカインの内の1以上のものを加えてもよい。 Example 7 Generation of Epithelial Tissue Applicants further demonstrated the occurrence of epithelial tissue. Briefly, blood vessels were first coated with 1-100 ng / mL fibronectin and 1-100 ng / mL laminin, other ECM products such as type IV collagen and Matrigel. The medium used consists of the following. 10-95% DMEM-LG, 5-90% MCDB-201, 1 × ITS, 1 × LA-BSA, 10 −7 to 10 −9 M dexamethasone (preferably 10 −8 M), 10 −3 to 10 −5 M ascorbic acid diphosphate (preferably 10 −4 M). One or more of the following cytokines may be added to this medium.

0.5〜100ng/mLのEGF(好ましくは約10ng/mL)。   0.5-100 ng / mL EGF (preferably about 10 ng / mL).

0.5〜1000ng/mLのPDGF−BB(好ましくは約10ng/mL)。   0.5-1000 ng / mL PDGF-BB (preferably about 10 ng / mL).

0.5〜1000ng/mLのHGF(肝細胞成長因子)(好ましくは約10ng/mL)。   0.5-1000 ng / mL HGF (hepatocyte growth factor) (preferably about 10 ng / mL).

0.5〜1000ng/mLのKGF(ケラチノサイト成長因子)(好ましくは約10ng/mL)。   0.5-1000 ng / mL KGF (Keratinocyte Growth Factor) (preferably about 10 ng / mL).

細胞の中には、汎サイトケラチン陽性、ならびにサイトケラチン18及び19陽性のものが見られ、これらの細胞が内胚葉由来であることが示された(肝上皮細胞、胆管上皮細胞、膵腺房細胞や消化管上皮細胞)。一部の細胞では、肝上皮細胞及び腎臓上皮細胞に特異的なH−Metすなわち肝細胞成長因子受容体の存在が示された。また、皮膚上皮細胞の特徴であるケラチンの存在が示された細胞もあった。   Some of the cells were positive for pancytokeratin and positive for cytokeratin 18 and 19 and these cells were shown to be derived from the endoderm (hepatic epithelial cells, bile duct epithelial cells, pancreatic acini). Cells and gastrointestinal epithelial cells). Some cells have shown the presence of H-Met, a hepatocyte growth factor receptor, specific for liver and kidney epithelial cells. Some cells showed the presence of keratin, a characteristic of skin epithelial cells.

本発明の細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、複数の臓器疾患を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。この細胞を使用して、例えば、ムコ多糖症、白質ジストロフィー、GM2ガングリオシドーシスなどの蓄積症、クリグラー−ナジャー症候群などの高ビリルビン疾患、例えばオルニチンデカルボキシラーゼ欠損症、シトルリン血症、及びアルギニノコハク酸尿症といった尿素回路の先天異常などのアンモニア疾患、フェニルケトン尿症、先天
性高チロシン血症、及びα1−アンチトリプシン欠損症などのアミノ酸及び有機酸異常、ならびに第VIII及びIX因子欠損症などの凝固疾患といった先天性の肝疾患を治療もしくは緩和することが可能である。この細胞はまたウイルス感染による後天性肝疾患を治療するために使用することも可能である。本発明の細胞は更に、人口肝臓(腎臓透析に類似)の製造、凝固因子の生成、及び、肝上皮細胞が産生するタンパク質や酵素の生成などのex vivoでの応用例に使用することも可能である。
The cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate symptoms of multiple organ diseases. Using this cell, for example, accumulative diseases such as mucopolysaccharidosis, leukodystrophy, GM2 gangliosidosis, hyperbilirubin diseases such as Krigler-Nager syndrome, such as ornithine decarboxylase deficiency, citrullinemia, and argininosuccinic aciduria Ammonia diseases such as congenital abnormalities of the urea cycle such as infectious diseases, amino acid and organic acid abnormalities such as phenylketonuria, congenital hypertyrosinemia, and α1-antitrypsin deficiency, and coagulation such as factor VIII and factor IX deficiency It is possible to treat or alleviate congenital liver diseases such as diseases. The cells can also be used to treat acquired liver disease due to viral infection. The cells of the present invention can also be used for ex vivo applications such as the production of artificial liver (similar to kidney dialysis), the generation of coagulation factors, and the production of proteins and enzymes produced by liver epithelial cells. It is.

更に本発明の細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、胆汁性肝硬変や胆道閉鎖症などの胆道疾患を治療もしくはその症状を緩和することも可能である。   Further, the cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate symptoms of biliary diseases such as biliary cirrhosis and biliary atresia.

更に本発明の細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、膵臓閉塞症、膵臓炎、及びα1−アンチトリプシン欠損症などの膵臓疾患を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。更に、本発明の細胞から膵臓上皮細胞が得られ、また神経細胞が得られることより、β細胞を生成することが可能である。これらの細胞を糖尿病の治療に用いることも可能である(皮下移植、膵臓内または肝臓内移植)。   Furthermore, the cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate the symptoms of pancreatic diseases such as pancreatic occlusion, pancreatitis, and α1-antitrypsin deficiency. . Furthermore, pancreatic epithelial cells can be obtained from the cells of the present invention, and nerve cells can be obtained, so that β cells can be generated. These cells can also be used for the treatment of diabetes (subcutaneous transplantation, intrapancreas or intrahepatic transplantation).

更に本発明の上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、腸閉塞、炎症性腸疾患、腸梗塞、及び腸切除などの腸上皮組織の疾患を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。   Furthermore, the epithelial cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate symptoms of intestinal epithelial tissues such as intestinal obstruction, inflammatory bowel disease, intestinal infarction, and intestinal resection. Is possible.

更に本発明の上皮細胞を細胞置換療法及び/または遺伝子治療に使用して、脱毛症などの皮膚疾患、火傷の傷や白子症などの皮膚欠陥を治療もしくはその症状を緩和することが可能である。   Further, the epithelial cells of the present invention can be used for cell replacement therapy and / or gene therapy to treat or alleviate skin diseases such as alopecia, skin wounds such as burn wounds and albinositis. .

実施例8 MASC、軟骨及び骨の発現遺伝子プロファイル 本発明者等は、2x10個/cmの播種密度にて22〜26回の細胞分裂にわたって培養したヒトMASCの発現遺伝子プロファイルをクロンテック社(Clonetech)及びインビトロジェン(Invitrogen)社製cDNAアレイを用いて評価し、以下のプロファイルを得た。更に発明者等はMASCを2日間にわたって軟骨及び骨に分化誘導した際の遺伝子発現の変化を評価した。 Example 8 MASC, Cartilage and Bone Expressed Gene Profiles We have determined the expression gene profile of human MASCs cultured for 22-26 cell divisions at a seeding density of 2 × 10 3 cells / cm 2 from Clonetech. ) And Invitrogen cDNA arrays, and the following profiles were obtained. Furthermore, the inventors evaluated the change in gene expression when MASC was induced to differentiate into cartilage and bone for 2 days.

−多能性成体幹細胞(MASC)は、CD31、CD36、CD62E、CD62P、CD44−H、cKit、Tie、ILI、IL3、IL6、IL11、G−CSF、GM−CSF、Epo、Flt3−L、またはCNTFの受容体のmRNAを発現せず、HLA−クラスI、CD44−E及びMuc18のmRNAを低レベルで発現する。   -Pluripotent adult stem cells (MASC) are CD31, CD36, CD62E, CD62P, CD44-H, cKit, Tie, ILI, IL3, IL6, IL11, G-CSF, GM-CSF, Epo, Flt3-L, or It does not express CNTF receptor mRNA and expresses low levels of HLA-class I, CD44-E and Muc18 mRNA.

−MASCは、サイトカインであるBMP1、BMP5、VEGF、HGF、KGF、MCP1;サイトカイン受容体であるFlk1、EGF−R、PDGF−R1α、gp130、LIF−R、アクチビンR1及び−R2、TGFR−2、BMP−R1A;接着受容体であるCD49c、CD49d、CD29及びCD10のmRNAを発現する。   MASCs are cytokines BMP1, BMP5, VEGF, HGF, KGF, MCP1; cytokine receptors Flk1, EGF-R, PDGF-R1α, gp130, LIF-R, activin R1 and -R2, TGFR-2, BMP-R1A; expresses mRNA of adhesion receptors CD49c, CD49d, CD29 and CD10.

−MASCは、hTRT、oct−4、sox−2、sox−11、sox−9、hoxa4、−5、−9、Dlx4、MSX1、PDX1のmRNAを発現する。   -MASC expresses mRNA of hTRT, oct-4, sox-2, sox-11, sox-9, hoxa4, -5, -9, Dlx4, MSX1, PDX1.

−軟骨及び骨のいずれにおいても、oct−4、sox−2、Hoxa4、5、9;Dlx4、PDX1、hTRT、TRF1、サイクリン、cdk、シンデカン−4、ジストログリカン、インテグリンα2、α3、β1、FLK1、LIF−R、RAR−α、RARγ、EGF−R、PDGF−R1a及び−B、TGF−R1及び−2、BMP−R1A、BMP1及び4、HGF、KGF、MCP1の発現は失われるかもしくは低下した。   -Oct-4, sox-2, Hoxa4, 5, 9; Dlx4, PDX1, hTRT, TRF1, cyclin, cdk, syndecan-4, dystroglycan, integrin α2, α3, β1, FLK1 in both cartilage and bone , LIF-R, RAR-α, RARγ, EGF-R, PDGF-R1a and -B, TGF-R1 and -2, BMP-R1A, BMP1 and 4, HGF, KGF, MCP1 expression is lost or reduced did.

−骨芽細胞の分化は、HOx7、hox11、sox22、cdki、シンデカン−4、デコリン、ルミカン、フィブロネクチン、骨シャロタンパク質、TIMP−1、CD44、β8、β5インテグリン、PTHr−P、レプチン−R、VitD3−R、FGF−R3、FGF−R2、エストロゲン−R、wnt−7a、VEGF−C、BMP2の獲得/及び発現の増加に関連していた。   -Osteoblast differentiation is HOx7, hox11, sox22, cdki, syndecan-4, decorin, lumican, fibronectin, osteoshaloprotein, TIMP-1, CD44, β8, β5 integrin, PTHr-P, leptin-R, VitD3 -Associated with increased acquisition / expression of FGF-R3, FGF-R2, estrogen-R, wnt-7a, VEGF-C, BMP2.

−軟骨の分化はSox−9、FREAC、hox−11、hox7、CART1、Notch3、cdki、II型コラーゲン、フィブロネクチン、デコリン、軟骨糖タンパク、軟骨オリゴマー基質タンパク質、MMP及びTIMP、N−カドヘリン、CD44、α1及びα6インテグリン、VitD3−R、BMP2、BMP7の獲得に関連していた。   -Cartilage differentiation is Sox-9, FREAC, hox-11, hox7, CART1, Notch3, cdki, type II collagen, fibronectin, decorin, cartilage glycoprotein, cartilage oligomeric matrix protein, MMP and TIMP, N-cadherin, CD44, It was associated with the acquisition of α1 and α6 integrins, VitD3-R, BMP2, BMP7.

実施例9 MASCと骨芽細胞とで発現レベルが異なる遺伝子のサブトラクティブハイブリダイゼーションによる特徴付け 本発明者等は、未分化のMASCとコミットした子孫との間の遺伝子の差異を特定するためサブトラクション的手法を用いた。ポリアデニル化mRNAを未分化のMASCから抽出し、細胞を2日間にわたり骨芽細胞系に分化誘導した。クロンテック社(Clonetech)より入手されるPCR選択キットを使用し、製造者の推奨するところに何ら変更を行うことなく基づいて、発現レベルの異なるcDNAのサブトラクション及び増幅を行った。2日目の骨芽細胞培養中で発現される遺伝子配列を分析したが未分化のMASC中で発現される遺伝子配列については分析を行わなかった。 Example 9 Characterization of genes with different expression levels in MASCs and osteoblasts by subtractive hybridization We have subtracted to identify genetic differences between undifferentiated MASCs and committed progeny. The method was used. Polyadenylated mRNA was extracted from undifferentiated MASCs and cells were induced to differentiate into osteoblast lines for 2 days. A PCR selection kit obtained from Clonetech was used to subtract and amplify cDNAs with different expression levels based on the manufacturer's recommendations without any changes. The gene sequences expressed in day 2 osteoblast cultures were analyzed, but the gene sequences expressed in undifferentiated MASCs were not analyzed.

発現レベルの異なる86個のcDNA配列の配列を決定した。MASCにおいてmRNAの発現は見られず、2日目の骨芽細胞の子孫において実際にmRNAが特異的に発現していることをノーザンブロッティング法により確認した。これらの配列を(BLASTアルゴリズムによって)次のデータベースと比較した。すなわち、SwissProt、GenBankタンパク質及びヌクレオチドコレクション、ESTs、マウス及びヒトESTcontigsである。   The sequences of 86 cDNA sequences with different expression levels were determined. No expression of mRNA was observed in MASC, and it was confirmed by Northern blotting that mRNA was actually specifically expressed in the progeny of osteoblasts on the second day. These sequences were compared to the following database (by BLAST algorithm). SwissProt, GenBank protein and nucleotide collection, ESTs, mouse and human ESTconfigs.

配列は相同性によって分類した。8個が転写因子であり、20個が細胞の代謝に関与しており、5個がクロマチンの修復に関与しており、4個がアポトーシス経路に関与しており、8個がミトコンドリアの機能に関与しており、14個が接着受容体/ECM成分であり、19個が機能不明な公知のEST配列であり、8個が新規な配列であった。   Sequences were classified by homology. 8 are transcription factors, 20 are involved in cell metabolism, 5 are involved in chromatin repair, 4 are involved in the apoptotic pathway, and 8 are involved in mitochondrial function. 14 were adhesion receptor / ECM components, 19 were known EST sequences with unknown function, and 8 were novel sequences.

新規配列の内2個について、3人のドナーから得たMASCを骨に分化誘導したものに12時間、24時間、2日、4日、7日及び14日間にわたってQ−RT−PCRを行った。遺伝子はそれぞれ分化の最初の2及び4日間に発現され、その後ダウンレギュレートされた。   Two of the new sequences were subjected to Q-RT-PCR over 12 hours, 24 hours, 2 days, 4 days, 7 days, and 14 days on MASCs obtained from 3 donors and induced to differentiate into bone. . The gene was expressed during the first 2 and 4 days of differentiation, respectively, and then down-regulated.

未分化のMASCに存在するが2日目の骨芽細胞には存在しない遺伝子につい
て分析した。発現レベルの異なる30個の遺伝子の配列が決定され、この内の5個はEST配列または既知配列であった。これらの遺伝子がMASCには存在するが2日目の骨芽細胞には存在しないことをノーザンブロッティングによって確認した。
Genes present in undifferentiated MASC but not in day 2 osteoblasts were analyzed. The sequences of 30 genes with different expression levels were determined, 5 of which were EST sequences or known sequences. It was confirmed by Northern blotting that these genes are present in MASC but not in day 2 osteoblasts.

実施例10 MASCの定着 MASCがin vivoにて定着、生存するかを調べるため研究を行った。 Example 10 Establishment of MASC A study was conducted to determine if MASCs established and survived in vivo.

eGFPMASCをNOD−SCIDマウスに筋内注入した。4週後にマウスを殺し、ヒトES細胞について報告されているように筋肉に奇形腫が生じるか否かを調べた。5頭中5頭において奇形腫は見られなかった。eGFP陽性細胞が検出された。更にeGFPMASCIVをSCIDマウス胎児に子宮内注入した。出生直後に動物の評価を行った。PCR解析により、心臓、肺、肝臓、脾臓、及び骨髄にeGFP細胞の存在が示された。 eGFP + MASC was injected intramuscularly into NOD-SCID mice. Four weeks later, the mice were killed and examined for teratoma in the muscle as reported for human ES cells. No teratoma was found in 5 out of 5 animals. eGFP positive cells were detected. In addition, eGFP + MASCIV was injected intrauterine into SCID mouse fetuses. Animals were evaluated immediately after birth. PCR analysis showed the presence of eGFP + cells in heart, lung, liver, spleen, and bone marrow.

ラットの正常な脳または梗塞を発症した脳にMASCを定位的に移植したところ、細胞は神経細胞に見られる表現型を獲得し、この表現型は少なくとも6週間にわたって維持された。これらの研究によりヒトMASCはin vivoで定着し、奇形腫へと発生することなく臓器特異的に分化することが示された。   Stereotaxic transplantation of MASCs into normal or infarcted brains of rats revealed that the cells acquired a phenotype found in neurons and this phenotype was maintained for at least 6 weeks. These studies have shown that human MASCs are established in vivo and differentiate organ-specifically without developing into teratomas.

更にこれらの研究によってMASCが胚性幹細胞や生殖細胞とは大きく異なることが示された。MASCは成人及び子供の異なる臓器から得ることが可能な新たなクラスの多能性幹細胞である。   Furthermore, these studies have shown that MASCs are significantly different from embryonic stem cells and germ cells. MASCs are a new class of pluripotent stem cells that can be obtained from different organs of adults and children.

実施例11 マウス由来MASCの選択、増殖、及び特徴付けの実例 多能性成体幹細胞(MASC)はマウスの骨髄から得ることが可能であり、また骨髄以外の臓器にも存在し得る。 Example 11 Example of Selection, Proliferation, and Characterization of Mouse-Derived MASC Pluripotent adult stem cells (MASC) can be obtained from mouse bone marrow and can also be present in organs other than bone marrow.

1.マウス骨髄のMASCの特定 本研究者等はマウス骨髄からMASCを選択した。C57/BL6マウスから骨髄を得て、単核細胞またはCD45及びGlyA陽性細胞を枯渇させた細胞(n=6)をヒトMASCで使用したのと同じ条件下(10ng/mLのヒトPDGF−BB及びEGF)で播種した。骨髄単核細胞を播種した場合には、培養開始後14日後にCD45細胞を枯渇させて造血細胞を除去した。ヒトMASCにおけるのと同様、細胞分裂2回毎に培養を2000細胞/cmの細胞密度で再播種した。 1. Identification of MASCs from mouse bone marrow The researchers selected MASCs from mouse bone marrow. Bone marrow was obtained from C57 / BL6 mice and mononuclear cells or cells depleted of CD45 and GlyA positive cells (n = 6) were used under the same conditions as used in human MASC (10 ng / mL human PDGF-BB and EGF). When bone marrow mononuclear cells were seeded, CD45 + cells were depleted 14 days after the start of culture to remove hematopoietic cells. As in human MASC, the cultures were replated at a cell density of 2000 cells / cm 2 after every two cell divisions.

ヒト細胞における観察とは対照的に、0日目にCD45細胞を枯渇させた新鮮なマウス単核細胞をMASC培地に播種した場合には増殖は見られなかった。マウス骨髄単核細胞を播種し、14日後に培養細胞のCD45細胞を枯渇させると、ヒトMASCに類似の形態及び表現型を有する細胞が出現した。このことは造血幹細胞が分泌する因子がマウスMASCの初期の増殖に必要とされる可能性を示している。PDGF−BB及びEFGのみと培養した場合には、細胞倍加時間は長く(6日より長い)、10回の細胞分裂を越えて培養を維持することはできなかった。10ng/mLのLIFを添加することにより細胞の増殖率が高められ、70回を越える細胞分裂が可能であった。ラミニン、IV型コラーゲン、またはマトリゲル上で培養した場合、細胞の増殖は見られたが細胞はCD44かつHLA−クラスI陽性であった。ヒト細胞におけるのと同様、フィブロネクチンコーティングした皿上でLIFを加えて培養したC57/BL6MASCはCD44及びHLA−クラスI陰性であり、SSEA−4により陽性染色され
、oct−4、LIF−R、及びsox−2の転写因子を発現した。
In contrast to observations in human cells, no growth was seen when fresh mouse mononuclear cells depleted of CD45 + cells on day 0 were seeded in MASC medium. When mouse bone marrow mononuclear cells were seeded and after 14 days the cultured cells were depleted of CD45 + cells, cells with morphology and phenotype similar to human MASCs appeared. This indicates that factors secreted by hematopoietic stem cells may be required for the initial growth of mouse MASC. When cultured with PDGF-BB and EFG alone, the cell doubling time was long (greater than 6 days) and the culture could not be maintained over 10 cell divisions. By adding 10 ng / mL LIF, the proliferation rate of the cells was increased, and more than 70 cell divisions were possible. When cultured on laminin, type IV collagen, or Matrigel, cell proliferation was seen but the cells were CD44 + and HLA-class I positive. As in human cells, C57 / BL6 MASC cultured with LIF on fibronectin-coated dishes are CD44 and HLA-class I negative, positively stained by SSEA-4, oct-4, LIF-R, and The sox-2 transcription factor was expressed.

マウス骨髄から得たMASCは、ヒトMASCの分化誘導にも用いられる方法によって心筋細胞、内皮及び神経外胚葉細胞に分化誘導することが可能である。したがってC57B16マウス由来MASCはヒト骨髄由来のMASCに相当するものであるといえる。   MASCs obtained from mouse bone marrow can be induced to differentiate into cardiomyocytes, endothelium and neuroectodermal cells by the method used for induction of human MASC differentiation. Therefore, it can be said that C57B16 mouse-derived MASC corresponds to human bone marrow-derived MASC.

2.MASCは骨髄以外の組織にも存在する 発明者等は肝臓や脳などの他の組織にもMASCが存在するかについて調べた。コラゲナーゼ及びトリプシンで処理した生後5日目のFVB/Nマウスから得た骨髄、脳及び肝臓単核細胞をフィブロネクチン上でEGF、PDGF−BB、及びLIFを添加したMASC培地に播種した。14日後にCD45細胞を除去して細胞を上記に述べたようなMASCの培養条件下に維持した。骨髄、脳、または肝細胞にて開始した培養中で、ヒトMASC及びC57/B16マウスの骨髄から得られたマウスMASCに類似した形態を有する細胞が増殖した。これらの細胞はoct−4のmRNAを発現していた。 2. MASC is also present in tissues other than bone marrow The inventors investigated whether MASCs are present in other tissues such as the liver and brain. Bone marrow, brain and liver mononuclear cells obtained from 5 day-old FVB / N mice treated with collagenase and trypsin were seeded onto MASC medium supplemented with EGF, PDGF-BB and LIF on fibronectin. After 14 days, CD45 + cells were removed and the cells were maintained under MASC culture conditions as described above. In cultures initiated with bone marrow, brain, or hepatocytes, cells with morphology similar to mouse MASCs obtained from human MASC and bone marrow of C57 / B16 mice proliferated. These cells expressed oct-4 mRNA.

発明者等は更にoct−4のプロモーターであるeGFP遺伝子について形質転換したマウスを調べた。これらの動物では生後の生殖細胞と同様、始原生殖細胞においてもeGFPの発現が見られた。MASCはoct−4を発現することから、我々はeGFP陽性細胞が生後のこれらの動物の骨髄、脳、及び肝臓に見られるかについて試験を行った。生後5日目のマウスの骨髄、脳及び肝臓からeGFP細胞を選別した(最も明るい1%の細胞)。蛍光顕微鏡法によって調べたところ、脳及び骨髄から選別した細胞の内1%に満たないものがeGFPであった。Q−RT−PCRにより、選別した集団においてoct−4のmRNAが検出された。選別した細胞をMASCの支持条件下(フィブロネクチンコーティングし、EGF、PDGF、LIFを加えたウェル)に播種した。細胞は生存したものの増殖はしなかった。マウス胚性繊維芽細胞に移したところ細胞の増殖が見られた。更にMASC培地に移したところ、ヒト骨髄またはC57/B16またはFVB/Nマウスの骨髄から古典的なMASC選択及び培養法によって得たMASCに類似した形態及び表現型を有する細胞が得られた。 The inventors further examined mice transformed for the eGFP gene which is the promoter of oct-4. In these animals, eGFP expression was seen in primordial germ cells as well as in postnatal germ cells. Since MASC expresses oct-4, we tested whether eGFP positive cells are found in the bone marrow, brain, and liver of these animals after birth. EGFP + cells were sorted from the bone marrow, brain and liver of 5 day old mice (brightest 1% cells). When examined by fluorescence microscopy, less than 1% of cells sorted from the brain and bone marrow were eGFP + . Oct-4 mRNA was detected in the selected population by Q-RT-PCR. Sorted cells were seeded under MASC support conditions (wells coated with fibronectin and added with EGF, PDGF, LIF). Cells survived but did not grow. When transferred to mouse embryonic fibroblasts, cell proliferation was observed. Further transfer to MASC medium resulted in cells with morphology and phenotype similar to MASC obtained from human bone marrow or bone marrow of C57 / B16 or FVB / N mice by classical MASC selection and culture methods.

本発明を特定かつ好適な異なる実施形態及び方法について述べたが、発明の範囲を逸脱することなく多くの変更ならびに改変を加えることが可能である点は了承されよう。参照文献、特許及び特許文献はそのすべてが恰も個々に援用されているかのように援用されるものである。   While the invention has been described with reference to different specific and preferred embodiments and methods, it will be appreciated that many changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention. All references, patents and patent documents are incorporated as if individually incorporated.





























図1は、骨髄(BM)、筋および脳由来MASCの拡大可能性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the possibility of expansion of bone marrow (BM), muscle and brain-derived MASCs. 図2は、遺伝子発現の(A)筋および脳MASCそして(B)骨髄および筋MASCにおける遺伝子発現を示す散布図である。FIG. 2 is a scatter plot showing gene expression in (A) muscle and brain MASC and (B) bone marrow and muscle MASC of gene expression. 図3は、未分化MASCおよびVEGFとともに培養したMASCのFACS分析を示す図である。FIG. 3 shows FACS analysis of MASC cultured with undifferentiated MASC and VEGF. 図4は、mMASCの定着とinvivo分化の顕微鏡写真である。FIG. 4 is a photomicrograph of mMASC colonization and in vivo differentiation. 図5は、MASC由来内皮細胞の共焦点蛍光顕微鏡法を用いた免疫組織化学的評価を示す図である。FIG. 5 shows immunohistochemical evaluation using confocal fluorescence microscopy of MASC-derived endothelial cells. 図6は、MASC由来内皮細胞の顕微鏡写真である。FIG. 6 is a photomicrograph of MASC-derived endothelial cells. 図7は、MASC由来内皮細胞のFACS分析を示す図である。FIG. 7 shows FACS analysis of MASC-derived endothelial cells. 図8は、ヒトMASC由来内皮細胞の顕微鏡写真である。FIG. 8 is a photomicrograph of human MASC-derived endothelial cells. 図9は、hMSC由来神経細胞様細胞におけるスパイク生成および発現した電位依存性ナトリウム電流を表す図である。FIG. 9 is a diagram showing spike generation and expressed voltage-dependent sodium current in hMSC-derived neuronal cell-like cells. 図10は、肝細胞様表現型を確認した定量的RT-PCRおよびウェスタンブロット分析を示す図である。FIG. 10 shows quantitative RT-PCR and Western blot analysis confirming the hepatocyte-like phenotype. 図11は、肝細胞様細胞の顕微鏡写真を示す。FIG. 11 shows a photomicrograph of hepatocyte-like cells.

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