JP2013126405A - Cell culture substrate, and method for culturing cell and method for inducing differentiation of multipotent stem cell using the same - Google Patents

Cell culture substrate, and method for culturing cell and method for inducing differentiation of multipotent stem cell using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method a cell culture substrate capable of culturing multipotent stem cells without using feeder cells, differentiating the multipotent stem cells to specific cells at high purity, and also being used for selecting cells after differentiation, and to provide a method for culturing cells using the same, and a method for inducing differentiation of the multipotent stem cells.SOLUTION: The cell culture substrate includes fixing or coating a protein belonging to cadherin family or a fusion protein containing all or a part of region of the protein belonging to cadherin family, and a polymer having a glycosylated chain on a surface thereof.

Description

本発明は、細胞培養基材、およびそれを用いた細胞培養方法並びに多能性幹細胞の分化誘導方法に関し、詳しくは、フィーダー細胞を用いずに多能性幹細胞を培養することができ、多能性幹細胞を高い純度で、特定の細胞に分化させることの可能な細胞培養基材、およびそれを用いた細胞培養方法並びに多能性幹細胞の分化誘導方法に関する。   The present invention relates to a cell culture substrate, a cell culture method using the same, and a method for inducing differentiation of pluripotent stem cells. Specifically, pluripotent stem cells can be cultured without using feeder cells. The present invention relates to a cell culture substrate capable of differentiating sex stem cells into specific cells with high purity, a cell culture method using the same, and a method for inducing differentiation of pluripotent stem cells.

生物は自己の生命を維持するため、生体の欠失した細胞・組織を速やかに補完・修復する能力を有しており、この能力を「再生能」と呼ぶ。高等動物における「再生能」の例としては、皮膚や血管等の創傷治癒が一般によく知られているが、肝臓や腎臓といった大型の実質臓器においても、組織傷害に対して速やかにその組織恒常性を回復させるべく、細胞の増殖や組織の再構築が起こることが知られている。近年、この生物個体が生来有している「再生能」を利用して、各種疾病や創傷を治癒・改善させる試みが進められており、これらは「再生医療」と呼ばれ、新しい医療技術として注目されている。   Living organisms have the ability to quickly complement and repair cells and tissues lacking in order to maintain their own lives, and this ability is called “regenerative ability”. As an example of “regenerative ability” in higher animals, wound healing such as skin and blood vessels is generally well known, but even in large parenchymal organs such as the liver and kidney, the tissue homeostasis is promptly against tissue injury. It is known that cell proliferation and tissue remodeling occur in order to restore the disease. In recent years, attempts have been made to heal and improve various diseases and wounds by utilizing the “regenerative ability” inherent to this individual organism, which is called “regenerative medicine” and is a new medical technology. Attention has been paid.

「再生医療」を実施するにあたり、中心的な役割を果たすのが「幹細胞(stem cells)」である。一般に「幹細胞」とは、ある特定の、または複数の機能的細胞に分化する能力、及び自らと同じ細胞を繰り返し産生できる自己複製能とを有する未分化な細胞と定義することができる。各種組織・細胞には固有の幹細胞が存在し、例えば、赤血球やリンパ球、巨核球等の一連の血液細胞は、造血幹細胞(hematopoietic stem cells)と呼ばれる幹細胞から当該細胞に由来する前駆細胞(progenitor cells)を経て産生され、骨格筋細胞は、筋衛星細胞(satellite cells)や筋芽細胞(myoblasts)と呼ばれる幹細胞/前駆細胞から生じる。その他、脳や脊髄等の神経組織に存在し、神経細胞やグリア細胞を産生する神経幹細胞、表皮細胞や毛根細胞を産生する表皮幹細胞、肝細胞や胆管細胞を作る卵円形細胞(肝幹細胞)、心筋細胞を作る心幹細胞等がこれまでに特定されている。   “Stem cells” play a central role in carrying out “regenerative medicine”. In general, a “stem cell” can be defined as an undifferentiated cell having the ability to differentiate into a specific or multiple functional cells and the ability to self-replicate to repeatedly produce the same cells as itself. Various tissues / cells have their own stem cells. For example, a series of blood cells such as erythrocytes, lymphocytes, megakaryocytes, and the like are progenitor cells derived from the stem cells called hematopoietic stem cells. skeletal muscle cells are produced from stem / progenitor cells called satellite cells and myoblasts. In addition, neural stem cells that exist in neural tissues such as the brain and spinal cord and produce nerve cells and glial cells, epidermal stem cells that produce epidermal cells and hair root cells, oval cells (hepatic stem cells) that produce hepatocytes and bile duct cells, Cardiac stem cells that form cardiomyocytes have been identified so far.

幹細胞又は当該細胞に由来する前駆細胞を用いた再生医療法の一部は既に実用化されており、白血病や再生不良性貧血等、血球系細胞の不足・機能不全に起因する疾患の治療のため、造血幹細胞又は造血前駆細胞を注入移植する方法がよく知られている。ところが、脳や心臓、肝臓等の実質臓器内に存在する幹細胞の場合、生体組織からの採取及び/又はin vitro培養が技術的に困難であり、しかも一般にこれらの幹細胞は増殖能が低い。一方、当該幹細胞を死体組織から回収することも可能であるが、この様にして得られた細胞を医療に用いることは、倫理的に問題がある。そのため、神経疾患や心疾患等を対象とした再生治療を実施するためには、この様な対象組織内に存在する幹細胞以外の細胞を用いて、所望する細胞種を作製する技術の開発が必要である。   Some regenerative medicine methods using stem cells or progenitor cells derived from such cells have already been put into practical use for the treatment of diseases caused by deficiency or dysfunction of blood cells such as leukemia and aplastic anemia. A method of injecting and transplanting hematopoietic stem cells or hematopoietic progenitor cells is well known. However, in the case of stem cells present in the parenchymal organs such as the brain, heart and liver, it is technically difficult to collect them from living tissues and / or in vitro culture, and these stem cells generally have low proliferation ability. On the other hand, it is possible to recover the stem cells from cadaver tissue, but using the cells obtained in this manner for medical treatment is ethically problematic. Therefore, in order to carry out regenerative treatment targeting neurological diseases, heart diseases, etc., it is necessary to develop a technique for producing a desired cell type using cells other than stem cells present in such target tissues. It is.

この様な観点に基く試みとしては、まず「多能性幹細胞(pluripotent stem cells)」を利用する方法が挙げられる。「多能性幹細胞」とは、試験管内(以下、in vitroと称する)培養により未分化状態を保ったまま、ほぼ永続的または長期間の細胞増殖が可能であり、正常な核(染色体)型を呈し、適当な条件下において三胚葉(外胚葉、中胚葉、および内胚葉)すべての系譜の細胞に分化する能力をもった細胞と定義される。現在、多能性幹細胞としては、初期胚より単離される胚性幹細胞(Embryonic Stem cells:ES細胞)、及びその類似細胞であり、胎児期の始原生殖細胞から単離される胚性生殖細胞(Embryonic Germ cells:EG細胞)が最もよく知られており、様々な研究に利用されている。   As an attempt based on such a viewpoint, first, a method using “pluripotent stem cells” can be mentioned. A “pluripotent stem cell” refers to a normal nuclear (chromosomal) type that can proliferate almost permanently or for a long period of time while maintaining an undifferentiated state in vitro (hereinafter referred to as in vitro). And are defined as cells capable of differentiating into cells of all lineages of the three germ layers (ectoderm, mesoderm, and endoderm) under appropriate conditions. At present, pluripotent stem cells include embryonic stem cells (Embronic Stem cells: ES cells) isolated from early embryos and similar cells, and embryonic germ cells (Embryonics) isolated from embryonic primordial germ cells. Germ cells (EG cells) are the best known and are used in various studies.

ES細胞は、胚盤胞(blastocyst)期胚の内部にある内部細胞塊(inner cell mass)と呼ばれる細胞集塊をin vitro培養に移し、細胞塊の解離と継代を繰り返すことにより、未分化幹細胞集団として単離できる。また、当該細胞は、マウス胎児組織に由来する初代培養の線維芽細胞(Murine Embryonic Fibroblasts;以下、MEF細胞)や、STO細胞等の間質系細胞を用いて作製したフィーダー細胞上で、適切な細胞密度を保ち、頻繁に培養液を交換しながら継代培養を繰り返すことにより、未分化幹細胞の性質を保持したまま細胞株として樹立することが可能である。また、ES細胞の別の特徴としてテロメラーゼを有することが挙げられ、染色体のテロメア長を保持する活性を呈する当該酵素の存在により、ES細胞はin vitroにおけるほぼ無制限な細胞分裂能を有している。   ES cells are undifferentiated by transferring cell clusters called inner cell mass inside the blastocyst stage embryo to in vitro culture, and repeating dissociation and passage of the cell mass. It can be isolated as a stem cell population. In addition, the cells are suitable for use on feeder cells prepared using primary culture fibroblasts derived from mouse fetal tissue (Murine Embryonic Fibroblasts; hereinafter referred to as MEF cells) or stromal cells such as STO cells. By maintaining the cell density and repeating the subculture while frequently changing the culture medium, it is possible to establish a cell line while retaining the properties of the undifferentiated stem cells. Another characteristic of ES cells is that they have telomerase. ES cells have almost unlimited cell division ability in vitro due to the presence of the enzyme exhibiting the activity of maintaining the telomere length of the chromosome. .

この様にして作製されたES細胞株は、正常核型を維持しながらほぼ無限に増殖と継代を繰り返すと共に、様々な種類の細胞に分化する能力、すなわち、多分化能を有している。例えば、ES細胞を動物個体の皮下や腹腔内、精巣内等に移植すると、奇形腫(テラトーマ)と呼ばれる腫瘍が形成されるが、当該腫瘍は神経細胞や骨・軟骨細胞、腸管細胞、筋細胞等、様々な種類の細胞・組織が混ざり合ったものである。また、マウスの場合、ES細胞を胚盤胞期胚に注入移植したもの又は8細胞期胚と凝集させて作らせた集合胚を偽妊娠マウスの子宮内に移植することにより、体内のすべて、若しくは一部の器官・組織内に、ES細胞に由来した分化細胞をある割合で含む仔個体、いわゆるキメラマウスを作出することができる。この技術は、所望の遺伝子を人為的に破壊、若しくは改変を加えたマウス個体、いわゆるノックアウトマウスを作製するための基幹技術として頻用されている。   The ES cell line produced in this way repeats proliferation and passage almost indefinitely while maintaining a normal karyotype, and has the ability to differentiate into various types of cells, that is, pluripotency. . For example, when ES cells are transplanted subcutaneously, intraperitoneally, in the testis, etc. of an animal individual, a tumor called a teratoma is formed. The tumor is a nerve cell, bone / chondrocyte, intestinal cell, muscle cell. Various types of cells / tissues are mixed together. Further, in the case of mice, all of the body can be obtained by injecting and transplanting ES cells into blastocyst stage embryos or collecting embryos aggregated with 8-cell stage embryos into the uterus of pseudopregnant mice. Alternatively, it is possible to produce offspring individuals, so-called chimeric mice, that contain differentiated cells derived from ES cells in a certain proportion in some organs / tissues. This technique is frequently used as a basic technique for producing a mouse individual in which a desired gene is artificially disrupted or modified, that is, a so-called knockout mouse.

さらに、ES細胞は、試験管内培養においても、多種多様な細胞種に分化誘導できることが知られている。細胞種によりその詳細な方法は異なるが、ES細胞を浮遊培養により凝集させ、擬似胚状態の細胞塊、いわゆる胚様体(Embryoid Body;以下、EBと略す)を形成させることによって分化を誘導する方法が一般的に用いられる。この様な方法により、胎児期の内胚葉や外胚葉、中胚葉の性質を有した細胞や、血球細胞、血管内皮細胞、軟骨細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、グリア細胞、神経細胞、上皮細胞、メラノサイト、ケラチノサイト、脂肪細胞等の分化細胞を作製することができる。この様にしてin vitro培養下で作製された分化細胞は、臓器・組織中に存在する細胞と、構造的から機能的にほぼ同じ形質を有しており、実験動物を用いた移植実験により、ES細胞由来細胞が臓器・組織中に定着し、正常に機能することが示されている。   Furthermore, it is known that ES cells can be induced to differentiate into various cell types even in vitro culture. Although the detailed method differs depending on the cell type, differentiation is induced by agglutination of ES cells by suspension culture to form a cell mass in a pseudo-embryonic state, so-called embryoid body (hereinafter abbreviated as EB). The method is commonly used. In this way, cells with fetal embryonic endoderm, ectoderm, and mesoderm properties, blood cells, vascular endothelial cells, chondrocytes, skeletal muscle cells, smooth muscle cells, cardiomyocytes, glial cells, nerves Differentiated cells such as cells, epithelial cells, melanocytes, keratinocytes, and adipocytes can be prepared. Differentiated cells produced in this way under in vitro culture have structurally and functionally almost the same traits as cells present in organs and tissues. By transplantation experiments using experimental animals, It has been shown that ES cell-derived cells settle in organs and tissues and function normally.

以上、ES細胞の特性や培養法、及びそのin vivo/in vitro分化能に関する総説として、複数の参考書籍、例えば、Guide to Techniques in Mouse Development(Wasserman et al.,Academic Press,1993);Embryonic Stem Cell Differentiation in vitro(M.V.Wiles、Meth.Enzymol.225:900,1993);Manipulating the Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,1994)(非特許文献1参照);Embryonic Stem Cells(Turksen編、Humana Press,2002)(非特許文献2参照)等を参照することができる。   As described above, as a review on the characteristics and culture methods of ES cells and their in vivo / in vitro differentiation ability, a plurality of reference books such as Guide to Techniques in Mouse Development (Wasserman et al., Academic Press, 1993); Cell Differentiation in Vitro (MV Wiles, Meth. Enzymol. 225: 900, 1993); Manipulating the Mouse Embryo: A laborary manual 19 (Hogen et al., Cold non-patent literature). ); Embryo Reference can be made to nic Stem Cells (Turksen edited by Humana Press, 2002) (see Non-Patent Document 2).

また、EG細胞は、始原生殖細胞(primordial germ cells)と呼ばれる胎児期の生殖細胞を、ES細胞の場合と同様、MEF細胞やSTO細胞等のフィーダー細胞上で、白血病阻害因子(Leukemia Inhibitory Factor;以下、LIFと略す)及び塩基性線維芽細胞増殖因子(basic Fibroblast Growth Factor:以下、bFGF/FGF−2)若しくはフォルスコリン等の薬剤で刺激することにより作製することができる(Matsui et al.,Cell 70:841,1992参照;Koshimizu et al.,Development 122:1235,1996参照)。EG細胞は、ES細胞ときわめて類似した性質を有しており、分化多能性を有していることが確認されている(Thomson & Odorico、Trends Biotechnol.18:53,2000)。そのため、以下、「ES細胞」と表記した場合は、「EG細胞」も含むことがある。   In addition, EG cells are obtained by using embryonic germ cells called primordial germ cells on leukemia inhibitory factor (Leukemia Inhibitory Factor) on feeder cells such as MEF cells and STO cells as in the case of ES cells. (Hereinafter abbreviated as LIF) and basic fibroblast growth factor (hereinafter referred to as bFGF / FGF-2) or forskolin (Matsui et al.,). Cell 70: 841, 1992; Koshimazu et al., Development 122: 1235, 1996). EG cells have properties very similar to ES cells and have been confirmed to have pluripotency (Thomson & Odorico, Trends Biotechnol. 18:53, 2000). Therefore, hereinafter, “ES cell” may include “EG cell”.

1995年、Thomsonらが初めて霊長類(アカゲザル)からES細胞を樹立したことにより、多能性幹細胞を用いた再生医療の実用化が現実味を帯びてきた(米国特許第5,843,780号;Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92:7844,1995)。続いて同様の方法により、彼らはヒト初期胚からES細胞株を単離・樹立することに成功した(Science 282:114,1998)。その後、オーストラリアとシンガポールの研究グループからも同様の報告(Reubinoffら、 Nat.Biotech.18:399,2000;国際公開番号第00/27995号)がなされており、現在、米国・国立衛生研究所(NIH)のリスト(http://stemcells.nih.gov/registry/index.asp)には20種以上のヒトES細胞株が登録されている。一方、Gearhart et al.は、ヒト始原生殖細胞からヒトEG細胞株を樹立することに成功している(Shamblott et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:13726,1998;米国特許第6,090,622号)。   In 1995, Thomson et al. Established ES cells from primates (rhesus monkeys) for the first time, and practical application of regenerative medicine using pluripotent stem cells has become a reality (US Pat. No. 5,843,780; Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 7844, 1995). Subsequently, by a similar method, they succeeded in isolating and establishing ES cell lines from human early embryos (Science 282: 114, 1998). Since then, similar reports have been made by research groups in Australia and Singapore (Rebinoff et al., Nat. Biotech. 18: 399, 2000; International Publication No. 00/27995). The list of NIH) (http://stemcells.nih.gov/registry/index.asp) contains 20 or more human ES cell lines. Meanwhile, Garhart et al. Has successfully established a human EG cell line from human primordial germ cells (Shamblott et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 13726, 1998; US Pat. No. 6,090,622). ).

これらの多能性幹細胞を研究材料若しくは再生医療製品の作製のために使用する場合、当該細胞の未分化性及び高い増殖能を保持する方法で継代培養することが不可欠である。一般的にES/EG細胞は、MEF細胞若しくはその類似細胞(STO細胞など)をフィーダーとして用いることにより、当該細胞の未分化性及び増殖能を維持することができる。培養液に添加する牛胎児血清(Fetal Bovine Serum;以下、FBS)の存在も重要であり、ES/EG細胞の培養に適したFBSを選定し、当該FBSを通常、10〜20%量添加することが肝要である。さらに、マウス胚に由来するES/EG細胞の場合、その未分化状態を維持する因子としてLIFが同定されており(Smith & Hooper、Dev.Biol.121:1,1987;Smith et al.,Nature 336:688,1988;Rathjen et al.,Genes Dev.4:2308,1990)、培養液中にLIFを添加することにより、より効果的に未分化状態を保つことができる(以上、参考書籍として、Manipulating the Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,1994(非特許文献1)や、Embryonic Stem Cells(Turksen編、Humana Press,2002)(非特許文献2)等を参照のこと)。   When these pluripotent stem cells are used for the production of research materials or regenerative medicine products, it is indispensable to subculture them in a manner that retains the undifferentiated nature and high proliferation ability of the cells. In general, ES / EG cells can maintain the undifferentiation and proliferative ability of the cells by using MEF cells or similar cells (such as STO cells) as feeders. The presence of fetal bovine serum (hereinafter referred to as FBS) to be added to the culture medium is also important, and an FBS suitable for ES / EG cell culture is selected, and the FBS is usually added in an amount of 10 to 20%. It is important. Furthermore, in the case of ES / EG cells derived from mouse embryos, LIF has been identified as a factor that maintains the undifferentiated state (Smith & Hooper, Dev. Biol. 121: 1, 1987; Smith et al., Nature). 336: 688, 1988; Rathjen et al., Genes Dev. 4: 2308, 1990), and by adding LIF to the culture medium, the undifferentiated state can be more effectively maintained (as a reference book) , Manipulating the Mouse Embryo: A laboratory manual (Hogan et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994 (Non-patent Document 1), Embronic Stem Ce. ls (Turksen ed., Humana Press, 2002) see (Non-Patent Document 2)).

ところが、これらの古典的なES/EG細胞の培養法は、特にヒトES(又はEG)細胞を、再生医療またはその他の実用的な目的のために使用する場合、適した方法であるとは言えない。その理由として、第一に、ヒトES細胞はLIFに対する反応性を有しておらず、フィーダー細胞が存在しないと当該細胞は死滅するか又は未分化性を失って異種細胞に分化してしまう(Thomson et al.,Science 282:114,1998)ことが挙げられる。また、フィーダー細胞の使用自体にも問題があり、この様な共培養系は生産コストを高めるとともに培養スケールの拡大を困難にし、しかもES細胞を実際に使用する際に、ES細胞をフィーダー細胞から分離・精製する必要が生じてくる。また、将来的にヒトES細胞をはじめとする多能性幹細胞を再生医療用、特に細胞移植治療用の細胞ソースとして使用する場合、MEF細胞やFBS等、非ヒト動物に由来する細胞や製品の使用は、ES細胞が異種動物由来のウイルスに感染する可能性や、異種抗原として認識され得る抗原分子に対する汚染等が危惧され、好ましくない(Martin et al.,Nature Med.11:228,2005)。   However, these classical ES / EG cell culture methods are suitable methods, particularly when human ES (or EG) cells are used for regenerative medicine or other practical purposes. Absent. The reason for this is that, firstly, human ES cells do not have reactivity with LIF, and in the absence of feeder cells, the cells die or become undifferentiated and differentiate into heterologous cells ( Thomson et al., Science 282: 114, 1998). In addition, there is a problem in the use of feeder cells themselves, and such a co-culture system increases the production cost and makes it difficult to expand the culture scale. Moreover, when ES cells are actually used, the ES cells are removed from the feeder cells. It becomes necessary to separate and purify. In the future, when pluripotent stem cells such as human ES cells are used as a cell source for regenerative medicine, particularly cell transplantation treatment, cells and products derived from non-human animals such as MEF cells and FBS The use is not preferred because ES cells may be infected with a virus derived from a heterologous animal or contaminated with an antigen molecule that can be recognized as a heterologous antigen (Martin et al., Nature Med. 11: 228, 2005). .

そのため、ES/EG細胞の培養法を、より洗練され、将来的な実用化に適した方法に改良するため、FBS代替品の開発(国際公開番号WO98/30679)や、MEF細胞の代わりにヒト細胞をフィーダーとして用いる試み(Richards et al.,Nature Biotech.20:933,2002;Cheng et al.,Stem Cells 21:131,2003;Hovatta et al.,Human Reprod.18:1404,2003;Amit et al.,Biol.Reprod.68:2150,2003)が精力的に進められている。   Therefore, in order to improve the ES / EG cell culture method to a more refined method suitable for future practical use, development of an FBS alternative (International Publication No. WO98 / 30679) and human instead of MEF cell Attempts to use cells as feeders (Richards et al., Nature Biotech. 20: 933, 2002; Cheng et al., Stem Cells 21: 131, 2003; Hovatta et al., Human Reprod. 18: 1404, 2003; Amit et al., Biol.Reprod. 68: 2150, 2003).

また、フィーダーを使用しない培養法の開発も目覚しい。Carpenter及びその共同研究者らは、ES細胞をマトリゲル又はラミニンでコーティングした培養プレートに播種し、MEF細胞の培養上清(conditioned medium)を培養液に添加することにより、ヒトES細胞を未分化かつ分化多能性を保有した状態で長期間培養できることを報告した(Xu et al.,Nature Biotech.19:971,2001(非特許文献3);国際公開番号第01/51616号(特許文献1)参照)。さらに、同グループは、bFGF/FGF−2や幹細胞増殖因子(Stem Cell Factor;以下、SCF)を添加した無血清培地を開発することにより、より効果的なES細胞培養系の構築に成功した(国際公開番号第 03/020920号(特許文献2)参照)。同様の無血清培地を用いた、フィーダー不要のES細胞培養系が、イスラエルの研究グループからも報告されている(Amit et al.,Biol.Reprod.70:837,2004(非特許文献4)参照)。   In addition, the development of culture methods that do not use feeders is also remarkable. Carpenter and coworkers seeded ES cells in a culture plate coated with matrigel or laminin, and added the culture supernatant of MEF cells to the culture medium to undifferentiate human ES cells. It has been reported that long-term culturing can be performed while maintaining pluripotency (Xu et al., Nature Biotech. 19: 971, 2001 (Non-patent Document 3); International Publication No. 01/51616 (Patent Document 1) reference). Furthermore, the group succeeded in constructing a more effective ES cell culture system by developing a serum-free medium supplemented with bFGF / FGF-2 and stem cell growth factor (hereinafter referred to as SCF) ( International Publication No. 03/020920 (Patent Document 2)). A feeder-free ES cell culture system using a similar serum-free medium has also been reported by a research group in Israel (see Amit et al., Biol. Reprod. 70: 837, 2004 (Non-patent Document 4)). ).

また、最近では、bFGF/FGF−2と、骨形成因子(bone morphogenetic proteins)アンタゴニストであるノギン(Noggin)を添加することにより、ヒトES細胞の未分化性を維持する方法も報告された(Xu et al.,Nature Methods 2:185,2005)。一方、グリコーゲン合成酵素キナーゼ(Glycogen Synthase Kinase:GSK)−3阻害剤を培養液に添加するだけで、特に成長因子等の添加をしなくても、フィーダー細胞を使わずにマウス及びヒトES細胞の未分化性を効率的に維持できることも示されている(Sato et al.,Nature Med.10:55,2004(非特許文献5)参照)。   Recently, a method for maintaining undifferentiation of human ES cells by adding bFGF / FGF-2 and Noggin, which is a bone morphogenetic protein antagonist, has also been reported (Xu). et al., Nature Methods 2: 185, 2005). On the other hand, by adding a Glycogen Synthase Kinase (GSK) -3 inhibitor to the culture solution, it is possible to detect mouse and human ES cells without using feeder cells, especially without adding growth factors. It has also been shown that undifferentiation can be efficiently maintained (see Sato et al., Nature Med. 10:55, 2004 (Non-Patent Document 5)).

この様に、フィーダー細胞を使用しない多能性幹細胞の培養法に関し、新しい方法が考案されつつあるが、当該細胞の実用化及び産業的な使用のためには、多能性幹細胞の増殖効果及び培養法の至便性を、より一層、高めることが必要である。   As described above, new methods are being devised for culturing pluripotent stem cells that do not use feeder cells. For practical use and industrial use of the cells, the proliferation effect of pluripotent stem cells and It is necessary to further enhance the convenience of the culture method.

マウスES/EG細胞の未分化状態を維持し、かつ、その増殖能を高める因子としては、上記のLIFが公知であり、LIFに類似するIL−6ファミリー分子もその範疇に含まれる(Yoshida et al.,Mech.Dev.45:163,1994;Koshimizu et al.,Development 122:1235,1996参照)が、その他の例はほとんど報告されていない。最近、bFGF/FGF−2やSCFを添加した無血清培地が、ヒトES細胞の増殖能を著明に亢進することが報告された(国際公開番号第03/020920号(特許文献2)参照)。   The above-mentioned LIF is known as a factor that maintains the undifferentiated state of mouse ES / EG cells and enhances the proliferation ability thereof, and IL-6 family molecules similar to LIF are also included in the category (Yoshida et al. al., Mech. Dev. 45: 163, 1994; Koshimizu et al., Development 122: 1235, 1996), but few other examples have been reported. Recently, it has been reported that a serum-free medium supplemented with bFGF / FGF-2 or SCF significantly enhances the proliferation ability of human ES cells (see International Publication No. 03/020920 (Patent Document 2)). .

従来はそもそもES細胞の特性、すなわち、当該細胞の増殖性が他の細胞と比較して旺盛であることから増殖能に係る知見を得る試みは少なく、かつ、再生医療現場のニーズから当該細胞の増殖性を高める必要性がある。   In the past, the characteristics of ES cells, that is, the proliferative potential of the cells is vigorous compared to other cells, so there are few attempts to obtain knowledge about the proliferative ability. There is a need to increase proliferation.

現状における多能性幹細胞の培養に関する課題の1つとして、当該細胞は一般に堅固なコロニーを形成するため、継代培養等の際の取り扱いが困難であることが挙げられる。未分化なES/EG細胞は、通常、細胞同士が互いに強く接着した状態を呈し、1つ1つの細胞の境界が不明瞭になるほどの細胞集塊、すなわち、コロニーを形成する。そのため、ES/EG細胞の継代や、分化誘導等の実験に供する際には、トリプシン等のタンパク質分解酵素溶液で処理し、できるだけ短時間でコロニーを分散させる必要がある。しかしながら、その場合、ES/EG細胞のコロニーを分散させ、単一細胞とするためには、比較的高濃度のタンパク質分解酵素処理及び/又は激しい機械的撹拌を施す必要があり、これらの操作はES/EG細胞の生存性や生着性を著しく低下させる。   One of the problems related to the culture of pluripotent stem cells at present is that the cells generally form a solid colony and are difficult to handle during subculture. Undifferentiated ES / EG cells usually exhibit a state in which the cells are strongly adhered to each other, and form cell clumps, that is, colonies such that the boundaries of each cell become unclear. Therefore, when subjected to experiments such as subculture of ES / EG cells or differentiation induction, it is necessary to disperse colonies in as short a time as possible by treating with a proteolytic enzyme solution such as trypsin. However, in that case, in order to disperse the colonies of ES / EG cells into single cells, it is necessary to apply a relatively high concentration of proteolytic enzyme treatment and / or vigorous mechanical agitation. It significantly reduces the viability and engraftment of ES / EG cells.

さらに、ES/EG細胞は、密集した状態で培養を続けると自発的に分化が進んでしまうので、継代時に単一細胞になるまで分散させること、また、コロニーが過度な大きさに成長する前に継代を行なうことが必要である。例えばマウスES細胞の場合、通常、2〜3日ごとに継代をする必要があるが、その際、適切な方法で継代を行なわないと、未分化状態を逸脱した細胞が集団中に出現して、使用に適さない細胞となってしまう。これは、単にES/EG細胞の未分化性を維持する因子、例えば、上記のLIFやGSK−3阻害剤を十分量添加しただけでは解決できず、過剰なコロニーの成長は、分化形質を有した細胞の出現を誘起する。そのため、ES/EG細胞がコロニーを形成しない状態で、すなわち、細胞が1つずつ分散した状態で増殖させる方法は、ES/EG細胞を産業上の利用に供する場合、きわめて有用であると考えられる。しかしながら、この様な試み及び/又は成功例は、これまで皆無であった。   Furthermore, ES / EG cells will spontaneously differentiate if they continue to be cultured in a dense state, so they are dispersed until they become single cells at the time of passage, and colonies grow to an excessive size. It is necessary to perform the passage before. For example, in the case of mouse ES cells, it is usually necessary to pass every 2 to 3 days. However, if passage is not performed by an appropriate method, cells that have deviated from an undifferentiated state appear in the population. Thus, the cells become unsuitable for use. This cannot be solved simply by adding a sufficient amount of a factor that maintains the undifferentiation of ES / EG cells, such as the above-mentioned LIF and GSK-3 inhibitors, and excessive colony growth has a differentiation trait. Induce the appearance of damaged cells. Therefore, the method of growing in a state where ES / EG cells do not form colonies, that is, in a state where the cells are dispersed one by one, is considered to be extremely useful when the ES / EG cells are used for industrial use. . However, there has been no such attempt and / or success.

また、近年、胚の破壊を伴わないで、皮膚や臓器の細胞から作製することのできる分化万能性細胞、いわゆる人工多能性幹細胞(iPS細胞、誘導多能性幹細胞)が作製された(特許文献3、特許文献4、特許文献5)。
iPS細胞は、マウスおよびヒトにおいて樹立されている。胚の破壊という倫理面の問題を伴わないで得られることや、ヒトiPS細胞は、治療対象となる患者由来の細胞を用いて作製された後、各組織の細胞へと分化させることができるため、特に再生医学の領域において、拒絶反応のない移植材料として期待されている。iPS細胞は、ES細胞と同様の性質を有しており、上記したようなES細胞と同様の問題を抱えている。
In recent years, so-called induced pluripotent stem cells (iPS cells, induced pluripotent stem cells) that can be prepared from skin and organ cells without destroying the embryo have been prepared (patents). Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5).
iPS cells have been established in mice and humans. Because it can be obtained without the ethical problem of embryo destruction, and human iPS cells can be differentiated into cells of each tissue after being prepared using patient-derived cells to be treated In particular, in the field of regenerative medicine, it is expected as a transplant material without rejection. iPS cells have the same properties as ES cells and have the same problems as ES cells described above.

以前、発明者らは、胚性癌腫細胞の一種であり、通常はコロニーを形成して増殖することが知られているF9細胞を、E−カドヘリンをコーティングした培養プレート(Nagaoka et al.,Biotechnol.Lett.24:1857,2002(非特許文献6)参照)に播種することにより、当該細胞のコロニーが形成されなくなることを見い出した(International Symposium on Biomaterials and Drug Delivery Systems、2002.04.14〜16、台北、台湾;第1回日本再生医療学会、2002.4.18〜19.、京都、日本)。すなわち、F9細胞の細胞接着分子として知られるE−カドヘリンを無処理のポリスチレン製培養プレートに固相化した培養プレート(以下、E−cadプレート)上において、F9細胞は分散型の細胞形態を呈した。   Previously, the inventors used a culture plate coated with E-cadherin (Nagaoka et al., Biotechnol), which is a type of embryonal carcinoma cell and is known to grow normally in colonies. Lett. 16, Taipei, Taiwan; 1st Japan Society for Regenerative Medicine, 2002.18-18., Kyoto, Japan). That is, on a culture plate (hereinafter referred to as E-cad plate) in which E-cadherin known as a cell adhesion molecule of F9 cells is solid-phased on an untreated polystyrene culture plate, the F9 cells exhibit a dispersed cell form. did.

F9細胞は、ES/EG細胞の特異マーカーとして知られるアルカリ性フォスファターゼ(ALkaline Phosphatase;以下、ALP)やSSEA−1、Oct−3/4等を発現する等、一部、ES細胞に似た形質を呈する(Lehtonen et al.,Int.J.Dev.Biol.33:105,1989,Alonso et al.,35:389,1991)。しかしながら、F9細胞の場合、フィーダー細胞やLIF等は当該細胞の未分化性を維持するために必要とはされず、その未分化維持機構には差異が認められる。また、ES細胞は三胚葉への分化能を有しているのに対し、F9細胞の分化は内胚葉系細胞に限られており、キメラ形成能も有さない。すなわち、F9細胞は、ある種の実験ではES/EG細胞のモデル系として使用される場合もあるけれども、培養法や培養条件に関しては、ES/EG細胞と異なる点が多い。   F9 cells express traits similar to those of ES cells, such as expressing alkaline phosphatase (hereinafter referred to as ALP), SSEA-1, Oct-3 / 4, etc., which are known as specific markers of ES / EG cells. (Lehtonen et al., Int. J. Dev. Biol. 33: 105, 1989, Alonso et al., 35: 389, 1991). However, in the case of F9 cells, feeder cells, LIF, and the like are not required to maintain the undifferentiated nature of the cells, and there are differences in their undifferentiated maintenance mechanisms. In addition, ES cells have the ability to differentiate into three germ layers, whereas F9 cells are limited to endoderm cells and do not have chimera-forming ability. That is, F9 cells may be used as a model system for ES / EG cells in certain experiments, but there are many differences from ES / EG cells with respect to culture methods and culture conditions.

そのため、上記E−cadプレートを、フィーダー細胞を必要としないES細胞培養法に適用し得るか、また、その様な方法で培養したES細胞が未分化性及び分化多能性を保持した状態で継代培養し得るか、さらには当該ES細胞の増殖能を促進し得るか等の点に関しては、科学的根拠に基づいて予測することはできなかった。実際、E−cadプレートで培養したF9細胞の増殖能は、従来の細胞培養用プレートで培養したF9細胞とほぼ同等であり、ES細胞の増殖能を促進し得ることを類推できる事実は得られなかった。   Therefore, the E-cad plate can be applied to an ES cell culture method that does not require feeder cells, or the ES cells cultured by such a method retain undifferentiation and pluripotency. Whether it could be subcultured or further promote the proliferation ability of the ES cells could not be predicted based on scientific evidence. In fact, the proliferative ability of F9 cells cultured on an E-cad plate is almost the same as that of F9 cells cultured on a conventional cell culture plate, and the fact that analogy can promote the proliferative ability of ES cells is obtained. There wasn't.

E−カドヘリンは、未分化なマウスES細胞で発現していることが公知であり、また、E−カドヘリン遺伝子の発現を遺伝子工学的に欠失させたES細胞では、その細胞間接着が著しく阻害されることが知られている(Larue et al.,Development 122:3185,1996)。しかしながら、ES/EG細胞の培養法において、E−カドヘリンを接着基質として使用する試みは、これまで皆無であった。   E-cadherin is known to be expressed in undifferentiated mouse ES cells, and in ES cells in which the expression of E-cadherin gene has been deleted by genetic engineering, its cell-cell adhesion is significantly inhibited. (Larue et al., Development 122: 3185, 1996). However, there has been no attempt to use E-cadherin as an adhesion substrate in the ES / EG cell culture method.

上記の効率的な増殖法に加え、ES細胞をはじめとする多能性幹細胞を、研究材料若しくは再生医療製品の作製のために使用する場合、当該細胞に対し、所望する外来遺伝子を効率的に細胞内に導入し、発現させるための方法の構築も必要とされる。特にES細胞を様々な疾患治療等の再生医療に応用していくためには、当該細胞の増殖能や分化能などの細胞特性、又は薬剤感受性などを変えることも1つの手段として考えられ、その実現のためには、適当な外来遺伝子を細胞内に導入し、発現させる方法が好適である。また、マウスES細胞の場合、その遺伝子を人為的に改変することにより、いわゆるトランスジェニックマウスやノックアウトマウス等の作製ができることも広く公知であり、この場合も効率的な遺伝子導入法はきわめて有用である。   In addition to the above efficient proliferation method, when pluripotent stem cells such as ES cells are used for the production of research materials or regenerative medical products, the desired foreign gene can be efficiently transferred to the cells. There is also a need for construction of methods for introduction and expression in cells. In particular, in order to apply ES cells to regenerative medicine such as treatment of various diseases, it is considered as one means to change cell characteristics such as proliferation ability and differentiation ability of the cells, or drug sensitivity. For realization, a method of introducing an appropriate foreign gene into a cell and expressing it is preferable. In addition, in the case of mouse ES cells, it is widely known that so-called transgenic mice and knockout mice can be prepared by artificially modifying the gene. In this case, an efficient gene transfer method is extremely useful. is there.

一般的に細胞に外来遺伝子を導入する場合、リン酸カルシウムやDEAE−デキストラン、更にはカチオン性脂質製剤等を用いる方法が頻用される。しかし、これらの方法をES細胞に適用した場合、他の細胞系と比較してその効率は低いことが知られている(Lakshmipathy et al.,Stem Cells 22:531,2004(非特許文献8)参照)。また、外来遺伝子を導入するための方法として、各種ウイルスベクターを用いた方法も報告されている。例えば、レトロウイルス・ベクター(Cherry et al.,Mol.Cell Biol.,20:7419,2000)やアデノウイルス・ベクター(Smith−Arica et al.,Cloning Stem Cells5:51,2003)、レンチウイルス・ベクター(Hamaguchi et al.J.Virol.74:10778,2000;Asano et al.,Mol.Ther.6:162,2002;国際公開番号第WO02/101057)、センダイウイルス・ベクター(Sasaki et al.,Gene Ther.12:203,2005;日本国特許公開番号第2004−344001)等が公知である。しかしながら、ウイルスベクターの構築及び作製には比較的煩雑かつ長期の作業を必要とするとともに、用いるウイルスによっては生物学的安全性の問題も懸念され、簡便かつ汎用的な方法とは言えない。   In general, when a foreign gene is introduced into a cell, a method using calcium phosphate, DEAE-dextran, or a cationic lipid preparation is frequently used. However, when these methods are applied to ES cells, it is known that the efficiency thereof is low compared to other cell lines (Lakshmipathy et al., Stem Cells 22: 531, 2004 (Non-patent Document 8)). reference). In addition, methods using various viral vectors have been reported as methods for introducing foreign genes. For example, retrovirus vectors (Cherry et al., Mol. Cell Biol., 20: 7419, 2000), adenovirus vectors (Smith-Arica et al., Cloning Stem Cells 5:51, 2003), lentivirus vector (Hamaguchi et al. J. Virol. 74: 10778, 2000; Asano et al., Mol. Ther. 6: 162, 2002; International Publication No. WO02 / 101057), Sendai virus vector (Sasaki et al., Gene). Ther., 12: 203, 2005; Japanese Patent Publication No. 2004-344001) and the like are known. However, the construction and production of viral vectors require relatively complicated and long-term work, and depending on the virus used, there are concerns about biological safety problems, and this is not a simple and versatile method.

そのため、ES細胞に外来遺伝子を導入する場合、電気穿孔法(electroporation)と呼ばれる方法が頻用される。本法は、細胞に電気パルスをかけることにより、細胞膜に一過的に孔を開け、外来遺伝子を細胞内に導入させる方法であり、汎用性が高い。最近では、方法の改良法として、外来遺伝子を細胞核内にまで導入し、その発現効率を著しく向上させる、Nucleofectionと呼ばれる方法も確立されている(Lorenz et al.,Biotech.Lett.26:1589,2004;Lakshmipathy et al.,Stem Cells 22:531,2004(非特許文献8)参照)。ただし、これらの方法は特別な電気パルス発生装置を必要とし、至適条件の設定も難しい。また、細胞をいったんトリプシン等の蛋白分解酵素で処理して単一細胞に分散させる必要もあり、細胞傷害性も比較的高い。
そのため、ES細胞をはじめとする多能性幹細胞の遺伝子導入法において、安価に購入できる、又は簡便に作製できる遺伝子導入剤を用い、細胞を培養器上で培養したままの状態で効率的に外来遺伝子を導入し得る方法は、きわめてその有用性が高いと考えられる。
Therefore, when introducing a foreign gene into ES cells, a method called electroporation (electroporation) is frequently used. This method is highly versatile because it is a method in which pores are transiently opened in a cell membrane by applying an electric pulse to the cell and a foreign gene is introduced into the cell. Recently, as a method for improving the method, a method called Nucleofection has been established which introduces a foreign gene into the cell nucleus and significantly improves its expression efficiency (Lorenz et al., Biotech. Lett. 26: 1589, 2004; Lakshmipathy et al., Stem Cells 22: 531, 2004 (non-patent document 8)). However, these methods require a special electric pulse generator, and it is difficult to set optimum conditions. In addition, the cells need to be once treated with a protease such as trypsin and dispersed in a single cell, and the cytotoxicity is relatively high.
Therefore, in the gene transfer method for pluripotent stem cells including ES cells, a gene transfer agent that can be purchased at low cost or can be easily prepared is used, and the cells are efficiently transferred in a state where the cells are cultured on the incubator. A method that can introduce a gene is considered to be very useful.

国際公開2001/51616号International Publication No. 2001/51616 国際公開2001/51616号International Publication No. 2001/51616 国際公開2007/069666号International Publication No. 2007/069666 国際公開2009/057831号International Publication No. 2009/057831 国際公開2009/075119号International Publication No. 2009/075119

Manipulatingthe Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.,Cold Spring Harbor LaboratoryPress,1994Manipulating the Mouse Embryo: A laboratory manual (Hogan et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994 Embryonic Stem Cells(Turksen編、HumanaPress,2002)Embryonic Stem Cells (Turksen, HumanaPress, 2002) Xu et al.,Nature Biotech.19:971,2001Xu et al., Nature Biotech. 19: 971,2001 Amit et al.,Biol.Reprod.70:837,2004Amit et al., Biol.Reprod. 70: 837,2004 Sato et al.,Nature Med.10:55,2004Sato et al., Nature Med. 10: 55,2004 Nagaoka et al.,Biotechnol.Lett.24:1857,2002Nagaoka et al., Biotechnol. Lett. 24: 1857,2002 Nagaoka et al.,Protein Eng.16:243,2003Nagaoka et al., Protein Eng. 16: 243,2003 Lakshmipathy et al.,Stem Cells 22:531,2004Lakshmipathy et al., Stem Cells 22: 531,2004

上記のようなES細胞、iPS細胞といった分化万能性細胞を、拒絶反応のない移植材料として用いるためには、特定の細胞に分化させる必要がある。分化万能性細胞を任意の細胞に分化させるに当たっては、分化誘導の効率はもとより、分化誘導後の細胞の均一性が求められる。即ち、分化誘導後に、目的外のものに分化した細胞や未分化の細胞など目的の細胞以外の細胞が混入していることは、移植後の癌化の危険性を避けるためにも好ましくない。
例えば、胚様体(Embryoid body)の形成や、フィーダー細胞の使用を含む従来の分化誘導方法では、細胞塊(cell colony)が形成され、その中において3種すべての胚葉系統の細胞が誘導されてしまい、目的の細胞のみを高い純度で得ることができないといった問題があった。
In order to use pluripotent cells such as ES cells and iPS cells as described above as a transplant material without rejection, it is necessary to differentiate into specific cells. In order to differentiate a pluripotent cell into an arbitrary cell, not only the efficiency of differentiation induction but also uniformity of the cell after differentiation induction is required. That is, after differentiation induction, it is not preferable that cells other than the target cells, such as differentiated cells and undifferentiated cells, are mixed in to avoid the risk of canceration after transplantation.
For example, in the conventional differentiation induction methods including the formation of embryoid bodies and the use of feeder cells, cell colonies are formed, in which cells of all three germ layers are induced. As a result, there is a problem that only the target cells cannot be obtained with high purity.

そこで本発明の目的は、フィーダー細胞を用いずに多能性幹細胞を培養することができ、多能性幹細胞を高い純度で、特定の細胞に分化させることが可能であり、分化後の細胞の選抜にも用いることができる細胞培養基材およびそれを用いた細胞培養方法並びに多能性幹細胞の分化誘導方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to cultivate pluripotent stem cells without using feeder cells, and to differentiate pluripotent stem cells into specific cells with high purity. The object is to provide a cell culture substrate that can also be used for selection, a cell culture method using the same, and a method for inducing differentiation of pluripotent stem cells.

本発明者等は鋭意検討した結果、表面に、特定のタンパク質とポリマーを、固定またはコーティングした細胞培養基材とすることにより上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using a cell culture substrate in which a specific protein and polymer are fixed or coated on the surface, and the present invention has been completed. .

即ち、本発明は、細胞培養基材、およびそれを用いた細胞培養方法並びに多能性幹細胞の分化誘導方法に関する、以下の[1]〜[11]である。   That is, the present invention relates to the following [1] to [11] relating to a cell culture substrate, a cell culture method using the same, and a differentiation induction method for pluripotent stem cells.

[1]表面に、カドヘリンファミリーに属するタンパク質またはカドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質、および、糖側鎖を有するポリマーを、固定またはコーティングしたことを特徴とする細胞培養基材。
[2]前記糖側鎖が、ラクトースまたはガラクトースである[1]の細胞培養基材。
[3]前記糖側鎖を有するポリマーが、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)である[1]または[2]の細胞培養基材。
[4]前記カドヘリンファミリーに属するタンパク質が、E−カドヘリン、または、E−カドヘリンと相同性を有するタンパク質であって、EC1ドメイン、EC2ドメイン、EC3ドメイン、EC4ドメインおよびEC5ドメインのうち1つ以上を含み、かつE−カドヘリンと同種親和性の結合能を有するタンパク質である[1]〜[3]のいずれかの細胞培養基材。
[5]前記カドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質が、E−カドヘリンと、免疫グロブリンのFc領域との融合タンパク質である[1]〜[3]のいずれかの細胞培養基材。
[6]前記カドヘリンファミリーに属するタンパク質またはカドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質と、糖側鎖を有するポリマーとが海島構造を形成している[1]〜[5]のいずれかの細胞培養基材。
[7][1]〜[6]のいずれかの細胞培養基材と、液体培地とを用いて、未分化性および分化多能性を維持しながら多能性幹細胞を増殖させることを特徴とする細胞培養方法。
[8][1]〜[6]のいずれかの細胞培養基材と、分化誘導因子を含む液体培地とを用いて、多能性幹細胞を分化させることを特徴とする多能性幹細胞の分化誘導方法。
[9]多能性幹細胞を肝細胞へ分化させる[8]の多能性幹細胞の分化誘導方法。
[10][1]〜[6]のいずれかの細胞培養基材と、分化誘導因子を含む液体培地とを用いて、多能性幹細胞を肝細胞に分化させ、細胞培養基材から該肝細胞を分離し、ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーを表面に固定またはコーティングした細胞培養基材に播き、培養することを特徴とする細胞培養方法。
[11]前記ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーが、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)である[10]の細胞培養方法。
[1] A cell culture medium characterized by fixing or coating a surface of a protein belonging to the cadherin family or a fusion protein including all or part of a protein belonging to the cadherin family, and a polymer having a sugar side chain Wood.
[2] The cell culture substrate according to [1], wherein the sugar side chain is lactose or galactose.
[3] The cell culture substrate according to [1] or [2], wherein the polymer having a sugar side chain is poly (pN-vinylbenzyl-D-lactone amide).
[4] The protein belonging to the cadherin family is E-cadherin or a protein having homology with E-cadherin, and one or more of EC1 domain, EC2 domain, EC3 domain, EC4 domain and EC5 domain The cell culture substrate according to any one of [1] to [3], which is a protein containing and having a binding affinity with the same affinity as E-cadherin.
[5] The cell culture according to any one of [1] to [3], wherein the fusion protein containing all or part of the protein belonging to the cadherin family is a fusion protein of E-cadherin and an Fc region of an immunoglobulin. Base material.
[6] The protein belonging to the cadherin family or a fusion protein including all or a part of the protein belonging to the cadherin family and a polymer having a sugar side chain form a sea-island structure [1] to [5] Any cell culture substrate.
[7] Proliferating pluripotent stem cells using the cell culture substrate according to any one of [1] to [6] and a liquid medium while maintaining undifferentiation and differentiation pluripotency Cell culture method.
[8] Pluripotent stem cell differentiation characterized in that pluripotent stem cells are differentiated using the cell culture substrate according to any one of [1] to [6] and a liquid medium containing a differentiation-inducing factor. Guidance method.
[9] The method for inducing differentiation of pluripotent stem cells according to [8], wherein pluripotent stem cells are differentiated into hepatocytes.
[10] Using the cell culture substrate according to any one of [1] to [6] and a liquid medium containing a differentiation-inducing factor, pluripotent stem cells are differentiated into hepatocytes, and the liver is transformed from the cell culture substrate. A cell culture method comprising separating cells, seeding and culturing on a cell culture substrate fixed or coated with a polymer containing galactose or a lactose side chain on the surface.
[11] The cell culture method according to [10], wherein the polymer containing galactose or a lactose side chain is poly (p-N-vinylbenzyl-D-lactone amide).

本発明により、フィーダー細胞を用いずに多能性幹細胞を培養することができ、多能性幹細胞を高い純度で、特定の細胞に分化させることの可能であり、分化後の細胞の選抜にも用いることができる細胞培養基材およびそれを用いた細胞培養方法並びに多能性幹細胞の分化誘導方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, pluripotent stem cells can be cultured without using feeder cells, and pluripotent stem cells can be differentiated into specific cells with high purity. It is possible to provide a cell culture substrate that can be used, a cell culture method using the same, and a method for inducing differentiation of pluripotent stem cells.

PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層の調製方法と、共固定化基層上でのES細胞の肝細胞への分化誘導方法を表す模式図である。(A)PVLAの分子式を表す。ガラクトース残基は、肝細胞細胞膜上のASGPRに結合する。(B)ポリスチレン表面への、PVLAとE−cad−Fcの共固定化方法を表す模式図である。(C)マウスES細胞の肝細胞への分化誘導ステップを表す模式図である。分化状態は4つの段階に分けることができる。内胚葉系中胚葉、胚体内胚葉、肝前駆細胞、肝細胞である。分化誘導開始後の日数、使用培地、成長因子については、上部の表記載の通りである。拡大部分はそれぞれ、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層やPVLA単独コート基層に対する細胞接着の様子を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the preparation method of the co-immobilization base layer of PVLA and E-cad-Fc, and the differentiation induction method to the hepatocyte of the ES cell on a co-immobilization base layer. (A) Represents the molecular formula of PVLA. Galactose residues bind to ASGPR on hepatocyte cell membranes. (B) It is a schematic diagram showing the co-immobilization method of PVLA and E-cad-Fc to the polystyrene surface. (C) Schematic diagram showing the step of inducing differentiation of mouse ES cells into hepatocytes. The differentiation state can be divided into four stages. Endoderm mesoderm, definitive endoderm, hepatic progenitor cells, hepatocytes. The number of days after the start of differentiation induction, the medium used, and the growth factors are as described in the upper table. The enlarged portions are schematic views showing the state of cell adhesion to the co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA and the PVLA single coat base layer, respectively. PVLA、E−cad−Fcのポリスチレン表面に対する吸着量の変化を表すグラフ図であり、(A)がPVLAの、(B)がE−cad−Fcの、Langmuir吸着式から作成した吸着等温曲線である。(C)は、E−cad−FcとPVLAの共吸着を示すグラフである。100μg/mL PVLA(立ち上がりが一番遅いグラフ)は、100μg/mLのPVLA単独の吸着を示すグラフであり、10μg/mL E−cad−Fc(2番目に立ち上がるグラフ)は、10μg/mLのE−cad−Fc単独の吸着を示すグラフである。7.5μg/mL E−cad−Fc then 100μg/mL PVLA(立ち上がりが一番早いグラフ)は、7.5μg/mLのE−cad−Fcを吸着させた後に、100μg/mLのPVLAを吸着させたときのグラフである。それぞれ、吸着後、3回洗浄しており、洗浄後も安定に吸着していることを示す。It is a graph showing the change of the adsorption amount of PVLA and E-cad-Fc on the polystyrene surface, (A) is PVLA, (B) is an adsorption isotherm prepared from the Langmuir adsorption equation of E-cad-Fc. is there. (C) is a graph showing co-adsorption of E-cad-Fc and PVLA. 100 μg / mL PVLA (slowest rising graph) is a graph showing the adsorption of 100 μg / mL PVLA alone, and 10 μg / mL E-cad-Fc (second rising graph) is 10 μg / mL E -A graph showing adsorption of cad-Fc alone. 7.5 μg / mL E-cad-Fc then 100 μg / mL PVLA (the fastest rising graph) adsorbs 7.5 μg / mL E-cad-Fc and then adsorbs 100 μg / mL PVLA. It is a graph when. Each was washed 3 times after adsorption, indicating that it was adsorbed stably after washing. (A)初代培養肝細胞の、様々な基層上での培養を示す写真図である。写真は上から、ゼラチン基層、コラーゲン基層、E−cad−Fc単独基層、PVLA単独基層、PVLAおよびE−cad−Fcの共固定化基層上で培養した(1日後、3日後、5日後、7日後)、初代培養肝細胞の蛍光顕微鏡写真である。ALBと表記された列の写真はそれぞれ、抗アルブミン抗体による免疫染色の結果を示す。Mergedと表紙された列の写真はそれぞれ、DAPIによる核染色と、上記免疫染色とをマージさせたものである。(B)抗アルブミン抗体を用いたウェスタンブロットの結果を表す写真図である。抗β−アクチン抗体をコントロールとして用いた。それぞれの日数(Day1、Day3、Day5、Day7)において、Gと表記されたレーンはゼラチン基層、EはE−cad−Fc単独基層、PはPVLA単独基層、EPはE−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した細胞を表す。(C)アルブミン(ALB)、HNF−4α、ASGPR、mTO、G6P、E−カドヘリンそれぞれの遺伝子発現を調べたRT−PCRの結果を示すアガロース電気泳動の写真図である。それぞれのレーンの表記は、上記(B)と同様である。(D)培地中に分泌されたアルブミンの量を調べるために行ったアルブミンELISAアッセイの結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは細胞数により標準化したものである。(E)グリコーゲン蓄積量を調べる為に行ったPAS反応の結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは、細胞数で標準化したものである。(A) It is a photograph figure which shows culture | cultivation on various base layers of a primary culture hepatocyte. From the top, the photograph was cultured on gelatin base layer, collagen base layer, E-cad-Fc single base layer, PVLA single base layer, PVLA and E-cad-Fc co-immobilized base layer (1 day, 3 days, 5 days, 7 days A day later), a fluorescence micrograph of primary cultured hepatocytes. Each photograph in the column labeled ALB shows the results of immunostaining with anti-albumin antibody. Each of the photographs in the row labeled “Merged” is a merge of nuclear staining with DAPI and the above immunostaining. (B) It is a photograph figure showing the result of the Western blot using an anti-albumin antibody. Anti-β-actin antibody was used as a control. In each day (Day1, Day3, Day5, Day7), the lane labeled G is gelatin base layer, E is E-cad-Fc single base layer, P is PVLA single base layer, EP is E-cad-Fc and PVLA. Represents cells cultured on co-immobilized substrate. (C) Agarose electrophoresis photograph showing the results of RT-PCR in which the gene expression of albumin (ALB), HNF-4α, ASGPR, mTO, G6P, and E-cadherin was examined. The notation of each lane is the same as (B) above. (D) It is a graph which shows the result of the albumin ELISA assay performed in order to investigate the quantity of the albumin secreted in the culture medium. Each graph is normalized by the number of cells. (E) It is a graph which shows the result of PAS reaction performed in order to investigate glycogen accumulation amount. Each graph is normalized by the number of cells. (A)ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、PVLA単独基層、E−cad−FCとPVLAの共固定化基層上で2日間培養した未分化マウスES細胞(EB3)の顕微鏡写真である。(B)ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上での、未分化細胞の培養時間ごとの細胞数の変化を示すグラフ図である。(A) Photomicrograph of undifferentiated mouse ES cells (EB3) cultured for 2 days on gelatin base layer, E-cad-Fc single base layer, PVLA single base layer, co-immobilized base layer of E-cad-FC and PVLA. (B) It is a graph which shows the change of the cell number for every culture | cultivation time of an undifferentiated cell on a gelatin base layer, an E-cad-Fc independent base layer, and a co-immobilization base layer of E-cad-Fc and PVLA. (A)未分化マーカー(Oct3/4)、中胚葉マーカー(Bra)、内胚葉マーカー(Gata6、Sox17)、外胚葉マーカー(Pax6、TH)のそれぞれの遺伝子発現レベルを調べたRT−PCRの結果を示す、アガロース電気泳動の写真図である。Gと表記されたレーンはゼラチン基層、EはE−cad−Fc単独基層、PはPVLA単独基層、EPはE−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した細胞を表す。ESと表記されたレーンは、未分化ES細胞であることを示し、Day4は分化誘導開始から4日後、Day6は6日後の細胞を用いたことを表す。PHは初期肝細胞のレーンであり、コントロールである。(B)Sox17遺伝子のRT−PCRの結果を、ImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。ゼラチン基層上で1日培養した初代培養肝細胞の結果をコントロールとして用いた。(C)抗Sox17抗体、抗E−カドヘリン抗体を用いた免疫染色の結果を示す顕微鏡写真図である。それぞれ、ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した、分化誘導開始から5日目の細胞である。(D)分化誘導開始後5日目の細胞を用いて抗Sox17抗体と抗Oct3/4抗体を用いて免疫染色を行い、それぞれのタンパク質を発現している細胞の割合を調べた結果を示すグラフ図である。各抗体について、左のバーがE−cad−FcとPVLAの共固定化基層、右のバーがゼラチン基層上で培養した細胞を表す。(A) RT-PCR results of examining the gene expression levels of undifferentiated marker (Oct3 / 4), mesoderm marker (Bra), endoderm marker (Gata6, Sox17), and ectoderm marker (Pax6, TH) It is a photograph figure of agarose electrophoresis which shows. The lane labeled G represents a gelatin base layer, E represents an E-cad-Fc single base layer, P represents a PVLA single base layer, and EP represents cells cultured on a co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA. The lane labeled ES indicates an undifferentiated ES cell, Day 4 indicates that 4 days after the start of differentiation induction, and Day 6 indicates that 6 days later. PH is a lane of early hepatocytes and is a control. (B) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of Sox17 gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. The results of primary cultured hepatocytes cultured for 1 day on a gelatin base layer were used as controls. (C) Micrograph showing the results of immunostaining using anti-Sox17 antibody and anti-E-cadherin antibody. The cells were cultured on the gelatin base layer, the E-cad-Fc single base layer, and the co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA on the fifth day from the start of differentiation induction. (D) A graph showing the result of examining the proportion of cells expressing each protein by immunostaining using anti-Sox17 antibody and anti-Oct3 / 4 antibody using cells on the fifth day after initiation of differentiation induction FIG. For each antibody, the left bar represents cells cultured on the E-cad-Fc and PVLA co-immobilized base layer, and the right bar represents cells cultured on the gelatin base layer. (A)肝前駆細胞マーカー遺伝子(AFP、ALB、CK18、HNF−4α)について行ったRT−PCRの結果を示す、アガロース電気泳動の写真図である。β−アクチンをコントロールとした。それぞれの日数(Day4〜Day18)において、Gと表記されたレーンはゼラチン基層、EはE−cad−Fc単独基層、EPはE−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した細胞を表す。(B)AFP遺伝子のRT−PCRの結果をImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。β−アクチンの結果を用いて標準化処理した。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。(C)ALB遺伝子のRT−PCRの結果をImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。β−アクチンの結果を用いて標準化処理した。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。(D)CK18遺伝子のRT−PCRの結果をImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。β−アクチンの結果を用いて標準化処理した。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。(E)HNF−4α遺伝子のRT−PCRの結果をImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。β−アクチンの結果を用いて標準化処理した。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。(F)分化誘導開始10日目の細胞について、抗AFP抗体を用いて免疫染色を行った結果を示す、蛍光顕微鏡の写真図である。(G)分化誘導開始16日目の細胞について、抗ALB抗体を用いて免疫染色を行った結果を示す、蛍光顕微鏡の写真図である。(H)抗AFP抗体、抗ALB抗体を用いて免疫染色を行い、それぞれのタンパク質を発現している細胞の割合を調べた結果を示すグラフ図である。各抗体について、左のバーがE−cad−FcとPVLAの共固定化基層、右のバーがゼラチン基層上で培養した細胞を表す。抗AFP抗体による免疫染色は分化誘導開始10日目の細胞を用い、抗ALB抗体による免疫染色は分化誘導開始16日目の細胞を用いた。(I)分化誘導開始16日目の細胞について、抗アルブミン抗体を用いて行ったウェスタンブロットの結果を示す写真図である。β−アクチンをコントロールとした。Gと表記されたレーンはゼラチン基層、EはE−cad−Fc単独基層、EPはE−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した細胞を表す。(A) It is a photograph of the agarose electrophoresis which shows the result of RT-PCR performed about the hepatic progenitor cell marker gene (AFP, ALB, CK18, HNF-4 (alpha)). β-actin was used as a control. In each day (Day 4 to Day 18), the lane labeled G is a gelatin base layer, E is an E-cad-Fc single base layer, EP is a cell cultured on a co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA. Represent. (B) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of the AFP gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. Normalization was performed using the results of β-actin. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. (C) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of ALB gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. Normalization was performed using the results of β-actin. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. (D) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of CK18 gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. Normalization was performed using the results of β-actin. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. (E) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of HNF-4 (alpha) gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. Normalization was performed using the results of β-actin. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. (F) Fluorescence microscope photograph showing the results of immunostaining for cells on day 10 of differentiation induction using an anti-AFP antibody. (G) It is a photograph of the fluorescence microscope which shows the result of having carried out the immuno-staining using the anti- ALB antibody about the cell on the 16th day from the start of differentiation induction. (H) It is a graph which shows the result of having investigated the ratio of the cell which performed immunostaining using the anti- AFP antibody and the anti- ALB antibody, and expressed each protein. For each antibody, the left bar represents cells cultured on the E-cad-Fc and PVLA co-immobilized base layer, and the right bar represents cells cultured on the gelatin base layer. The immunostaining with anti-AFP antibody used cells on the 10th day from the start of differentiation induction, and the immunostaining with anti-ALB antibody used cells on the 16th day from the start of differentiation induction. (I) It is a photograph figure which shows the result of the Western blot performed using the anti-albumin antibody about the cell on the 16th day from the start of differentiation induction. β-actin was used as a control. The lane labeled G represents a gelatin base layer, E represents an E-cad-Fc single base layer, and EP represents cells cultured on a co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA. (A)初期肝細胞分化マーカー(AFP、ALB、CK18、HNF−4α)遺伝子、肝細胞分化の最終段階マーカー(ASGPR、mTO)遺伝子について行ったRT−PCRの結果を示す、アガロース電気泳動の写真図である。β−アクチンをコントロールとした。(B)ASGPR遺伝子のRT−PCRの結果をImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。β−アクチンの結果を用いて標準化処理した。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。(C)mTO遺伝子のRT−PCRの結果をImageQuantソフトウェアを用いて処理し、相対的発現量を数値化したものを示すグラフ図である。β−アクチンの結果を用いて標準化処理した。初代培養肝細胞(PH)、未分化ES細胞(ES)、自発的分化細胞(SD)をコントロールとした。(D)抗ALB抗体、抗ASGPR抗体を用いた免疫染色の結果を示す顕微鏡写真図である。それぞれ、ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した、分化誘導開始から24日目の細胞である。(E)培地中に分泌されたアルブミンの量を調べるために行ったアルブミンELISAアッセイの結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは細胞数により標準化したものである。ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した、分化誘導開始20日目(day20)、24日目(day24)の細胞を用いた。PVLA単独基層上で3日間培養した初代培養肝細胞をコントロールとして用いた。(F)グリコーゲン蓄積量を調べる為に行ったPAS反応の結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは、細胞数で標準化したものである。ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した、分化誘導開始20日目(day20)、24日目(day24)の細胞を用いた。PVLA単独基層上で3日間培養した初代培養肝細胞をコントロールとして用いた。(G)培地中における尿素レベルをUrea assayキット(Bioassay Systems製)を用いて測定した結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは、細胞数で標準化したものである。ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した、分化誘導開始20日目(day20)、24日目(day24)の細胞を用いた。PVLA単独基層上で3日間培養した初代培養肝細胞をコントロールとして用いた。(A) Photograph of agarose electrophoresis showing the results of RT-PCR performed on the early hepatocyte differentiation marker (AFP, ALB, CK18, HNF-4α) gene and the final stage marker of hepatocyte differentiation (ASGPR, mTO) gene FIG. β-actin was used as a control. (B) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of the ASGPR gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. Normalization was performed using the results of β-actin. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. (C) It is a graph which shows what processed the result of RT-PCR of mTO gene using ImageQuant software, and digitized the relative expression level. Normalization was performed using the results of β-actin. Primary cultured hepatocytes (PH), undifferentiated ES cells (ES), and spontaneously differentiated cells (SD) were used as controls. (D) Micrograph showing the results of immunostaining using anti-ALB antibody and anti-ASGPR antibody. The cells were cultured on a gelatin base layer, an E-cad-Fc single base layer, and a co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA, respectively, on the 24th day from the start of differentiation induction. (E) It is a graph which shows the result of the albumin ELISA assay performed in order to investigate the quantity of the albumin secreted in the culture medium. Each graph is normalized by the number of cells. Cells cultured on the gelatin base layer, the E-cad-Fc single base layer, and the co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA on the 20th day (day 20) and 24th day (day 24) of differentiation induction were used. Primary cultured hepatocytes cultured for 3 days on a PVLA single substrate were used as controls. (F) It is a graph which shows the result of PAS reaction performed in order to investigate glycogen accumulation amount. Each graph is normalized by the number of cells. Cells cultured on the gelatin base layer, the E-cad-Fc single base layer, and the co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA on the 20th day (day 20) and 24th day (day 24) of differentiation induction were used. Primary cultured hepatocytes cultured for 3 days on a PVLA single substrate were used as controls. (G) It is a graph which shows the result of having measured the urea level in a culture medium using the Urea assay kit (made by Bioassay Systems). Each graph is normalized by the number of cells. Cells cultured on the gelatin base layer, the E-cad-Fc single base layer, and the co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA on the 20th day (day 20) and 24th day (day 24) of differentiation induction were used. Primary cultured hepatocytes cultured for 3 days on a PVLA single substrate were used as controls. (A)ゼラチン基層、E−cad−Fc単独基層、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した細胞について、分化誘導開始18日、20日、22日、24日目において、キレート剤(CDB)を用いて分化細胞を分離し、PVLAコートした培養皿上に播種し、結着アッセイを行い、細胞の相対的な結着率を計算した結果を表すグラフ図である。コラーゲン基層上で培養した初代培養肝細胞を分離し、PVLAコートした培養皿に播種し、結着アッセイを行った結果をコントロールとし、結着率100%とした(C)。また、コントロールとして、初代培養肝細胞をPVLA単独基層上で培養した細胞を用いた(P)。(B)ゼラチン基層上、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で分化させたマウスES細胞、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で分化誘導培養後、分離し、PVLAコートした培養皿上に播種してから3日培養した細胞、それぞれの形態を示す顕微鏡写真図である。(C)中胚葉マーカー(Bra)、内胚葉マーカー(Gata6、Sox17)、肝細胞マーカー(ASGPR、mTO、G6P)、膵臓マーカー(Pdx1)遺伝子について行ったRT−PCRの結果を示す、アガロース電気泳動の写真図である。β−アクチンをコントロールとした。Gと表記されたレーンはゼラチン基層、EはE−cad−Fc単独基層、PはPVLA単独基層、EPはE−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で培養した細胞を表す。Beforeは、それぞれの基層上で24日間分化誘導培養したものを表し、Afterは、E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で22日間分化誘導培養後、分離し、PVLA単独基層に再播種し、3日間培養した細胞を表す。ゼラチン基層上で維持したマウスES細胞(ES)、PVLA基層上で1日培養した初代培養肝細胞(PH)をコントロールとして用いた。(D)培地中に分泌されたアルブミンの量を調べるために行ったアルブミンELISAアッセイの結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは細胞数により標準化したものである。E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で22日間分化誘導培養後、分離し、PVLA単独基層に再播種し、3日間培養した細胞(Re−seeding on PVLA)とPVLA単独基層上で3日間培養した初代培養肝細胞を用いた。(E)グリコーゲン蓄積量を調べる為に行ったPAS反応の結果を示すグラフ図である。E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で22日間分化誘導培養後、分離し、PVLA単独基層に再播種し、3日間培養した細胞(Re−seeding on PVLA)とPVLA単独基層上で3日間培養した初代培養肝細胞を用いた。グラフは、Re−seeding on PVLAの値を100とした相対値を表す。(F)培地中における尿素レベルをUrea assayキット(Bioassay Systems製)を用いて測定した結果を示すグラフ図である。それぞれのグラフは、細胞数で標準化したものである。E−cad−FcとPVLAの共固定化基層上で22日間分化誘導培養後、分離し、PVLA単独基層に再播種し、3日間培養した細胞(Re−seeding on PVLA)とPVLA単独基層上で3日間培養した初代培養肝細胞を用いた。(A) For cells cultured on gelatin base layer, E-cad-Fc single base layer, E-cad-Fc and PVLA co-immobilized base layer, differentiation induction on the 18th, 20th, 22nd, 24th day, It is a graph showing the result of separating the differentiated cells using a chelating agent (CDB), seeding them on a PVLA-coated culture dish, conducting a binding assay, and calculating the relative binding rate of the cells. The primary cultured hepatocytes cultured on the collagen base layer were separated and seeded on a PVLA-coated culture dish, and the result of the binding assay was used as a control, and the binding rate was 100% (C). As a control, cells obtained by culturing primary cultured hepatocytes on a PVLA single substrate (P) were used. (B) Mouse ES cells differentiated on a co-immobilized substratum of E-cad-Fc and PVLA on a gelatin substratum, separated after differentiation induction culture on a co-immobilized substratum of E-cad-Fc and PVLA, It is the microscope picture figure which shows the cell which seed | inoculated on the culture dish coated with PVLA, and was cultured for 3 days, and each form. (C) Agarose electrophoresis showing the results of RT-PCR performed on mesoderm markers (Bra), endoderm markers (Gata6, Sox17), hepatocyte marker (ASGPR, mTO, G6P), pancreatic marker (Pdx1) genes FIG. β-actin was used as a control. The lane labeled G represents a gelatin base layer, E represents an E-cad-Fc single base layer, P represents a PVLA single base layer, and EP represents cells cultured on a co-immobilized base layer of E-cad-Fc and PVLA. Before represents differentiation-incubated culture for 24 days on each substratum, After represents 22-day differentiation-inducing culture on co-immobilized substratum of E-cad-Fc and PVLA, separated, and re-applied to PVLA single substratum. Represents cells seeded and cultured for 3 days. Mouse ES cells (ES) maintained on the gelatin base layer and primary cultured hepatocytes (PH) cultured on the PVLA base layer for 1 day were used as controls. (D) It is a graph which shows the result of the albumin ELISA assay performed in order to investigate the quantity of the albumin secreted in the culture medium. Each graph is normalized by the number of cells. After differentiation induction culture on E-cad-Fc and PVLA co-immobilized substratum for 22 days, the cells were separated, re-seeded on PVLA single substratum, and cultured for three days (Re-seeding on PVLA) on PVLA single substratum Primary cultured hepatocytes cultured for 3 days were used. (E) It is a graph which shows the result of PAS reaction performed in order to investigate glycogen accumulation amount. After differentiation induction culture on E-cad-Fc and PVLA co-immobilized substratum for 22 days, the cells were separated, re-seeded on PVLA single substratum, and cultured for three days (Re-seeding on PVLA) on PVLA single substratum Primary cultured hepatocytes cultured for 3 days were used. The graph represents a relative value with the value of Re-seeding on PVLA being 100. (F) It is a graph which shows the result of having measured the urea level in a culture medium using the Urea assay kit (made by Bioassay Systems). Each graph is normalized by the number of cells. After differentiation induction culture on E-cad-Fc and PVLA co-immobilized substratum for 22 days, the cells were separated, re-seeded on PVLA single substratum, and cultured for three days (Re-seeding on PVLA) on PVLA single substratum Primary cultured hepatocytes cultured for 3 days were used.

[定義]
本明細書中に使用するとき、用語「多能性幹細胞」とは、in vitro培養により未分化状態を保ったまま、ほぼ永続的または長期間の細胞増殖が可能であり、正常な核(染色体)型を呈し、適当な条件下において三胚葉(外胚葉、中胚葉、および内胚葉)すべての系譜の細胞に分化する能力をもった細胞をいう。「多能性幹細胞」は、初期胚より単離されるES細胞、iPS細胞及びその類似細胞であり、胎児期の始原生殖細胞から単離されるEG細胞を含むが、これに限定されない。本明細書中、「ES細胞」と表記した場合は「EG細胞」も含むこともある。
[Definition]
As used herein, the term “pluripotent stem cell” refers to a normal nucleus (chromosome) that is capable of almost permanent or long-term cell growth while maintaining an undifferentiated state by in vitro culture. ) Refers to cells that have the ability to differentiate into cells of all three germ lines (ectodermal, mesoderm, and endoderm) under appropriate conditions. “Pluripotent stem cells” are ES cells, iPS cells and similar cells isolated from early embryos, including but not limited to EG cells isolated from embryonic primordial germ cells. In the present specification, the expression “ES cell” may also include “EG cell”.

本明細書中に使用するとき、用語「未分化性」とは、多能性幹細胞において、少なくとも1つ以上の未分化マーカー、例えばALP活性やOct−3/4遺伝子(産物)の発現、または種々の抗原分子の発現により確認することができる未分化な状態を呈する性質を意味する。多能性幹細胞における未分化な状態とは、多能性幹細胞が、ほぼ永続的または長期間の細胞増殖が可能であり、正常な核(染色体)型を呈し、適当な条件下において三胚葉すべての系譜の細胞に分化する能力をもった状態を意味する。   As used herein, the term “undifferentiated” refers to the expression of at least one or more undifferentiated markers, such as ALP activity or Oct-3 / 4 gene (product), in pluripotent stem cells, or It means the property of exhibiting an undifferentiated state that can be confirmed by the expression of various antigen molecules. An undifferentiated state in a pluripotent stem cell means that the pluripotent stem cell is capable of almost permanent or long-term cell growth, exhibits a normal nuclear (chromosomal) type, and all three germ layers under appropriate conditions It means a state with the ability to differentiate into cells of the genealogy.

本明細書中に使用するとき、用語「分化多能性」とは、様々な種類の細胞に分化する能力をいう。分化細胞としては、一般的に多能性幹細胞から分化誘導することができる種の細胞であれば、特にこれを限定しない。具体的には、外胚葉細胞または外胚葉由来の細胞、中胚葉細胞または中胚葉由来の細胞、内胚葉細胞または内胚葉由来の細胞等が挙げられる。   As used herein, the term “pluripotency” refers to the ability to differentiate into various types of cells. The differentiated cell is not particularly limited as long as it is a kind of cell that can generally be induced to differentiate from a pluripotent stem cell. Specific examples include ectoderm cells or ectoderm-derived cells, mesoderm cells or mesoderm-derived cells, endoderm cells or endoderm-derived cells, and the like.

本明細書中に使用するとき、用語「液体培地」とは、多能性幹細胞を継代培養する従来の方法に適用することができる液体培地をすべて含む。   As used herein, the term “liquid medium” includes any liquid medium that can be applied to conventional methods of subculturing pluripotent stem cells.

本発明の培養基材としては、培養皿(ディッシュ)、96穴、48穴などのマイクロプレート、プレートやフラスコ等、従来から細胞培養に用いられているもののいずれをも使用できる。これらの培養基材は、ガラス等の無機材料、またはポリスチレンやポリプロピレン等の有機材料のいずれかからなることができるが、滅菌可能な耐熱性及び耐水性を有している材料からなるものが好ましい。   As the culture substrate of the present invention, any of those conventionally used for cell culture, such as culture dishes (dish), microplates such as 96 holes and 48 holes, plates and flasks, can be used. These culture substrates can be made of either an inorganic material such as glass or an organic material such as polystyrene or polypropylene, but those made of a material having heat resistance and water resistance that can be sterilized are preferred. .

カドヘリンファミリーに属するタンパク質を、培養基材の固相表面に固定又はコーティングする方法としては、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法を適用することができるが、操作の容易さから吸着による方法が好ましい。吸着とは、カドヘリンファミリーに属するタンパク質を含む溶液と、基材表面とを一定時間、好ましくは数時間〜一昼夜、より好ましくは1時間〜12時間、接触させることで達成できる。また、前もって接着性分子に人為的に抗原性分子を付加・融合させておき、当該抗原性分子に対する特異抗体との結合を利用することもできる。この場合、特異抗体を、前もって培養基材の固相表面に、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法によって、固定又はコーティングしておく必要がある。   As a method for immobilizing or coating a protein belonging to the cadherin family on the solid phase surface of a culture substrate, a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding can be applied. The method by adsorption is preferred. Adsorption can be achieved by bringing a solution containing a protein belonging to the cadherin family into contact with the substrate surface for a certain period of time, preferably several hours to one day and more preferably 1 hour to 12 hours. Alternatively, an antigenic molecule can be artificially added to and fused with an adhesive molecule in advance, and the binding with a specific antibody against the antigenic molecule can be used. In this case, the specific antibody needs to be fixed or coated in advance on the solid phase surface of the culture substrate by a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding.

上述の様に作製した培養基材は、多能性幹細胞の通常の培養法にそのまま使用することができる。すなわち、適当数の多能性幹細胞を、通常用いられる液体培地又は細胞培養液に懸濁し、それを当該培養基材に添加すればよい。その後の液体培地の交換や継代も、従来法と同様に行なうことができる。   The culture substrate produced as described above can be used as it is in a normal culture method for pluripotent stem cells. That is, an appropriate number of pluripotent stem cells may be suspended in a commonly used liquid medium or cell culture solution and added to the culture substrate. Subsequent replacement and passage of the liquid medium can be performed as in the conventional method.

本明細書中に使用するとき、用語「同種親和性の結合」とは、細胞接着において、細胞−細胞又は細胞−基材間の接着性分子を介した結合において、同じ種類の接着性分子同士が結合又は会合することによりなされているものを意味する。   As used herein, the term “homophilic binding” refers to the same type of adhesion molecules in cell adhesion, in cell-cell or cell-substrate bonding via adhesion molecules. Is made by binding or associating.

本明細書中に使用するとき、用語「フィーダー細胞」とは、支持細胞とも称され、単独では生存・培養できない細胞を培養する際に、あらかじめ培養され、培地中に不足する栄養分や増殖因子の補給などの役割を担う別の細胞をいう。「フィーダー細胞」には、MEF細胞や、STO細胞等の間質系細胞を含むが、これに限定されない。   As used herein, the term “feeder cell” is also referred to as a feeder cell. Another cell that plays a role such as replenishment. “Feeder cells” include, but are not limited to, stromal cells such as MEF cells and STO cells.

本明細書中に使用するとき、用語「分散状態」とは、細胞が培養基材表面に接着した状態で生育している場合において、明確なコロニーを形成せず、個々の細胞が他の細胞と接触していない、または、一部接触していても、その接触領域がごく小さい状態を意味する。   As used herein, the term “dispersed state” means that when a cell grows in a state of adhering to the surface of a culture substrate, a distinct colony is not formed, and each cell is a cell other than the other. It means that the contact area is very small even if it is not in contact with or partly in contact.

本明細書中に使用するとき、用語「遺伝子」とは遺伝物質を指し、転写単位を含む核酸を言う。遺伝子はRNAであってもDNAであってもよく、天然由来又は人為的に設計された配列であり得る。また、遺伝子は蛋白質をコードしていなくてもよく、例えば遺伝子はリボザイムやsiRNA(short/small interefering RNA)等の機能的RNAをコードするものであってもよい。   As used herein, the term “gene” refers to genetic material and refers to a nucleic acid comprising a transcription unit. The gene may be RNA or DNA, and may be a naturally-derived or artificially designed sequence. The gene may not encode a protein. For example, the gene may encode a functional RNA such as a ribozyme or siRNA (short / small interfering RNA).

糖側鎖を有するポリマーとは、好ましくはエチレン性不飽和結合を重合させて得られる主鎖と、糖側鎖とを有するポリマーである。糖側鎖としては、グルコース、ガラクトース、ラクトース等が挙げられるが、ラクトースまたはガラクトースが好ましい。ラクトース中のβ−ガラクトース、β−ガラクトース側鎖が、アシアロ糖タンパク質レセプターにより特異的に認識され、細胞の結着に寄与しうるからである。糖側鎖を有するポリマーは、スチレン誘導体ポリマーであることが好ましく、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)(以下、「PVLA」とも称する)が最も好ましい。   The polymer having a sugar side chain is preferably a polymer having a main chain obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated bond and a sugar side chain. Examples of the sugar side chain include glucose, galactose, lactose and the like, but lactose or galactose is preferable. This is because β-galactose and β-galactose side chains in lactose are specifically recognized by asialoglycoprotein receptors and can contribute to cell binding. The polymer having a sugar side chain is preferably a styrene derivative polymer, and most preferably poly (p-N-vinylbenzyl-D-lactone amide) (hereinafter also referred to as “PVLA”).

糖側鎖を有するポリマーを、培養基材の固相表面に固定又はコーティングする方法としては、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法を適用することができるが、操作の容易さから吸着による方法が好ましい。吸着とは、糖側鎖を有するポリマーを含む溶液と、基材表面とを一定時間、好ましくは数時間〜一昼夜、より好ましくは1時間〜12時間、接触させることで達成できる。また、前もって糖側鎖を有するポリマーに人為的に抗原性分子を付加・融合させておき、当該抗原性分子に対する特異抗体との結合を利用することもできる。この場合、特異抗体を、前もって培養基材の固相表面に、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法によって、固定又はコーティングしておく必要がある。   As a method for immobilizing or coating a polymer having a sugar side chain on the solid phase surface of a culture substrate, a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding can be applied. Therefore, the method by adsorption is preferable. Adsorption can be achieved by bringing a solution containing a polymer having a sugar side chain into contact with the substrate surface for a certain period of time, preferably several hours to one day and more preferably 1 hour to 12 hours. Alternatively, an antigenic molecule can be artificially added to and fused with a polymer having a sugar side chain in advance, and a bond with a specific antibody against the antigenic molecule can be used. In this case, the specific antibody needs to be fixed or coated in advance on the solid phase surface of the culture substrate by a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding.

本発明の上記効果や他の利点および特徴を、以下の好適な実施態様の詳細な説明において詳述する。   The above advantages and other advantages and features of the present invention are described in detail in the detailed description of the preferred embodiments below.

[細胞培養基材]
本発明の細胞培養基材は、表面に、カドヘリンファミリーに属するタンパク質またはカドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質、および、糖側鎖を有するポリマーを、固定またはコーティングしたことを特徴とするものである。
[Cell culture substrate]
The cell culture substrate of the present invention is obtained by immobilizing or coating a surface of a protein belonging to the cadherin family or a fusion protein including all or part of the protein belonging to the cadherin family, and a polymer having a sugar side chain. It is a feature.

カドヘリンとは、接着結合又はアドヘレンス・ジャンクション(adherens junction)と呼ばれるCa2+依存性の細胞間接着・結合に関与する接着分子であり、E(上皮)型、N(神経)型、P(胎盤)型の3種が代表例として知られている。これらのカドヘリン分子は、700〜750アミノ酸残基からなる膜結合型糖タンパク分子であり、その細胞外領域には、約110アミノ酸残基からなる繰り返し構造、いわゆるExtracellular Cadherin(EC)ドメインと呼ばれる領域が5個存在する。例えば、ヒトE−カドヘリン(そのアミノ酸配列を配列番号1に示す)の場合、EC1、 EC2、EC3、EC4、EC5の各ドメインは、それぞれ157〜262、265〜375、378〜486、487〜595、596〜700に相当する(数値は配列番号1に示すアミノ酸配列内の残基の番号である)。また、マウスE−カドヘリン(そのアミノ酸配列を配列番号2に示す)の場合、EC1、EC2、EC3、EC4、EC5の各ドメインは、それぞれ159〜264、267〜377、380〜488、489〜597、598〜702に相当する(数値は配列番号2に示すアミノ酸配列内の残基の番号である)。これらのECドメインは、異なるカドヘリン分子種の間で相同性を有しており、特にN末端側に位置するドメイン(EC1、EC2)の相同性が高い。この様な類似の構造を呈するカドヘリン分子としては、現在、50種類以上のものが知られており、これらの分子を総称してカドヘリン・ファミリーと呼ぶ。以上、カドヘリンに関する総説としては、Takeichi、Curr.Opin.Cell Biol.7:619,1995;Marrs & Nelson、Int.Rev.Cytol.165:159,1996;Yap et al.,Annu.Rev.Cell Dev.Biol.13:119,1997;Yagi & Takeichi、Genes Dev.14:1169,2000;Gumbiner、J.Cell Biol.148:399,2000、等を参照のこと。 Cadherin is an adhesion molecule involved in Ca 2+ -dependent cell-cell adhesion / bonding called adhesion bond or adherence junction, and is an E (epithelial) type, N (neural) type, P (placenta) Three types of molds are known as representative examples. These cadherin molecules are membrane-bound glycoprotein molecules consisting of 700 to 750 amino acid residues, and in the extracellular region thereof, a repetitive structure consisting of about 110 amino acid residues, a region called an extracellular cadherin (EC) domain There are five. For example, in the case of human E-cadherin (the amino acid sequence of which is shown in SEQ ID NO: 1), the domains of EC1, EC2, EC3, EC4, and EC5 are 157 to 262, 265 to 375, 378 to 486, and 487 to 595, respectively. Corresponds to 596-700 (the numerical value is the number of the residue in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1). In the case of mouse E-cadherin (the amino acid sequence of which is shown in SEQ ID NO: 2), the domains of EC1, EC2, EC3, EC4, and EC5 are 159 to 264, 267 to 377, 380 to 488, and 489 to 597, respectively. Corresponds to 598 to 702 (the numerical value is the number of the residue in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2). These EC domains have homology among different cadherin species, and in particular, the domains located on the N-terminal side (EC1, EC2) have high homology. As cadherin molecules having such a similar structure, at least 50 kinds of cadherin molecules are currently known, and these molecules are collectively referred to as a cadherin family. As described above, reviews on cadherins include Takeichi, Curr. Opin. Cell Biol. 7: 619, 1995; Marrs & Nelson, Int. Rev. Cytol. 165: 159, 1996; Yap et al. , Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 13: 119, 1997; Yagi & Takeichi, Genes Dev. 14: 1169, 2000; Gumbiner, J. et al. Cell Biol. 148: 399, 2000, etc.

E−カドヘリン(別名、カドヘリン−1)は、肝臓や腎臓、肺等の内臓臓器の実質細胞やケラチノサイト等の上皮細胞に広く発現し、その細胞間接着を担う重要な接着分子であることが知られている(総説として、Mareel et al.,Int.J.Dev.Biol.37:227,1993;Mays et al.,Cord Spring Harb.Symp.Quant.Biol.60:763,1995;El−Bahrawy & Pignatelli、Microsc.Res.Tech.43:224,1998;Nollet et al.,Mol.Cell.Biol.Res.Commun.2:77,1999)。また、E−カドヘリンは、未分化なマウスES細胞にも強く発現しており、E−カドヘリン遺伝子の発現を遺伝子工学的に欠失させたES細胞は、細胞間接着が著しく阻害されることが知られている(Larue et al.,Development 122:3185,1996)。また、米国National Center for Biotechnology Information(NCBI)の公的な遺伝子発現データベースに登録されている情報から、E−カドヘリン遺伝子がヒトES細胞株でも発現していることが確認できる。   E-cadherin (also known as cadherin-1) is widely expressed in parenchymal cells of visceral organs such as liver, kidney, and lung, and epithelial cells such as keratinocytes, and is known to be an important adhesion molecule responsible for cell-cell adhesion. (Reviewed: Mariel et al., Int. J. Dev. Biol. 37: 227, 1993; Mays et al., Cord Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 60: 763, 1995; El-Bahrawy & Pignatelli, Microsc. Res. Tech. 43: 224, 1998; Nolet et al., Mol. Cell. Biol. Res. Commun. 2: 77, 1999). E-cadherin is also strongly expressed in undifferentiated mouse ES cells, and ES cells in which expression of the E-cadherin gene has been genetically deleted may significantly inhibit intercellular adhesion. (Larue et al., Development 122: 3185, 1996). Moreover, it can confirm that the E-cadherin gene is also expressed in the human ES cell line from the information registered in the public gene expression database of National Center for Biotechnology Information (NCBI).

カドヘリンファミリーに属するタンパク質を作製する方法としては、特にこれを限定しないが、分子生物学的手法を用いてリコンビナント・タンパク質を作製・精製し、これを使用することが望ましい。その他にも、同様の効果を示す方法であれば、いずれをも用いることができ、例えば、多能性幹細胞のカドヘリンファミリーに属するタンパク質を、生体組織・細胞から抽出、精製して使用すること、又は当該ペプチドを化学的に合成して使用することも可能である。   A method for producing a protein belonging to the cadherin family is not particularly limited, but it is desirable to produce and purify a recombinant protein using a molecular biological technique and use it. In addition, any method can be used as long as it exhibits the same effect. Alternatively, the peptide can be chemically synthesized and used.

カドヘリンファミリーに属するタンパク質に関し、そのリコンビナント・タンパク質を作製するための方法、及び当該分子をコードする遺伝子を取得する方法は、すでに標準的なプロトコールが確立されており、実施者は、上記で挙げた参考書籍を参照することができるが、特にこれを限定しない。E−カドヘリンを例とした場合、E−カドヘリン遺伝子は、既にヒト(配列番号1)、マウス(配列番号2)、ラット等の動物で単離・同定され、その塩基配列が、NCBI等の公的なDNAデータベースにおいて利用可能である(アクセス番号:(ヒト)NM_004360;(マウス)NM_009864;(ラット)NM_031334)。そのため、当業者であれば、E−カドヘリン遺伝子に特異的なプライマー又はプローブを設計し、一般的な分子生物学的手法を用いることにより、E−カドヘリン遺伝子のcDNAを取得・使用することが可能である。また、E−カドヘリン遺伝子のcDNAは、理化学研究所ジーンバンク(日本・筑波)やAmerican Type Culture Collection(ATCC)、Invitrogen社/ResGen等からも購入することができる。使用するカドヘリンファミリーに属するタンパク質をコードする遺伝子としては、多能性幹細胞が由来する種と同種の動物由来のものが好ましく、例えば、マウスES細胞を用いて本発明を実施する場合、マウスのE−カドヘリンcDNAの使用が望ましい。しかし、異種動物由来のもの、即ち、ヒトやサル、ウシ、ウマ、ブタ、ヒツジ、又は鳥類(例えば、ニワトリ等)、又は両生類(例えば、アフリカツメガエル等)由来のE−カドヘリンcDNAも使用することができる。   Regarding a protein belonging to the cadherin family, a standard protocol has already been established for a method for producing a recombinant protein and a method for obtaining a gene encoding the molecule. Reference books can be referred to, but this is not particularly limited. In the case of E-cadherin as an example, the E-cadherin gene has already been isolated and identified in animals such as humans (SEQ ID NO: 1), mice (SEQ ID NO: 2), rats, etc. (Access number: (human) NM_004360; (mouse) NM_009864; (rat) NM_031334). Therefore, those skilled in the art can obtain and use cDNA of the E-cadherin gene by designing a primer or probe specific to the E-cadherin gene and using a general molecular biological technique. It is. The cDNA of the E-cadherin gene can also be purchased from RIKEN Gene Bank (Tsukuba, Japan), American Type Culture Collection (ATCC), Invitrogen / ResGen, and the like. The gene encoding a protein belonging to the cadherin family to be used is preferably derived from the same species of animal as the species from which the pluripotent stem cells are derived. For example, when the present invention is performed using mouse ES cells, E -The use of cadherin cDNA is desirable. However, also use E-cadherin cDNA derived from heterologous animals, ie, humans, monkeys, cows, horses, pigs, sheep, or birds (eg, chickens, etc.), or amphibians (eg, Xenopus, etc.). Can do.

カドヘリンファミリーに属するタンパク質のリコンビナント・タンパク質を作製するための好適な方法の一例は、当該分子をコードする遺伝子を、COS細胞や293細胞、CHO細胞等の哺乳動物細胞に導入し、発現させることを特徴としている。好ましくは、当該遺伝子は、広範な哺乳動物細胞における遺伝子の転写および発現を可能にする核酸配列、いわゆるプロモーター配列と、当該プロモーターの制御下に転写・発現が可能になる様な形で連結される。また、転写・発現させる遺伝子は、さらにポリA付加シグナルと連結されることが望ましい。好適なプロモーターとしては、SV(Simian Virus)40ウイルスやサイトメガロウイルス(Cytomegaro Virus;CMV)、ラウス肉腫ウイルス(Rous sarcoma virus)等のウイルスに由来するプロモーターや、β−アクチン・プロモーター、EF(Elongation Factor)1αプロモーター等が挙げられる。   An example of a suitable method for producing a recombinant protein of a protein belonging to the cadherin family is to introduce a gene encoding the molecule into mammalian cells such as COS cells, 293 cells, and CHO cells for expression. It is a feature. Preferably, the gene is linked to a nucleic acid sequence that enables transcription and expression of the gene in a wide range of mammalian cells, a so-called promoter sequence, in a form that allows transcription and expression under the control of the promoter. . Moreover, it is desirable that the gene to be transcribed / expressed is further linked to a poly A addition signal. Suitable promoters include promoters derived from viruses such as SV (Simian Virus) 40 virus, cytomegalovirus (CMV), Rous sarcoma virus (Rus sarcoma virus), β-actin promoter, and EF (Elongation). Factor) 1α promoter and the like.

上記のリコンビナント・タンパク質を作製するために用いる遺伝子は、当該分子をコードする遺伝子の全長領域を含むものである必要はなく、部分的な遺伝子配列であっても、その部分配列がコードするタンパク質またはペプチド分子が、本来の当該分子と同程度、又はそれ以上の接着活性を有するものであればよい。例えば、本発明の好適な事例に用いられるE−カドヘリンの場合、細胞外領域をコードする、N末端側から690〜710アミノ酸残基を含む部分配列から作製されるリコンビナント・タンパク質、すなわちEC1〜EC5ドメインを含むタンパク質を使用することができる。また、一般的にカドヘリン分子は、最もN末端側に位置するドメイン(EC1)が、当該分子の結合特異性、すなわち、同種親和性を規定している(Nose et al.,Cell 61:147,1990)ため、少なくともEC1を含み、それ以外のドメインの1個又は数個を除いたタンパク質分子を作製、使用することも可能である。さらには、上記のタンパク質分子と、アミノ酸レベルで80%以上、好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性を示し、かつ、接着活性を有するタンパク質も使用することができる。   The gene used to produce the above recombinant protein does not need to include the full length region of the gene encoding the molecule, and even if it is a partial gene sequence, the protein or peptide molecule encoded by the partial sequence However, what is necessary is just to have the same or more adhesive activity as the original molecule concerned. For example, in the case of E-cadherin used in a preferred case of the present invention, a recombinant protein produced from a partial sequence containing 690 to 710 amino acid residues from the N-terminal side encoding the extracellular region, that is, EC1 to EC5. Proteins containing the domain can be used. Further, in general, in the cadherin molecule, the domain (EC1) located on the most N-terminal side defines the binding specificity of the molecule, that is, homophilicity (Nose et al., Cell 61: 147, 1990), it is also possible to produce and use a protein molecule containing at least EC1 and excluding one or several other domains. Furthermore, a protein having an adhesion activity with the above-described protein molecule that is 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more at the amino acid level is used. can do.

また、上記のリコンビナント・タンパク質は、他のタンパク質やペプチドとの融合タンパク質として作製することも可能である。例えば、イムノグロブリンのFc領域やGST(Glutathione−S−Transferase)タンパク質、MBP(Mannnose−Binding Protein)タンパク質、アビジン・タンパク質、His(オリゴ・ヒスチジン)タグ、HA(HemAgglutinin)タグ、Mycタグ、VSV−G(Vesicular Stromatitis Virus Glycoprotein)タグ等との融合タンパク質として作製し、プロテインA/Gカラムや特異的抗体カラム等を用いることにより、リコンビナント・タンパク質の精製を容易に、しかも効率よく行なうことができる。特にFc融合タンパク質は、ポリスチレン等を材料とした培養基材に吸着する能力が高まるため、本発明の実施において好適である。   The above recombinant protein can also be prepared as a fusion protein with another protein or peptide. For example, immunoglobulin Fc region, GST (Glutathione-S-Transferase) protein, MBP (Mannose-Binding Protein) protein, avidin protein, His (oligo-histidine) tag, HA (HemAgglutinin) tag, Myc tag, VSV- Recombinant protein can be easily and efficiently purified by preparing a fusion protein with a G (Vesicular Stromatis Virus Glycoprotein) tag and using a protein A / G column, a specific antibody column, or the like. In particular, Fc fusion proteins are suitable in the practice of the present invention because their ability to adsorb to a culture substrate made of polystyrene or the like is increased.

イムノグロブリンのFc領域をコードする遺伝子は、既にヒトをはじめとする哺乳動物で、多数、単離・同定されている。その塩基配列も数多く報告されており、例えば、ヒトIgG1、IgG2、IgG3、及びIgG4のFc領域を含む塩基配列の配列情報は、NCBI等の公的なDNAデータベースにおいて利用可能であり、それぞれ、アクセス番号:AJ294730、AJ294731、AJ294732、及びAJ294733として登録されている。したがって、当業者であれば、Fc領域に特異的なプライマー又はプローブを設計し、一般的な分子生物学的手法を用いることにより、Fc領域部分をコードするcDNAを取得・使用することが可能である。この場合、使用するFc領域をコードする遺伝子としては、動物種やサブタイプは特にこれを限定しないが、プロテインA/Gとの結合性が強いヒトIgG1やIgG2、又はマウスIgG2aやIgG2b等のFc領域をコードする遺伝子が好ましい。また、Fc領域に変異を導入することによりプロテインAとの結合性を高める方法も知られており(Nagaoka et al.,Protein Eng.16:243,2003(非特許文献7)参照)、当該法により遺伝子改変を加えたFcタンパク質も使用することもできる。   Many genes encoding immunoglobulin Fc regions have already been isolated and identified in mammals including humans. Numerous nucleotide sequences have been reported. For example, sequence information of nucleotide sequences including Fc regions of human IgG1, IgG2, IgG3, and IgG4 can be used in public DNA databases such as NCBI, and can be accessed respectively. Numbers: AJ294730, AJ294731, AJ294732, and AJ294733 are registered. Therefore, those skilled in the art can obtain and use cDNA encoding the Fc region portion by designing a primer or probe specific to the Fc region and using a general molecular biological technique. is there. In this case, the gene encoding the Fc region to be used is not particularly limited to animal species and subtypes, but Fc such as human IgG1 and IgG2 or mouse IgG2a and IgG2b having strong binding to protein A / G. A gene encoding the region is preferred. In addition, a method for enhancing the binding property to protein A by introducing a mutation into the Fc region is also known (see Nagaoka et al., Protein Eng. 16: 243, 2003 (Non-patent Document 7)). Fc proteins with genetic modifications can also be used.

なお、本発明を実施するための好適に用いられるE−カドヘリンの場合、当該リコンビナント・タンパク質の作製法の一例として、発明者らの既報告論文を挙げることができる(Nagaoka et al.,Biotechnol.Lett.24:1857,2002(非特許文献6);Protein Eng.16:243,2003(非特許文献7)参照)。   In the case of E-cadherin that is suitably used for carrying out the present invention, as an example of a method for producing the recombinant protein, there can be mentioned a paper already reported by the inventors (Nagaoka et al., Biotechnol. Lett. 24: 1857, 2002 (Non-Patent Document 6); Protein Eng. 16: 243, 2003 (Non-Patent Document 7)).

また、マウス又はヒトのE−カドヘリンの細胞外領域をコードするcDNAに、ヒトIgGのFc領域部分をコードする配列及びHisタグ配列のcDNAを連結させた融合遺伝子をマウス細胞に導入し、これを発現させて作製した精製リコンビナント・タンパク質(Recombinant Human/Mouse E−cadherin−Fc Chimera;R&D systems社、Genzyme Techne社)が市販されており、マウス又はヒト由来のE−カドヘリン・タンパク質として使用することもできる(E−cad−Fcタンパク質)。   In addition, a fusion gene in which a cDNA encoding the extracellular region of mouse or human E-cadherin and a cDNA encoding the Fc region of human IgG and a cDNA of His tag sequence are introduced into mouse cells, Purified recombinant proteins (Recombinant Human / Mouse E-cadherin-Fc Chimera; R & D systems, Genzyme Techne) produced on the market are also commercially available, and may be used as mouse- or human-derived E-cadherin proteins Yes (E-cad-Fc protein).

糖側鎖を有するポリマーとは、好ましくはエチレン性不飽和結合を重合させて得られる主鎖と、糖側鎖とを有するポリマーである。糖側鎖としては、グルコース、ガラクトース、ラクトース等が挙げられるが、ラクトースまたはガラクトースが好ましい。ラクトース中のβ−ガラクトース、β−ガラクトースが、アシアロ糖タンパク質レセプターにより特異的に認識され、細胞の結着に寄与しうるからである。糖側鎖を有するポリマーは、ポリスチレン主鎖を有するスチレン誘導体ポリマーであることが好ましく、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)(以下、「PVLA」とも称する)が最も好ましい。   The polymer having a sugar side chain is preferably a polymer having a main chain obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated bond and a sugar side chain. Examples of the sugar side chain include glucose, galactose, lactose and the like, but lactose or galactose is preferable. This is because β-galactose and β-galactose in lactose can be specifically recognized by the asialoglycoprotein receptor and contribute to cell binding. The polymer having a sugar side chain is preferably a styrene derivative polymer having a polystyrene main chain, and most preferably poly (pN-vinylbenzyl-D-lactone amide) (hereinafter also referred to as “PVLA”).

細胞培養用の培養基材としては、例えば、ディッシュ(培養皿とも称する)、シャーレやプレート(6穴、24穴、48穴、96穴、384穴、9600穴などのマイクロタイタープレート、マイクロプレート、ディープウェルプレート等)、フラスコ、チャンバースライド、チューブ、セルファクトリー、ローラーボトル、スピンナーフラスコ、フォロファイバー、マイクロキャリア、ビーズ等が挙げられる。これらの培養基材は、ガラス等の無機材料又はポリスチレン等の有機材料のいずれからなっていてもよいが、蛋白質やペプチド等に対する吸着性が高いポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の材料や、又は吸着性を高める処理、例えば親水処理や疎水処理等を施した材料の使用が好適である。また、滅菌可能な耐熱性及び耐水性を有している材料からなるのが好ましい。そのための好適な基材の一例としては、主に大腸菌等の培養に頻用される、細胞培養用の処理を特にしていないポリスチレン製ディッシュ及び/又はプレート(以下、無処理ポリスチレン製プレートと称する)を挙げることができ、当該培養基材は一般に市販されている。   Examples of the culture substrate for cell culture include dishes (also referred to as culture dishes), petri dishes and plates (microtiter plates such as 6 holes, 24 holes, 48 holes, 96 holes, 384 holes, and 9600 holes, microplates, Deep well plates, etc.), flasks, chamber slides, tubes, cell factories, roller bottles, spinner flasks, follower fibers, microcarriers, beads and the like. These culture substrates may be made of either inorganic materials such as glass or organic materials such as polystyrene, but materials such as polystyrene, polyethylene, and polypropylene that have high adsorptivity to proteins, peptides, etc., or adsorptivity It is preferable to use a material that has been subjected to a treatment for increasing the viscosity, for example, a hydrophilic treatment or a hydrophobic treatment. Moreover, it is preferable to consist of the material which has the heat resistance and water resistance which can be sterilized. As an example of a suitable base material for that purpose, a polystyrene dish and / or plate (hereinafter referred to as an untreated polystyrene plate) that is frequently used mainly for culturing Escherichia coli or the like and is not particularly treated for cell culture. The culture substrate is generally commercially available.

本発明で開示される方法の実施において、カドヘリンファミリーに属するタンパク質や融合タンパク質を、上記の培養基材固相表面に固定又はコーティングする方法としては、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法を適用することができるが、操作の容易さから吸着による方法が好ましい。接着性分子がタンパク質性やペプチド性の分子、又は糖鎖を含む高分子化合物等である場合、プレート等の培養基材固相表面に当該分子の溶液を接触させ、一定時間後に溶媒を除去することにより、簡便に当該分子を吸着させることができる。さらに具体的には、例えば、蒸留水やPBS等を溶媒とする接着性分子の溶液を、ろ過、滅菌した後、プレート等の培養基材に接触させ、数時間から一昼夜放置するだけで、当該接着性分子が固定又はコーティングされた細胞培養用基材が得られる。好ましくは、蒸留水やPBS等で数回洗浄し、PBS等の平衡塩溶液等で置換してから使用する。   In the implementation of the method disclosed in the present invention, as a method for fixing or coating a protein or fusion protein belonging to the cadherin family on the above-mentioned culture substrate solid phase surface, physical methods such as adsorption, covalent bonds, etc. Although a chemical method can be applied, the method by adsorption is preferable because of the ease of operation. When the adhesive molecule is a proteinaceous or peptidic molecule or a polymer compound containing a sugar chain, the solution of the molecule is brought into contact with the surface of the culture substrate solid phase such as a plate, and the solvent is removed after a certain period of time. Thus, the molecule can be easily adsorbed. More specifically, for example, a solution of an adhesive molecule using distilled water or PBS as a solvent is filtered, sterilized, then contacted with a culture substrate such as a plate, and left alone for several hours to overnight. A cell culture substrate on which an adhesive molecule is fixed or coated is obtained. Preferably, it is used after being washed several times with distilled water, PBS, or the like and replaced with an equilibrium salt solution such as PBS.

また、接着性分子に前もって人為的に抗原性分子が付加・融合させている場合は、当該抗原性分子に対する特異抗体との結合を利用することもでき、接着性分子を効率的に基材表面に修飾することができるため、より好ましい。この場合、特異抗体を前もって培養基材表面に、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法によって固定又はコーティングしておく必要がある。例えば、接着性分子にIgGのFc領域タンパク質を融合させたリコンビナント・タンパク質の場合、培養基材に前もって修飾しておく抗体としては、IgGのFc領域を特異的に認識するものを使用することができる。接着性分子に各種タンパク質やタグ配列ペプチドを融合させたリコンビナント・タンパク質の場合、融合させた分子に特異的な抗体を、培養基材に前もって修飾することにより、使用することができる。   In addition, when an antigenic molecule is artificially added to and fused with the adhesive molecule in advance, it is possible to utilize the binding with a specific antibody against the antigenic molecule, and the adhesive molecule is efficiently attached to the substrate surface. It is more preferable because it can be modified. In this case, the specific antibody must be fixed or coated on the surface of the culture substrate in advance by a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding. For example, in the case of a recombinant protein in which an IgG Fc region protein is fused to an adhesive molecule, an antibody that specifically recognizes the IgG Fc region may be used as an antibody that is previously modified on the culture substrate. it can. In the case of a recombinant protein in which various proteins and tag sequence peptides are fused to an adhesive molecule, an antibody specific for the fused molecule can be used by previously modifying the culture substrate.

本発明の実施において、細胞培養基材の固相表面に固定又はコーティングされるカドヘリンファミリーに属するタンパク質や融合タンパク質は少なくとも1種であるが、2種以上のカドヘリンファミリーに属するタンパク質や融合タンパク質を組み合わせて用いてもよい。その場合、各々のタンパク質の溶液を混合し、その混合溶液を上述の方法に基き、修飾すればよい。   In the practice of the present invention, there is at least one protein or fusion protein belonging to the cadherin family that is immobilized or coated on the solid phase surface of the cell culture substrate, but two or more proteins or fusion proteins belonging to the cadherin family are combined. May be used. In that case, each protein solution may be mixed, and the mixed solution may be modified based on the above-described method.

上記のカドヘリンファミリーに属するタンパク質や融合タンパク質溶液の濃度は、当該タンパク質の吸着量及び/又は親和性、さらには当該タンパク質の物理学的性質によって適宜、検討する必要があるが、E−カドヘリンの細胞外領域にFc領域を融合させたリコンビナント・タンパク質の場合、0.01〜1000μg/mL程度までの濃度範囲とし、好ましくは、0.1〜200μg/mL程度、さらに好ましくは1〜50μg/mL、そして最も好ましくは5〜10μg/mLである。   The concentration of the protein belonging to the cadherin family or the fusion protein solution needs to be appropriately determined depending on the adsorption amount and / or affinity of the protein, and further the physical properties of the protein, but E-cadherin cells In the case of a recombinant protein in which the Fc region is fused to the outer region, the concentration range is about 0.01 to 1000 μg / mL, preferably about 0.1 to 200 μg / mL, more preferably 1 to 50 μg / mL, And most preferably, it is 5-10 microgram / mL.

糖側鎖を有するポリマーを、培養基材の固相表面に固定又はコーティングする方法としては、上記カドヘリンファミリーに属するタンパク質の場合と同様に、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法を適用することができるが、操作の容易さから吸着による方法が好ましい。吸着とは、糖側鎖を有するポリマーを含む溶液と、基材表面とを一定時間、好ましくは数時間〜一昼夜、より好ましくは1時間〜12時間、接触させることで達成できる。また、前もって糖側鎖を有するポリマーに人為的に抗原性分子を付加・融合させておき、当該抗原性分子に対する特異抗体との結合を利用することもできる。この場合、特異抗体を、前もって培養基材の固相表面に、吸着等の物理学的方法や共有結合等の化学的方法によって、固定又はコーティングしておく必要がある。   As a method for immobilizing or coating a polymer having a sugar side chain on the solid phase surface of a culture substrate, as in the case of the protein belonging to the cadherin family, a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding. Although a method can be applied, the method by adsorption is preferable from the viewpoint of ease of operation. Adsorption can be achieved by bringing a solution containing a polymer having a sugar side chain into contact with the substrate surface for a certain period of time, preferably several hours to one day and more preferably 1 hour to 12 hours. Alternatively, an antigenic molecule can be artificially added to and fused with a polymer having a sugar side chain in advance, and a bond with a specific antibody against the antigenic molecule can be used. In this case, the specific antibody needs to be fixed or coated in advance on the solid phase surface of the culture substrate by a physical method such as adsorption or a chemical method such as covalent bonding.

上記培養基材の表面に、カドヘリンファミリーに属するタンパク質や融合タンパク質、糖側鎖を有するポリマーを固定またはコーティングする過程の一態様として、E−cad−Fcタンパク質とPVLAを用いた場合の模式図を図1(B)に示す。図1(B)は、E−cad−Fcタンパク質、PVLAの順でコーティングしている。この順でコーティングすると、E−cad−Fcタンパク質によるコーティングの隙間に、PVLAがコーティングされ、E−cad−Fcタンパク質が海、PVLAが島となるような海島構造を形成することと考えられる。   As an aspect of the process of immobilizing or coating a protein belonging to the cadherin family, a fusion protein, or a polymer having a sugar side chain on the surface of the culture substrate, a schematic diagram in the case of using E-cad-Fc protein and PVLA As shown in FIG. In FIG. 1 (B), E-cad-Fc protein and PVLA are coated in this order. When coating is performed in this order, it is considered that PVLA is coated in the gaps between the coatings with the E-cad-Fc protein, and that an sea-island structure is formed in which the E-cad-Fc protein becomes the sea and PVLA becomes the island.

本発明の細胞培養基材は、後述するように、種々の多能性幹細胞の未分化性を維持したままの培養や、分化誘導因子を加えて、多能性幹細胞を分化させる培養や、多能性幹細胞を分化させた細胞群から、所望の細胞を選抜、濃縮する培養方法に好適に用いることができる。   As will be described later, the cell culture substrate of the present invention is a culture that maintains the undifferentiation of various pluripotent stem cells, a culture that differentiates pluripotent stem cells by adding a differentiation-inducing factor, It can be suitably used in a culture method for selecting and concentrating desired cells from a cell group obtained by differentiating potent stem cells.

[細胞培養方法]
本発明の細胞培養方法は、上記細胞培養基材と、液体培地とを用いて、未分化性および分化多能性を維持しながら多能性幹細胞を増殖させることを特徴とするものである。
[Cell culture method]
The cell culture method of the present invention is characterized in that pluripotent stem cells are proliferated using the cell culture substrate and a liquid medium while maintaining undifferentiation and differentiation pluripotency.

本発明の実施において、分子生物学や組換えDNA技術等の遺伝子工学の方法及び一般的な細胞生物学の方法及び従来技術について、実施者は、特に示されなければ、当該分野の標準的な参考書籍を参照し得る。これらには、例えば、Molecular Cloning:A Laboratory Manual第3版(Sambrook & Russell、Cold Spring Harbor Laboratory Press、2001);Current Protocols in Molecular biology(Ausubel et al.編、John Wiley & Sons、1987);Methods in Enzymologyシリーズ(Academic Press);PCR Protocols:Methods in Molecular Biology(Bartlett & Striling編、Humana Press、2003);Animal Cell Culture:A Practical Approach第3版(Masters編、Oxford University Press、2000);Antiboides:A Laboratory Manual(Harlow et al.& Lane編、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1987)等を参照のこと。また、本明細書において参照される細胞培養、細胞生物学実験のための試薬及びキット類はSigma社やAldrich社、Invitrogen/GIBCO社、Clontech社、Stratagene社等の市販業者から入手可能である。   In practicing the present invention, the practitioner, unless otherwise indicated, for genetic engineering methods such as molecular biology and recombinant DNA technology and general cell biology methods and prior art, Reference books can be referenced. These include, for example, Molecular Cloning: A Laboratory Manual 3rd Edition (Sambrook & Russell, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001); Current Protocols in Molecular Bio. in Enzymology Series (Academic Press); PCR Protocols: Methods in Molecular Biology (Bartlett & Styling, Humana Press, 2003); Animal Cell Culture: A Practure cal Approach Third Edition (Masters ed., Oxford University Press, 2000); Antiboides: A Laboratory Manual (. Harlow et al & Lane eds., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1987) refer to such. In addition, reagents and kits for cell culture and cell biology experiments referred to in this specification are available from commercial vendors such as Sigma, Aldrich, Invitrogen / GIBCO, Clontech, and Stratagene.

また、多能性幹細胞を用いた細胞培養、及び発生・細胞生物学実験の一般的方法について、実施者は、当該分野の標準的な参考書籍を参照し得る。これらには、Guide to Techniques in Mouse Development(Wasserman et al.編、Academic Press,1993);Embryonic Stem Cell Differentiation in vitro(M.V.Wiles、Meth.Enzymol.225:900,1993);Manipulating the Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.編、Cold Spring Harbor Laboratory Press,1994);Embryonic Stem Cells(Turksen編、Humana Press,2002)が含まれる。本明細書において参照される細胞培養、発生・細胞生物学実験のための試薬及びキット類はInvitrogen/GIBCO社やSigma社等の市販業者から入手可能である。   In addition, regarding a general method of cell culture using pluripotent stem cells and development / cell biology experiments, the practitioner can refer to standard reference books in the field. These include Guide to Techniques in Mouse Development (Wasserman et al., Academic Press, 1993); Embryonic Stem Cell Differentiation in Vitro (M.V. Embryo: Includes A laboratory manual (Edited by Hogan et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994); Reagents and kits for cell culture, development and cell biology experiments referred to in this specification are available from commercial vendors such as Invitrogen / GIBCO and Sigma.

マウス及びヒトの多能性幹細胞の作製、継代、保存法については、すでに標準的なプロトコールが確立されており、実施者は、前項で挙げた参考書籍に加えて、複数の参考文献(Matsui et al.,Cell 70:841,1992;Thomson et al.,米国特許第5,843,780号;Thomson et al.,Science 282:114,1998;Shamblott et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:13726,1998;Shamblott et al.,米国特許第6,090,622号;Reubinoff et al.,Nat.Biotech.18:399,2000;国際公開番号第00/27995号)等を参照することにより、これらの多能性幹細胞を使用し得る。また、その他の動物種に関しても、例えばサル(Thomson et al.,米国特許第5,843,780号;Proc.Natl.Acad.Sci.USA,92,7844,1996)やラット(Iannaccone et al.,Dev.Biol.163:288,1994;Loring et al.,国際公開番号第99/27076号)、ニワトリ(Pain et al.,Development 122:2339,1996;米国特許第5,340,740号;米国特許第5,656,479号)、ブタ(Wheeler et al.,Reprod.Fertil.Dev.6:563,1994;Shim et al.,Biol.Reprod.57:1089,1997)等に関してES細胞又はES細胞様細胞の樹立方法が知られており、各記載の方法に従って、本発明に用いられるES細胞を作製することができる。   A standard protocol has already been established for the generation, passage, and storage of mouse and human pluripotent stem cells. In addition to the reference books listed in the previous section, the practitioner can use multiple references (Matsui). et al., Cell 70: 841, 1992; Thomson et al., US Patent No. 5,843,780; Thomson et al., Science 282: 114, 1998; Shamlott et al., Proc. Natl. USA 95: 13726, 1998; Shamblott et al., US Pat. No. 6,090,622; Reubinoff et al., Nat. Biotech. 18: 399, 2000; International Publication No. 00/27995) By doing these It may be used pluripotent stem cells. As for other animal species, for example, monkeys (Thomson et al., US Pat. No. 5,843,780; Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 7844, 1996) and rats (Ianaccone et al. Biol. 163: 288, 1994; Loring et al., International Publication No. 99/27076), chicken (Pain et al., Development 122: 2339, 1996; US Pat. No. 5,340,740; US Pat. No. 5,656,479), swine (Wheeler et al., Reprod. Fertil. Dev. 6: 563, 1994; Shim et al., Biol. Reprod. 57: 1089, 1997) etc. Establishment method of S-like cells are known, according to the method of the described, can be manufactured ES cells used in the present invention.

ES細胞とは、胚盤胞期胚の内部にある内部細胞塊(inner cell mass)と呼ばれる細胞集塊をin vitro培養に移し、細胞塊の解離と継代を繰り返すことにより、未分化幹細胞集団として単離した多能性幹細胞である。マウス由来ES細胞としては、E14、D3、CCE、R1、J1、EB3等、様々なものが知られており、一部はAmerican Type Culture Collection社やCell & Molecular Technologies社、Thromb−X社等から購入することも可能である。ヒト由来ES細胞は、現在、全世界で50種以上が樹立されており、米国・国立衛生研究所(NIH)のリスト(http://stemcells.nih.gov/registry/index.asp)には20種以上の株が登録されている。その一部はES Cell International社やWisconsin Alumni Research Foundationから購入することが可能である。   An ES cell is an undifferentiated stem cell population obtained by transferring a cell mass called an inner cell mass inside an blastocyst stage embryo to an in vitro culture and repeating dissociation and passage of the cell mass. Is a pluripotent stem cell isolated as Various mouse-derived ES cells such as E14, D3, CCE, R1, J1, and EB3 are known. Some are from American Type Culture Collection, Cell & Molecular Technologies, Thromb-X, etc. It is also possible to purchase. Currently, over 50 types of human-derived ES cells have been established all over the world, and are listed in the list of the National Institutes of Health (NIH) (http://stemcells.nih.gov/registry/index.asp). More than 20 strains are registered. Some of them can be purchased from ES Cell International or Wisconsin Alumni Research Foundation.

ES細胞は、一般に初期胚を培養することにより樹立されるが、体細胞の核を核移植した初期胚からもES細胞を作製することが可能である(Munsie et al.,Curr.Biol.10:989,2000;Wakayama et al.,Science 292:740,2001;Hwang et al.,Science 303:1669,2004)。また、異種動物の卵細胞、又は脱核した卵細胞を複数に分割した細胞小胞(cytoplastsやooplastoidsと称される)に、所望する動物の細胞核を移植して胚盤胞期胚様の細胞構造体を作製し、それを基にES細胞を作製する方法も考案されている(国際公開番号第99/45100号;第01/46401号;01/96532号;米国特許公開第02/90722号;02/194637号)。また、単為発生胚を胚盤胞期と同等の段階まで発生させ、そこからES細胞を作製する試み(米国特許公開第02/168763号;Vrana K et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100:11911−6)や、ES細胞と体細胞を融合させることにより、体細胞核の遺伝情報を有したES細胞を作る方法も報告されている(国際公開番号第00/49137号;Tada et al.,Curr.Biol.11:1553,2001)。本発明で使用されるES細胞は、この様な方法により作製されたES細胞又はES細胞の染色体上の遺伝子を遺伝子工学的手法により改変したものも含まれる。   Although ES cells are generally established by culturing early embryos, ES cells can also be produced from early embryos obtained by nuclear transfer of somatic cell nuclei (Munsie et al., Curr. Biol. 10). : 989, 2000; Wakayama et al., Science 292: 740, 2001; Hwang et al., Science 303: 1669, 2004). In addition, a cell structure of a blastocyst stage embryo by transplanting the cell nucleus of a desired animal into a cell vesicle (referred to as cytoplasts or ooplastoids) obtained by dividing an egg cell of a heterogeneous animal or an enucleated egg cell into a plurality of cells And methods for producing ES cells based on the above have also been devised (International Publication Nos. 99/45100; 01/46401; 01/96532; US Patent Publication No. 02/90722; 02). / 194637). Also, parthenogenetic embryos are developed to a stage equivalent to the blastocyst stage and ES cells are produced therefrom (US Patent Publication No. 02/168863; Vrana K et al., Proc. Natl. Acad. Sci). USA 100: 11911-6) and a method for producing ES cells having genetic information of somatic cell nuclei by fusing ES cells and somatic cells (International Publication No. 00/49137; Tada). et al., Curr. Biol. 11: 1553, 2001). ES cells used in the present invention include ES cells produced by such a method or those obtained by modifying genes on the chromosome of ES cells by genetic engineering techniques.

EG細胞は、始原生殖細胞と呼ばれる胎児期の生殖細胞を、ES細胞の場合と同様、MEF細胞やSTO細胞、Sl/Sl−m220細胞等のフィーダー上で、LIF及びbFGF/FGF−2、又はフォルスコリン等の薬剤で刺激することにより作製されたものであり(Matsui et al.,Cell 70:841,1992;Koshimizu et al.,Development 122:1235,1996)、ES細胞ときわめて類似した性質を有している(Thomson & Odorico、Trends Biotechnol.18:53,2000)。ES細胞の場合と同様、EG細胞と体細胞を融合させて作製したEG細胞(Tada et al.,EMBO J.16:6510,1997;Andrewら)やEG細胞の染色体上の遺伝子を遺伝子工学的手法により改変したものも、本発明の方法に使用することができる。 An EG cell is a fetal germ cell called a primordial germ cell, and, as in the case of an ES cell, LIF and bFGF / FGF-2 on a feeder such as a MEF cell, STO cell, or Sl / Sl 4 -m220 cell, Or prepared by stimulation with a drug such as forskolin (Matsui et al., Cell 70: 841, 1992; Koshimazu et al., Development 122: 1235, 1996), and properties very similar to those of ES cells (Thomson & Odorico, Trends Biotechnol. 18:53, 2000). As in the case of ES cells, EG cells (Tada et al., EMBO J. 16: 6510, 1997; Andrew et al.) Prepared by fusing EG cells and somatic cells and genes on the chromosomes of EG cells are genetically engineered. Those modified by a technique can also be used in the method of the present invention.

iPS細胞(人工多能性幹細胞:induced pluripotent stem cell)とは、体細胞を初期化することによって得られる多能性を有する細胞である。上記特許文献3,4,5に記載された方法により作製することができる。また、iPS細胞は、上記特許文献記載の方法以外にも多数の変法による作製方法が知られている。国際公開WO2007/069666号公報には、Octファミリー遺伝子、Klfファミリー遺伝子、及びMycファミリー遺伝子の遺伝子産物を含む体細胞の核初期化因子、並びにOctファミリー遺伝子、Klfファミリー遺伝子、Soxファミリー遺伝子及びMycファミリー遺伝子の遺伝子産物を含む体細胞の核初期化因子が記載されており、さらに体細胞に上記核初期化因子を接触させる工程を含む、体細胞の核初期化により誘導多能性幹細胞を製造する方法が記載されている。この他に、上記初期化因子の一つないし複数を使用せずに、他の因子を用いたり、初期化因子に変えて、または、加えて、別の物質や遺伝子を使用する方法が知られているが、iPS細胞の定義に入るものであればいずれの方法により作製されたものであっても使用することができる。   An iPS cell (induced pluripotent stem cell) is a pluripotent cell obtained by reprogramming somatic cells. It can be produced by the method described in Patent Documents 3, 4 and 5. In addition to the methods described in the above-mentioned patent documents, methods for producing iPS cells by many modified methods are known. International Publication No. WO2007 / 069666 discloses somatic cell nuclear reprogramming factors including Oct family gene, Klf family gene, and Myc family gene gene product, as well as Oct family gene, Klf family gene, Sox family gene and Myc family. A somatic cell nuclear reprogramming factor containing a gene product of a gene is described, and further, the induced pluripotent stem cell is produced by somatic cell nuclear reprogramming, comprising the step of contacting the nuclear reprogramming factor with the somatic cell. A method is described. In addition to this, there is known a method of using another substance or gene without using one or more of the above-mentioned reprogramming factors, using other factors, or replacing or in addition to the reprogramming factors. However, any method can be used as long as it falls within the definition of iPS cells.

本発明で用いるiPS細胞は、体細胞を初期化することにより製造することができる。ここで用いる体細胞の種類は特に限定されず、任意の体細胞を用いることができる。体細胞は、生体を構成する細胞の内生殖細胞以外の全ての細胞を包含し、分化した体細胞でもよいし、未分化の幹細胞でもよい。体細胞の由来は、哺乳動物、鳥類、魚類、爬虫類、両生類の何れでもよく特に限定されないが、好ましくは哺乳動物(例えば、マウスなどのげっ歯類、またはヒトなどの霊長類)であり、特に好ましくはマウス又はヒトである。また、ヒトの体細胞を用いる場合、胎児、新生児又は成人の何れの体細胞を用いてもよい。   IPS cells used in the present invention can be produced by reprogramming somatic cells. The type of somatic cell used here is not particularly limited, and any somatic cell can be used. The somatic cell includes all cells other than the inner germ cells of the cells constituting the living body, and may be a differentiated somatic cell or an undifferentiated stem cell. The origin of the somatic cell may be any of mammals, birds, fishes, reptiles and amphibians, but is not particularly limited, but is preferably a mammal (for example, a rodent such as a mouse or a primate such as a human). A mouse or a human is preferable. In addition, when human somatic cells are used, any fetal, neonatal or adult somatic cells may be used.

また、多能性幹細胞は、ES細胞やEG細胞、iPS細胞のみに限らず、哺乳動物の胚や胎児、臍帯血、又は成体臓器や骨髄等の成体組織、血液等に由来する、ES/EG細胞に類似した形質を有するすべての多能性幹細胞が含まれる。例えば生殖細胞を特殊な培養条件下で培養することにより得られるES様細胞は、ES/EG細胞ときわめて良く似た形質を呈しており(Kanatsu−Shinohara et al.,Cell 119:1001,2004)、多能性幹細胞として使用することができる。その他の例としては、骨髄細胞から単離され、三胚葉すべての系譜の細胞に分化能を有する多能性成体幹細胞(multipotent adult progenitor/stem cells:MAPC)を挙げることができる。また、毛根鞘細胞やケラチノサイト(国際公開番号第02/51980号)、腸管上皮細胞(国際公開番号第02/57430号)、内耳細胞(Li et al.,Nature Med.9:1293,2003)等を特別な培養条件下で培養することにより得られた多能性幹細胞や、血液中の単核球細胞(又はその細胞核分に含まれる幹細胞)をM−CSF(Macrophage−Colony Stimulating Factor;マクロファージコロニー刺激因子)+PMA(phorbol 12−myristate 13−acetate)処理(Zhao et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100:2426,2003)、又はCR3/43抗体処理(Abuljadayel、Curr.Med.Res.Opinion 19:355,2003)することにより作製される多能性幹細胞等に関しても、ES/EG細胞と類似の形質を有する幹細胞であればすべて含まれる。この場合、ES/EG細胞と類似の形質とは、当該細胞に特異的な表面(抗原)マーカーの存在や当該細胞特異的な遺伝子の発現、さらにはテラトーマ形成能やキメラマウス形成能といった、ES/EG細胞に特異的な細胞生物学的性質をもって定義することができる。   In addition, pluripotent stem cells are not limited to ES cells, EG cells, and iPS cells, but are derived from mammalian embryos, fetuses, umbilical cord blood, or adult tissues such as adult organs and bone marrow, blood, etc. ES / EG All pluripotent stem cells having traits similar to cells are included. For example, ES-like cells obtained by culturing germ cells under special culture conditions exhibit very similar characteristics to ES / EG cells (Kanatsu-Shinohara et al., Cell 119: 1001, 2004). Can be used as pluripotent stem cells. Other examples include pluripotent adult progenitor / stem cells (MAPCs) isolated from bone marrow cells and capable of differentiating into cells of all three germ layers. In addition, hair sheath cells, keratinocytes (International Publication No. 02/51980), intestinal epithelial cells (International Publication No. 02/57430), inner ear cells (Li et al., Nature Med. 9: 1293, 2003), etc. Pluripotent stem cells obtained by culturing the cells under special culturing conditions, or mononuclear cells in blood (or stem cells contained in the cell nuclei) are expressed as M-CSF (Macrophage-Colony Stimulating Factor; macrophage colony Stimulation factor) + PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate) treatment (Zhao et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100: 2426, 2003), or CR3 / 43 antibody treatment (Abuljadayel, Curr) Med.Res.Opinion 19: 355,2003) with regard pluripotent stem cells or the like which is manufactured by, all included as long as stem cells having traits similar to ES / EG cells. In this case, traits similar to ES / EG cells include the presence of surface (antigen) markers specific to the cells, expression of the cell-specific genes, and the ability to form teratomas and chimeric mice. / Defined with cell biology specific to EG cells.

本発明の実施において、多能性幹細胞は、上記本発明の細胞培養基材に播種される。多能性幹細胞の培養方法や培養条件は、当該培養基材を使用することを除き、多能性幹細胞の通常の培養方法や培養条件をそのまま使用することができる。多能性幹細胞の通常の培養方法や培養条件は、上記の参考書籍、すなわち、Guide to Techniques in Mouse Development(Wasserman et al.編、Academic Press,1993);Embryonic Stem Cell Differentiation in vitro(M.V.Wiles、Meth.Enzymol.225:900,1993);Manipulating the Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.編、Cold Spring Harbor Laboratory Press,1994);Embryonic Stem Cells(Turksen編、Humana Press,2002)や、参考文献(Matsui et al.,Cell 70:841,1992;Thomsonら、米国特許第5,843,780号;Thomson et al.,Science 282:114,1998;Shamblott et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:13726,1998;Shamblott et al.米国特許第6,090,622号;Reubinoff et al.,Nat.Biotech.18:399,2000;国際公開番号第00/27995号)等を参照することができるが、特にこれらに限定されない。   In the practice of the present invention, pluripotent stem cells are seeded on the cell culture substrate of the present invention. The pluripotent stem cell culture method and conditions can be used as they are, except that the culture substrate is used. The normal culture method and culture conditions of pluripotent stem cells are described in the above-mentioned reference books, namely Guide to Techniques in Mouse Development (Edited by Wasserman et al., Academic Press, 1993); Embryonic Stem Cell Div. Wiles, Meth. Enzymol. 225: 900, 1993); s, 2002) and references (Matsui et al., Cell 70: 841, 1992; Thomson et al., US Pat. No. 5,843,780; Thomson et al., Science 282: 114, 1998; Shamblott et al. USA 95: 13726, 1998; Shamblott et al., US Patent No. 6,090,622; Rebinoff et al., Nat.Biotech.18: 399, 2000; / 27995)) can be referred to, but is not particularly limited thereto.

多能性幹細胞を培養するための液体培地としては、多能性幹細胞を継代培養する従来の方法に適用することができるものであれば、すべて使用可能である。その具体例としては、Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium(DMEM)、Glasgow Minimum Essential Medium(GMEM)、RPMI1640培地等が挙げられ、通常、2mM程度のグルタミン及び/又は100μM程度の2−メルカプトエタノールを添加して使用する。また、ES細胞培養用培地として市販されているKnockOut DMEM(Invitrogen社)や、ES cell−qualified DMEM(Cell & Molecular Technologies社)、TX−WES(Thromb−X社)等も用いることができる。これらの培地にはFBSを5〜25%程度添加することが好ましいが、無血清培養することも可能で、例えば、15〜20%のKnockOut Serum Replacement(Invitrogen社)を代用することができる。また、MEF細胞の培養上清やbFGF/FGF−2、SCF等を添加した培地を使用してもよく、その詳細な方法は公知である(Xu et al.,Nature Biotech.19:971,2001;国際公開番号第01/51616号;国際公開番号第03/020920号;Amit et al.,Biol.Reprod.,70:837,2004)。   Any liquid medium for culturing pluripotent stem cells can be used as long as it can be applied to a conventional method for subculturing pluripotent stem cells. Specific examples thereof include Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), Glasgow Minimum Essential Medium (GMEM), RPMI 1640 medium, and the like. Usually, about 2 mM glutamine and / or about 100 μM of 2-mercaptoethanol is used. Add and use. KnockOut DMEM (Invitrogen), ES cell-qualified DMEM (Cell & Molecular Technologies), TX-WES (Thromb-X), etc. which are marketed as ES cell culture media can also be used. Although it is preferable to add about 5 to 25% of FBS to these media, serum-free culture is also possible, and for example, 15 to 20% KnockOut Serum Replacement (Invitrogen) can be substituted. In addition, a culture supernatant of MEF cells or a medium supplemented with bFGF / FGF-2, SCF or the like may be used, and detailed methods thereof are known (Xu et al., Nature Biotech. 19: 971, 2001). International Publication No. 01/51616; International Publication No. 03/020920; Amit et al., Biol. Reprod., 70: 837, 2004).

上記の多能性幹細胞を培養するための液体培地には、多能性幹細胞の未分化状態を維持する作用を有する物質・因子を添加することが望ましい。具体的な物質・因子としては、特にこれを限定しないが、マウスES/EG細胞の場合、LIFが好適である。LIFは既報告論文(Smith & Hooper、Dev.Biol.121:1,1987;Smith et al.,Nature 336:688,1988;Rathjen et al.,Genes Dev.4:2308,1990)や、NCBIの公的なDNAデータベースにアクセス番号X13967(ヒトLIF)、X06381(マウスLIF)、NM_022196(ラットLIF)等で公知のタンパク質性因子であり、そのリコンビナント・タンパク質は、例えばESGRO(Chemicon社)の商品名で購入することができる。また、GSK−3阻害剤を培養液に添加することにより、特に他の成長因子・生理活性因子等の添加をしなくても、マウス及びヒトES細胞の未分化性を効率的に維持することができる(Sato et al.,Nature Med.10:55,2004)。この場合、GSK−3の活性を阻害できる作用を有した物質であれば、すべて使用可能であり、例えばWntファミリー分子(Manoukian & Woodgett、Adv.Cancer Res.84:203,2002;Doble & Woodgett、J.Cell Sci.116:1175,2003)等を挙げることができる。   It is desirable to add a substance / factor having an action of maintaining the undifferentiated state of the pluripotent stem cells to the liquid medium for culturing the pluripotent stem cells. Specific substances / factors are not particularly limited, but in the case of mouse ES / EG cells, LIF is preferred. LIF has been reported in published papers (Smith & Hooper, Dev. Biol. 121: 1, 1987; Smith et al., Nature 336: 688, 1988; Rathjen et al., Genes Dev. 4: 2308, 1990), NCBI's. It is a known protein factor in the public DNA database with access numbers X13967 (human LIF), X06181 (mouse LIF), NM_022196 (rat LIF), etc. The recombinant protein is, for example, the trade name of ESGRO (Chemicon) Can be purchased at. In addition, by adding a GSK-3 inhibitor to the culture solution, it is possible to efficiently maintain the undifferentiation of mouse and human ES cells without particularly adding other growth factors or physiologically active factors. (Sato et al., Nature Med. 10:55, 2004). In this case, any substance having an action capable of inhibiting the activity of GSK-3 can be used. For example, a Wnt family molecule (Manookian & Woodgett, Adv. Cancer Res. 84: 203, 2002; Double & Woodgett, J. Cell Sci. 116: 1175, 2003) and the like.

本発明の実施において、従来の方法に基づき継代維持した多能性幹細胞を、上記の方法により作製された培養基材に播種し、かつ、上記の培養条件・方法に基いて培養することにより、当該細胞を分散した状態で、しかも当該細胞が本来有する未分化な状態を保持したまま継代培養することが可能である。この様な状態で培養した多能性幹細胞は、細胞分裂の際に物理的な抑制がかからないため、及び/又は細胞間接触に起因する細胞増殖抑制機構が作用しないため、及び/又は細胞の生存性が高まり、死細胞数が減少するため、細胞の著しい増加や増殖が認められる。一つの事例として、本発明の方法によりマウスES細胞を培養した場合、従来の方法で培養した場合と比較して、少なくとも1.25倍以上、好ましくは1.5倍以上、より好ましくは2倍以上の増殖能を呈することが可能である。また、当該条件で4代ほど継代すると、従来法と比べて少なくとも3倍、好ましくは10倍以上の細胞を回収することが可能である。増殖能は、単位時間における細胞数の増加率や倍化速度等の指標で表すことができ、その計測・算出方法としては、一般の細胞を用いた実験で使用され、公知となっている方法であれば、いずれも用いることができる。   In the practice of the present invention, pluripotent stem cells that have been passaged and maintained based on conventional methods are seeded on a culture substrate prepared by the above method and cultured based on the above culture conditions and methods. The cells can be subcultured in a dispersed state while maintaining the undifferentiated state inherent to the cells. Pluripotent stem cells cultured in such a state are not physically suppressed during cell division and / or cell growth suppression mechanisms due to cell-cell contact do not act and / or cell survival. As the sex increases and the number of dead cells decreases, there is a marked increase and proliferation of cells. As one example, when mouse ES cells are cultured by the method of the present invention, they are at least 1.25 times or more, preferably 1.5 times or more, more preferably 2 times as compared with the case of culturing by conventional methods. It is possible to exhibit the above proliferation ability. Further, when passage is performed for about 4 generations under the above conditions, it is possible to recover at least 3 times, preferably 10 times or more, cells as compared with the conventional method. The proliferative ability can be expressed by an index such as the rate of increase in cell number per unit time or doubling rate, and the measurement / calculation method is a known method used in experiments using general cells. Any of them can be used.

上述のように、多能性幹細胞における未分化な状態とは、多能性幹細胞が、ほぼ永続的または長期間の細胞増殖が可能であり、正常な核(染色体)型を呈し、適当な条件下において三胚葉すべての系譜の細胞に分化する能力をもった状態を意味する。また、好ましくは、多能性幹細胞のその他の特性、例えば、テロメアーゼ活性の維持やテラトーマ形成能、又はキメラ形成能等の性質のうち、少なくとも1つを有していることが望ましい。これらの性質・特性を調べる方法は、既に標準的なプロトコールが確立されており、例えば、上記の参考書籍、即ち、Guide to Techniques in Mouse Development(Wassermanら編、Academic Press,1993);Embryonic Stem Cell Differentiation in vitro(M.V.Wiles、Meth.Enzymol.225:900,1993);Manipulating the Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.編、Cold Spring Harbor Laboratory Press,1994);Embryonic Stem Cells(Turksen編、Humana Press,2002)等を参照することにより、容易に実施することができるが、特にこれらに記載の方法には限定されない。   As described above, an undifferentiated state in a pluripotent stem cell means that the pluripotent stem cell is capable of almost permanent or long-term cell growth, exhibits a normal nuclear (chromosomal) type, and has an appropriate condition. Below, it means a state with the ability to differentiate into cells of all three germ layers. Moreover, it is preferable that at least one of the other properties of the pluripotent stem cell, for example, properties such as maintenance of telomerase activity, teratoma formation ability, or chimera formation ability is desirable. A standard protocol has already been established as a method for examining these properties and characteristics. For example, the above-mentioned reference book, that is, Guide to Technologies in Mouse Development (Edited by Wasserman et al., Academic Press, 1993); Embryonic Stem Cell. Differentiation in vitro (MV Wiles, Meth. Enzymol. 225: 900, 1993); Manipulating the Mouse Embryo: A laboratory manual, Hs et. n, ed., by referring to the Humana Press, 2002), etc., can be carried out easily, but are not limited to particular methods described in these.

また、未分化状態の多能性幹細胞は、以下に記載する少なくとも1つ、好ましくは複数の方法により、少なくとも1つ、好ましくは複数のマーカー分子の存在が確認できる細胞と定義することもできる。未分化状態の多能性幹細胞に特異的な種々のマーカーの発現は、従来の生化学的又は免疫化学的手法により検出される。その方法は特に限定されないが、好ましくは、免疫組織化学的染色法や免疫電気泳動法の様な、免疫化学的手法が使用される。これらの方法では、未分化状態の多能性幹細胞に結合する、マーカー特異的ポリクローナル抗体又はモノクローナル抗体を使用することができる。個々の特異的マーカーを標的とする抗体は市販されており、容易に使用することができる。未分化状態の多能性幹細胞に特異的なマーカーとしては、例えばALP活性や、Oct−3/4またはRex−1/Zfp42等の遺伝子産物の発現が利用できる。また、各種抗原分子も用いることができ、マウスES細胞ではSSEA−1、ヒトES細胞ではSSEA−3やSSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、GCTM−2等が未分化マーカーとして挙げられる。これらの未分化マーカーの発現は、ES細胞が分化することにより低減、消失する。   An undifferentiated pluripotent stem cell can also be defined as a cell in which the presence of at least one, preferably a plurality of marker molecules can be confirmed by at least one, preferably a plurality of methods described below. Expression of various markers specific to undifferentiated pluripotent stem cells is detected by conventional biochemical or immunochemical techniques. The method is not particularly limited, but preferably an immunochemical technique such as immunohistochemical staining or immunoelectrophoresis is used. In these methods, marker-specific polyclonal or monoclonal antibodies that bind to undifferentiated pluripotent stem cells can be used. Antibodies that target individual specific markers are commercially available and can be readily used. As specific markers for undifferentiated pluripotent stem cells, for example, ALP activity and expression of gene products such as Oct-3 / 4 or Rex-1 / Zfp42 can be used. Various antigen molecules can also be used. In mouse ES cells, SSEA-1, SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, GCTM-2, etc. are undifferentiated in human ES cells. Listed as a marker. The expression of these undifferentiated markers decreases and disappears as ES cells differentiate.

あるいは、未分化状態の多能性幹細胞マーカーの発現は、特にその手法は問わないが、逆転写酵素介在性ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)やハイブリダイゼーション分析といった、任意のマーカー・タンパク質をコードするmRNAを増幅、検出、解析するための従来から頻用される分子生物学的方法により確認できる。未分化状態の多能性幹細胞に特異的なマーカー・タンパク質(例えば、Oct−3/4やRex−1/Zfp42、Nanog等)をコードする遺伝子の核酸配列は既知であり、NCBIの公共データベース等において利用可能であり、プライマー又はプローブとして使用するために必要とされるマーカー特異的配列を容易に決定することができる。   Alternatively, the expression of the undifferentiated pluripotent stem cell marker may be any marker protein such as reverse transcriptase-mediated polymerase chain reaction (RT-PCR) or hybridization analysis, although the method is not particularly limited. This can be confirmed by a conventional molecular biological method for amplifying, detecting and analyzing mRNA. Nucleic acid sequences of genes encoding marker proteins specific to undifferentiated pluripotent stem cells (for example, Oct-3 / 4, Rex-1 / Zfp42, Nanog, etc.) are known, NCBI public databases, etc. The marker-specific sequences that are available in and required for use as primers or probes can be readily determined.

[分化誘導方法]
本発明の多能性幹細胞の分化誘導方法は、上記本発明の細胞培養基材と、分化誘導因子を含む液体培地とを用いて、多能性幹細胞を分化させることを特徴とする。
[Differentiation induction method]
The method for inducing differentiation of pluripotent stem cells of the present invention is characterized in that pluripotent stem cells are differentiated using the cell culture substrate of the present invention and a liquid medium containing a differentiation-inducing factor.

多能性幹細胞の分化誘導のための培養方法や培養条件は、上記本発明の細胞培養基材を使用することを除き、多能性幹細胞の通常の分化誘導培養方法や培養条件をそのまま使用することができる。また、液体培地については上記したものと同様のものを使用することができる。   The culture method and culture conditions for inducing differentiation of pluripotent stem cells are the same as those used for normal differentiation induction culture and culture conditions of pluripotent stem cells, except that the cell culture substrate of the present invention is used. be able to. Moreover, about a liquid culture medium, the thing similar to what was mentioned above can be used.

分化誘導因子(Growth Factorとも称される)は、多能性幹細胞の分化を誘導する為に、培地に添加されるペプチド、ホルモン、サイトカイン、タンパク質、糖タンパク質などの化合物であり、分化させたい細胞のタイプや、分化のステージに応じて様々な種類の分化誘導因子が用いられる。本発明においては、既知の方法やプロトコルに従い、目的の細胞に応じて公知の分化誘導因子を液体培地に添加することができる。   Differentiation-inducing factors (also called Growth Factors) are compounds such as peptides, hormones, cytokines, proteins, glycoproteins, etc. that are added to the medium to induce differentiation of pluripotent stem cells. Different types of differentiation inducers are used depending on the type of differentiation and the stage of differentiation. In the present invention, a known differentiation-inducing factor can be added to a liquid medium according to a target cell according to a known method or protocol.

例えば、肝細胞への分化を例にとると、肝細胞は、ES細胞をMesendoderm(内胚葉系中胚葉系細胞)、Definitive Endoderm(内胚葉系細胞)、Hepatic Progenitor Cells(肝前駆細胞)、Hepatocytes(肝細胞)という順で分化させて得ることができる。肝細胞への分化には、Activin A、Nodal、bFGF(basic fibroblast growth factor、塩基性繊維芽細胞増殖因子)、HGF(hepatocyte growth factor、肝細胞増殖因子)、OSM(Oncostatin M)、DEX(dexamthasone)、EGF(epidermal growth factor)、TGF−α(transforming growth factor−α)transforming growth factor−α)といった分化誘導因子が用いられるが、公知の文献等記載の技術に従い、これら以外の因子を用いてもよい。肝細胞以外の細胞についても、それぞれの細胞への分化に必要な分化誘導因子を用いることにより、分化を誘導することができる。   For example, taking differentiation into hepatocytes as an example, hepatocytes are ES cells that are Mesendoderm (endodermal mesenchymal cells), Definitive Endoderm (endodermal cells), Hepatic Progenitor Cells (hepatic progenitor cells), Hepatocytes. It can be obtained by differentiating in the order of (hepatocytes). For differentiation into hepatocytes, Activin A, Nodal, bFGF (basic fibroblast growth factor, basic fibroblast growth factor), HGF (hepatocyte growth factor, hepatocyte growth factor), OSM (Oncostatin ex, X, DE). ), EGF (epidermal growth factor), and TGF-α (transforming growth factor-α) transforming growth factor-α), but other factors are used according to techniques described in known literatures. Also good. For cells other than hepatocytes, differentiation can be induced by using a differentiation-inducing factor necessary for differentiation into each cell.

[他の細胞培養方法]
本発明の他の細胞培養方法は、上記の細胞培養基材と、分化誘導因子を含む液体培地とを用いて、多能性幹細胞を肝細胞に分化させ、細胞培養基材から該肝細胞を分離し、ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーを表面に固定またはコーティングした細胞培養基材に播き、培養することを特徴とするものである。前記ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーが、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)であることが好ましい。特定の細胞培養基材を用いること以外の培養方法については上記と同様に、公知の細胞培養方法によることができる。
[Other cell culture methods]
Another cell culture method of the present invention uses the above cell culture substrate and a liquid medium containing a differentiation-inducing factor to differentiate pluripotent stem cells into hepatocytes, and the hepatocytes are separated from the cell culture substrate. It is characterized by being separated, seeded on a cell culture substrate fixed or coated with a polymer containing galactose or a lactose side chain, and cultured. The polymer containing the galactose or lactose side chain is preferably poly (p-N-vinylbenzyl-D-lactone amide). About the culture method other than using a specific cell culture substrate, it can be based on a well-known cell culture method similarly to the above.

本発明の細胞培養基材を用いて多能性幹細胞を肝細胞に分化させると、高い純度で肝細胞が得られる。分化誘導後、細胞培養基材から、肝細胞を引き剥がし、ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーを表面に固定またはコーティングした細胞培養基材に播き、培養することにより、肝細胞の純度をさらに高めることができる。これは、肝細胞の細胞表面に発現するASGPR(アシアロ糖タンパク質レセプター)が、ガラクトース側鎖を認識するため、肝細胞のみがガラクトース側鎖を含むポリマーを表面に固定またはコーティングした細胞培養基材に接着するためである。   When pluripotent stem cells are differentiated into hepatocytes using the cell culture substrate of the present invention, hepatocytes are obtained with high purity. After differentiation induction, hepatocytes are peeled off from the cell culture substrate, and seeded on the cell culture substrate fixed or coated with a polymer containing galactose or lactose side chains on the surface, and further cultured to further increase the purity of hepatocytes. be able to. This is because the ASGPR (Asialoglycoprotein Receptor) expressed on the cell surface of hepatocytes recognizes galactose side chains, so that only hepatocytes have a cell culture substrate fixed or coated with a polymer containing galactose side chains on the surface. This is for bonding.

カドヘリンファミリーに属するタンパク質による細胞接着と、ガラクトース側鎖を含むポリマーによる細胞接着は、ともにCa2+依存性であるため、分化誘導後、細胞培養基材から、肝細胞を引き剥がす方法として、キレート剤を用いることが好ましい。キレート剤は公知のものをいずれも使用することができ、細胞に悪影響を与えないものが好ましい。 Since cell adhesion by a protein belonging to the cadherin family and cell adhesion by a polymer containing a galactose side chain are both Ca 2+ dependent, a chelating agent can be used as a method of peeling hepatocytes from a cell culture substrate after differentiation induction. Is preferably used. Any known chelating agent can be used, and those that do not adversely affect cells are preferred.

多能性幹細胞への遺伝子導入法としての利用
本発明の別の態様として、本発明記載の方法は、所望する外来遺伝子を、多能性幹細胞の細胞内に効率的に導入する方法として使用することができる。導入する外来遺伝子としては、特に制限はないが、例えば増殖因子や受容体、酵素、転写因子等の天然の蛋白質や、例えば、遺伝子工学的手法を用いて改変、作製した、人工的な蛋白質である。また、導入遺伝子としては、リボザイムやsiRNA等の機能的RNAでも良い。更には、外来遺伝子として、遺伝子の導入効率または発現安定性等を評価するためのマーカー遺伝子、例えば、GFP(Green Fluorescent Protein)やβ−ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼなどをコードする遺伝子も利用可能である。
Utilization as a method for gene transfer into pluripotent stem cells As another embodiment of the present invention, the method described in the present invention is used as a method for efficiently introducing a desired foreign gene into cells of pluripotent stem cells. be able to. The foreign gene to be introduced is not particularly limited. For example, it may be a natural protein such as a growth factor, receptor, enzyme, or transcription factor, or an artificial protein that has been modified and prepared using a genetic engineering technique. is there. The transgene may be a functional RNA such as a ribozyme or siRNA. Furthermore, as a foreign gene, a marker gene for evaluating gene introduction efficiency or expression stability, for example, a gene encoding GFP (Green Fluorescent Protein), β-galactosidase, luciferase, or the like can be used.

好適な実施態様の1つとして、導入する外来遺伝子は、遺伝子の転写及び発現を可能にする核酸配列、いわゆるプロモーター配列と、当該プロモーターの制御下に転写・発現が可能になる様な形で連結される。又、この場合、当該遺伝子は、更にポリA付加シグナルと連結されることが望ましい。多能性幹細胞において外来遺伝子の転写および発現を可能にするプロモーターとしては、SV40ウイルスやCMV、ラウス肉腫ウイルス等のウイルスに由来するプロモーターや、β−アクチン・プロモーター、EF1αプロモーター等が挙げられる。また、目的の如何によっては、ある種の細胞/組織又はある分化段階の細胞で特異的に遺伝子の転写および発現を可能にする核酸配列、いわゆる細胞/組織特異的プロモーター配列や分化段階特異的プロモーター、或いはRNAの発現に適したPol.IIIプロモーター等も使用できる。これらプロモーターの塩基配列は、NCBI等の公共のDNAデータベースにおいて利用可能であり、一般的な分子生物学的手法を用いることにより、所望の遺伝子配列を利用した遺伝子ベクターを作製することが可能である。また、これらのプロモーターを利用可能なベクターが、Invitrogen社や、Promega社、Ambion社等から購入可能である。   In one preferred embodiment, the foreign gene to be introduced is linked to a nucleic acid sequence that enables transcription and expression of the gene, a so-called promoter sequence, in such a manner that transcription and expression are possible under the control of the promoter. Is done. In this case, the gene is preferably further linked to a poly A addition signal. Examples of promoters that enable transcription and expression of foreign genes in pluripotent stem cells include promoters derived from viruses such as SV40 virus, CMV, and Rous sarcoma virus, β-actin promoter, EF1α promoter, and the like. Depending on the purpose, a nucleic acid sequence that enables specific transcription and expression in a certain cell / tissue or a cell at a certain differentiation stage, a so-called cell / tissue-specific promoter sequence or a differentiation stage-specific promoter. Or Pol. Suitable for RNA expression. III promoters can also be used. The base sequences of these promoters can be used in public DNA databases such as NCBI, and gene vectors using desired gene sequences can be prepared by using general molecular biological techniques. . In addition, vectors that can use these promoters can be purchased from Invitrogen, Promega, Ambion, and the like.

上記の遺伝子(ベクター)の導入のための方法としては、特にこれを制限せず、例えばリン酸カルシウムやDEAE−デキストランを用いたトランスフェクション法を挙げることができる。また、遺伝子導入対象の細胞が細胞内に取りこむことが可能であり、かつ、細胞毒性の低い脂質製剤、例えばLipofectoamine(Invitrogen社)やSuperfect(Qiagen社)、DOTMA(Roche社)等を用いて、目的とする遺伝子とリポソーム−核酸複合体を形成させた上でトランスフェクションする方法も好適である。更には、レトロウイルスやアデノウイルス等のウイルスベクターに目的の遺伝子を組み込み、その組み換えウイルスを細胞に感染させる方法等も使用可能である。この場合、ウイルスベクターとは、ウイルスDNAまたはRNAの全長若しくは一部を欠損・変異させた核酸配列に、目的とする遺伝子を組み込み、発現することができる様にした構築物である。   The method for introducing the gene (vector) is not particularly limited, and examples thereof include a transfection method using calcium phosphate or DEAE-dextran. In addition, a cell to which a gene is introduced can be taken into the cell, and a lipid preparation with low cytotoxicity, such as Lipofectamine (Invitrogen), Superfect (Qiagen), DOTMA (Roche), etc., A method of transfection after forming a liposome-nucleic acid complex with a target gene is also suitable. Furthermore, a method of incorporating a target gene into a virus vector such as a retrovirus or adenovirus and infecting cells with the recombinant virus can be used. In this case, a viral vector is a construct that allows a target gene to be incorporated and expressed in a nucleic acid sequence in which the entire length or part of viral DNA or RNA has been deleted or mutated.

本発明の方法により増殖させた多能性幹細胞の利用
本発明に係る培養方法(増殖方法)により増殖させた多能性幹細胞は、引き続き、公知の方法による細胞回収法を用いることにより、未分化な状態を維持した多能性幹細胞を、効率的かつ多量に得ることができる。また、本発明に係る遺伝子導入法により、所望する遺伝子を導入・発現させた多能性幹細胞を効率的かる多量に得ることができる。この様にして得られた多能性幹細胞を、以下、本発明により調製された多能性幹細胞と呼ぶ。
Utilization of Pluripotent Stem Cells Proliferated by the Method of the Present Invention Pluripotent stem cells grown by the culture method (proliferation method) according to the present invention are continuously differentiated by using a cell recovery method by a known method. Pluripotent stem cells that maintain a stable state can be obtained efficiently and in large quantities. Moreover, the gene introduction method according to the present invention can efficiently obtain a large amount of pluripotent stem cells into which a desired gene has been introduced and expressed. The pluripotent stem cells thus obtained are hereinafter referred to as pluripotent stem cells prepared according to the present invention.

多能性幹細胞の回収法としては、多能性幹細胞の一般的な継代培養法において用いられる、公知の酵素消化による方法が挙げられる。その具体例としては、多能性幹細胞を培養している培養容器から培地を除き、PBSを用いて数回、好ましくは2〜3回洗浄し、適当なタンパク質分解酵素を含む溶液(例えば、トリプシンやディスパーゼ等のタンパク質分解酵素を含む溶液)を加え、37℃で適当時間、好ましくは1〜20分間、より好ましくは3〜10分間程度培養した後、上記のES細胞培養用培地等の適当な溶液に懸濁し、単一細胞状態とする方法が挙げられる。また、酵素を用いない方法も使用することができ、例えば、多能性幹細胞を培養している培養容器から培地を除き、PBSを用いて数回、好ましくは2〜3回洗浄した後、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)溶液を終濃度0.01〜100mM、好ましくは0.1〜50mM、より好ましくは1〜10mMになる様に添加し、37℃で適当時間、好ましくは1〜60分間、好ましくは10〜30分間程度処理して細胞を剥離させ、更にES細胞培養用培地等の適当な溶液に懸濁し、単一細胞状態とする方法が挙げられる。また、EDTAの代わりにエチレングリコールビス(2−アミノエチルエーテル)四酢酸(EGTA)溶液を、同様の方法で用いることもできる。   Examples of the method for recovering pluripotent stem cells include known enzymatic digestion methods used in general subculture methods for pluripotent stem cells. Specific examples thereof include removing the medium from the culture vessel in which pluripotent stem cells are cultured, washing with PBS several times, preferably 2-3 times, and a solution containing an appropriate proteolytic enzyme (for example, trypsin). And a solution containing a proteolytic enzyme such as dispase) and incubation at 37 ° C. for a suitable time, preferably 1 to 20 minutes, more preferably 3 to 10 minutes, and then a suitable medium such as the above ES cell culture medium. A method of suspending in a solution to form a single cell can be mentioned. In addition, a method that does not use an enzyme can also be used. For example, the medium is removed from a culture vessel in which pluripotent stem cells are cultured, and after washing with PBS several times, preferably 2-3 times, ethylenediamine is used. A tetraacetic acid (EDTA) solution is added to a final concentration of 0.01 to 100 mM, preferably 0.1 to 50 mM, more preferably 1 to 10 mM, and an appropriate time at 37 ° C., preferably 1 to 60 minutes, preferably May be treated for about 10 to 30 minutes to detach the cells, and then suspended in a suitable solution such as an ES cell culture medium to form a single cell. Further, instead of EDTA, an ethylene glycol bis (2-aminoethyl ether) tetraacetic acid (EGTA) solution can be used in the same manner.

また、本発明は、本発明により調製された多能性幹細胞から適当な分化誘導処理により作製した分化細胞をも提供する。分化細胞としては、一般的に多能性幹細胞から分化誘導することができる種の細胞であれば、特にこれを限定しない。具体的には、外胚葉細胞または外胚葉由来の細胞、中胚葉細胞または中胚葉由来の細胞、内胚葉細胞または内胚葉由来の細胞等が挙げられる。   The present invention also provides differentiated cells prepared from the pluripotent stem cells prepared according to the present invention by appropriate differentiation induction treatment. The differentiated cell is not particularly limited as long as it is a kind of cell that can generally be induced to differentiate from a pluripotent stem cell. Specific examples include ectoderm cells or ectoderm-derived cells, mesoderm cells or mesoderm-derived cells, endoderm cells or endoderm-derived cells, and the like.

外胚葉由来の細胞とは、神経組織、松果体、副腎髄質、色素体および表皮組織といった組織・器官を構成する細胞であるが、これらに限定されない。中胚葉由来の細胞とは、筋組織、結合組織、骨組織、軟骨組織、心臓組織、血管組織、血液組織、真皮組織、泌尿器および生殖器といった組織・器官を構成する細胞であるが、これらに限定されない。内胚葉由来の細胞とは、消化管、呼吸器、胸腺、甲状腺、副甲状腺、膀胱、中耳、肝臓および膵臓といった組織・器官を構成する細胞であるが、これらに限定されない。   The ectoderm-derived cells are cells constituting tissues and organs such as nerve tissue, pineal gland, adrenal medulla, plastid and epidermal tissue, but are not limited thereto. Mesodermal-derived cells are cells that constitute tissues and organs such as muscle tissue, connective tissue, bone tissue, cartilage tissue, heart tissue, blood vessel tissue, blood tissue, dermis tissue, urinary organs, and genital organs, but are not limited thereto. Not. Endoderm-derived cells are cells constituting tissues and organs such as digestive tract, respiratory tract, thymus, thyroid, parathyroid, bladder, middle ear, liver, and pancreas, but are not limited thereto.

本発明により調製された多能性幹細胞、及び/又は当該細胞から作製した分化細胞は、各種生理活性物質(例えば、薬物)や機能未知の新規遺伝子産物などの薬理評価や活性評価に有用である。例えば、多能性幹細胞や種々の分化細胞の機能調節に関する物質や薬剤、及び/又は多能性幹細胞や種々の分化細胞に対して毒性や障害性を有する物質や薬剤のスクリーニングに利用することができる。特に現状では、ヒト細胞を用いたスクリーニング法はほとんど確立しておらず、本発明により調製された多能性幹細胞に由来する各種分化細胞は、当該スクリーニング法を実施するための有用な細胞ソースとなる。   The pluripotent stem cells prepared by the present invention and / or differentiated cells prepared from the cells are useful for pharmacological evaluation and activity evaluation of various physiologically active substances (for example, drugs) and new gene products whose functions are unknown. . For example, it can be used for screening of substances and drugs related to the functional regulation of pluripotent stem cells and various differentiated cells, and / or substances and drugs that are toxic or toxic to pluripotent stem cells and various differentiated cells. it can. In particular, at present, few screening methods using human cells have been established, and various differentiated cells derived from the pluripotent stem cells prepared according to the present invention are useful cell sources for carrying out the screening method. Become.

さらに、本発明は、本発明で開示された方法により調製された多能性幹細胞を用いてキメラ胚またはキメラ動物を作製する方法、及び作製したキメラ胚またはキメラ動物をも提供する。キメラ胚またはキメラ動物を作製する方法は、既に標準的なプロトコールが確立されており、例えば、Manipulating the Mouse Embryo:A laboratory manual(Hogan et al.編、Cold Spring Harbor Laboratory Press,1994)等を参照することにより、容易に実施することができるが、特にこれを限定しない。   Furthermore, the present invention also provides a method for producing a chimeric embryo or chimeric animal using the pluripotent stem cells prepared by the method disclosed in the present invention, and the produced chimeric embryo or chimeric animal. A standard protocol has already been established for a method for producing a chimeric embryo or a chimeric animal. For example, Manipulating the Mouse Embryo: A laboratory manual (Edited by Hogan et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994). However, this is not particularly limited.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されることはない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited at all by these Examples.

本発明の実施例において行った実験方法は以下の通りである。   The experimental methods performed in the examples of the present invention are as follows.

<PVLAの合成>
PVLA(図1(A))をKobayashi A, Kobayashi K, Akaike T. J.Biomater. Sci. Polym. Ed. 1992;3:499−508記載の方法に準拠して合成した。p−vinylbenzylamine をガブリエル合成により合成し、オリゴサッカライドを酸化してグルコアミドを得た。N−p−vinylbenzyl−O−β−D−galactopyranosyl−(1→4)−D−glucoamide (VLA)を水に溶解し、窒素雰囲気下で、2時間、60℃で、開始剤として1% K(w/v)を用いて重合した。沈殿したポリマーを抽出し、フリーズドライを行って、ポリマー粉末を得た。
<Synthesis of PVLA>
PVLA (FIG. 1 (A)) was obtained from Kobayashi A, Kobayashi K, Akake T. et al. J. et al. Biometer. Sci. Polym. Ed. 1992; 3: 499-508. p-vinylbenzylamine was synthesized by Gabriel synthesis, and oligosaccharide was oxidized to obtain glucoamide. N-p-vinylbenzyl-O-β-D-galactopylanosyl- (1 → 4) -D-glucoamide (VLA) is dissolved in water and 1% as an initiator at 60 ° C. for 2 hours under nitrogen atmosphere. Polymerization was carried out using 2 S 2 O 8 (w / v). The precipitated polymer was extracted and freeze-dried to obtain a polymer powder.

<E−cad−Fcの合成>
E−cad−Fc融合タンパク質の発現と精製を、Nagaoka M, Akaike T., ProteinEng. 2003;16:243−245.に準拠して行った。本実施例において、マウスのE−カドヘリン全長(理研 BRC DNAバンク、コード1184)から得た細胞外ドメインcDNAと、変異導入IgG1−Fcドメイン cDNA (T252M/T254S)をライゲーションし、E−cad−Fc融合タンパク質を発現させた。
<Synthesis of E-cad-Fc>
Expression and purification of the E-cad-Fc fusion protein is described in Nagaoka M, Akaike T. et al. , ProteinEng. 2003; 16: 243-245. In accordance with In this example, the extracellular domain cDNA obtained from the full-length mouse E-cadherin (RIKEN BRC DNA bank, code 1184) and the mutated IgG1-Fc domain cDNA (T252M / T254S) were ligated, and E-cad-Fc was ligated. The fusion protein was expressed.

<水晶発振子マイクロバランス測定法(QCM)>
AFFINIX Q4装置(Initium Co. Ltd 製)を温度調節装置に設置した。QCMセルの電極を純水、クロロホルムで洗浄し、硫酸/過酸化水素(体積比3/1)で処理し、その後、2%SDS溶液(ナカライテスク)で処理した。高速回転法によりポリスチレンの薄膜フィルムで電極をコーティングした。QCM装置にセルをセットし、2時間安定化させた後、サンプル溶液(500μl)を加えた。表面は少なくとも30分間安定化し、PBSで3回リンスして、不安定な吸着物を除去した。吸着曲線を作成するために、PVLA溶液の濃度を、2、4、6、8、10、50、100および200μg/mLと変え、E−cad−Fc溶液の濃度を1、2、4、6、8、10、15μg/mLと変えた。単分子層の形成に必要な濃度を確かめた後、PVLAとE−cad−Fcの共被覆(co−coating)をテストした。E−cad−Fc溶液(7.5μg/mL)をQCMセルに加え、安定化と3回の洗浄処理を施した後、PVLA溶液(100μg/mL)を加えて、同様に安定化、洗浄処理を行った。
単位面積当たりの質量変化を、Sauerbrey方程式により計算した。即ち、1cmの領域において、1Hzの振動数の変化が0.606ng/cmの質量変化に値する。濃度依存的な吸着は、データの2重逆数をLineweaber−Burk方程式を用いた直線回帰を行った後、Langmuir方程式を用いて記述した。
<Quartz crystal microbalance measurement method (QCM)>
An AFFINIX Q4 device (manufactured by Initium Co. Ltd) was installed in the temperature control device. The electrode of the QCM cell was washed with pure water and chloroform, treated with sulfuric acid / hydrogen peroxide (volume ratio 3/1), and then treated with 2% SDS solution (Nacalai Tesque). The electrode was coated with a polystyrene thin film by a high-speed rotation method. The cell was set in the QCM apparatus and stabilized for 2 hours, and then a sample solution (500 μl) was added. The surface was stabilized for at least 30 minutes and rinsed 3 times with PBS to remove unstable adsorbates. In order to generate an adsorption curve, the concentration of the PVLA solution was changed to 2, 4, 6, 8, 10, 50, 100 and 200 μg / mL, and the concentration of the E-cad-Fc solution was changed to 1, 2, 4, 6 , 8, 10, and 15 μg / mL. After confirming the concentration required for monolayer formation, co-coating of PVLA and E-cad-Fc was tested. E-cad-Fc solution (7.5 μg / mL) was added to the QCM cell, stabilized and washed three times, then added with PVLA solution (100 μg / mL), and stabilized and washed in the same way. Went.
The mass change per unit area was calculated by the Sauerbrey equation. That is, in the 1 cm 2 region, the change in frequency at 1 Hz is equivalent to a mass change of 0.606 ng / cm 2 . Concentration-dependent adsorption was described using the Langmuir equation after linear regression using the Lineweaver-Burk equation for the double reciprocal of the data.

<PVLAコートされた培養皿の作製>
Millipore製の0.22μmフィルターを用いた滅菌の後、1.5mLのPVLA水溶液(100μg/mL)を未処理のポリスチレン培養皿(35mm、Iwaki製)に加え、37℃で2時間インキュベートした。その後、上記培養皿をリン酸塩バッファー(PBS)で洗浄し、1%BSAで1時間ブロッキングした。その後、PVLAコートされた培養皿をPBSでリンスした。
上記と同様の方法により、ゼラチンコートしたポリスチレン培養皿をゼラチン水溶液(1mg/mL)を用いて作製した。また、コラーゲンコートした培養皿をコラーゲン水溶液(タイプI、0.1mg/mL, pH 3.0)を用いて作製した。
<Preparation of PVLA-coated culture dish>
After sterilization using a Millipore 0.22 μm filter, 1.5 mL of an aqueous PVLA solution (100 μg / mL) was added to an untreated polystyrene culture dish (35 mm, manufactured by Iwaki) and incubated at 37 ° C. for 2 hours. Thereafter, the culture dish was washed with phosphate buffer (PBS) and blocked with 1% BSA for 1 hour. Thereafter, the culture dish coated with PVLA was rinsed with PBS.
By the same method as described above, a gelatin-coated polystyrene culture dish was prepared using an aqueous gelatin solution (1 mg / mL). In addition, a collagen-coated culture dish was prepared using a collagen aqueous solution (type I, 0.1 mg / mL, pH 3.0).

<E−cad−FcとPVLAを共固定化した培養皿の作製>
図1(B)に記載の共固定化基層を作製する為に、精製したE−cad−Fc溶液(7.5μg/mL)を未処理のポリスチレン培養皿に加えた。37℃、2時間のインキュベーションの後、培養皿をPBSで洗浄し、PVLA溶液(100μg/mL)で処理し、37℃で2時間インキュベーションした。共固定化培養皿を1%BSAでブロッキングし、PBSで洗浄し、用いた。
<Preparation of culture dish co-immobilized with E-cad-Fc and PVLA>
In order to produce the co-immobilized base layer described in FIG. 1 (B), a purified E-cad-Fc solution (7.5 μg / mL) was added to an untreated polystyrene culture dish. After incubation at 37 ° C. for 2 hours, the culture dishes were washed with PBS, treated with PVLA solution (100 μg / mL), and incubated at 37 ° C. for 2 hours. The co-immobilized culture dish was blocked with 1% BSA, washed with PBS, and used.

<肝細胞の単離と培養>
Seglen PO., Exp. Cell Res. 1973;82:391−398、および、Ise H, Sugihara N,Negishi N, Nikaido T, Akaike T., Biochemical and biophysical research communications. 2001; 285:172−182記載の方法に準拠して、2段階in situコラゲナーゼ灌流法により、初代培養肝細胞を、雄のICRマウス(6〜8週、SLC)の肝組織から単離した。
マウスをペントバルビタールにより麻酔し、門脈にカニューレ挿入し、肝臓を、EGTAを含有するCa2+フリープレ灌流溶液(pH7.4)で灌流し、その後、トリプシンインヒビター(0.05mg/mL、Wako製)とコラゲナーゼ(0.15mg/mL、Wako製)を含有するコラゲナーゼ溶液(pH7.4)で灌流した。灌流した組織は、Hank溶液で分離し、100μmナイロンセルストレイナー(BD Falcon製)で集めた。肝細胞は、10%パーコール溶液(GE Healthcare Bioscience)を用いた密度勾配遠心分離(50xg、10分間、4℃)により精製した。トリパンブルー法を用いて細胞の生存を確認した。生存初代培養肝細胞を、50ng/mLペニシリンおよび50μg/mLストレプトマイシン(ナカライテスク製)を含有するWilliamsE培地(Invitrogen)に懸濁し、3×10 細胞/cmの密度でゼラチン、コラーゲン、E−cad−Fc、PVLA、共固定化培養皿上に播種した。培地は、4時間後に除き、結着しなかった細胞や死細胞を除去した。
<Isolation and culture of hepatocytes>
Seglen PO. , Exp. Cell Res. 1973; 82: 391-398, and Ise H, Sugihara N, Negishi N, Nikaido T, Akaike T .; Biochemical and biophysical research communications. 2001; 285: 172-182, primary culture hepatocytes were isolated from liver tissue of male ICR mice (6-8 weeks, SLC) by a two-step in situ collagenase perfusion method.
Mice were anesthetized with pentobarbital, the portal vein cannulated, and the liver was perfused with Ca 2+ free pre-perfusion solution (pH 7.4) containing EGTA, followed by trypsin inhibitor (0.05 mg / mL, Wako). And a collagenase solution (pH 7.4) containing collagenase (0.15 mg / mL, manufactured by Wako). The perfused tissue was separated with Hank solution and collected with a 100 μm nylon cell strainer (BD Falcon). Hepatocytes were purified by density gradient centrifugation (50 × g, 10 minutes, 4 ° C.) using a 10% Percoll solution (GE Healthcare Bioscience). Cell survival was confirmed using the trypan blue method. Viable primary cultured hepatocytes were suspended in Williams E medium (Invitrogen) containing 50 ng / mL penicillin and 50 μg / mL streptomycin (manufactured by Nacalai Tesque), and gelatin, collagen, E-cell at a density of 3 × 10 4 cells / cm 2. cad-Fc, PVLA, seeded on co-immobilized culture dishes. The medium was removed after 4 hours to remove unbound cells and dead cells.

<未分化ES細胞の維持>
フィーダーフリーのマウスES細胞系統(EB3)を、10%FBS、2mM L−グルタミン、1% 非必須アミノ酸(NEAA、ナカライテスク製)、1mM ピルビン酸塩、0.1mM β−メルカプトエタノール、1000units/mL LIF (組み換え白血病抑制因子、Chemicon製)、抗生物質(50ng/mLペニシリンおよび50μg/mLストレプトマイシン)を添加したGrasgow最小培地(GMEM、Sigma−Aldrich製)を含む、ゼラチンコートされた培養皿において維持した。
mES細胞は、Accutase(Millipore製)により分離し、毎日培地を交換しながら、3日ごとに継代し、少なくとも3回継代培養した(9日間)。
<Maintenance of undifferentiated ES cells>
Feeder-free mouse ES cell line (EB3) was prepared using 10% FBS, 2 mM L-glutamine, 1% non-essential amino acid (NEAA, manufactured by Nacalai Tesque), 1 mM pyruvate, 0.1 mM β-mercaptoethanol, 1000 units / mL. Maintained in gelatin-coated culture dishes containing Grasgow minimal medium (GMEM, Sigma-Aldrich) supplemented with LIF (recombinant leukemia inhibitory factor, Chemicon), antibiotics (50 ng / mL penicillin and 50 μg / mL streptomycin). .
mES cells were separated by Accutase (manufactured by Millipore), subcultured every 3 days, changing the medium every day, and subcultured at least 3 times (9 days).

<mES細胞の肝細胞への分化>
分化のプロセスは、図1(C)に記載の通りで、4つのステップに分けて行った。内胚葉系中胚葉への分化、胚体内胚葉への分化、肝前駆細胞への分化、肝細胞への分化である。従って、分化誘導用培地は3種類用いた。10%ノックアウト血清代替物(KSR、Invitrogen製)、1% FBS、2mM L−グルタミン、1% NEAA、1mM ピルビン酸塩、0.1mM β−メルカプトエタノールおよび抗生物質を含有するGMEMを基本培地とした。
まず、上記基本培地に10ng/mLのアクチビンA(R&D system製)を加えたものを培地Aとし、内胚葉系中胚葉分化に用いた。ゼラチン上で維持されていた未分化ES細胞(0日後)を、Accutaseにより分離し、5000細胞/mLの濃度(35mm培養皿全体では、10000細胞)となるように、培地Aを加えた共固定化培養皿に播き、3日間培養した。その後、内胚葉への分化の為に、基本培地に、アクチビンA(10ng/mL)とbFGF(50ng/mL 、Promega製)を加えたものを培地Bとし、用いた。上記で分化させた細胞(3日後)をさらに、培地B中で2日間培養した。自発的な分化が起きるようなコントロールとして、上記と並行して基本培地で5日間培養した(5日間)。
HGF (10ng/mL、Sigma製)、オンコスタチンM (10ng/mL、OSM、Sigma製)および、デキサメタゾン (1mM、DEX、Sigma製)を基本培地に加えて、培地Cとし、肝細胞への分化に用いた。
6日目に、細胞をエンザイムフリーの細胞分離バッファー(CDB、Gibco製)を用いて分離し、培地Cを含むE−cad−FcとPVLAの共固定化培養皿に、5000細胞/mLの密度で播いた。
14日後、分化した細胞をCDBを用いて分離し、培地Cを含むE−cad−FcとPVLAの共固定化培養皿に、5000細胞/mLの密度で播いた。
E−cad−Fc単独コートされた培養皿についても、mES細胞を上記と同様に培養した。ゼラチンコートされた培養皿については、未分化ES細胞をゼラチンコートされた培養皿で2日間維持した後、同様に培養し、安定なコロニーを形成させた。
分化誘導開始後18日、20日、22日、24日後において、分化した細胞をCDBにより分離し、培地Cを含む35mm PVLAコートされた培養皿に、10000細胞/mLの密度(培養皿全体では20000細胞)で播いた。PVLAに結着した細胞の割合を、ASGPRポジティブ細胞の数と、再播種の最適なタイミングの評価に用いた。
<Differentiation of mES cells into hepatocytes>
The differentiation process was performed in four steps as described in FIG. 1 (C). Differentiation into endoderm mesoderm, differentiation into definitive endoderm, differentiation into hepatic progenitor cells, differentiation into hepatocytes. Therefore, three types of differentiation induction media were used. GMEM containing 10% knockout serum substitute (KSR, manufactured by Invitrogen), 1% FBS, 2 mM L-glutamine, 1% NEAA, 1 mM pyruvate, 0.1 mM β-mercaptoethanol and antibiotics was used as the basic medium. .
First, a medium obtained by adding 10 ng / mL activin A (manufactured by R & D system) to the above basic medium was used as medium A and used for endoderm-type mesoderm differentiation. Co-immobilization with medium A added so that undifferentiated ES cells maintained on gelatin (after 0 days) were separated by Accutase and a concentration of 5000 cells / mL (10000 cells in the whole 35 mm culture dish) was obtained. The cells were seeded on a chemical culture dish and cultured for 3 days. Thereafter, medium B was used, which was obtained by adding activin A (10 ng / mL) and bFGF (50 ng / mL, manufactured by Promega) to the basic medium for differentiation into endoderm. The cells differentiated as described above (after 3 days) were further cultured in medium B for 2 days. As a control for spontaneous differentiation, the cells were cultured in a basic medium for 5 days in parallel with the above (5 days).
HGF (10 ng / mL, Sigma), Oncostatin M (10 ng / mL, OSM, Sigma) and dexamethasone (1 mM, DEX, Sigma) are added to the basic medium to form medium C, which differentiates into hepatocytes Used for.
On day 6, cells were separated using an enzyme-free cell separation buffer (CDB, manufactured by Gibco), and a density of 5000 cells / mL was added to an E-cad-Fc and PVLA co-immobilized culture dish containing medium C. Sowing.
After 14 days, the differentiated cells were separated using CDB, and seeded at a density of 5000 cells / mL in a co-immobilized culture dish containing E-cad-Fc and PVLA containing medium C.
For the culture dish coated with E-cad-Fc alone, mES cells were cultured in the same manner as described above. For gelatin-coated culture dishes, undifferentiated ES cells were maintained in gelatin-coated culture dishes for 2 days and then cultured in the same manner to form stable colonies.
On the 18th, 20th, 22nd, and 24th days after the start of differentiation induction, the differentiated cells were separated by CDB, and placed on a 35 mm PVLA-coated culture dish containing medium C at a density of 10,000 cells / mL (in the whole culture dish) 20000 cells). The percentage of cells bound to PVLA was used to evaluate the number of ASGPR positive cells and the optimal timing of reseeding.

<結着アッセイ>
96ウェルプレート上で、細胞を4時間培養した後、培地と結着しなかった細胞を除いた。結着した細胞は、PBSにより3回洗浄し、Midlform 20N (4% ホルムアルデヒド、pH7.4、和光純薬製)により15分間固定した。その後、0.1%クリスタルバイオレットで10分間染色した。最後に、リンスの後、2% SDSを加えて30分間インキュベートし、570nmの波長に対する吸光度をマイクロプレートリーダーにより測定した。
<Binding assay>
After culturing the cells on a 96-well plate for 4 hours, cells that did not bind to the medium were removed. The bound cells were washed three times with PBS and fixed with Midform 20N (4% formaldehyde, pH 7.4, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) for 15 minutes. Thereafter, it was stained with 0.1% crystal violet for 10 minutes. Finally, after rinsing, 2% SDS was added and incubated for 30 minutes, and the absorbance at a wavelength of 570 nm was measured with a microplate reader.

<半定量的RT−PCR>
TRIzolエージェント(Invitrogen製)により細胞破砕液からRNAを抽出し、蒸留水に懸濁し、dNTPとオリゴ−dTプライマー、Moloneyマウス白血病ウィルス逆転写酵素(Invitrogen製)を用いてcDNAに逆転写した。
PCRは、dNTPミックス(Takara製)、TopTaqポリメラーゼ(Qiagen製)、MgClを含むPCRバッファーを用いて行った。PCR産物は、2%アガロースゲル電気泳動にかけ、Molecular Dynamics Typhoon 8600 imagerによりスキャンした。ハウスキーピング遺伝子マーカーと比較したバンド強度を、ImageQuantソフトウェアを用いて計算した(ver5.2、Molecular Dynamics製)。
<Semi-quantitative RT-PCR>
RNA was extracted from the cell lysate using a TRIzol agent (Invitrogen), suspended in distilled water, and reverse transcribed into cDNA using dNTP, oligo-dT primer and Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase (Invitrogen).
PCR is, dNTPs mix (manufactured by Takara), TopTaq polymerase (manufactured by Qiagen), was performed using a PCR buffer containing MgCl 2. PCR products were subjected to 2% agarose gel electrophoresis and scanned with a Molecular Dynamics Typhoon 8600 imager. Band intensities compared to housekeeping gene markers were calculated using ImageQuant software (ver. 5.2, Molecular Dynamics).

<免疫蛍光アッセイ>
細胞をMildform 20N (8%ホルムアルデヒド、pH7.4)で20分間固定し、PBSで洗浄した。固定した細胞を、0.2% TritonX−100により5分間処理し、PBSで洗浄した。Image−iT signal enhancer (Invitrogen製)の存在下で30分間インキュベーションし、Blocking One ソリューション(ナカライテスク製)を用いて1時間ブロッキングした。その後、細胞を室温下で2時間、一次抗体でインキュベートし、PBSで慎重に洗浄した後に、2次抗体で、2時間室温下でインキュベートした。その後、細胞をDAPIで核染色した。染色した細胞をPBSに懸濁し、倒立型蛍光顕微鏡(オリンパス製)により観察した。
Oct3/4、Sox17、AFP、ALBをそれぞれ発現する細胞の数を算定するために、3つの独立の培養皿中の、異なる5箇所から採取した50〜100細胞を観察した。
<Immunofluorescence assay>
The cells were fixed with Mildform 20N (8% formaldehyde, pH 7.4) for 20 minutes and washed with PBS. Fixed cells were treated with 0.2% Triton X-100 for 5 minutes and washed with PBS. Incubated for 30 minutes in the presence of Image-iT signal enhancer (Invitrogen) and blocked with Blocking One solution (Nacalai Tesque) for 1 hour. Cells were then incubated with primary antibody for 2 hours at room temperature, carefully washed with PBS, and then incubated with secondary antibody for 2 hours at room temperature. Thereafter, the cells were nuclear stained with DAPI. The stained cells were suspended in PBS and observed with an inverted fluorescence microscope (Olympus).
In order to calculate the number of cells expressing Oct3 / 4, Sox17, AFP, and ALB, 50-100 cells collected from 5 different places in 3 independent culture dishes were observed.

<ウェスタンブロット>
細胞のタンパク質を、1% PMSF、1% プロテアーゼインヒビターカクテルを含むlysisバッファー(20mM Tris−HCl,、pH8.0、150mM NaCl、1% NP−40、1% Triton X−100)により抽出した。細胞破砕液を15000xg、4℃で15分間遠心分離し、タンパク質サンプル溶液を得た。サンプルバッファーで処理したタンパク質をSDS−PAGEにかけ(7.5%、10%アクリルアミドゲル)、PVDFメンブレン(Immobilon−P、Millipore製)にトランスファーした。PVDFメンブレンを、マウスの抗β−アクチン抗体と、ゴートの抗マウスアルブミン抗体(Abcam)で2時間室温下においてインキュベートした。その後、HRP結合2次抗体(1/10000希釈、Jackson ImmunoResearch Laboratories)で2時間、室温でインキュベートした。HRP活性をImmobilon Western 検出エージェント(Millipore製)により検出した。
<Western blot>
Cellular proteins were extracted with lysis buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 150 mM NaCl, 1% NP-40, 1% Triton X-100) containing 1% PMSF, 1% protease inhibitor cocktail. The cell lysate was centrifuged at 15000 × g and 4 ° C. for 15 minutes to obtain a protein sample solution. The protein treated with the sample buffer was subjected to SDS-PAGE (7.5%, 10% acrylamide gel) and transferred to a PVDF membrane (Immobilon-P, manufactured by Millipore). The PVDF membrane was incubated with mouse anti-β-actin antibody and goat anti-mouse albumin antibody (Abcam) for 2 hours at room temperature. Then, it was incubated with a HRP-conjugated secondary antibody (diluted 1/10000, Jackson ImmunoResearch Laboratories) for 2 hours at room temperature. HRP activity was detected by Immobilon Western detection agent (Millipore).

<アルブミンELISAアッセイ>
培地中に分泌されたアルブミンを、マウスアルブミンELISAキット(Shibayaki製)を用いて検出した。培地を、24時間ごとに回収し、8000xg、5分間遠心し、希釈してサンプル溶液とした。その後、抗アルブミン抗体処理したマイクロプレートを250μlの洗浄バッファーでリンスしたものに、50μlのサンプル溶液(10倍希釈)もしくはスタンダードソリューションで、1時間インキュベートした。
マイクロプレートをリンスし、HRP結合抗体溶液で室温下1時間インキュベートした。洗浄バッファーでリンスした後、発色基質溶液(3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン、TMB)で20分間処理し、50μlの1M 硫酸で処理した。450nmの波長に対する吸光度を、マイクロプレートリーダーにより測定した。標準曲線を作成してアルブミン濃度を計算し、細胞数で標準化した。
<Albumin ELISA assay>
Albumin secreted into the medium was detected using a mouse albumin ELISA kit (manufactured by Shibayaki). The medium was collected every 24 hours, centrifuged at 8000 × g for 5 minutes, and diluted to obtain a sample solution. Thereafter, the microplate treated with anti-albumin antibody was rinsed with 250 μl of washing buffer, and incubated with 50 μl of sample solution (diluted 10 times) or standard solution for 1 hour.
The microplate was rinsed and incubated with HRP-conjugated antibody solution for 1 hour at room temperature. After rinsing with a washing buffer, the substrate was treated with a chromogenic substrate solution (3,3 ′, 5,5′-tetramethylbenzidine, TMB) for 20 minutes and then with 50 μl of 1M sulfuric acid. Absorbance at a wavelength of 450 nm was measured with a microplate reader. A standard curve was created to calculate albumin concentration and normalized by cell number.

<グリコーゲン蓄積(PAS反応)>
初代培養肝細胞と、分化した細胞をそれぞれMildform 20N (8%ホルムアルデヒド、pH7.4)で10分間固定した。PBSで2回洗浄し、細胞を1%過ヨウ素酸(和光純薬製)で5分間酸化し、再び洗浄した。細胞をSchiff反応液(和光純薬製)で10分間処理し、PBSで洗浄した。2% SDS溶液で30分間処理した後、550nmの波長に対する吸光度をマイクロプレートリーダーを用いて測定し、細胞数で標準化した。未分化ES細胞をコントロールとして用いた。
<Glycogen accumulation (PAS reaction)>
Primary cultured hepatocytes and differentiated cells were each fixed with Mildform 20N (8% formaldehyde, pH 7.4) for 10 minutes. The cells were washed twice with PBS, and the cells were oxidized with 1% periodic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) for 5 minutes and washed again. The cells were treated with a Schiff reaction solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for 10 minutes and washed with PBS. After treatment with 2% SDS solution for 30 minutes, the absorbance at a wavelength of 550 nm was measured using a microplate reader and normalized by the number of cells. Undifferentiated ES cells were used as a control.

<尿素アッセイ>
培地中における尿素レベルをUrea assayキット(Bioassay Systems製)を用いて測定した。培地を毎日回収し、8000xg、5分間遠心し、上清をサンプルとして用いた。水(ブランク)、希釈スタンダードソリューション(2mg/dL)、およびサンプル液を96穴プレートに導入した。200μLの反応試薬溶液を加え、室温で50分間インキュベートした。492nmにおけるOD(optical density)を測定した。最後に、10細胞ごとの単位量を標準曲線を用いて算出し、細胞数で標準化した。
<Urea assay>
The urea level in the medium was measured using the Urea assay kit (manufactured by Bioassay Systems). The medium was collected every day, centrifuged at 8000 × g for 5 minutes, and the supernatant was used as a sample. Water (blank), diluted standard solution (2 mg / dL), and sample solution were introduced into a 96-well plate. 200 μL of reaction reagent solution was added and incubated at room temperature for 50 minutes. The OD (optical density) at 492 nm was measured. Finally, the unit amount for every 10 5 cells was calculated using a standard curve and normalized by the number of cells.

(結果)
<PVLAとE−cad−Fcの共吸着>
まず、ポリスチレン表面に対する、PVLAとE−cad−Fcの結合能をQCMを用いて調べた。サンプル溶液の添加により、水晶の振動波長は斬減し、ある時点以降安定化した。
振動数(周波数)の変化は、飽和点に達するまでは、コーティング濃度の増加にともなって減少した。細胞外マトリックス分子による表面の完全飽和は、ポリスチレン表面上における単分子層吸着とみることができる。QCMの結果から、PVLAの単分子層濃度が100μg/mLであることが分かった。また、E−cad−Fcの単分子層濃度が、ELISAアッセイにより明らかにされた数値と同様の、10μg/mLであることが分かった。その後、吸着分の質量変化を、Sauerbrey方程式により計算し、直線回帰によりノーマライズした。GFI値(Goodness of Fit、適合度指標)は、決定係数(coefficient of determination,R値)として記載されている。統計値の回帰直線は、実測値によく近似した。一方、最大吸着量ΔmmaxとLangmuirの吸着式における定数Kαも得た。吸着等温線の理論によれば、E−cad−Fcタンパク質の吸着エネルギーは、PVLAよりも大きい。即ち、E−cad−Fcの方が、PVLAよりも早く吸着する。PVLAとE−cad−Fcの吸着曲線を、Langmuirの吸着式により示す(図2(A)、(B))。
加えて、固定化基層を形成する為のPVLAとE−cad−Fcの共吸着についてもQCMにより評価した(図2(C))。まず、単分子層濃度(10μg/mL)よりも低い7.5μg/mLのE−cad−Fc溶液をQCMのセルに導入した。安定化とリンスの後、PVLA溶液(100μg/ml)を加えたところ、吸着値が上昇した。結果、PVLAはE−cad−Fcの固定後に残ったスペースを占めることが明らかになり、ポリスチレンに対する吸着能は、PVLAよりもE−cad−Fcの方が高いという推論が裏付けられた。
(result)
<Co-adsorption of PVLA and E-cad-Fc>
First, the binding ability of PVLA and E-cad-Fc to the polystyrene surface was examined using QCM. By adding the sample solution, the oscillation wavelength of the quartz crystal was reduced and stabilized after a certain point.
The change in frequency (frequency) decreased with increasing coating concentration until the saturation point was reached. Full surface saturation by extracellular matrix molecules can be seen as monolayer adsorption on a polystyrene surface. From the results of QCM, it was found that the monolayer concentration of PVLA was 100 μg / mL. Further, it was found that the monolayer concentration of E-cad-Fc was 10 μg / mL, which was the same as the value revealed by the ELISA assay. Thereafter, the mass change of the adsorbed part was calculated by the Sauerbrey equation and normalized by linear regression. The GFI value (Goodness of Fit, goodness-of-fit index) is described as a coefficient of determination (R 2 value). The regression line of statistical values closely approximated the measured values. On the other hand, the maximum adsorption amount Δm max and the constant Kα in the Langmuir adsorption equation were also obtained. According to the theory of adsorption isotherm, the adsorption energy of E-cad-Fc protein is larger than PVLA. That is, E-cad-Fc adsorbs faster than PVLA. The adsorption curves of PVLA and E-cad-Fc are shown by the Langmuir adsorption equation (FIGS. 2A and 2B).
In addition, co-adsorption of PVLA and E-cad-Fc for forming an immobilized base layer was also evaluated by QCM (FIG. 2 (C)). First, a 7.5 μg / mL E-cad-Fc solution lower than the monolayer concentration (10 μg / mL) was introduced into the QCM cell. After stabilization and rinsing, the PVLA solution (100 μg / ml) was added and the adsorption value increased. As a result, it was revealed that PVLA occupies the space remaining after immobilization of E-cad-Fc, and the inference that E-cad-Fc has higher adsorption capacity for polystyrene than PVLA was supported.

<初代培養肝細胞の機能および吸着への、PVLAとE−cad−Fc共固定化基層の影響>
E−カドヘリンは、PVLAに結合した肝細胞のスフェロイド形成に重要な機能を果たす。凝集塊中の細胞は、単細胞層のカルチャー中の細胞よりも、生存期間が長く、分化機能発現能も高い。これらの現象を考慮し、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層への、初代培養肝細胞の結合および機能を調べた。
<Effects of PVLA and E-cad-Fc co-immobilized substrata on primary cultured hepatocyte function and adsorption>
E-cadherin performs an important function in spheroid formation of hepatocytes bound to PVLA. Cells in the agglomerate have a longer survival period and higher ability to express differentiation function than cells in a single cell layer culture. Considering these phenomena, the binding and function of primary cultured hepatocytes to the co-immobilized substratum of PVLA and E-cad-Fc were examined.

様々なマトリックス上での初代培養肝細胞の形態とアルブミン発現を、蛍光染色により調べた(図3(A))。初代培養肝細胞は、ゼラチン、コラーゲン、E−cad−Fc単独、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層、のそれぞれの表面上で、単一細胞層を形成した。一方、PVLA単独をコーティングしたディッシュの上では、いくつかに分かれて球状(spheroid)の構造を形成した。全てのマトリックスにおいて、細胞の殆どが高いアルブミン発現レベルを示した。培養3日後、PVLA上の肝細胞は、安定な多層の球状構造を形成した。PVLAとE−cad−Fc共固定化基層上の細胞は、単一細胞層の凝集塊となるように集合しだし、ゼラチン、コラーゲン、E−cad−Fc上の細胞は特に形態に変化は見られなかった。凝集塊中の細胞のアルブミン発現は高いレベルで維持されていた。一方、ゼラチン、コラーゲン、E−cad−Fc上の細胞では、アルブミンの発現が著しく下がった。既存の培養システム上では、細胞は広がって存在していたのに対し、PVLAとE−cad−Fc共固定化基層上の凝集塊中の細胞は、アルブミン発現レベルが長期間に渡って高く維持されていた(図3(A)、(B))。これは、肝細胞の凝集塊の形成及び機能維持において、PVLAが基層として重要な役割を果たすことを示唆している。   The morphology and albumin expression of primary cultured hepatocytes on various matrices were examined by fluorescent staining (FIG. 3 (A)). Primary cultured hepatocytes formed a single cell layer on the surface of gelatin, collagen, E-cad-Fc alone, PVLA and E-cad-Fc co-immobilized base layer. On the other hand, on a dish coated with PVLA alone, a spheroid structure was formed. In all matrices, most of the cells showed high albumin expression levels. After 3 days in culture, hepatocytes on PVLA formed stable multilayered spherical structures. Cells on PVLA and E-cad-Fc co-immobilized substrata begin to aggregate into a single cell layer aggregate, and cells on gelatin, collagen, and E-cad-Fc are not particularly altered in morphology. I couldn't. The albumin expression of the cells in the aggregate was maintained at a high level. On the other hand, in the cells on gelatin, collagen and E-cad-Fc, the expression of albumin was remarkably lowered. On the existing culture system, cells were spread, whereas cells in aggregates on PVLA and E-cad-Fc co-immobilized substratum maintained high albumin expression levels over a long period of time. (FIGS. 3A and 3B). This suggests that PVLA plays an important role as a substratum in the formation of hepatocyte aggregates and maintenance of function.

それぞれのマトリックス上の細胞を用いて、アルブミン(ALB)、肝細胞核因子4α(HNF−4α)、アシアログリコプロテイン受容体(ASGPR)、マウストリプトファンオキシゲナーゼ(mTO)、グルコース6−ホスファターゼ(G6P)についてRT−PCRを行った。その結果、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層、PVLA単独コーティング上の細胞は、ゼラチン、E−cad−Fc単独固定化表面上の細胞よりも、肝細胞特異的な遺伝子の発現レベルが高かった(図3(C))。   Using cells on the respective matrix, RT for albumin (ALB), hepatocyte nuclear factor 4α (HNF-4α), asialoglycoprotein receptor (ASGPR), mouse tryptophan oxygenase (mTO), glucose 6-phosphatase (G6P) -PCR was performed. As a result, cells on the co-immobilized base layer of PVLA and E-cad-Fc and the PVLA-only coating showed higher expression levels of hepatocyte-specific genes than cells on the surface immobilized with gelatin and E-cad-Fc alone. (Fig. 3 (C)).

さらに、それぞれのマトリックス上で培養した肝細胞の機能を評価するために、肝細胞特異的に生成されるアルブミンの産生量をモニターした。初代培養肝細胞を、ゼラチン、E−cad−Fc単独、PVLA単独、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層のそれぞれにおいて、10%FBS存在下で、1週間培養した。図3(D)に示すように、PVLA単独、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層とは対照的に、ゼラチン、E−cad−Fc単独のマトリックス上の肝細胞によるアルブミン産生量は、速やかに減少し、脱分化が示唆された。   Furthermore, in order to evaluate the function of hepatocytes cultured on each matrix, the amount of albumin produced specifically in the hepatocytes was monitored. Primary cultured hepatocytes were cultured for 1 week in the presence of 10% FBS in gelatin, E-cad-Fc alone, PVLA alone, PVLA and E-cad-Fc co-immobilized base layer. As shown in FIG. 3D, in contrast to PVLA alone, a co-immobilized base layer of PVLA and E-cad-Fc, the amount of albumin produced by hepatocytes on a matrix of gelatin and E-cad-Fc alone is , Decreased rapidly, suggesting dedifferentiation.

また、新たに培養された肝細胞においては、貯蔵されたグリコーゲンの量は、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層と、ゼラチンやE−cad−Fc単独マトリックスとではほぼ同様のレベルであったが、共固定化基層では長時間の培養を通じて高いレベルに保たれていたのに対し、ゼラチンやE−cad−Fc単独マトリックスでは長時間の培養を通じて明らかに減少した。これにより、肝細胞の機能維持において、PVLAが重要な役割を果たすことが示唆された。   In freshly cultured hepatocytes, the amount of glycogen stored is almost the same level between PVLA and E-cad-Fc co-immobilized substrate and gelatin or E-cad-Fc single matrix. However, the co-immobilized base layer was maintained at a high level through long-term culture, whereas gelatin and E-cad-Fc single matrix clearly decreased through long-term culture. This suggested that PVLA plays an important role in maintaining the function of hepatocytes.

PVLAが肝細胞機能維持に寄与し、E−カドヘリンが初代培養肝細胞およびES細胞の結着と分化を促進するという知見を考慮し、in vitroでの、活性の高い肝細胞を高い純度で集めるために、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層マトリックスを用いることにした。   In view of the knowledge that PVLA contributes to the maintenance of hepatocyte function and E-cadherin promotes the binding and differentiation of primary cultured hepatocytes and ES cells, highly active hepatocytes are collected with high purity in vitro. Therefore, it was decided to use a co-immobilized substrate matrix of PVLA and E-cad-Fc.

<共固定化基層上における未分化のマウスES細胞>
融合タンパク質であるE−cad−Fcは、ES細胞を分散状態および分化全能性を維持するための、フィーダー細胞フリーの細胞外マトリックスとして開発された。
本実施例において、PVLAとE−cad−Fcの共固定化基層マトリックスシステムの使用適合性を確認する為に、上記共固定化基層マトリックス上での、マウスES細胞(mES細胞)の挙動を調べた。
<Undifferentiated mouse ES cells on co-immobilized substrate>
E-cad-Fc, a fusion protein, was developed as a feeder cell-free extracellular matrix to maintain ES cells in a dispersed state and totipotency.
In this example, the behavior of mouse ES cells (mES cells) on the co-immobilized substratum matrix was examined in order to confirm the compatibility of the PVLA and E-cad-Fc co-immobilized substratum matrix system. It was.

まず初めに、2日間培養後の、未分化mES細胞(EB3)の形態から、E−cad−Fcマトリックスと同様に、共固定化基層マトリックスにおいても、単一細胞レベルでの分散状態を維持できることがわかった(図4(A))。一方、PVLA単独コーティングマトリックスには未分化mES細胞は結着しなかった。その後、種々のマトリックス上における未分化mES細胞の増殖を評価し、それぞれのマトリックス上での結着細胞数により標準化した(図4(B))。その結果、共固定化基層マトリックスは、ゼラチンマトリックスよりも細胞増殖能が高く、E−cad−Fc単独マトリックスよりも低かった。これは、PVLAの存在が一部の細胞の増殖にわずかに影響を与えたことを示唆している。   First, from the morphology of undifferentiated mES cells (EB3) after 2 days of culture, the co-immobilized substratum matrix can maintain a dispersed state at the single cell level as well as the E-cad-Fc matrix. Was found (FIG. 4A). On the other hand, undifferentiated mES cells did not bind to the PVLA single coating matrix. Thereafter, the proliferation of undifferentiated mES cells on various matrices was evaluated, and standardized by the number of bound cells on each matrix (FIG. 4B). As a result, the co-immobilized substrate matrix had higher cell proliferation ability than the gelatin matrix and was lower than the E-cad-Fc single matrix. This suggests that the presence of PVLA slightly affected the growth of some cells.

未分化マーカー(Oct3/4)を用いて転写を調べることにより、それぞれのマトリックス上でのmES細胞が未分化であることを確認した(図5(A))。共固定化基層マトリックス上でのES細胞は、E−cad−Fc単独マトリックス上におけるものと同様のレベルの未分化マーカーを発現した。   By examining transcription using an undifferentiated marker (Oct3 / 4), it was confirmed that mES cells on each matrix were undifferentiated (FIG. 5 (A)). ES cells on the co-immobilized substratum matrix expressed similar levels of undifferentiated markers as on the E-cad-Fc single matrix.

<mES細胞の肝細胞への分化>
ES細胞由来の肝細胞を得る為に、mES細胞(EB3)を、共固定化基層マトリックス上に播種し、均一な細胞群を形成させた。共固定化基層マトリックス上に分散させた細胞を、アクチビンAおよびbFGF存在下で培養し、内胚葉細胞に分化させた。その後さらに、HGF、オンコスタチンMおよびデキサメタゾンを含む低血清培地で培養した。E−カドヘリンとゼラチンマトリックスを用いた分化誘導は常に並行しておこなった。
<Differentiation of mES cells into hepatocytes>
In order to obtain hepatocytes derived from ES cells, mES cells (EB3) were seeded on a co-immobilized substratum matrix to form a uniform cell group. Cells dispersed on the co-immobilized substrate matrix were cultured in the presence of activin A and bFGF and differentiated into endoderm cells. Thereafter, the cells were further cultured in a low serum medium containing HGF, oncostatin M and dexamethasone. Differentiation induction using E-cadherin and gelatin matrix was always performed in parallel.

経時的に採取した細胞を用いてRT−PCRを行い、細胞の均一性と肝細胞様の形質への分化の程度を調べた。RT−PCRは、内胚葉特異的な遺伝子(Gata6およびSox17)、肝前駆細胞特異的な遺伝子(AFP、アルブミン、サイトケラチン18およびHNF4α)、肝細胞特異的な遺伝子(ASGPR、アルブミン、トリプトファンオキシゲナーゼ)、および、未分化mES細胞マーカー(Oct3/4)、中胚葉マーカー(brachyury)、外胚葉マーカー(Pax6、チロシンヒドロキシラーゼ)について行った。   RT-PCR was performed using cells collected over time, and the uniformity of the cells and the degree of differentiation into hepatocyte-like traits were examined. RT-PCR includes endoderm specific genes (Gata6 and Sox17), hepatic progenitor cell specific genes (AFP, albumin, cytokeratin 18 and HNF4α), hepatocyte specific genes (ASGPR, albumin, tryptophan oxygenase) And an undifferentiated mES cell marker (Oct3 / 4), a mesoderm marker (brachyury), and an ectoderm marker (Pax6, tyrosine hydroxylase).

図5(A)および(B)示すように、内胚葉特異的な遺伝子発現は、早い段階で増加するとともに、Oct3/4の発現量は緩やかに減少した。結果、E−カドヘリン単独マトリックス、および、共固定化基層マトリックスを用いた場合に、効率的で、均一性を保った分化が見られた。一方、ゼラチンコーティングマトリックス上の細胞は、Sox17の発現量が少量であった。ゼラチンコーティングマトリックス上の細胞は、外胚葉マーカーも発現していた。共固定化基層マトリックス上の細胞は、外胚葉マーカーの発現は見られなかった。この結果より、内胚葉への分化におけるE−カドヘリンの重要な役割が示唆された。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the endoderm-specific gene expression increased at an early stage, and the expression level of Oct3 / 4 gradually decreased. As a result, when the E-cadherin single matrix and the co-immobilized base layer matrix were used, efficient and uniform differentiation was observed. On the other hand, the expression level of Sox17 was small in the cells on the gelatin coating matrix. Cells on the gelatin coating matrix also expressed ectoderm markers. Cells on the co-immobilized substratum matrix did not show ectoderm marker expression. This result suggested an important role of E-cadherin in differentiation into endoderm.

内胚葉形質の細胞へ分化した細胞の割合を調べる為、Sox17、E−カドヘリンおよびOct3/4の免疫染色を行った。共固定化基層マトリックス上の細胞は、分散状態を保ち、多くがSox17とE−カドヘリンを発現していた。分化誘導後5日以内に、分化したES細胞は核が肥大し、共固定化基層マトリックス上の細胞のうち95.3±3.7%がSox17を発現した一方、Oct3/4を発現していたものは41.4±15.8%に過ぎなかった(図5(C)、(D))。対照的に、ゼラチン上の細胞は、8.6±5.9%がSox17を発現し、85.3±9.6%がOct3/4を発現した。E−カドヘリンの安定した発現により、E−カドヘリンマトリックスが、内胚葉分化へ適していることが示唆される。これらの結果は、E−cad−Fcの利点を維持している共固定化基層マトリックスが、内胚葉分化において、好適な基層であることを示唆している。   In order to examine the proportion of cells differentiated into endoderm trait cells, immunostaining of Sox17, E-cadherin and Oct3 / 4 was performed. Cells on the co-immobilized substrate matrix remained dispersed and many expressed Sox17 and E-cadherin. Within 5 days after differentiation induction, the differentiated ES cells have enlarged nuclei, and 95.3 ± 3.7% of the cells on the co-immobilized substratum matrix expressed Sox17, while expressing Oct3 / 4. Only 41.4 ± 15.8% (FIGS. 5C and 5D). In contrast, cells on gelatin expressed 8.6 ± 5.9% expressed Sox17 and 85.3 ± 9.6% expressed Oct3 / 4. The stable expression of E-cadherin suggests that the E-cadherin matrix is suitable for endoderm differentiation. These results suggest that a co-immobilized substrate matrix that maintains the advantages of E-cad-Fc is a suitable substrate for endoderm differentiation.

さらに、肝前駆細胞や肝細胞への分化におけるPVLAの存在の影響についても調べた。
肝細胞分化早期および中期の特異的分化マーカーを決定する為に、AFP、ALB、サイトケラチン18、HNF4αおよびE−カドヘリンの発現をRT−PCRにより調べた(図6(A))。AFPを除いた肝細胞特異的遺伝子は全て、分化誘導時間経過に伴って漸増した。AFPは発現レベルの最大値が分化誘導10日後に記録された(図6(B))。ALB、サイトケラチン18、HNF4αの発現量についても、4日ごとに半定量的に調べた(図6(C)、(D)、(E))。
Furthermore, the influence of the presence of PVLA on the differentiation into hepatic progenitor cells and hepatocytes was also examined.
In order to determine specific differentiation markers for early and intermediate hepatocyte differentiation, the expression of AFP, ALB, cytokeratin 18, HNF4α and E-cadherin was examined by RT-PCR (FIG. 6 (A)). All hepatocyte-specific genes except AFP gradually increased with the differentiation induction time course. The maximum expression level of AFP was recorded 10 days after differentiation induction (FIG. 6B). The expression levels of ALB, cytokeratin 18, and HNF4α were also examined semi-quantitatively every 4 days (FIGS. 6C, 6D, and 6E).

共固定化基層マトリックス上の細胞において、誘導開始8日後からアルブミンの発現が見られ、サイトケラチン18は、4日後から発現が見られた。その後、分化した細胞は、12日後からHNF4αを発現しだした。3つのマーカー全てについて、共固定化基層上の細胞の方が、ゼラチン上のものよりも転写レベルが高かった。   In cells on the co-immobilized substratum matrix, albumin expression was observed 8 days after the start of induction, and cytokeratin 18 was observed after 4 days. Thereafter, the differentiated cells began to express HNF4α after 12 days. For all three markers, cells on the co-immobilized substrate had higher levels of transcription than those on gelatin.

肝細胞へ分化した細胞の割合を調べる為、AFP、ALBについて免疫染色を行った(図6(F)、(G)。
図6(F)が示すように、93.8±6.0%という高い割合で、共固定化基層上の単一細胞レベルに分散した細胞は、AFPを強く発現した一方、ゼラチン上のコロニーは、僅かな割合の細胞がAFPを発現した(15.6%±7.1%)。分化誘導16日後では、共固定化基層上の細胞は、90.0%±9.6%という高い割合でALBポジティブであった。一方、ゼラチン上の細胞は20.5%±5.3%がALBを発現しているに過ぎなかった(図6(G)、(H))。共固定化基層は、E−cad−Fc単独マトリックスと同様の結果であり、ゼラチンと比較して優れた細胞濃縮性能を有することが裏付けられた。
In order to examine the proportion of cells differentiated into hepatocytes, immunostaining was performed for AFP and ALB (FIGS. 6F and 6G).
As shown in FIG. 6 (F), cells dispersed at a single cell level on the co-immobilized base layer at a high rate of 93.8 ± 6.0% strongly expressed AFP, while colonies on gelatin. A small percentage of cells expressed AFP (15.6% ± 7.1%). After 16 days of induction of differentiation, cells on the co-immobilized substratum were ALB positive at a high rate of 90.0% ± 9.6%. On the other hand, only 20.5% ± 5.3% of cells on gelatin expressed ALB (FIGS. 6 (G) and (H)). The co-immobilized base layer was the same result as that of the E-cad-Fc single matrix, and it was confirmed that the co-immobilized base layer has an excellent cell concentration performance as compared with gelatin.

共固定化基層上、および、E−cad−Fc単独マトリックス上の細胞のアルブミンの発現は、ウェスタンブロットにより確認した(図6(I)。   The expression of albumin in the cells on the co-immobilized substrate and on the E-cad-Fc single matrix was confirmed by Western blot (FIG. 6 (I)).

図7(A)が示すように、ASGPRおよびmTOを含む成熟肝細胞特異的遺伝子マーカーの発現が、分化の後半段階において増加した。分化の進行に伴い、24日後に、ASGPRの発現量がピークになった(図7(B))。興味深いことに、ASGPRの発現は、共固定化基層上の細胞では10日後から始まったのに対し、E−cad−Fc単独マトリックス上の細胞では12日後から、ゼラチンマトリックス上の細胞では16日後から始まった。共固定化基層上の細胞は、ASGPRの発現量がほかの2つのマトリックスよりも常に高かった。これは、PVLAがASGPRの発現促進に寄与している可能性を示唆している。これらの結果と一致するように、共固定化基層上の細胞は、E−cad−Fc単独マトリックスやゼラチンと比較して、mTOの発現レベルも高かった。特に、22日以降において差が顕著であった(図7(C))。   As FIG. 7 (A) shows, the expression of mature hepatocyte-specific genetic markers including ASGPR and mTO increased in the latter stages of differentiation. As the differentiation progressed, the expression level of ASGPR peaked after 24 days (FIG. 7B). Interestingly, ASGPR expression began after 10 days for cells on the co-immobilized substratum, after 12 days for cells on the E-cad-Fc single matrix, and after 16 days for cells on the gelatin matrix. Was started. Cells on the co-immobilized substrate always had higher expression levels of ASGPR than the other two matrices. This suggests that PVLA may contribute to the promotion of ASGPR expression. In agreement with these results, the cells on the co-immobilized substrate also had higher mTO expression levels compared to the E-cad-Fc single matrix and gelatin. In particular, the difference was remarkable after 22 days (FIG. 7C).

一方、分化誘導24日後に行った免疫染色の結果から、ALBおよびASGPRの発現量は、共固定化基層、およびE−cad−Fc単独マトリックスでは、ゼラチンと比較して明らかに高かった(図7(D))。   On the other hand, from the results of immunostaining performed 24 days after differentiation induction, the expression levels of ALB and ASGPR were clearly higher in the co-immobilized base layer and the E-cad-Fc single matrix than in gelatin (FIG. 7). (D)).

肝細胞は、様々な代謝機能を有する成熟細胞である。分化最終ステージのmES細胞(誘導後20日、24日)の機能レベルを評価し、共固定化基層マトリックスの分化誘導効率への影響を確認した。共固定化基層上の細胞のアルブミン分泌(図7(E))、グリコーゲン蓄積(図7(F))、および尿素生成レベル(図7(G))は、ゼラチンやE−cad−Fc単独マトリックスよりも高かった。   Hepatocytes are mature cells with various metabolic functions. The functional level of mES cells at the final stage of differentiation (20th and 24th days after induction) was evaluated, and the influence of the co-immobilized substrate matrix on the differentiation induction efficiency was confirmed. Cellular albumin secretion (FIG. 7 (E)), glycogen accumulation (FIG. 7 (F)), and urea production level (FIG. 7 (G)) on the co-immobilized substrate layer were determined by gelatin or E-cad-Fc single matrix. Higher than.

<マウスES細胞由来の肝細胞のASGPR発現に基づいた濃縮>
本発明により、ES細胞由来の肝細胞を単離し、未分化の細胞や他の系列に分化する可能性のある細胞を除去する、マトリックス依存的選択的細胞濃縮方法が提供される。E−cad−Fcは、PVLAによるASGPR選択的な結合をサポートしうる。
<Concentration of mouse ES cell-derived hepatocytes based on ASGPR expression>
The present invention provides a matrix-dependent selective cell enrichment method that isolates ES cell-derived hepatocytes and removes undifferentiated cells and cells that may differentiate into other lineages. E-cad-Fc may support ASGPR selective binding by PVLA.

E−カドヘリンによる結合と、PVLA−ASGPRの結合の両方が、Ca2+依存的であることから、分化誘導18日、20日、22日、24日後において、キレート剤(CDB)を用いて分化細胞を分離し、PVLAコーティングしたディッシュ上に播種した。結着した細胞数を計算し(図8(A))、細胞膜上に発現したASGPRの存在を評価した。ASGPRポジティブの細胞の割合は、それぞれのマトリックスにおいて、分化誘導開始から経時的に増加した。共固定化基層上の細胞は、E−cad−Fc単独や、ゼラチンコートされたディッシュよりもASGPRポジティブの細胞の割合が高かった。24日後において、共固定化基層由来の細胞の結着率は59.7%±11.6%であり、E−cad−Fc単独マトリックス由来の細胞の結着率は45.0±2.5%であり、ゼラチンコートされたディッシュ由来の細胞の結着率は、23.2±3.3%であった。結着細胞の割合の変化は、22日後と24日後の間では小さかった。よって、再播種のタイミングは、分化誘導後22日後が最適であるといえる。 Since both the binding by E-cadherin and the binding of PVLA-ASGPR are Ca 2+ -dependent, differentiation cells were differentiated with a chelating agent (CDB) after 18 days, 20 days, 22 days and 24 days of induction of differentiation. Were separated and seeded on PVLA coated dishes. The number of bound cells was calculated (FIG. 8A), and the presence of ASGPR expressed on the cell membrane was evaluated. The ratio of ASGPR positive cells increased with time from the start of differentiation induction in each matrix. Cells on the co-immobilized substrate had a higher percentage of ASGPR positive cells than E-cad-Fc alone or gelatin-coated dishes. After 24 days, the binding rate of cells derived from the co-immobilized base layer was 59.7% ± 11.6%, and the binding rate of cells derived from the E-cad-Fc single matrix was 45.0 ± 2.5. %, And the binding rate of the gelatin-derived dish-derived cells was 23.2 ± 3.3%. The change in the percentage of attached cells was small between 22 and 24 days. Therefore, it can be said that the optimal re-seeding timing is 22 days after differentiation induction.

共固定化基層においては、最終ステージにある分化細胞であっても、単一細胞層を維持していたが、凝集への傾向が見られた(図8(B))。
しかしながら、PVLAコートされたディッシュへの再播種から3日培養した場合、分化細胞は、一部が凝集し、多層の凝集塊を形成していた。この様子は、初代培養肝細胞の培養3日後に形成される組織様のスフェロイドに類似していた。
In the co-immobilized base layer, even a differentiated cell in the final stage maintained a single cell layer, but a tendency toward aggregation was observed (FIG. 8B).
However, when the cells were cultured for 3 days from the re-seeding on the PVLA-coated dish, some of the differentiated cells aggregated to form a multilayer aggregate. This was similar to tissue-like spheroids formed after 3 days of primary hepatocyte culture.

<ASGPRにより濃縮したES細胞由来の肝細胞の特徴>
ゼラチン、E−cad−Fc単独マトリックス、共固定化基層それぞれにおいて分化誘導してから24日後の細胞について、各種マーカーの転写量を、再播種した細胞(上記と同様にPVLAコートしたディッシュ上に再播種し3日間培養した細胞)と比較した(図8(C))。brachyury(中胚葉特異的遺伝子)、Pdx1(膵臓マーカー)のRT−PCRから、キレート剤による細胞分離と再播種による細胞選択プロセスにより、肝細胞以外のマーカーを発現しない細胞が濃縮されたことが分かる。また、Gata6およびSox17(内胚葉および肝前駆細胞)の転写が見られなくなったことから、分化の早期ステージにある細胞が除去されたことが分かる。成熟した肝細胞のマーカー(ASGPR、mTO、G6P)の転写量は維持ないしは増加したことからも、成熟肝細胞選択的な結着が起こった事が分かる。
これらの結果より、肝細胞の選択的濃縮が達成できたことが分かる。
分化したES細胞が、初代培養肝細胞として機能しうるかについて調べるために、アルブミン分泌、グリコーゲン蓄積、および尿素生成について測定した。PVLAコートしたディッシュに再播種した肝細胞は、それぞれの代謝機能を維持していた。
<Characteristics of ES cell-derived hepatocytes concentrated by ASGPR>
For cells 24 days after differentiation induction in each of gelatin, E-cad-Fc single matrix, and co-immobilized base layer, the amount of transcription of various markers was re-seeded on PVLA-coated dishes as described above. The cells were seeded and cultured for 3 days) (FIG. 8C). From the RT-PCR of brachyury (mesoderm-specific gene) and Pdx1 (pancreatic marker), it can be seen that cells that do not express markers other than hepatocytes were enriched by cell selection process by chelating agent and reseeding . In addition, since transcription of Gata6 and Sox17 (endoderm and hepatic progenitor cells) was not observed, it can be seen that cells at an early stage of differentiation were removed. From the fact that the amount of transcription of mature hepatocyte markers (ASGPR, mTO, G6P) was maintained or increased, it can be seen that selective binding of mature hepatocytes occurred.
From these results, it can be seen that selective enrichment of hepatocytes was achieved.
To investigate whether differentiated ES cells could function as primary cultured hepatocytes, albumin secretion, glycogen accumulation, and urea production were measured. Hepatocytes replated on PVLA-coated dishes maintained their metabolic functions.

Claims (11)

表面に、カドヘリンファミリーに属するタンパク質またはカドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質、および、糖側鎖を有するポリマーを、固定またはコーティングしたことを特徴とする細胞培養基材。   A cell culture substrate characterized in that a surface thereof is fixed or coated with a protein belonging to the cadherin family or a fusion protein comprising all or part of a protein belonging to the cadherin family, and a polymer having a sugar side chain. 前記ポリマーの主鎖がポリスチレンであり、糖側鎖がラクトースまたはガラクトースである請求項1記載の細胞培養基材。   The cell culture substrate according to claim 1, wherein the main chain of the polymer is polystyrene and the sugar side chain is lactose or galactose. 前記糖側鎖を有するポリマーが、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)である請求項1または2記載の細胞培養基材。   The cell culture substrate according to claim 1 or 2, wherein the polymer having a sugar side chain is poly (p-N-vinylbenzyl-D-lactone amide). 前記カドヘリンファミリーに属するタンパク質が、E−カドヘリン、または、E−カドヘリンと相同性を有するタンパク質であって、EC1ドメイン、EC2ドメイン、EC3ドメイン、EC4ドメインおよびEC5ドメインのうち1つ以上を含み、かつE−カドヘリンと同種親和性の結合能を有するタンパク質である請求項1〜3のいずれか一項記載の細胞培養基材。   The protein belonging to the cadherin family is E-cadherin or a protein having homology with E-cadherin, and includes one or more of EC1 domain, EC2 domain, EC3 domain, EC4 domain, and EC5 domain, and The cell culture substrate according to any one of claims 1 to 3, which is a protein having a binding affinity of the same kind as E-cadherin. 前記カドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質が、E−カドヘリンと、免疫グロブリンのFc領域との融合タンパク質である請求項1〜3のいずれか一項記載の細胞培養基材。   The cell culture substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the fusion protein comprising all or part of the protein belonging to the cadherin family is a fusion protein of E-cadherin and an Fc region of an immunoglobulin. . 前記カドヘリンファミリーに属するタンパク質またはカドヘリンファミリーに属するタンパク質全部または一部の領域を含む融合タンパク質と、糖側鎖を有するポリマーとが海島構造を形成している請求項1〜5のいずれか一項記載の細胞培養基材。   The protein belonging to the cadherin family or a fusion protein including all or part of the protein belonging to the cadherin family and a polymer having a sugar side chain form a sea-island structure. Cell culture substrate. 請求項1〜6のいずれか一項記載の細胞培養基材と、液体培地とを用いて、未分化性および分化多能性を維持しながら多能性幹細胞を増殖させることを特徴とする細胞培養方法。   A cell characterized in that pluripotent stem cells are proliferated while maintaining undifferentiation and differentiation pluripotency using the cell culture substrate according to any one of claims 1 to 6 and a liquid medium. Culture method. 請求項1〜6のいずれか一項記載の細胞培養基材と、分化誘導因子を含む液体培地とを用いて、多能性幹細胞を分化させることを特徴とする多能性幹細胞の分化誘導方法。   A method for inducing differentiation of pluripotent stem cells, comprising differentiating pluripotent stem cells using the cell culture substrate according to any one of claims 1 to 6 and a liquid medium containing a differentiation-inducing factor. . 多能性幹細胞を肝細胞へ分化させる請求項8記載の多能性幹細胞の分化誘導方法。   The method for inducing differentiation of pluripotent stem cells according to claim 8, wherein the pluripotent stem cells are differentiated into hepatocytes. 請求項1〜6のいずれか一項記載の細胞培養基材と、分化誘導因子を含む液体培地とを用いて、多能性幹細胞を肝細胞に分化させ、細胞培養基材から該肝細胞を分離し、ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーを表面に固定またはコーティングした細胞培養基材に播き、培養することを特徴とする細胞培養方法。   Using the cell culture substrate according to any one of claims 1 to 6 and a liquid medium containing a differentiation-inducing factor, pluripotent stem cells are differentiated into hepatocytes, and the hepatocytes are separated from the cell culture substrate. A cell culturing method comprising culturing by separating and culturing on a cell culture substrate fixed or coated with a polymer containing galactose or a lactose side chain on a surface. 前記ガラクトースまたはラクトース側鎖を含むポリマーが、ポリ(p−N−ビニルベンジル−D−ラクトンアミド)である請求項10記載の細胞培養方法。   The cell culture method according to claim 10, wherein the polymer containing galactose or a lactose side chain is poly (p-N-vinylbenzyl-D-lactone amide).
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