JP2013138678A - ヒト胚盤胞由来幹細胞に由来する多能性非収縮心臓前駆細胞の新規の集団 - Google Patents

ヒト胚盤胞由来幹細胞に由来する多能性非収縮心臓前駆細胞の新規の集団 Download PDF

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Abstract

【課題】ヒト胚盤胞由来幹細胞に由来する多能性非収縮心臓前駆細胞の新規の集団、その調製方法、およびインビトロ試験に対するその細胞の使用を提供する。hBS細胞に由来する基底細胞、および基底細胞からMCP細胞を調製する方法も提供される。
【解決手段】MCP細胞は以下の特徴を有する:i)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、ii)細胞の少なくとも1%は、ネスチンまたはGFAPを含む神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さないiii)細胞の少なくとも1%は、中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、iv)細胞の少なくとも1%は、Flk−1(KDR)のタンパク質および/または遺伝子発現を示す。
【選択図】なし

Description

本発明は、hBS細胞に由来する新規の多能性心臓前駆(multipotent cardiac precursor:MCP)細胞集団、ならびにこうしたMCP細胞をたとえば医学的処置、医薬品開発、細胞療法および毒性試験などにおいて使用する可能性に関する。
さらに、MCP細胞は自発的に収縮する心筋細胞様の細胞に分化する能力を有するため、たとえば初期の心筋再生プロセスまたは心臓再生障害もしくは奇形などの心臓発生のインビトロの研究における使用に対して魅力的である。
MCP細胞は、hBS細胞に由来するいわゆる基底(basement)細胞の培養後にも得られる。したがって本発明は、MCP細胞を提供できることが示されたこれらの基底細胞にも関する。
心血管疾患は世界中の多数の死の要因であり、健康管理システムにおいて大きな負担となっている。心臓移植は今なお末期の心疾患に対して利用可能な最良の処置である。しかし、この介入はコストが高いことに加え、この処置には免疫抑制薬の使用に由来する副作用および臓器ドナーが限られることに関する制限がある。他の可能性の中で、心筋再生を刺激する新規の試験的選択肢として細胞移植が出現した。細胞に基づく処置は臓器の必要性を減らすことから、心筋梗塞などの深刻な変性疾患にかかった個人および社会の両方にとって非常に重要なものとなるだろう。
心臓を分裂後の臓器とみる伝統的な見地には過去数年のうちに異議が唱えられており、筋細胞のターンオーバーおよび成体哺乳動物の心臓内に幹細胞/前駆細胞が存在することが示されている(ウルバネク(Urbanek)ら、PNAS、2003年、100(18)、p.10440−45、ラウグヴィッツ(Laugwitz)ら、Nature、2005年、433、p.647−653、メッシーナ(Messina)ら、Circ Res、2004年、95、p.911−921、ベルトラミ(Beltrami)ら、Cell、2003年、114、p.763−776、カイ(Cai)ら、Dev Cell、2003年、5、p.877−889)。新しい心筋細胞を生成できる幹細胞の供給源として、いくつかの異なる組織が提案された(例、胎児の心筋細胞、骨格の筋芽細胞、骨髄由来の幹細胞、臍帯血から単離された幹細胞、脂肪組織由来の幹細胞、および胚の幹細胞)。これまでのところ、胚の幹細胞のみがインビトロで自発的に収縮する心筋細胞様の細胞に効率的に分化することが示されている(ケハット(Kehat)ら、J Clin Invest、108:p.407−414、2001年、シュ(Xu)ら、Circ Res、91:p.501−508、2002年、ヘー(He)ら、Circ Res、93:p.32−39、2003年、ママリー(Mummery)ら、Circulation、107:p.2733−2740、2003年)。しかし、ヒト胚盤胞幹細胞からの心臓幹細胞またはMCP細胞の誘導および単離は過去に示されていなかった。特にMCP細胞は、まだ心筋細胞様の細胞の機能的特徴を得ていない未熟な細胞である。
他方で、ヒト出生後の心臓の生検から心臓幹細胞が単離されて組織培養で増殖されたと報じられた(メッシーナら、Circ Res、2004年、WO2005/012510 A1号、WO2006/052925 A2号)。これらの細胞はクローン原性であり、幹細胞および内皮細胞マーカ(例、c−kit、CD−34、Sca−1)を発現し、インビボで筋細胞、内皮細胞および平滑筋細胞に分化できた。しかし、これらの単離はヒト生検材料の入手しやすさおよび生検材料の回収に対する外科的技術に左右される。
いくつかの報告はヒト胚幹細胞が収縮する筋細胞に分化する能力を示したが、ヒト胚幹細胞から別個の中間心臓前駆細胞集団を同定および単離した報告はこれまでになかった。
医薬品開発、毒性試験および細胞療法において以後使用するために、心臓前駆細胞を導出、単離および拡張するための簡単かつ非外科的な方法が非常に求められている。
本発明は、多能性心臓前駆(MCP)細胞、およびhBS細胞からMCP細胞を調製する方法に関する。加えて、本発明はMCP細胞が由来する特定の基底細胞型に関する。本発明のMCP細胞は自発的に収縮する心筋細胞様の細胞に分化する固有の能力を有するため、薬物の発見、毒性試験および細胞療法における使用に特に好適である。
したがって本発明は1つの局面において、多能性心臓前駆(MCP)細胞を含む、ヒト胚盤胞由来幹(human blastocyst−derived stem:hBS)細胞に由来する細胞集団、およびこうしたMCP細胞に関する。MCP細胞は形態的特徴付けに基づいて容易に同定され、さらにMCP細胞を含む細胞集団は以下の特徴を有する:
i)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
ii)細胞の少なくとも1%は、ネスチンまたはGFAPを含む神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない、
iii)細胞の少なくとも1%は、ブラキウリ(brachyury)、ビメンチンまたはデスミンを含む中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iv)細胞の少なくとも1%は、Flk−1(KDR)のタンパク質および/または遺伝子発現を示す。
さらに、細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、cTNI、cTNT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質発現を示さない。
MPC細胞の重要な特徴は、それらが収縮しないことと、本明細書に記載されるような非常に特異的な形態を有することとである。
本明細書の開示から明らかとなるように、MCP細胞はいわゆる基底細胞に由来する。基底細胞は、hBS細胞を懸濁培養するか、または分化因子もしくは比較的短期間用の培地を含む強制凝集方法に供することによって得ることができる。この懸濁培養から細胞はプレート培養されて増殖され、基底細胞の単層が現れる。さらに培養すると、MCP細胞のクラスタが糸に付いた風船の形で現れる。
基底細胞はMCP細胞を得るための重要な中間産物であるため、本発明は基底細胞を含む細胞集団およびこうした基底細胞にも関する。
別の局面において、本発明はMCP細胞に由来する心筋細胞様の細胞と、薬物の発見、薬物のスクリーニング、医学などにおける基底細胞、MCP細胞および心筋細胞様の細胞の使用とに関する。さらに本発明は、細胞集団を得るための方法に関する。
発明の詳細
定義および略語
本明細書において用いられるASAという用語は、アスピリンの活性物質であるアセチルサリチル酸(Acetyl Salicylic Acid)を意味することが意図される。
本明細書において用いられる「胚盤胞由来幹細胞」という用語はBS細胞と示され、そのヒトの形は「hBS細胞」と呼ばれる。文献中ではこの細胞はしばしば胚幹細胞、より特定的にはヒト胚幹細胞と呼ばれる。
本明細書において用いられる「DMSO」という用語は、ジメチルスルホキシド(dimethylsulfoxide)を意味することが意図される。
本明細書において用いられる「基底細胞」という用語は、MCP細胞が発生する細胞の層を意味することが意図される。基底細胞は、形態的特徴および特異的マーカの特徴によってさらに定義される。
本明細書において用いられる「MCP」という用語は多能性心臓前駆体(multipotent cardiac progenitor)を意味することが意図され、これは中胚葉系統内の多くの異なる細胞型の元となり得る細胞型である。MCPが元となり得るこうした細胞型の1つに心筋細胞様の細胞があり、これは成熟心筋細胞と共通の特徴を有する細胞である。MCP細胞は、形態的特徴および特異的マーカの特徴、たとえばFlk−1(KDR)、ISL−1、Notch−1、Nkx2.5、GATA−4、およびトロポニンTタイプ2(troponin T type 2:TNNT2)の遺伝子発現などによってさらに定義される。さらに、MCP細胞は収縮しない心臓前駆体として定義される。
本明細書において用いられる「MCPクラスタ」および「MCP細胞クラスタ」という用語は、互いに付着した少なくとも2個のMCP細胞の群を意味することが意図される。
本明細書において用いられる「ダウンレギュレーションされた」および「アップレギュレーションされた」という用語は、未分化細胞に比べてレギュレーションに少なくとも2倍の相違があることを意味することが意図される。
フィーダ細胞
本明細書において用いられるフィーダ細胞は、単独または組合せて用いられる支持細胞型を意味することが意図される。さらにこの細胞型はヒトまたは他の種に由来してもよい。フィーダ細胞が由来し得る組織は、胚、胎児、新生児、子供、または成体の組織を含み、さらに包皮を含む皮膚、臍帯、筋肉、肺、上皮、胎盤、卵管、腺、間質または胸部に由来する組織を含む。フィーダ細胞は、ヒトの線維芽細胞、線維細胞、筋細胞、ケラチン生成細胞、内皮細胞および上皮細胞からなる群に属する細胞型に由来してもよい。フィーダ細胞を得るために用いられ得る特定の細胞型の例は、胚の線維芽細胞、胚体外の内胚葉細胞、胚体外の中胚葉細胞、胎児の線維芽細胞および/または線維細胞、胎児の筋細胞、胎児の皮膚細胞、胎児の肺細胞、胎児の内皮細胞、胎児の上皮細胞、臍帯の間充織細胞、胎盤の線維芽細胞および/または線維細胞、胎盤の内皮細胞、出生後の包皮の線維芽細胞および/または線維細胞、出生後の筋細胞、出生後の皮膚細胞、出生後の内皮細胞、成体の皮膚の線維芽細胞および/または線維細胞、成体の筋細胞、成体の卵管内皮細胞、成体の腺の子宮内膜細胞、成体の間質の子宮内膜細胞、成体の乳癌実質細胞、成体の内皮細胞、成体の上皮細胞、または成体のケラチン生成細胞を含む。フィーダ細胞がhBS細胞に由来するとき、その細胞は線維芽細胞であってもよい。
本明細書において用いられる「MEF細胞」という用語は、マウス胚線維芽細胞(mouse embryonic fibroblasts)を意味することが意図される。
本明細書において用いられる「胚葉」という用語は、発生生物学において公知の3つの主要な系統、すなわち外胚葉(たとえば神経組織の元となる)、中胚葉(たとえば結合組織、軟骨および骨の元となる)、および内胚葉(たとえば腸上皮、肝臓および膵臓などの内臓の組織の元となる)のいずれかを意味することが意図される。
本明細書において用いられる「hFF細胞」という用語は、ヒト包皮線維芽細胞(human foreskin fibroblasts)を意味することが意図される。hFF細胞はさらに商業的に入手可能であったり、本明細書の「方法」部分に記載されるとおりに得られたりしてもよい。
本明細書において用いられる「FGF」という用語は、好ましくはヒトおよび/または組換え体由来の線維芽細胞成長因子(fibroblast growth factor)を意味し、これに属するサブタイプはたとえばbFGF(時にはFGF2とも呼ばれる)およびFGF4などである。
本明細書において用いられる「EGF」という用語は、上皮成長因子(epithelial growth factor)を意味することが意図される。
「BMP2」という用語は、成長因子のBMPファミリーの一員である骨形態形成タンパク質2(bone−morphogenic protein−2)を意味することが意図される。
本明細書において用いられる「異種成分不含(xeno−free)」という用語は、ヒト以外の動物の成分に対する直接的または間接的な露出を完全に回避したことを意味することが意図される。
本明細書において用いられる「強制凝集」という用語は、外部からの力を加えることによって細胞の相互への付着または表面への付着が増加することを意味することが意図される。
未分化hBS細胞に対するマーカ:SSEA−3、SSEA−4(段階特異的胚抗原(stage specific embryonic antigen)3および4)、TRA−1−60、TRA−1−81、Oct−4、ALP(アルカリホスファターゼ(alkaline phosphatase))。
初期分化hBS細胞に対するマーカ:SSEA−1。
中胚葉系統または胚葉に対する発生生物学の見地からの初期マーカは、ビメンチン、デスミン、アルファサルコメリックアクチン(alpha−sarcomeric actin)であり、中内胚葉細胞に対するマーカはブラキウリである。
外胚葉系統の細胞に対するマーカ:ネスチン、GFAP(神経膠線維酸性タンパク質(glial fibrillary acidic protein)またはGFAPは、中枢神経系の星状細胞に排他的に見出される中間径フィラメントのタイプIIIタンパク質である)。
心臓幹細胞マーカ:cキットおよび心臓前駆体マーカ:Islet−1、Nkx2.5、GATA−4。ここでは初期心臓マーカとみなされる。
心筋細胞に対するマーカ:cTnI、cTnT(心臓トロポニン(cardiac troponin)IおよびT)、α−MHC(アルファミオシン重鎖(alpha−myosin−heavy−chain))、コネキシン43。
上に述べたとおり、本発明はMCP細胞ならびに中間の基底細胞および心筋細胞様の細胞に分化したMCP細胞を提供する。このMCP細胞および基底細胞は新規であると考えられる。こうした細胞は、たとえば薬物の発見プロセス、薬物のスクリーニングプロセス、心臓細胞型に影響する可能性のある薬物を研究するためのインビトロのモデル、初期心臓発生などの心臓発生を研究するためのインビトロのモデル、ヒトの心臓変性障害を研究するためのインビトロのモデル、インビトロの心臓毒性試験などの多数の研究目的に対して有利に用いられる。
さらに、このMCP細胞、中間の基底細胞および得られる心筋細胞様の細胞は、たとえば心臓組織の変性などの組織変性によってもたらされる病状および/または疾患の処置および/または予防のために有利に用いられ得る。より特定的には、こうした障害は、壊死心筋、アポトーシス心筋、損傷した心筋、機能不全の心筋、および/または形態的に異常な心筋に関係する障害などの心臓障害を含む。その他の障害は、虚血性心疾患、心筋梗塞、リウマチ性心疾患、心内膜炎、自己免疫性心疾患、心臓弁膜疾患、先天性の心臓障害、心臓リズム異常(cardiac rhythm disordersm)、心臓機能不全などを含む。したがって本発明に従った細胞、特にMCP細胞および心筋細胞様の細胞は、医学および薬の調製に用いることができる。
MCP細胞
この状況におけるMCP細胞とは、非常に特異な形態および特異的マーカの特徴を有する細胞を意味することが意図される。したがって、本発明は第1の局面において、多能性心臓前駆(MCP)細胞を含む、ヒト胚盤胞由来幹(hBS)細胞に由来する細胞集団に関する。この細胞集団集団は以下の特徴を有する:
i)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
ii)細胞の少なくとも1%は、ネスチンまたはGFAPを含む神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない、
iii)細胞の少なくとも1%は、ブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンを含む中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iv)細胞の少なくとも1%は、Flk−1(KDR)のタンパク質および/または遺伝子発現を示す。
本明細書の実施例から分かるとおり、Flk−1はMCP細胞に対する優れたマーカである。
さらに、MCP細胞に対して、細胞の少なくとも1%、たとえば少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は、islet−1、cTNI、cTNT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43を含む1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質発現を示さない。
たとえば心筋細胞などとは対照的に、MCP細胞は収縮しない細胞である。したがってMCP細胞を含む本発明に従った細胞集団は、細胞の少なくとも50%、たとえば少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも99%、または100%が収縮しない細胞である。
本明細書の実施例から証明されるとおり、トロポニンT2はMCP細胞に対する良好なマーカである。したがって本発明に従った細胞集団は、細胞の少なくとも1%、たとえば少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%がトロポニンT2のタンパク質および/または遺伝子発現を示す集団である。
CD31もMCP細胞に対する優れたマーカであることが示されている。したがって本発明に従った細胞集団は、細胞の少なくとも1%、たとえば少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%がCD31のタンパク質および/または遺伝子発現を示す集団である。
特定の場合には、Nkx2.5およびGATA−4もMCP細胞に対する良いマーカである。実施例に示されるとおり、これは特にMCP細胞がマウスフィーダ細胞上での培養後に得られる場合である。したがって本発明に従った細胞集団は、細胞の少なくとも1%、たとえば少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%がNkx2.5および/またはGATA−4のタンパク質および/または遺伝子発現を示す集団である。
特定の実施形態において、本発明に従った細胞集団の細胞の少なくとも1%、たとえば少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%はFlk−1(KDR)、トロポニンT2、CD31、Nkx2.5およびGATA−4のタンパク質および/または遺伝子発現を示し、すなわちそれらの細胞はMCP細胞である。
別の特定の実施形態において、本発明に従った細胞集団の細胞の少なくとも1%、たとえば少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は前駆細胞の1つまたはそれ以上のマーカFlk−1(KDR)およびISL−1のタンパク質および/または遺伝子発現を示し、すなわちそれらの細胞はMCP細胞である。
さらなる特定の実施形態において、本発明に従った細胞集団の細胞の少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は前駆細胞の2つまたはそれ以上のマーカFlk−1(KDR)、Notch−1またはISL−1のタンパク質および/または遺伝子発現を示し、すなわちそれらの細胞はMCP細胞である。
特徴i)は、細胞全体が分化した細胞であること、すなわちそれらの細胞が由来するhBS細胞とは異なることを確実にする。
特徴ii)は細胞全体が神経様の細胞に分化していないことを確実にし、特徴iii)は細胞が中胚葉の性質を有することを示し、特徴iv)はhBS細胞が発達してMCP細胞になったことを確実にする。
さらに、細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、cTNI、cTnT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質発現を示さない。この特徴は、これらの細胞がまだ心臓様の細胞に分化していないこと、すなわちこれらの細胞がまだ異なる種類の細胞に発達する可能性を有する前駆細胞であることを確実にする。本明細書の実施例に示されるとおり、MCP細胞は発達して心筋細胞様の細胞またはその他の分化細胞型になり得るが、基底細胞を提供する能力も有する。
MCP細胞は、光学顕微鏡法を用いて見ることのできる非常に特徴的な形態を有する。さらに、MCP細胞は本明細書の図面に示される。実施形態の1つにおいて、本発明は、小さく丸い明位相差像を示す(phase−bright)細胞のクラスタとして現れるMCP細胞を含む細胞集団に関する;個々の細胞は直径5〜20μmであり、各クラスタは2〜500個の細胞からなる。図2のパネルa、bおよびcに例示されるとおり、MCP細胞のクラスタは円形または細長い形である。
通常、MCP細胞のクラスタは緩く付着した細胞の塊として現れ、基底細胞上に生育されるときには基底細胞の単層の上にある。さらに、MCP細胞は核対細胞質の比率が比較的高く、たとえば細胞の合計体積の1:2〜1:64である。図2にさらなる特徴的な形態的特徴がみられ、すなわちMCPクラスタは図18の概略スケッチに示されるような糸に付いた風船の形で現れる。
したがって、特定の実施形態において、本発明に従った細胞集団においては、MCP細胞の少なくとも50%が
1.小さく丸い明位相差像を示す細胞のクラスタとして生育し、
2.円形または細長い形のクラスタを形成し、そのクラスタは緩く付着した細胞の塊として現れ、基底細胞上に生育されるときには基底細胞の単層の上にあり、
3.比較的高い核対細胞質の比率を有し、および/または
4.糸に付いた風船の形で現れ、
それらの細胞は以下の特徴をすべて有する:
i)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
ii)細胞の少なくとも1%は、たとえばネスチンまたはGFAPなどの神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない、
iii)細胞の少なくとも1%は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、および
iv)細胞の少なくとも1%は、Flk−1(KDR)のタンパク質および/または遺伝子発現を示す。
特定の実施形態においては、細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、cTNI、cTNT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質発現を示さない(特徴v))。
好ましくは、MCP細胞の少なくとも50%は4つの特徴のうち少なくとも2つ、たとえば4つの特徴のうち少なくとも3つ、または4つの特徴すべてを有する。
本発明の実施形態の1つにおいて、MCP細胞の少なくとも55%、たとえば少なくとも60%、少なくとも65%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は、特徴i)、ii)、iii)および/またはiv)に関する要求を満たす。
上述のとおり、本発明はMCP細胞を含む細胞集団にも関する。こうした細胞集団は、少なくとも特徴i)を満たし、たとえば少なくとも特徴i)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば少なくとも3つ、少なくとも4つ、またはすべてのマーカに対して特徴i)を満たす。MCP細胞を未分化hBS細胞と区別できることは大変望ましいため、この特徴は重要である。
本発明の実施形態の1つにおいて、MCP細胞を含む細胞集団中の細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は、未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される。
さらに、または代替的に、この細胞集団は少なくとも特徴ii)に示される両方のマーカに対して特徴ii)を有する。この特徴は、神経型の細胞への分化を回避することを確実にするために重要である。本発明の実施形態の1つにおいて、MCP細胞を含む細胞集団中の細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は、たとえばネスチンまたはGFAPなどの神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない。
特徴iii)は中胚葉的特徴の存在に関係し、好ましくは少なくとも特徴iii)に示されるマーカのうち2つまたは3つに対して特徴iii)が満たされる。本発明の実施形態の1つにおいて、MCP細胞を含む細胞集団中の細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す。
特徴v)は細胞がまだ初期段階の心臓様の細胞に発達していないことを確実にするために重要であり、したがって細胞集団は、好ましくは少なくとも特徴iv)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば2、3、4、5または6つに対して特徴iv)を有する。本発明の実施形態の1つにおいて、MCP細胞を含む細胞集団中の細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%は、たとえばislet−1、cTNI、cTNT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質および/または遺伝子発現を示さない。
特に、この細胞集団は4つの特徴のうち少なくとも2つ、たとえば4つの特徴のうち少なくとも3つ、または4つの特徴すべてを有する。
本発明に従った細胞集団は異種成分不含であってもよく、これは医学的目的に使用されるときには利点となる。
本発明に従ったMCP細胞は、培養の際にそれらが示す特徴i)−v)のいずれかを維持できる。この状況における「維持された特徴」という用語は、定められた培養および分析期間にわたる安定したタンパク質、遺伝子または抗原の発現を意味することが意図され、それはたとえば免疫組織化学ならびに発現強度の測定および比較によってさらに示すことができる。したがって、本発明に従ったMCP細胞を含む細胞集団は、インビトロで培養されてもよい。
さらに、MCP細胞は基底細胞の同一層から再生成されてその後単離されてもよい。こうした再生成は最大20回行なわれ得る。基底細胞およびMCP細胞はどちらもFlk−1(KDR)遺伝子発現などの前駆体特性を示し、微速度撮影を通じた研究(実施例14)では、基底細胞がMCP細胞の元となるのと同様にMCP細胞も基底細胞の元となり得る、すなわちこれらの細胞はいくつかの共通の特性を有する密接に関連する前駆細胞となることが示された。
分化したMCP細胞
新規MCP細胞の非常に重要な特性の1つは、心筋細胞様の細胞に分化できることである。したがって本発明の実施形態の1つにおいて、本発明に従った細胞集団は、少なくとも5日の期間にわたるプレート培養および分化培地の使用によって分化されて、以下の特徴のうち少なくとも1つを有するようになる:
i)細胞の少なくとも1%は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、GATA−4、Nkx2.5、cTNI、cTNT、またはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の心臓マーカのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iii)細胞の少なくとも1%は未分化幹細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される。
MCP細胞の特徴と比較すると、MCP細胞に由来するこれらの心筋細胞様の細胞は中胚葉マーカに関する特徴を維持していることが分かる。特定の実施形態において、これらの細胞は少なくとも特徴i)を満たし、たとえば少なくとも特徴i)に示されるマーカのうち2つまたは3つに対して特徴i)を満たす。特定の実施形態において、特徴i)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である。
さらに、MCP細胞に由来する心筋細胞様の細胞は、特徴ii)を有することによってその心筋細胞様の性質、つまり陽性の心臓マーカを有すること、すなわち心臓様の細胞に分化したことを確認する必要がある。特定の実施形態において、これらの細胞は少なくとも特徴ii)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば2、3、4、5または6つに対して特徴ii)を満たす。特定の実施形態において、特徴ii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である。
分化した細胞は分化に関する特徴も保持しており、すなわち分化を受けた後の細胞集団は、少なくとも特徴iii)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば2、3、4または5つに対して特徴iii)を有する。特定の実施形態において、特徴iii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である。
好ましくは、分化を受けた後の細胞集団は少なくとも2つの特徴または3つの特徴すべてを有する。
基底細胞
基底細胞は、MCP細胞の形成において重要な中間細胞である。基底細胞はそれらが由来するhBS細胞とは異なり、MCP細胞とも形態的に異なる。したがって本発明はヒト胚盤胞由来幹(hBS)細胞に由来する細胞集団にも関し、この細胞集団は基底細胞を含む。この細胞集団は以下の特徴を有する:
i)細胞の少なくとも1%はブラキウリのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%はアルファサルコメリックアクチンのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iii)細胞の少なくとも1%はビメンチンのタンパク質発現を示さない、
iv)細胞の少なくとも1%はデスミンのタンパク質発現を示さない、および
v)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される。
本明細書の実施例から分かるとおり、基底細胞は、たとえば実施例3の表IIに列挙される遺伝子などのいくつかの遺伝子の遺伝子および/またはタンパク質発現を示す。したがって、基底細胞を含む本発明に従った細胞集団は、以下のさらなる特徴を有する:
i)細胞の少なくとも1%は実施例3の表IIに列挙される遺伝子、たとえばバソヌクリン1(Basonuclin 1:BNC1)、ネフロネクチン(nephronectin:NPNT)、フィブリノゲンアルファ鎖(fibrinogen alpha chain:FGA)、アネキシンA8(annexin A8:ANXA8)、マトリックスGlaタンパク質(matrix Gla protein:MGP)、透明帯糖タンパク質4(zona pellucida glycoprotein 4:ZP4)、トロンボモジュリン(thrombomodulin:THBD)、ホメオボックスB7(homeobox B7:HOXB7)、心臓および神経冠誘導体発現1(heart and neural crest derivatives expressed 1:HAND1)、デスモコリン3(desmocollin 3:DSC3)、インターロイキン6シグナルトランスデューサ(interleukin 6 signal transducer:IL6ST)、アクアポリン1(aquaporin 1:AQP1)、Frizzled関連タンパク質(Frizzled−related protein:FRZB)、ブラジキニン受容体B1(bradykinin receptor B1:BDKRB1)、成長ホルモン受容体(growth hormone receptor:GHR)、およびキナーゼ挿入ドメイン受容体(Flk−1)(kinase insert domain receptor:KDR)などのうち少なくとも1つまたはそれ以上の遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%は、未分化hBS細胞に比べてダウンレギュレーションされたoct−4およびnanogの遺伝子発現を有する。
基底細胞に対する上記の特徴は通常、細胞集団中の細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である。
基底細胞は、光学顕微鏡法を用いて見ることのできる非常に特徴的な形態を有する。さらに、基底細胞は本明細書の図面に示される。実施形態の1つにおいて、本発明は、原始内胚葉に似た形態を有する基底細胞を含む細胞集団に関し、基底細胞は上皮様であり、すなわち内皮細胞様の形を有する。基底細胞は暗位相差像を示し(phase−dark)、境界明瞭(すなわち隣接細胞間の境界が明らか)であり、および/または光学顕微鏡法によって明らかにされるとおりの角張った形を有してもよい(図19)。
特定の実施形態において、本発明は基底細胞を含む細胞集団に関し、その基底細胞の少なくとも5%は
1.原始内胚葉に似た形態を有し、
2.上皮様であり、
3.光学顕微鏡法によって明らかにされるとおりに暗位相差像を示し、かつ境界明瞭であり、および/または
4.光学顕微鏡法によって明らかにされるとおりの角張った形を有し、
さらに以下の特徴のうち少なくとも1つを有する:
i)細胞の少なくとも1%はブラキウリのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%はアルファサルコメリックアクチンのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iii)細胞の少なくとも1%はビメンチンのタンパク質発現を示さない、および
iv)細胞の少なくとも1%はデスミンのタンパク質発現を示さない、
v)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される。
特定の実施形態において、基底細胞の少なくとも5%は5つの特徴のうち少なくとも2つを有し、好ましくはその2つの特徴はi)およびiv)であり、または基底細胞の少なくとも5%は少なくとも3つ、4つ、または5つの特徴すべてを有する。通常、これらの特徴は細胞の少なくとも10%、たとえば少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である。
本発明の特定の実施形態において、GATA−1は重要な転写因子である。GATA−1は造血(血液形成)に関与することが報告されているため、GATA−1の役割は特に注目される(フーバー(Huber)およびゾン(Zon)、1998年、10(2):p.103−109、Semin Immunol)。GATA−1は、発達の際に起こる初期細胞プロセスを調節することによって心臓発生と造血との生物学的結び付きを提供できると我々は提案する。血管細胞および血液細胞の元となる血管芽細胞は、心臓前駆体と共通の発達経路を有し、やはり初期胚の中胚葉に由来する。
上述のとおり、本発明は基底細胞を含む細胞集団にも関する。こうした細胞集団は少なくとも特徴i)を満たすか、5つの特徴のうち少なくとも2つを満たし、好ましくはその2つの特徴はi)およびiv)であり、または5つの特徴のうち少なくとも3つを満たすか、5つの特徴のうち少なくとも4つを満たすか、または細胞集団は5つの特徴すべてを有する。一般的に、特徴i)−v)の各々は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である。
基底細胞は、異種成分不含の形で得られてもよい。
細胞集団の細胞の個々の型の使用は、本明細書に前述されるか、または実施例もしくは添付の請求項に示される。
特定の実施形態において、本発明は基底細胞およびMCP細胞を含む細胞集団に関し、その細胞集団全体(すなわち基底細胞およびMCP細胞)の少なくとも5%はFlk−1の遺伝子および/またはタンパク質発現を示す。
調製のための方法
出発材料
本発明に対する出発材料は、好適には未分化hBS細胞系などの多能性未分化hBS細胞である。こうした材料はセラーティス社(Cellartis AB)から得ることができ、NIHの幹細胞登録(stem cell registry)http://stemcells.nih.gov/research/registry/を通じても入手可能である。セラーティス社の2つのhBS細胞系(SA001およびSA002)およびSA002の1つのサブクローン(SA002.5)がNIHを通じて入手可能である。本発明ではこれらのhBS細胞系がしばしば用いられている。
セラーティス(商標)hBS細胞系SA001、SA002、SA046、SA094、SA111、SA121、SA181、SA191、SA196、SA202、SA218、SA240、SA348、SA352、SA399、SA461、SA502、SA506、SA521、およびSA540は、MRC(医学研究会議(Medical Research Council))における英国幹細胞バンク登録(UK Stem Cell Bank registry)に対しても承認されている。
hBS細胞が出発材料として推奨されるのは、以下の特徴のためである:アルカリホスファターゼ、SSEA−3、SSEA−4、TRA1−60、TRA1−81、Oct−4に対して陽性、SSEA−1に対して陰性、テロメラーゼ活性、ならびにインビトロおよびインビボにおける多能性(後者は免疫不全マウスにおける奇形腫形成によって示された)。
使用前に、出発材料として用いられるhBS細胞系は、特徴付けプログラムを受けるLOT調製から得られてもよい。hBS細胞系のLOT調製は、標準化された方法に従うと、培養物中のhBS細胞の拡張およびその後の単一継代中の100本より多いストローの凍結を構成する(特許出願中、WO2004098285号)。本明細書の実験部分を参照されたい。
本明細書において用いられる出発材料はさらに、完全に異種成分不含で得られてもよく、それによって再生医療における使用の可能性に対する完全に異種成分不含の基底細胞、MCP細胞または心筋細胞様の細胞が得られてもよい。hBS細胞の異種成分不含の導出のためには、使用されるすべての培地および基質構成要素、フィーダ細胞およびその他の材料は、いかなるヒト以外の動物材料にも由来または接触してはならない。hBS細胞の異種成分不含の導出、さらに異種成分不含の基底細胞、MCP細胞または心筋細胞様の細胞を得るために好適な構成要素は、異種成分不含で導出されたヒト線維芽細胞、たとえばヒト包皮線維芽細胞など、組換え成長因子、分化因子および/またはその他の可能な添加剤を有する血清を含まない培地またはヒト血清を主成分とする培地、ならびに細胞の解離および増殖のためのヒト組換え酵素または滅菌した機械的ツールである。
3D培養
I.懸濁培養
基底細胞およびMCP細胞は、未分化のhBS細胞から得られる。基底細胞を含む細胞集団は、以下のステップを含む方法によって得られる:
i)約1日から約10日、たとえば約1日から約6日などの間、懸濁培養中の分化培地において未分化hBS細胞の1つまたはそれ以上のコロニー切片またはコロニーを培養するステップ、
ii)こうして培養された細胞を続けて増殖および分化するための培養容器に移すステップ、
iii)任意には、光学顕微鏡における形態的基準および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって基底細胞を同定するステップ、
iv)任意には、こうして得られた基底細胞を単離するステップ、および
v)任意には、ステップii)−iv)を繰返すステップ。
未分化hBS細胞は3〜6日間、たとえば4〜5日間維持および増殖された。未分化細胞は(例、手動で)切開され、以下に懸濁培養として定義されるものなどの分化培地中に置かれた。細胞は懸濁液中に1〜10日間、たとえば1〜8日間または1〜6日間維持され、たとえばゼラチン被覆された皿などに移されて、細胞クラスタの付着が導かれた。増殖および分化は約2〜6日間、たとえば4日間続けられる。細胞のクラスタから細胞の単層が現れ、基底細胞はたとえば光学顕微鏡法などを用いることによって同定できる(本明細書において考察されるとおり)。
II.強制凝集
基底細胞およびMCP細胞は、未分化のhBS細胞から得られる。基底細胞を含む細胞集団は、以下のステップを含む方法によって得られる:
i)hBS細胞を分離および解離して懸濁液にし、細胞懸濁液をマルチウェル組織培養プレートに分配するステップ、
ii)細胞の強制凝集のために遠心力を加えるステップ、
iii)こうして増強された3Dクラスタ化細胞を、約1日から約20日、たとえば約6日から約8日などの間、マイクロウェル形式の分化培地中で培養するステップ、
iv)任意には、こうして3D培養された細胞を続けて増殖および分化するための培養容器に移すステップ、
v)任意には、光学顕微鏡における形態的基準および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって基底細胞を同定するステップ、
vi)任意には、こうして得られた基底細胞を単離するステップ、および
vii)任意には、ステップiii)−iv)を繰返すステップ。
ステップi)は通常、未分化のhBS細胞コロニーの切片を血清を含むかまたは含まない分化培地に懸濁することによって開始する。(例、懸濁培養におけるステップi)および強制凝集法におけるステップiii)に対する)好適な分化培地は、実施例1に記載される分化培地であって、KO−DMEMにグルタマックス(Glutamax)(例、0.1mMから2mM、たとえば1mMの濃度)、β−MeOH(例、0.01mMから約1mM、たとえば0.1mMの濃度)、1つまたはそれ以上の可欠アミノ酸(non−essential amino acids:NEAA)(例、0.1%から約2%、たとえば1%の濃度)、PeST(例、約0.1%から約2%、たとえば約1%の濃度)、および/または血清、たとえばウシ胎児血清など(例、5%から30%、たとえば約20%の濃度)を補った培地、または実施例6に記載されるCGM培地(基本培地は35%のIMDMおよび65%のDMEM:F12からなり、そこに1%のPeSTおよびグルタマックスが補われて、3.5%のFBS、2%のB−27、0.1mMのβ−MeOH、10ng/mlのEGF、20ng/mlのbFGF、4nMのカルディオトロフィン1(Cardiotrophin−1)、および40nMのトロンビンの最終濃度にされる)、またはそれらの組合せもしくは変形を含むがそれに限定されない。
血清が含まれる場合には、その血清はFBSまたはヒト血清であってもよい。血清が存在するとき、血清の濃度は少なくとも2%、たとえば約2%から約30%、約5%から約25%または約20%である。
強制凝集法において、ステップi)(すなわち分離)は、細胞の酵素処理、たとえばコラゲナーゼIVなどのコラゲナーゼによる処理などによって開始される。酵素の濃度は通常、50〜500U/mLに相当する範囲である。分離された細胞は次いで培地(上述の培地など)に移され、機械的に解離される。ステップii)では、100×gから1000×g、特に約400×gの遠心分離が、通常は好適な期間(例、400×gで5分間またはそれに同等のもの)行なわれる。遠心分離後、細胞は5〜10日、特に6〜8日の期間インキュベートされる。3Dクラスタ構造は、たとえば培地を含有するゼラチン被覆された皿などに移されて、2〜6日間、特に4日間培養される。培地は通常1〜3日ごと、たとえば2日目または3日目ごとに交換される。
基底細胞は次いで形態学的に同定されてもよいし、本明細書に記載される特異的マーカの使用によって同定されてもよい。
基底細胞の導出
基底細胞の形成を可能にするためには、懸濁法のステップi)を比較的短期間で行なうことが重要であることを本発明者らは見出した。よって特定の実施形態において、ステップi)は約1日から約6日、たとえば約1日から約4日、約1日から約3日、または約1日から約2日の期間にわたって行なわれる。
懸濁法のステップii)において、懸濁培養からの細胞は培養容器中または細胞外基質上に蒔かれる。たとえばマルチウェル形式、培養皿、フラスコなど、あらゆる好適な容器が用いられてもよい。好ましくは、細胞が容器の表面に付着し、培地が用いられることによって細胞が増殖および分化を続ける。細胞は、プラスチック、たとえば組織培養プラスチックの上に直接付着するか、タンパク質コーティング、たとえばラミニン、ポリオルニチンなどの上、細胞外基質成分、たとえばマトリゲル(Matrigel)の上、またはフィーダの上、または好ましくはゼラチン被覆された容器の上に付着してもよい。
ステップii)において用いられる培地は血清が含まれても含まれなくてもよい。血清が存在するとき、ステップii)における使用に対しても上述と同じ濃度が好適である。培地は切換えられても、同じタイプの培地がステップii)で用いられてもよい。好適な培地は、実施例1に記載される分化培地およびCGM培地を含む。使用される培地に対する好適な添加剤は、EGFおよびbFGFなどの成長因子、ならびにトロンビンなどのセリンプロテアーゼである。実施例4に記載されるとおり、MCP細胞の濃縮のために、この培地はIMDMおよびDMEM:F12をさらに含んでもよく、任意に1%のPeSTおよびグルタマックスが補われて、3.5%のFBS、2%のB−27、0.1mMのβ−MeOH、10ng/mlのEGF、20ng/mlのbFGF、4nMのカルディオトロフィン1、および40nMのトロンビンの最終濃度にされてもよい。
通常、ステップii)は約2日から約20日、たとえば約2日から約15日、約2日から約10日、約2日から約6日、または約2日から約4日の期間にわたって行なわれる。
次いで基底細胞が現れて、本明細書に前述されるとおりに同定され得る。基底細胞は、たとえば鋭利なマイクロキャピラリもしくは別の好適なツールを用いた機械的切開によって、またはEDTAなどのキレート化剤を用いて、たとえばコラゲナーゼ、トリプシンなどを用いた酵素分解によって単離されてもよい。基底細胞は再びプレート培養されて、ステップii)−iv)が繰返される。
基底細胞または基底細胞を含む細胞集団は、たとえば本明細書の実施例に記載されるとおりの凍結または低温保存などによって保存でき、本明細書に記載される目的に使用できる。
MCP細胞の導出
単離または非単離基底細胞をMCP細胞の調製に用いることができる。したがって本発明は、MCP細胞を含む細胞集団の調製のための方法にも関し、この方法は基底細胞を得るためのステップ、たとえば上記に定めたステップi)−iii)を含むか、または代替的に、単離または非単離基底細胞の使用および以下のさらなるステップを含む:
vi)MCP細胞の出現が光学顕微鏡および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって明らかにされるまで基底細胞を培養するステップ、
vii)こうして得られたMCP細胞を単離するステップ。
MCP細胞を得るための基底細胞の培養に対する好適な培地は、たとえば分化培地またはCGM培地またはそれらの組合せなどである。培地は血清を含有しても(上記を参照)、血清を含まなくてもよい。培地は切換えられても、同じ培地であってもよい。
プレート培養後約2日から約25日、たとえばプレート培養後約2日から約20日、約2日から約15日、約2日から約10日、約2日から約5日、または約2日から約4日の期間の後に、MCP細胞のクラスタが現れる。これらのクラスタは、たとえば鋭利なマイクロキャピラリもしくは別の好適なツールを用いた機械的切開によって、またはEDTAなどのキレート化剤を用いて、たとえばコラゲナーゼ、トリプシンなどを用いた酵素分解によって単離できる。
MCPクラスタは、基底細胞が現れた後の1日目から20日目の間、たとえば5日目から10日目の間などに、たとえば1回から20回、5回から10回などの連続的なラウンドでさらに単離できる。
MCP細胞は、たとえば保存、心臓分化に対する使用、特徴付け、薬物の発見における使用、毒性試験における使用、再生医療における使用、および/または基底細胞の入手などのために、さらに2次培養されてもよい。
MCP細胞の分化
さらに、MCP細胞は、心筋細胞様の細胞を提供するために以下のステップによって分化されてもよい:
i)1つまたはそれ以上の分化因子、たとえばBMPおよびFGFファミリーの成長因子など、B−27、5−アザデオキシシチジン、DMSO、レチノイン酸、ASAおよびアスコルビン酸、ならびに/または分化培地の存在する表面上にMCP細胞を蒔くことによって、分化したMCP細胞を得るステップ。
その他の局面
本発明はキットにも関する。上述の局面の詳細および細部は、必要な変更を加えてキットの局面にも適用される。特定の実施形態は添付の請求項から明らかになる。よって本発明のキットは、基底細胞、MCP細胞またはMCP細胞に由来する心筋細胞様の細胞を含む細胞集団と、ii)心臓分化を起こす1つまたはそれ以上の成熟因子および/または成熟培地と、iii)任意には、使用のための指示書とを含んでもよい。成熟培地は、VitroHES(商標)、bFGFが補われたVitroHES(商標)、自己の予め調整されたVitroHES(商標)、CGM培地、および心臓に特定のその他の培地からなる群より選択されてもよく、1つまたはそれ以上の成熟因子は、bFGFなどのFGF、BMP、5−アザデオキシシチジン、DMSO、レチノイン酸、アスコルビン酸、およびASAからなる群より選択される。このキットは、成熟をモニタするためのツールをさらに含んでもよい。好適なツールは以下を含んでもよい:
i)未分化hBS細胞に対するマーカ、デスミン、アルファサルコメリックアクチン、ブラキウリ、ネスチン、GFAP、Islet−1、Nkx2.5、GATA−4、cTnI、cTnT、α−MHC、およびコネキシン43からなる群より選択される発現マーカをコードする遺伝子のうち少なくとも3つ、たとえば少なくとも4つまたは少なくとも5つに対するPCRプライマ、または
i)未分化hBS細胞に対するマーカ、デスミン、アルファサルコメリックアクチン、ブラキウリ、ネスチン、GFAP、Islet−1、Nkx2.5、GATA−4、cTnI、cTnT、α−MHC、およびコネキシン43からなる群より選択される発現マーカ抗原のうち少なくとも3つ、たとえば少なくとも4つまたは少なくとも5つに対する抗体。
別の実施形態において、本発明のキットは以下のものを含む:
i)基底細胞および/またはMCP細胞、
ii)任意には、インビトロおよび/またはインビボで分化を起こすための因子、
iii)細胞を患者に投与するためのツール、またはこうした細胞を、たとえばすぐに使用できる注射器に入れるなど投与可能な形にしたもの。
本発明は、以下の非限定的な実施例および図面においてさらに例示される。特定の実施形態は本明細書の項目および請求項から明らかになる。
基底細胞の形態を示す図である。Aは、分化するhBS細胞の付着性クラスタから生じた、プレート培養の3日後の分化細胞の単層を示す。基底細胞は迷路に似た特徴的な密集した網状組織中で生育するため、分化するhBS細胞の培養物中で光学顕微鏡を用いて基底細胞の領域を容易に区別できる。基底細胞の形態は原始内胚葉に類似しており、これらの細胞は上皮様である。加えて、個々の細胞は暗位相差像を示し、境界明瞭であり、通常は角張った形をしている。この図面は、MEF細胞上で維持された、hBS細胞系SA002.5、LOTBE002.5、継代26から得られた細胞を例示する。基底細胞の典型的な領域が示される。Bは、分化するhBS細胞の付着性クラスタから生じた、プレート培養の8日後の分化細胞の単層を示す。この単層は基底細胞を含有する(典型的な領域が示される)。この図面は、hFF細胞上で維持された、hBS細胞系SA002.5、LOTBE002.5、継代42+酵素的解離4から得られた細胞を例示する。CおよびDは、分化するhBS細胞の付着性クラスタから生じた、プレート培養の15日後の分化細胞の単層を示し、その上にMCP細胞のクラスタが現れている。パネルCでは、四角の中に典型的な領域が示される。パネルDでは、四角が基底細胞を有する領域をマークし、破線の楕円が基底細胞上にあるMCP細胞の典型的なクラスタをマークしている。これらの図面は、MEF細胞上で維持された、hBS細胞系SA002.5、LOTBE002.5、継代26から得られた細胞を例示する。 基底細胞上にあるMCP細胞クラスタの形態を示す図である。パネルA−Cは、分化したhBS細胞のプレート培養後15日の、基底細胞の単層に緩く付着した小さく丸い明位相差像を示す細胞のクラスタとして生育するMCP細胞を示す。このMCP細胞は核対細胞質の比率が高い。クラスタの典型的な特徴は、「糸に付いた風船」に似ていることである。MCP細胞クラスタは円形または細長い形のいずれであってもよい。楕円は典型的なMCP細胞クラスタを示す。これらの図面は、MEF細胞上で維持された、hBS細胞系SA002.5、LOTBE002.5、継代26から得られた細胞を例示する。パネルAは、「糸に付いた風船」の形態を有するMCPクラスタの概略スケッチを含む。 単離および再プレート培養された鼓動していないMCP細胞の形態を示す図である。Aは、新たな培養皿の(血清を含有する)分化培地中に移された、単離6日後の単離MCP細胞クラスタの形態を示す。この図面は、MEF細胞上で維持された、hBS細胞系SA461、LOTBF461、継代22から得られた細胞を例示する。Bは、新たな培養皿の分化培地中に移された、単離7日後の単離MCP細胞クラスタの形態を示す。この図面は、HFF細胞上で維持された、hBS細胞系SA121、LOTBD121、継代156+酵素的解離10から得られた細胞を例示する。Cは、新たな培養皿の分化培地中に移された、単離12日後の単離MCP細胞クラスタの形態を示す。この図面は、HFF細胞上で維持された、hBS細胞系SA121、LOTBD121、継代156+酵素的解離10から得られた細胞を例示する。 新たな基底細胞および新たなMCPクラスタの元となる、単離され再プレート培養されたMCP細胞の形態を示す図である。この図面は、FBSを有さない分化培地における単離1日後の、新たな基底細胞に分化する単離MCP細胞を示す。基底細胞上にある新たなMCP細胞が観察できる(楕円によって示される)。この図面は、hFF細胞上で維持された、hBS細胞系SA002、LOTAL002、継代55+酵素的解離3、およびMEF細胞上のSA002.5、LOTBE002.5、継代26から得られた細胞を例示する。 MCP細胞に由来する自発的に収縮する細胞の形態を示す図である。図5A−図5Fは、MEF細胞上で維持された、hBS細胞系SA002、LOTAL002、継代34から得られた細胞を例示する。Aは、分化培地における単離8日後の、増殖し自発的に収縮するMCP細胞クラスタの形態を示す。Bは、単離11日後の同じ細胞クラスタを示す。Cは単離13日後である。Dは単離15日後である。Eは単離18日後である。Fは単離26日後である。 血清不在のときのMCP細胞の分化を示す図である。図6A−図6Cは、hFF細胞上で維持された、hBS細胞系AL002、継代55+酵素的解離3、およびMEF細胞上のSA002.5、LOTBE002.5、継代26から得られた細胞を例示する。Aは、単離1日後の、血清を含まない培地中の単離MCP細胞の典型的な形態を示す。Bは、単離7日後の、血清を含まない培地中の単離MCP細胞の典型的な均質の形態を示す。Cは、単離9日後の、血清を含まない培地中の単離MCP細胞の典型的な均質の形態を示す。 単離直後に固定されたMCP細胞クラスタにおけるサイトスピン(Cytospin)ビメンチン発現を用いて単離されたときに直接行なわれたMCP細胞のビメンチン染色を示す図である。核はDAPIによって青色に染色され、ビメンチン(マウス抗ビメンチン抗体、V−6630、シグマ)はTRITC結合抗マウスIgG1抗体(サザンバイオテクノロジー(Southern Biotechnology))によって視覚化される。細胞系SA002.5、LOTBE002.5、継代26およびSA002、LOTAL002、継代48。 それぞれSA002、LOTAL002、継代48、SA002.5、LOTBE002.5、継代42+4酵素的継代、SA121、LOTBD121、継代156+10および11酵素的継代、ならびにSA461、LOT461、継代22の分化したMCP細胞の免疫組織化学分析によって得られた結果を例示する図である。Aは、分離後3日間分化されたMCP細胞におけるビメンチン発現(マウス抗ビメンチン抗体、V−6630、シグマ)がTRITC結合抗マウスIgG1抗体(サザンバイオテクノロジー)によって視覚化されたものである。核はDAPIによって青色に染色された。Bは、分離後3日間分化されたMCP細胞におけるデスミン発現(マウス抗デスミン抗体、MAB1698、ケミコン(Chemicon))がTRITC結合抗マウスIgG1抗体(サザンバイオテクノロジー)によって視覚化されたものである。核はDAPIによって青色に染色された。Cは、分離後7日間分化されたMCP細胞におけるアルファサルコメリックアクチンの発現(マウス抗アルファサルコメリックアクチン、A2172、シグマ)がFITC結合IgM抗体によって視覚化されたものである。核はDAPIによって青色に染色された。Dは、分離後16日間分化されたMCP細胞におけるNkx2.5の発現(抗Nkx2.5抗体、サンタクルーズバイオテクノロジー(Santa Cruz Biotechnology))がアレクサ(Alexa)488抗ウサギIgG抗体によって視覚化されたものである。 基底細胞の免疫組織化学分析によって得られた結果を例示する図である。Aは、分化培地に蒔かれた後36日間培養された基底細胞におけるα−サルコメリックアクチンの発現(マウス抗アルファサルコメリックアクチン、A2172、シグマ)を示す。抗原マーカはFITC結合IgM抗体によって視覚化される。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002、継代26である。Bは、基底細胞を含むすべての細胞核のDAPI染色を示す。Cは、図面AおよびBをともに重ね合せたものである。Dは、分化培地に蒔かれた後15日間培養された基底細胞におけるブラキウリの発現(ウサギ抗ブラキウリ、sc−20109、サンタクルーズバイオテクノロジー)を例示する。抗原マーカはアレクサ488抗ウサギIgG抗体によって視覚化される。用いられた細胞系はSA002.5、LOTBE002.5、継代32である。Eは、基底細胞を含むすべての細胞核のDAPI染色を示す。Fは、図9Dおよび図9Eをともに重ね合せたものである。図面D−F中の円は、基底細胞上にありかつブラキウリに対して陽性に染色されるMCP細胞クラスタを示す。 B27含有培地で培養される単離およびプレート培養されたMCP細胞の形態を示す図である。MCP細胞はhBS細胞系SA461に由来し、単離されたクラスタは新たなIVF皿に移された。その後細胞は2%のB27補充を含有する血清を含まない培地中で維持された。図10は、単離およびプレート培養後(示されるとおり)1、2、4、7、および10日目(day)のMCP細胞クラスタを示す。基底細胞の典型的な出現がday 4、7、および10に示される。 B27含有培地で培養される単離およびプレート培養されたMCP細胞の形態を示す図である。MCP細胞はhBS細胞系SA461に由来し、単離されたクラスタは新たなIVF皿に移された。その後細胞は2%のB27補充を含有する血清を含まない培地中で維持された。図11は、単離およびプレート培養後のday 10におけるMCP細胞の免疫組織化学染色を示す図である。この図面は形態と、DAPI染色と、ブラキウリ発現に対する染色とを示す。 基底細胞において特異的に発現する遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりにマイクロアレイ分析が行なわれ、表IIに列挙される遺伝子の部分集合の遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。パネルAは以下に対する値を示す:バソヌクリン1(BNC1)、ネフロネクチン(NPNT)、フィブリノゲンアルファ鎖(FGA)、アネキシンA8(ANXA8)、マトリックスGlaタンパク質(MGP)、透明帯糖タンパク質4(ZP4)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 基底細胞において特異的に発現する遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりにマイクロアレイ分析が行なわれ、表IIに列挙される遺伝子の部分集合の遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。パネルBは以下に対する値を示す:トロンボモジュリン(THBD)、ホメオボックスB7(HOXB7)、心臓および神経冠誘導体発現1(HAND1)、デスモコリン3(DSC3)、インターロイキン6シグナルトランスデューサ(IL6ST)、アクアポリン1(AQP1)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 基底細胞において特異的に発現する遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりにマイクロアレイ分析が行なわれ、表IIに列挙される遺伝子の部分集合の遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。パネルCは以下に対する値を示す:Frizzled関連タンパク質(FRZB)、ブラジキニン受容体B1(BDKRB1)、成長ホルモン受容体(GHR)、キナーゼ挿入ドメイン受容体(Flk−1)(KDR)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 基底細胞において中間レベルで発現される心筋細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりにマイクロアレイ分析が行なわれ、心筋細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。パネルAは以下に対する値を示す:ミオシン重ポリペプチド6(myosin heavy polypeptide 6:MYH6)、ホスホランバン(phospholamban:PLN)、チチン(titin:TTN)、GATA結合タンパク質6(GATA6)、GATA結合タンパク質4(GATA4)、Tボックス5(T−box 5:TBX5)、Tボックス2(T−box 2:TBX2)、およびアクチニンアルファ2(actinin alpha 2:ACTN2)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 基底細胞において中間レベルで発現される心筋細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりにマイクロアレイ分析が行なわれ、心筋細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。パネルBは以下に対する値を示す:心臓LIMタンパク質(cardiac LIM protein:CSRP3)、トロポニンTタイプ2(TNNT2)、ミオシン重ポリペプチド7(myosin heavy polypeptide 7:MHY7)、ミオシン結合タンパク質C(myosin binding protein C:MYBPC3)、ミオシン軽ポリペプチド4(myosin light polypeptide 4:MYL4)、ミオシン軽ポリペプチド7(MYL7)、トロポモジュリン1(tropomodulin 1:TMOD1)、およびミオシン軽ポリペプチド3(MYL3)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 基底細胞において中間レベルで発現される心筋細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりにマイクロアレイ分析が行なわれ、心筋細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。パネルCは以下に対する値を示す:LIMドメイン結合3(LIM domain binding 3:LDB3)、ミオゼニン2(myozenin 2:MYOZ2)、クレアチンキナーゼ(creatine kinase:CKM)、ミオグロビン(myoglobin:MB)、およびミオメシン1(myomesin 1:MYOM1)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 MitoFluor(商標)緑色色素によるMCP細胞の染色を示す図である。この図面は、異なる濃度で異なる期間にわたりMitoFluor(商標)緑色色素によって染色されたMCP細胞を示す。MCP細胞はhBS細胞系SA002およびSA002.5に由来し、培養の9〜20日後に最終濃度50〜200nMのMitoFluor(商標)緑色色素で染色された。実験の1つにおいて、細胞は15分、30分および45分間インキュベートされ、その後装填溶液が除去され、次いで染色後の異なる時点において蛍光が観察された。別の実験においては、染色時間は45分から最大19時間まで変動され、各時点後に蛍光がモニタされた。200nMの色素で30−45分間またはそれより長く染色されたMCP細胞中のミトコンドリアは、染色の直後または延長時間に色素を蓄積させた後に、明るい緑色の蛍光を特定的に示した。この染色は、蓄積時間を増加させても合計染色インキュベーション時間を増やしても、強くなったりより特定的になったりすることはなかった。100nMのMitoFluor(商標)緑色色素で処理された細胞は、200nMの色素での染色と同じパターンを示すために、45分よりも長い染色または色素を蓄積させるための時間を必要とした。これらの実験の代表的な写真をA−Dに示す。Aは、200nMの色素で45分間染色したMCP細胞の光学顕微鏡写真を示す。Bは、200nMの色素で45分間染色したMCP細胞の対応する蛍光写真を示す;蛍光は染色の直後に観察された。Cは、100nMで19時間染色したMCP細胞の光学顕微鏡写真を示す。Dは、100nMで19時間染色したMCP細胞の対応する蛍光顕微鏡写真を示す;蛍光は染色の直後に観察された。矢印はMCP細胞クラスタを示す。 リアルタイムqPCRを用いた、MEF上で培養されたhBS細胞に由来するMCP細胞の遺伝子発現分析を示す図である。MCP細胞クラスタはMEF細胞上で維持されたhBS細胞系SA002から得られた。MCP細胞は、96ウェルプレート中の分化するhBS細胞から形成される3Dクラスタのプレート培養の9〜18日後に、緩く付着した細胞クラスタの機械的切開によって採取された。リアルタイムRT−PCRを用いて特定の遺伝子のmRNAレベルを定めた。その値は、未分化の対照を100%としたときの相対的遺伝子発現として表わされる。MCP以外は各群において1回の観察が行なわれ、MCPの値は3回の異なる観察の平均+SEである。パネルAは以下の遺伝子発現レベルを示す:Oct−4、Nanog、Notch−1、Islet−1(ISL−1)、およびFlk−1(KDR)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞。 リアルタイムqPCRを用いた、MEF上で培養されたhBS細胞に由来するMCP細胞の遺伝子発現分析を示す図である。MCP細胞クラスタはMEF細胞上で維持されたhBS細胞系SA002から得られた。MCP細胞は、96ウェルプレート中の分化するhBS細胞から形成される3Dクラスタのプレート培養の9〜18日後に、緩く付着した細胞クラスタの機械的切開によって採取された。リアルタイムRT−PCRを用いて特定の遺伝子のmRNAレベルを定めた。その値は、未分化の対照を100%としたときの相対的遺伝子発現として表わされる。MCP以外は各群において1回の観察が行なわれ、MCPの値は3回の異なる観察の平均+SEである。パネルBは以下の遺伝子発現レベルを示す:Nkx2.5、GATA−4、トロポニンT2、CD31、およびACTA2。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞。 リアルタイムqPCRを用いた、hFF上で培養されたhBS細胞に由来するMCP細胞の遺伝子発現分析を示す図である。MCP細胞クラスタはhFF細胞上で維持されたhBS細胞系E3−SA002から得られた。hFF培養系においては、緩く付着したMCP細胞クラスタのみを採取した(96ウェルプレート中で形成される3Dクラスタのプレート培養の9〜18日後)。リアルタイムRT−PCRを用いて特定の遺伝子のmRNAレベルを定めた。その値は、未分化の対照を100%としたときの相対的遺伝子発現として表わされる。パネルAは以下の遺伝子発現レベルを示す:Oct−4、Nanog、Notch−1、Islet−1(ISL−1)、およびFlk−1(KDR)。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞。hFF=ヒト包皮線維芽細胞。 リアルタイムqPCRを用いた、hFF上で培養されたhBS細胞に由来するMCP細胞の遺伝子発現分析を示す図である。MCP細胞クラスタはhFF細胞上で維持されたhBS細胞系E3−SA002から得られた。hFF培養系においては、緩く付着したMCP細胞クラスタのみを採取した(96ウェルプレート中で形成される3Dクラスタのプレート培養の9〜18日後)。リアルタイムRT−PCRを用いて特定の遺伝子のmRNAレベルを定めた。その値は、未分化の対照を100%としたときの相対的遺伝子発現として表わされる。パネルBは以下の遺伝子発現レベルを示す:Nkx2.5、GATA−4、トロポニンT2、CD31、およびACTA2。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞。hFF=ヒト包皮線維芽細胞。 基底細胞におけるhBS細胞マーカ遺伝子の遺伝子発現レベルを示す図である。実施例3に記載されるとおりマイクロアレイ分析が行なわれ、Oct−4およびNanogの遺伝子発現レベルがプロットされる。y軸は遺伝子発現レベルに正比例する強度単位を示す。UD=未分化細胞、MC=基底細胞またはMCP細胞を除く混合分化細胞、BC=基底細胞、CM1=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞、CM2=hBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞。 基底細胞上にあるMCP細胞クラスタの形態を示す図である。パネルAは図2のものであるが、「糸に付いた風船」の形態を有するMCPクラスタの概略スケッチを含む。 基底細胞の形態を示す図である。図1のパネルDと類似の図面であって、角張った形を有する基底細胞の形態を示す。
方法および材料
実験部分で用いられる材料に関する特定の詳細を以下の部分に示す。以下の略語が用いられている。
DAPIは、4’,6’−ジアミジノ−2−フェニルインドール二塩酸塩水和物(4’,6’−diamidino−2−phenylindole dihydrochloride hydrate)を意味することが意図され、これは細胞核を視覚化するために用いられる試薬である。
DMEMは、細胞培養基本培地のダルベッコ改変イーグル培地(Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium)を意味することが意図される。
FITCは、フルオレセインイソチオシアネート(fluorescein isothiocyanate)を意味することが意図され、これはしばしば免疫反応を視覚化するための2次抗体への結合として用いられる。
グルタマックスまたは(グルタマックスTM)は、しばしば細胞培養培地への添加として用いられるグルタミン代用物を意味することが意図される。
IMDMは、イスコフ改変ダルベッコ培地(Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium)を意味することが意図される。
PESTは、抗菌性の細胞培養添加として用いられるペニシリン(penicillin)とストレプトマイシン(streptomycin)との混合物を意味することが意図される。
SCIDマウスは、重症複合免疫不全マウス(Severely Combined Immuno−Deficient mice)を意味することが意図される。
TRITCは、テトラメチルローダミンイソチオシアネート(Tetramethyl Rhodamine Iso−Thiocyanate)を意味することが意図され、これはしばしば免疫反応を視覚化するための2次抗体への結合として用いられる。
トリプルセレクト(TrypLE Select)は、インビトロジェン株式会社(Invitrogen Corp.)によって販売される、(しばしばブタにおいて得られる)酵素トリプシンに対する組換え型の非動物性代替物を意味することが意図される。
方法
出発材料
本発明に対する出発材料は、好適には未分化hBS細胞系などの多能性未分化hBS細胞である。こうした材料はセラーティス社から得ることができ、NIH幹細胞登録http://stemcells.nih.gov/research/registry/を通じて、および英国幹細胞バンクからも入手可能である。セラーティス社の2つのhBS細胞系(SA001およびSA002)およびSA002の1つのサブクローン(SA002.5)がNIHを通じて入手可能である。
セラーティス(商標)hBS細胞系SA001、SA002、SA046、SA094、SA111、SA121、SA181、SA191、SA196、SA202、SA218、SA240、SA348、SA352、SA399、SA461、SA502、SA506、SA521、およびSA540は、MRC(医学研究会議)における英国幹細胞バンクにも受諾されている。
本発明ではこれらのhBS細胞系がしばしば用いられている。hBS細胞が出発材料として推奨されるのは、以下の特徴のためである:アルカリホスファターゼ、SSEA−3、SSEA−4、TRA1−60、TRA1−81、Oct−4に対して陽性、SSEA−1に対して陰性、テロメラーゼ活性、ならびにインビトロおよびインビボにおける多能性(後者は免疫不全マウスにおける奇形腫形成によって示された)(方法およびプロトコルは以前に示される、ハインズ(Heins)ら、WO03055992号)。
以下に、好適な出発材料を得る4つの異なるやり方を記載する:
1.hBS細胞系の確立およびLOT調製
2.異種成分不含の調製
3.酵素的に継代されたhBS細胞
4.フィーダを含まない培養系に移されたhBS細胞。
MCP細胞が治療目的に用いられるときには、異種成分不含の調製が特に重要である。
1.LOT調製および特徴付けプログラム
hBS細胞系のLOT調製は、培養物中のhBS細胞の拡張およびその後のガラス化法(vitrification)による凍結を構成し、ガラス化法とは、標準化された方法に従って、瞬間凍結によって単一継代における100本より多いストローを結晶状態にすることを意味する(特許出願中、WO2004098285号)。hBS細胞系の形態は、凍結の前後にモニタされ、LOTから細胞を解凍した後の培養における連続的な継代においてもモニタされる。LOT凍結の品質は、解凍回復率を調べることによって確認される。次いで、微生物の安全性およびヒトウイルスに関する安全性試験が凍結された継代における細胞および培地に対して行なわれることにより、細胞が汚染されていないことが確認される。行なわれる特徴付けプログラムは、hBS細胞系の分化状態を確認するための広範囲の方法を含む。最初に、未分化細胞に対する一般的に認められるマーカ(SSEA−1、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、Oct−4およびALP)のマーカ発現分析が行なわれる。継代および凍結−解凍サイクルを通じた細胞のゲノム安定性は、核型決定およびFISHを通じて調べられる。テロメラーゼ活性は、Telo TAGGGテロメラーゼPCR ELISAPLUSキットを用いて測定される。hBS細胞の多能性は、胚様体ステップを介したインビトロ分化、および免疫不全SCIDマウスの腎臓皮膜下へのhBS細胞の移植によるインビボ分化によって調べられる。
2.異種成分不含の調製
本明細書において用いられる出発材料はさらに、完全に異種成分不含で得られてもよく、それによって再生医療における使用の可能性に対する完全に異種成分不含のMCPが得られることで、移植片拒絶反応の危険性およびヒト以外の病原体の移転の可能性がかなり減少されてもよい。hBS細胞の異種成分不含の導出のためには、使用されるすべての培地および基質構成要素、フィーダ細胞およびその他の材料は、いかなるヒト以外の動物材料にも由来または接触してはならない。hBS細胞の異種成分不含の導出、さらに異種成分不含のMCPを得るために好適な構成要素は、異種成分不含で得られたヒト線維芽細胞、たとえばヒト包皮線維芽細胞など、ヒト組換え成長因子、分化因子および/またはその他の可能な添加剤を有する血清を含まない培地またはヒト血清を主成分とする培地、ならびに細胞の解離および増殖のためのヒト組換え酵素または滅菌した機械的ツールである。以下に好適な手順を説明する。
異種成分不含のhBS細胞の取得および培養
臨床的体外受精(in vitro fertilization:IVF)処置からの余剰のヒト胚が、インフォームドコンセントおよびイェーテボリ大学における地方倫理委員会の許可の後に提供された。提供された胚は、IVF処置において伝統的に用いられる培地中で5日齢まで胚盤胞に培養された。この胚盤胞は、ガードナー(Gardner)に従って4AAと等級付けされ、WO2003055992号に従ってA品質の胚盤胞と等級付けされた(多くの明瞭な密に詰まったICM細胞および多くの細胞を有する凝集性の栄養外胚葉を有する、拡張された胚盤胞)。胚盤胞は、酸性タイロード溶液(メディカルト(Medicult))溶液(すぐに使用できる濃度)で15〜30秒間室温にて処理されることによって、透明帯および栄養外胚葉の部分が除去された後、およそ270mOsm/kgの容量オスモル濃度のDMEMに20%(v/v)のヒト血清、4ng/mlのヒト組換えbFGF、1%のペニシリン−ストレプトマイシン、1%のグルタマックス、0.5mmol/lのβ−メルカプトエタノールおよび1%の可欠アミノ酸(ギブコ・インビトロジェン社(Gibco Invitrogen Corporation))が補われた異種成分不含の血清中で、マイトマイシンCを不活性化した異種成分不含のヒト包皮線維芽細胞フィーダ上に内部細胞塊細胞が置かれた。次いで胚盤胞は空気中の5%COの中で37℃にてインキュベートされた。2〜3日ごとに培地の50%が交換され、10日後に細胞は新鮮なhFFフィーダに機械的に継代された。継代2から、切断および移動ツールとしてガラスキャピラリを用いて、hBS細胞(細胞系SA611)が機械的に継代された。細胞は約1週間に1回継代され、11継代より多く培養された。
hBS細胞系SA611は上述の手順を用いて得られ、さらに30継代より多く培養された。
ヒト包皮線維芽細胞フィーダ細胞系(細胞系hFF003など)の確立
ヒト包皮サンプルは、割礼を受けた8週齢の男児から、2Xゲンタマイシンを含有する滅菌IMDM(インビトロジェン)中で無菌的に集められた。皮膚外植片は、IMDM培地(インビトロジェン)、1%のペニシリン−ストレプトマイシン(ギブコ・インビトロジェン社)、および10%のヒト血清を含有する25cm2プライマリア(primaria)組織培養フラスコ(ベクトン・ディッキンソン(Becton Dickinson))の内側に置かれた。約10日後に集密的な単層が確立された。細胞は、トリプルセレクト(インビトロジェン)を用いて連続的に継代された。拡張後の細胞は、ヒト病原体(マイコプラズマ、1型および2型のHIV、B型およびC型の肝炎、サイトメガロウイルス、1型および2型の単純疱疹ウイルス、エプスタイン−バーウイルス、ヒト乳頭腫ウイルス)の標準パネルに対して試験された。
フィーダ層の調製
異種成分不含のヒト線維芽細胞フィーダをプレート培養する前に、組織培養されたウェルは0.1%の組換えヒトゼラチン(フィブロジェン(Fibrogen))で室温にて最低1時間被覆される。IMDM、10%のヒト血清および1%のペニシリン−ストレプトマイシンの中で生育された異種成分不含のhFF003(第5から第8継代)細胞の集密的な単層は、次いでマイトマイシンC(シグマ)で2.5時間処理された。マイトマイシンC処理されたフィーダはIVFウェル(ベクトン・ディッキンソン)上に、2.89cm当り200000細胞が、DMEM(上記のとおり)を主成分とする10%(v/v)のヒト血清と、1%のペニシリン−ストレプトマイシンと、1%のグルタマックスと、0.5mmol/lのβ−メルカプトエタノールと、1%の可欠アミノ酸(ギブコ・インビトロジェン社)とが補われた培地に蒔かれた。胚盤胞をその内部細胞塊細胞およびそれに由来する細胞またはhBS細胞とともに置く前に、培地はDMEM(上記のとおり)に今回は20%(v/v)のヒト血清、10ng/mLのヒト組換えbFGF、1%のペニシリン−ストレプトマイシン、1%のグルタマックス、0.5mmol/lのβ−メルカプトエタノールおよび1%の可欠アミノ酸(ギブコ・インビトロジェン社)が補われた培地に交換された。(上述の「異種成分不含のhBS細胞の取得および培養」における培地と同じ。)
血清を主成分とする培地の調製
ヒト血清は、少なくとも15人の健康な個体からの血液サンプル(Blodcentralen、シャルグレンスカ(Sahlgrenska)大学病院)から得られ、それは血液をヘパリン非被覆プラスチックバッグに集め、約8℃で1晩置くことによって血清を凝固した材料から分離することによって得られた。血清はさらに滅菌ろ過され、プールされ、好適な部分に分けて凍結された。(使用前に、血液はスウェーデンのBlodcentralenにおいてB型肝炎、C型肝炎、HIV、HTLVおよび梅毒を含む病原体の標準的一群に対して試験された。)培地は、20%(v/v)の解凍血清をDMEM(上述のとおり)および上述の「異種成分不含のhBS細胞の取得および培養」に記載されるその他の成分に加えることによって、さらに調製された。
異種成分不含のhBS細胞のガラス化法による凍結および解凍
hBS細胞系SA611はWO2004098285号に記載される方法に従って凍結された。2つの溶液AおよびBが調製される(溶液A:極低温PBS(Cryo−PBS)中の滅菌ろ過された10%のエチレングリコール、10%のDMSO;溶液B:極低温PBS中の滅菌ろ過された0.3Mのトレハロース、20%のエチレングリコール、10%のDMSO)。hBS細胞系SA611の選択されたコロニーは、幹細胞切断ツール(Swemed Labs International、ビルダル、スウェーデン)を用いて、通常の継代のために細胞を切断するのと同じ態様で切断された。細胞切片は最初に500mlの予熱された(37℃)溶液A中で1分間インキュベートされ、次いで25mlの溶液Bに移されて30秒間インキュベートされ、次いで再び溶液Bの新鮮な滴に移されて30秒間インキュベートされる。その体積は約40〜50μlであった。細胞切片はガラス化法のために調製されたストロー内に吸引され、次いでストローは接着剤で閉じられた。ストローはさらに液体窒素に沈められた。
数日後、凍結SA611を含有するストローは次のように解凍された:2つの溶液CおよびDが調製された(溶液C:極低温PBS中の滅菌ろ過された0.2Mのトレハロース;溶液D:極低温PBS中の滅菌ろ過された0.1Mのトレハロース)。溶液CおよびDならびにhBS培地は37℃に予熱された。ガラス化されたSA611を含有する閉じたストローを液体窒素タンクから取出した。ストローは10秒間室温に保たれ、次いで40℃の水槽中で急速に解凍された(数秒以内)。オートクレーブしたはさみを用いてストローの塞がれた端部を切開き、注射器を用いて内容物をストローから溶液C中に押出した。hBS細胞は500μlの溶液C中で1分間インキュベートされ、500μlの溶液Dに移されて5分間インキュベートされた。立体顕微鏡下でhBS細胞切片を異種成分不含の血清を主成分とする培地中で素早くリンスし、次いで培養皿の血清を主成分とする培地中の異種成分不含のヒト線維芽フィーダ細胞の頂部に接種した。ガラス化後のhBS細胞の生存能力を検証するために、細胞は次いで培養され(37℃でのインキュベート)、確立された新コロニーの数が数えられて継代された。
異種成分不含のhBS細胞系の特徴付け
異種成分不含のSA611細胞系は今のところ(上述の)LOT調製およびそれに関連する特徴付けをされていないが、これまでに行なわれたかなり詳細な特徴付けを以下の数段落に記載する。hBS細胞のコロニー培養物は4%のパラホルムアルデヒド中で固定された後、透過処理された。続く洗浄およびブロッキングステップの後で、細胞は1次抗体とともに4℃にて1晩インキュベートされた。用いられた1次抗体はOct−4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−1、SSEA−3、およびSSEA−4に対して特異的なものだった(サンタクルーズバイオテクノロジー;サンタクルーズ、カリフォルニア州;http://www.southernbiotech.com)。FITCまたはCy3に結合された2次抗体が検出に用いられた。核はDAPIによって対比染色された(ベクタシールド(Vectashield);ベクターラボラトリーズ(Vector Laboratories)、バーリンゲーム、カリフォルニア州;http://www.vectorlabs.com)。アルカリホスファターゼ(ALP)の活性は、製造者のプロトコルに従って定められた(シグマ−アルドリッチ(Sigma−Aldrich)、ストックホルム、スウェーデン;http://www.sigmaaldrich.com)。3つの異なる胚葉からの細胞を同定するために、上記に概略を述べたとおりの免疫組織化学分析が以下の抗体によって行なわれた。内胚葉の細胞に対してはHNF3β(サンタクルーズバイオテクノロジー;サンタクルーズ;http://www.southernbiotech.com)が用いられた。中胚葉の細胞はASMA(会社)によって検出され、外胚葉の細胞はβ−チューブリン−III mAb(シグマ−アルドリッチ)によって同定された。アルカリホスファターゼ(ALP)反応は、商業的キットを用いて製造者のプロトコルに従って検出された(シグマ−アルドリッチ)。ALP、Oct−4、Tra−1−60、Tra−1−81、およびSSEA−4に対しては未分化コロニー中の陽性反応が検出されたが、SSEA−1は陰性であった。
遺伝子の特徴付けに対して指定されたhBS細胞は、2継代の間マウス胚線維芽細胞に再び移されるか、またはマトリゲルプレート(ベクトン・ディッキンソン)に移されて約10日間さらに培養された。細胞は次いでカリキュリンAの存在下でインキュベートされ、遠心分離によって集められ、低張処理によって溶解され、エタノールおよび氷酢酸を用いて固定された。染色体はトリプシン−ギームザまたはDAPI染色を用いて視覚化された。蛍光インシトゥハイブリダイゼーション(fluorescence in situ hybridization:FISH)分析に対しては、製造者の指示を少し変更したものに従って、染色体12、13、17、18、20、21および性染色体(XおよびY)に対するプローブを含有する商業的に入手可能なキットが用いられた。スライドは、適切なフィルタおよびソフトウェアを備えた倒立顕微鏡において分析された(CytoVision;アプライドイメージング(Applied Imaging);サンタクララ、カリフォルニア州;http://www.appliedimagingcorp.com)。hBS細胞系SA611は継代9〜10において遺伝学的に特徴付けされた。核型分析によって示されるとおり、hBS細胞系SA611は、2倍体の正常な核型を有する。その核型は46XYである。選択された染色体におけるFISH分析によってこの発見が確認された。SA611の核型は正常であることが確認されている。
SA611の多能性は、最初にインビトロで、hBS細胞コロニーをフィーダ上で自発的に分化させることによって、または未分化のhBS細胞コロニーをマトリゲルTM被覆プレート(ベクトン・ディッキンソン)に移してそこで自発的に分化させることによって試験された。どちらの場合にも、分化を誘導するときには培地がVitroHESTM(Vitrolife、クングスバッカ、スウェーデン)に切換えられた。3〜4週間培養した後、免疫組織化学によってコロニーを分析して3つの異なる胚葉からの細胞を同定した。初期内胚葉マーカHN3ベータ(時にはFoxa1とも呼ばれる)、外胚葉マーカβ−チューブリンおよびASMA(アルファ平滑筋アクチン(alpha−smooth−muscle actin))に対して陽性反応が同定された。
3.酵素的に継代されたhBS細胞
この手順においては、ヒト線維芽細胞フィーダは異種成分不含である必要がない。したがって異なる手順を用いてフィーダを得ることができる。以下に2つの異なるやり方を記載するが、異種成分不含の培養条件が望ましいかまたは必要なときには、実際に選択されたやり方を培養条件の要求に対応させることができる。
ヒト包皮線維芽細胞フィーダの培養
商業的に入手可能なhFFは、アメリカンタイプカルチャーコレクション(American Type Culture Collection)(CRL−2429 ATCC、マナッサス、ヴァージニア州)から得られ、イスコフDMEM(ギブコ・インビトロジェン社、ペーズリー、スコットランド;http://www.invitrogen.com)に10%のFBS(インビトロジェン)および1%のペニシリン−ストレプトマイシンが補われた培地で培養された。細胞は、トリプシン−EDTA(インビトロジェン)を用いて1:2から1:8の間の分割で規則的に(毎週)継代された。HFFの集密的な単層は、マイトマイシンC(シグマ)で処理され(10μg/mlにて2.5時間)、0.1%のゼラチン(シグマ)で被覆されたIVF皿上で70000〜80000細胞/cmの密度で、4ng/mlのhr塩基性線維芽細胞増殖因子(hrbasic fibroblast growth factor:hrbFGF、インビトロジェン)が補われたVitroHES(商標)培地に蒔かれた。hFF細胞は継代4から継代12の間でフィーダとして使用された。
hFF細胞系およびそのフィーダ層調製は、上述の「異種成分不含の調製」において記載されたように行なわれてもよい。
hBS細胞の酵素的増殖培地への移動
hBS細胞系SA001およびSA121(セラーティス社、イェーテボリ、スウェーデン、http://www.cellartis.com)は、以前に記載されたとおり[ハインズ、ノアクソン(Noakssson)]およびWO03055992号のとおりに確立および特徴付けされた。実験前、細胞系は、IVF皿内のマイトマイシンC不活性化mEFフィーダ層上で、4ng/mlのhrbFGFが補われたVitroHES(商標)培地(Vitrolife社、クングスバッカ、スウェーデン、http://www.vitrolife.com)中で維持され、切断および移動ツールとしてマイクロキャピラリを用いて手動で切断された。hBS細胞を伝統的な培養から酵素的解離に移すために、使用された培地を除去して培養皿をPBS(インビトロジェン)で1回洗浄した。次いで体積0.5mLのトリプル(商標)セレクト(インビトロジェン)またはトリプシン/EDTA(インビトロジェン)を各IVF皿に加えた。hBS細胞コロニーの外側領域がフィーダ層から切上がり始めるまで、皿を37℃でインキュベートした。次いで細胞シートをピペットにより繰返し粉砕することによってばらばらに壊して単一細胞懸濁液にし、遠心管に移して400gで5分間遠心分離した。上清は捨てられ、hBS細胞ペレットは新鮮なVitroHES(商標)培地に再懸濁され、単一細胞懸濁液は不活性化hFFの密集フィーダ層を含有するIVF皿に接種された。
単一細胞懸濁液として継代を用いたhBS細胞の酵素的増殖
酵素的増殖のために、hBS細胞は、高密度のhFFフィーダ細胞およびVitroHES(商標)培地に4ng/mlのhrbFGFが補われたものからなる培養系において維持された。培養皿をPBS(インビトロジェン)で洗浄して培地を除去することによって、酵素的解離を開始させた。次いで体積0.5mLのトリプル(商標)セレクト(インビトロジェン)またはトリプシン/EDTA(インビトロジェン)を各皿に加えた。hBS細胞コロニーの外側領域がフィーダ層から切上がり始めるまで、皿を37℃でインキュベートした。次いで細胞シートをピペットにより繰返し粉砕することによってばらばらに壊して単一細胞懸濁液にした。その後細胞懸濁液を遠心管に移して400gで5分間遠心分離した。上清は捨てられ、hBS細胞ペレットは新鮮なVitroHES(商標)培地に再懸濁された。次いで細胞は、1:5から1:500の間の分割比率で不活性化hFFの密集フィーダ層を含有する新鮮なIVF皿に接種された。低い方の分割比率は、新たな系における1番最初の継代の際の、いわゆる調整手順の際に用いられた。5継代以内の終了後にhBS細胞系は1:20から1:500の間の分割比率で分割された。培養は、37℃および95%の湿度のインキュベータ中で維持された。用いられた培地は、2〜3日ごとに新鮮なVitroHES(商標)+4ng/mlのhrbFGFで置換された。個々のhBS細胞系の生育速度に依存して、細胞は6〜12日ごとに継代された。SA001およびSA121どちらの系も正常な核型を維持しながら20継代よりも多く培養され、さらに10%のDMSOが補われた通常の培地中で従来の緩速凍結法に従って凍結および解凍された。
酵素的に継代されたhBS細胞の特徴付け
hBS細胞培養物は4%のパラホルムアルデヒド中で15分間固定され、0.5%のトリトン溶液(シグマ−アルドリッチ)中で5分間透過処理された後、PBS(インビトロジェン)中の5%のFBSによってブロッキングされた。細胞は1次抗体溶液とともに4℃にて1晩インキュベートされた。用いられた1次抗体はOct−4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−1、SSEA−3、およびSSEA−4に対して特異的なものだった(サンタクルーズバイオテクノロジー;サンタクルーズ、カリフォルニア州;http://www.southernbiotech.com)。FITCまたはCy3に結合された2次抗体(ジャクソンイムノリサーチラボラトリーズ(Jackson Immunoreserach Laboratories))とのインキュベーションが室温(RT)にて60分間行なわれた。細胞核はDAPI(シグマ)によって対比染色された。アルカリホスファターゼの活性は、アルカリホスファターゼ活性検出キットを用いて、製造者の指示に従って定められた(シグマ−アルドリッチ)。染色は、ニコンエクリプス(Nikon Eclipse)TE−2000U蛍光顕微鏡を用いて評価および記録された。SA001およびSA121はどちらも、20継代を超えた後も上述のhBS細胞の特徴をすべて示した。
核型分析のために、hBS細胞はコルセミド存在下でインキュベートされ、トリプシン処理され、固定されてガラススライド上に載せられた。染色体はDAPI染色によって視覚化され、適切なフィルタおよびソフトウェアを備えた倒立顕微鏡を用いて配置および記録された(CytoVision;アプライドイメージング(Applied Imaging);サンタクララ、カリフォルニア州;http://www.appliedimagingcorp.com)。
蛍光インシトゥハイブリダイゼーション(FISH)分析に対しては、製造者の指示を少し変更したものに従って、染色体12、13、17、18、21、XおよびYに対するプローブを含有する商業的に入手可能なキットが用いられた。スライドは、適切なフィルタおよびソフトウェアを備えた倒立顕微鏡において分析された(CytoVision)。SA001およびSA121はどちらも、この系において20継代より多く培養された後も正常な核型を示した。FISHはもっと高い継代においても正常であることが確認された。多能性は、前述のようにSCIDマウスにおける奇形腫形成によって評価された[ハインズら]。簡単に述べると、未分化のhBS細胞コロニーが機械的に切断されて200×200μm切片にされ、重症複合免疫不全(SCID)マウスの腎臓皮膜下に外科的に置かれた(C.B−17/lcrCrl−scidBR;チャールズリバーラボラトリーズ(Charles River Laboratories))。マウスは8週間後に殺され、腫瘍が切除されて4%のパラホルムアルデヒド中で固定された。ヘマトキシリンおよびエオシン染色されたパラフィン部分に対して、3つの胚の胚葉すべてに由来する分化したヒト組織、たとえば神経外胚葉、軟骨、および腸様上皮などの存在が組織学的に評価された。
この系において20継代より多く培養されたSA001およびSA121の両方からの奇形腫において、3つの胚葉すべてが確認された。
SA611などの異種成分不含の細胞系は、もちろんこの章に上述されたのと類似の態様で酵素的継代系に移されて2次培養されてもよい。
4.フィーダを含まない培養系に予め移されたhBS細胞
本発明において用いられ得るhBS細胞のさらなる例は、フィーダを含まない培養系に予め移されたhBS細胞である(WO2004099394およびシェーグレン−ヤンソン E(Sjogren−Jansson E)ら)。
hBS細胞のコロニーは次いで、たとえばコラゲナーゼIVなどのコラゲナーゼなどの好適な酵素を用いて、または切断および移動ツールとしてたとえばガラスキャピラリなどを用いた機械的切開を用いて解離されて切片にされ、さらに以下の「実施例」部分に記載される方法に供されてもよい。
(実施例1)
未分化hBS細胞からの基底細胞の導出
懸濁培養
未分化hBS細胞はインビトロで維持および増殖された。継代の4〜5日後に、幹細胞切断ツール(a Stem Cell Cutting Tool)を用いて未分化hBS細胞コロニーを手動で切開し、懸濁培養の分化培地(KO−DMEMに1mMのグルタマックス、0.1mMのβ−MeOH、1%のNEAA、1%のPeSTおよび20%のFBSを補ったもの)の中に置いた。細胞は懸濁液中で1〜6日間維持された後、ゼラチン被覆された組織培養皿に移されて、分化する細胞クラスタの付着ならびに細胞の継続的な増殖および分化が導かれた。プレート培養の4日後に、分化するhBS細胞の付着性のクラスタから細胞の単層が現れる。これらの細胞は、迷路に似た外観を有する特徴的な密集した網状組織中で生育するため、基底細胞の領域は光学顕微鏡法を用いて容易に区別できる。基底細胞の形態は原始内胚葉に類似しており、これらの細胞は上皮様である。加えて、個々の細胞は暗位相差像を示し、境界明瞭であり、通常は角張った形をしている。(図1に例示される。)
強制凝集
ここに記載される別のアプローチを用いても、未分化hBS細胞から基底細胞を得ることができる。未分化hBS細胞はインビトロで維持および増殖された。継代の4〜5日後に、37℃にて10〜15分間コラゲナーゼIV(200U/ml)とともにインキュベートすることによって、未分化hBS細胞コロニーをフィーダ層から分離した。細胞懸濁液を15mlの管に移し、細胞が沈殿した後に上清を除去した。コロニーは、ノックアウト(Knock Out)DMEMに20%のFBS、1%のペニシリン−ストレプトマイシン、1%のグルタマックス、0.5mmol/lのβ−メルカプトエタノールおよび1%の可欠アミノ酸(すべてインビトロジェン、カールスバッド、カリフォルニア州より)を補った培地に再懸濁され、ピペットを用いて小さいクラスタ(0.2〜0.4mm)に機械的に解離された。この細胞懸濁液を96ウェルv底プレート(コーニング社(Corning incorportated)、ニューヨーク州、米国)に、ウェル当り約4〜6コロニーの濃度で分配し(200μl/ウェル)、400×gで5分間遠心分離した。次いでプレートを37℃にて6〜8日間インキュベートした。形成された3D構造を、培地を含有するゼラチン被覆皿(上述と同じ)に移した。プレート培養の4日後に、分化するhBS細胞の付着性のクラスタから基底細胞が現れる。培地は2日から3日目ごとに交換された。
(実施例2)
基底細胞の特徴付け
基底細胞は、上述のとおり未分化のhBS細胞から得られた。基底細胞は分化培地(KO−DMEMに1mMのグルタマックス、0.1mMのβ−MeOH、1%のNEAA、1%のPeSTおよび20%のFBSが補われたもの)中で最高37日間培養された。細胞はさまざまな時点でPFA中で固定され、免疫組織化学によって評価された(ノアクソン(Noaksson)ら、Stem Cells、2005年)。用いられた抗原マーカは、ビメンチン、デスミン、α−サルコメリックアクチン、およびブラキウリであった。基底細胞はα−サルコメリックアクチンおよびブラキウリを発現したが(図9)、ビメンチンおよびデスミンは発現しなかった。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代26)、SA002.5、LOTBE002.5(継代32)およびSA461、LOTBF461(継代33)であった。
表Iは、基底細胞のIHC分析によって得られた結果をまとめたものである。
形態の視覚的特徴付けに基づくと、基底細胞は内皮細胞に似ている。起こり得る内皮反応を調べるために、基底細胞を1,1’−ジオクタデシル−3,3,3’,3’−テトラメチルインドカルボシアニン過塩素酸塩(1,1’−dioctadecyl−3,3,3’,3’−tetramethylindocarbocyanine perchlorate:Dil)でラベルされたアセチル化(acetylated)LDL(Dil−AcLDL)に露出させた。この色素は血管内皮細胞およびマクロファージの両方をラベルするものであり、混合細胞集団におけるこれらの細胞を特異的に同定するために用いられ得る。
基底細胞およびMCP細胞は、上述のとおり未分化のhBS細胞から得られた。導出のために用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代27)であった。培養の3〜27日後、基底細胞およびMCP細胞を含む混合細胞を含有する細胞皿を、37℃にて4時間、分化培地(KO−DMEMに1mMのグルタマックス、0.1mMのβ−MeOH、1%のNEAA、1%のPeSTおよび20%のFBSが補われたもの)中で10μg/mlのDil−AcLDL(インビトロジェン、カールスバッド、カリフォルニア州、米国)によって処理した。細胞は温かい(37℃)PBSで3回洗浄され、組込まれた染色が蛍光顕微鏡によって調べられた。これらの条件下では基底細胞およびMCP細胞のどちらに対する特異的染色も観察されなかった。このことは、これらの細胞が分化した内皮細胞ではないことを示す。しかし、これらの細胞がDil−AcLDLで染色されないもっと初期のもっと未熟な形の内皮細胞を構成する可能性は残る。
(実施例3)
基底細胞のマイクロアレイ分析
細胞培養および分化
hBS細胞系SA002(セラーティス社、イェーテボリ、スウェーデン、http://www.cellartis.com)が増殖され、細胞は上記実施例1の強制凝集に記載されるとおりに基底細胞に分化された。光学顕微鏡法を用いて基底細胞のクラスタが同定され、幹細胞ツール(Stem Cell Tool)を用いて機械的に単離された。マイクロアレイ実験における比較の目的のために、未分化hBS細胞のサンプル、分化したhBS細胞の混合集団からのサンプル(すなわち基底細胞は存在しない)、およびhBS細胞に由来する自発的に収縮する心筋細胞様の細胞からのサンプル(ノールシュトローム(Norstrom)ら、2006年;ケハットら、2001年)が集められて分析に含められた。
サンプル:
1.未分化hBS細胞(継代33、36、37、39、および40)
2.基底細胞(継代22、23、26〜28、32、33、36、および37)
3.分化したhBSの混合集団(継代22、28、および32)
4.心筋細胞様の細胞1(継代23〜25、29、および35)
5.心筋細胞様の細胞2(継代39〜41)
RNA抽出およびマイクロアレイ実験
Rneasy(登録商標)ミニキット(Mini Kit)(キアゲン(Qiagen))を用いて細胞から総RNAが抽出され、その後54,675転写産物を標的としたGeneChip(登録商標)ヒトゲノムU133プラス2.0(Human Genome U133 Plus 2.0)(アフィメトリクス社(Affymetrix Inc)、サンタクララ、カリフォルニア州、米国)を用いたマイクロアレイ実験に用いられた。RNAサンプルは2サイクルのインビトロ転写(in−vitro transcription:IVT)を用いて増幅された。RNAの品質および濃度は、それぞれアジレント(Agilent)2100バイオアナライザおよびナノドロップ(Nanodrop)ND−1000を用いて測定された。総RNAは、GeneChip(登録商標)発現3’−増幅試薬2サイクルcDNA合成キット(Expression 3’−Amplification Reagents Two−cycle cDNA synthesis kit)**の指示(アフィメトリクス社、サンタクララ、カリフォルニア州、米国)に従って処理されることによって2本鎖cDNAが生成された。このcDNAは、製造者の仕様書に従ってビオチンを標的とするcRNAを生成するための鋳型として用いられた。15マイクログラムのビオチンラベルされたcRNAが、35塩基から200塩基の長さの鎖に断片化され、そのうちの10マイクログラムが、標準的手順を用いて、GeneChip(登録商標)ハイブリダイゼーションオーブン(Hybridisation oven)6400中でGeneChip(登録商標)ヒトゲノムU133プラス2.0(アフィメトリクス社、サンタクララ、カリフォルニア州、米国)上に一晩ハイブリダイゼーションされた。アレイは洗浄され、次いでGeneChip(登録商標)フルイディクスステーション(Fluidics Station)450中で染色された。GeneChip(登録商標)スキャナ(Scanner)3000による走査が行なわれ、GeneChip(登録商標)オペレーティングソフトウェア(Operating Software)を用いて画像分析が行なわれた。Swegene MARC(http://www.swegene.org/microarray/index.html)が、品質管理、RNA処理およびアレイのハイブリダイゼーションを実施した。未分化hBS細胞、基底細胞、および分化したhBS細胞の混合集団を表わすサンプルがアレイにハイブリダイゼーションされた。アレイは2重にされた。付加的な比較の目的のために、未分化hBS細胞に由来する自発的に収縮する心筋細胞様の細胞を表わす2つのサンプルもマイクロアレイによって分析された。これらのサンプルはそれぞれCM1およびCM2と表示される。
データ分析
基底細胞中でアップレギュレーションされる遺伝子のファミリーを定めるために、未分化hBSと基底細胞との間の遺伝子発現における倍数変化(fold change:FC)が算出された。すべてのサンプルにおいて「存在しない(Absent)」とMASソフトウェアにみなされた遺伝子は除去されて、さらなる分析には含まれなかった。サンプル中の17,436プローブが「存在しない」とみなされた。最初に、基底細胞に対するFC値が算出された。平均FC値<2の遺伝子はデータ組から除去され、残りの遺伝子のみがさらなる分析に対して考慮された。
混合分化hBS細胞集団またはCM1およびCM2サンプルではなく、基底細胞において特異的にアップレギュレーションされた遺伝子を同定するために、以下のパラメータが算出された:
1)基底細胞と未分化hBS細胞との間の遺伝子発現における倍数変化(FC)(FCBC
2)混合分化hBS細胞と未分化hBS細胞との間の遺伝子発現におけるFC(FCMC
3)心筋細胞様の細胞と未分化hBS細胞との間の遺伝子発現におけるFC(FCCM)。算出には心筋細胞様の細胞の2つの調製物の平均が用いられた。
その後、以下の戦略を用いて、基底細胞において特異的にアップレギュレーションされた遺伝子のみを選別した:
1)基底細胞における発現値<100の遺伝子は除去された。
2)FCBC<3の遺伝子は除去された。
3)FCBC/FCMC比率<5の遺伝子は除去された。
4)FCBC/FCCM比率<3の遺伝子は除去された。
残った125遺伝子が表IIに列挙されており、これらは基底細胞に対する好適なマーカ遺伝子を表わしている。この遺伝子群の特徴的遺伝子発現パターンをさらに強調して例示するために、これらの遺伝子の部分集合を図12にもプロットしている。上に示した基準と同様に、図12中の遺伝子は、絶対的な遺伝子発現レベルと、参照細胞集団(すなわち未分化hBS細胞、混合分化hBS細胞、およびhBS細胞に由来する心筋細胞様の細胞)と比較した倍数変化(FC)とに基づいて選択された。1つの遺伝子(ZP4)を除いて、すべての遺伝子は500を超える遺伝子発現レベルを示す。ZP4はその特異性(すなわち参照細胞集団における発現が著しく低い)に基づいてここに含まれた。さらに、図12中の遺伝子はFCBC>20およびFCBC/FCMC比率>7を示すものであり、これは表IIをまとめるために用いられた基準よりも厳しい包含基準を表わす。加えて、これらの遺伝子のいくつかは以前に胚の発達に関連付けられている(例、DSC3、AQP1、ZP4、FRZB、HAND1)。
注目すべきことに、Oct−4およびNanogの遺伝子発現レベルは、未分化hBS細胞に比べて混合分化細胞、基底細胞および心筋細胞様の細胞(CM1およびCM2)においてかなりダウンレギュレーションされており(図17)、細胞調製物の分化された表現型をさらに示している。
表II中の遺伝子の部分集合の遺伝子発現の概観は図12にもプロットされている。遺伝子発現の概観は、未分化hBS細胞と分化hBS細胞の混合集団とにおける低い遺伝子発現を特徴とする。遺伝子発現は基底細胞において高く、心筋細胞様の細胞調製物においては低レベルから中間レベルである。図12に示される遺伝子は次のとおりである:バソヌクリン1(BNC1)、ネフロネクチン(NPNT)、フィブリノゲンアルファ鎖(FGA)、アネキシンA8(ANXA8)、マトリックスGlaタンパク質(MGP)、透明帯糖タンパク質4(ZP4)、トロンボモジュリン(THBD)、ホメオボックスB7(HOXB7)、心臓および神経冠誘導体発現1(HAND1)、デスモコリン3(DSC3)、インターロイキン6シグナルトランスデューサ(IL6ST)、アクアポリン1(AQP1)、Frizzled関連タンパク質(FRZB)、ブラジキニン受容体B1(BDKRB1)、成長ホルモン受容体(GHR)、キナーゼ挿入ドメイン受容体(Flk−1)(KDR)。
さらに、初期の心筋再生(cardiomyogenic)プログラムの開始を示す遺伝子が基底細胞において同定され、これらの遺伝子の発現レベルが図13に示される。示される遺伝子は次のとおりである:ミオシン重ポリペプチド6(MYH6)、ホスホランバン(PLN)、チチン(TTN)、GATA結合タンパク質6(GATA6)、GATA結合タンパク質4(GATA4)、Tボックス5(TBX5)、Tボックス2(TBX2)、アクチニンアルファ2(ACTN2)、心臓LIMタンパク質(CSRP3)、トロポニンTタイプ2(TNNT2)、ミオシン重ポリペプチド7(MHY7)、ミオシン結合タンパク質C(MYBPC3)、ミオシン軽ポリペプチド4(MYL4)、ミオシン軽ポリペプチド7(MYL7)、トロポモジュリン1(TMOD1)、ミオシン軽ポリペプチド3(MYL3)、LIMドメイン結合3(LDB3)、ミオゼニン2(MYOZ2)、クレアチンキナーゼ(CKM)、ミオグロビン(MB)、およびミオメシン1(MYOM1)。注目すべきことに、これらの遺伝子は未分化hBS細胞と分化hBS細胞の混合集団とにおいて低レベルで発現されている。しかし、これらの遺伝子は基底細胞において中間レベルで発現されており、心筋細胞様の細胞調製物(CM1およびCM2)においては高度に発現されている。まとめると、基底細胞は未成熟の表現型でありながら、心筋細胞系統に向けて分化できることを示す分子プロセスを開始したことをこれらのデータは示している。
(実施例4)
基底細胞においてアップレギュレーションされる遺伝子のプロモータ分析
表IIに列挙される遺伝子に対する共通の調節要素を同定するために、これらの遺伝子のプロモータ領域を調査した。これらの遺伝子に対応するRefSeqIDs(mRNA転写産物識別子)が集められて、デフォルト設定を用いたツールPromoSer(http://cagt.bu.edu/page/Promoser_about)に対する入力として用いられた(ハリース(Halees)ら、Nucleic Acids Res、2003年、31:p.3554−3559)。特定の品質基準を満たす、コード配列の1000bp上流および50bp下流のプロモータ配列は、140の転写産物に対して抽出できた。これらのプロモータ配列は、共調節される遺伝子の配列組における転写結合部位を見出すように設計されたウィーダ(Weeder)アルゴリズム(http://159.149.109.16:8080/weederWeb/)を用いて、共通モチーフに対して走査された(パヴェシ(Pavesi)ら、Nucleic Acids Res、2004年、32:W199−203)。このアルゴリズムによって同定された共通モチーフがヒトゲノムにおいて実験的に証明された結合部位と一致するかどうかをさらに調査するために、ウィーダによって同定されたモチーフを、ツールPatchTM(http://www.gene−regulation.com/cgi−bin/pub/programs/patch/bin/patch.cgi)を用いて、「スコア(score)」閾値を80に設定し、「許容ミスマッチ(allowed mismatch)」を1に設定して、Transfac(登録商標)データベースに対して検索した。ヒトゲノムと一致したモチーフのみが考慮され、表IIIにおいて報告される。表IIIの「結合因子列」に示されるとおり、我々は、Transfac(登録商標)を通じて同定された結合部位が公知の関連結合タンパク質を有するかどうかも調査した。
まとめると、転写因子GATA−1、Sp1、LF−A1、VDR、POU2F1、およびE12は、表IIに列挙される遺伝子の部分集合の発現調節に関与している可能性があることがこの結果から示唆される。GATA−1は造血(血液形成)に関与することが報告されているため、GATA−1の役割は特に注目される(フーバーおよびゾン、1998年、10(2):p.103−109、Semin Immunol)。GATA−1は、発達の際に起こる初期細胞プロセスを調節することによって心臓発生と造血との生物学的結び付きを提供できると我々は提案する。血管細胞および血液細胞の元となる血管芽細胞は、心臓前駆体と共通の発達経路を有し、やはり初期胚の中胚葉に由来する。
(実施例5)
基底細胞の低温保存
未分化hBS細胞から得られ、視覚的観察下での機械的切開によって単離された基底細胞は、たとえばコラゲナーゼ、ディスパーゼ(dispase)またはトリプシンなどの酵素によって解離されてより小さなクラスタにされて、標準的な緩速凍結技術または閉ストロー中でのガラス化法(WO2004098285号)のいずれかを用いて低温保存されてもよい。
(実施例6)
未分化hBS細胞からのMCP細胞の導出
未分化hBS細胞はインビトロで維持および増殖された。継代の4〜5日後に、幹細胞切断ツールを用いて未分化hBS細胞コロニーを手動で切開し、懸濁培養の分化培地(KO−DMEMに1mMのグルタマックス、0.1mMのβ−MeOH、1%のNEAA、1%のPeSTおよび20%のFBSを補ったもの)の中に置いた。細胞は懸濁液中で1〜6日間維持された後、ゼラチン被覆された組織培養皿に移されて、分化する細胞クラスタの付着ならびに細胞の継続的な増殖および分化が導かれた。プレート培養の4日後に、分化するhBS細胞の付着性のクラスタから細胞の単層が現れる。これらの細胞は、迷路に似た外観を有する特徴的な密集した網状組織中で生育するため、基底細胞の領域は光学顕微鏡法を用いて容易に区別できる。基底細胞の形態は原始内胚葉に類似しており、これらの細胞は上皮様である。加えて、個々の細胞は暗位相差像を示し、境界明瞭であり、通常は角張った形をしている。これらの基底細胞からMCP細胞のクラスタが現れた。MCP細胞は光学顕微鏡法を用いて視覚化でき、MCP細胞は小さく丸い明位相差像を示す細胞のクラスタとして生育し、基底細胞の単層の上にある緩く付着した細胞の塊として現れる(図2)。MCP細胞は核対細胞質の比率が高い。クラスタの典型的な特徴は、「糸に付いた風船」に似ていることである。MCP細胞クラスタは円形または細長い形のいずれであってもよい。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代34、42、48、55+ED3、65)、SA002.5、LOTBE002.5(継代26、42+ED10)、SA121、LOTBD121(継代146+ED10、146+ED11、146+ED18)、SA461、LOTBF461(継代22、33)、およびSA167、継代32であった。
ここに記載される別のアプローチを用いても、未分化hBS細胞からMCP細胞を得ることができる。未分化hBS細胞はインビトロで維持および増殖された。継代の4〜5日後に、37℃にて10〜15分間コラゲナーゼIV(200U/ml)とともにインキュベートすることによって、未分化hBS細胞コロニーをフィーダ層から分離した。実施例1に記載される強制凝集に従って、細胞懸濁液を15mlの管に移し、細胞が沈殿した後に上清を除去した。コロニーは、ノックアウトDMEMに20%のFBS、1%のペニシリン−ストレプトマイシン、1%のグルタマックス、0.5mmol/lのβ−メルカプトエタノールおよび1%の可欠アミノ酸(すべてインビトロジェン、カールスバッド、カリフォルニア州より)を補った培地に再懸濁され、ピペットを用いて小さいクラスタ(0.2〜0.4mm)に機械的に解離された。この細胞懸濁液を96ウェルv底プレート(コーニング社、ニューヨーク州、米国)に、ウェル当り約4〜6コロニーの濃度で分配し(200μl/ウェル)、400×gで5分間遠心分離した。次いでプレートを37℃にて6〜8日間インキュベートした。形成された3D構造を、培地を含有するゼラチン被覆皿(上述と同じ)に移した。プレート培養の4日後に、分化するhBS細胞の付着性のクラスタから基底細胞が現れ、これらの基底細胞からMCP細胞のクラスタが現れた。培地は2日から3日目ごとに交換された。
MCP細胞は、異なるhBS細胞系(例、SA002、SA002.5、SA461、SA121)から生成されてもよく、さまざまな培養条件(例、MEFまたはhFF上での培養)で維持されるhBS細胞から生成されてもよい。
MCP細胞の濃縮は、分化培地をCGM培地(基本培地は35%のIMDMおよび65%のDMEM:F12からなり、そこに1%のPeSTおよびグルタマックスが補われて、3.5%のFBS、2%のB−27、0.1mMのβ−MeOH、10ng/mlのEGF、20ng/mlのbFGF、4nMのカルディオトロフィン1、および40nMのトロンビンの最終濃度にされる)に変えることによって達成できる。この培地中で基底細胞の単層を維持することによって、MCP細胞の数は標準的分化培地に比べて増加する。
(実施例7)
分化したhBS細胞に由来するMCP細胞の単離
MCP細胞は、明確な形態を有する基底細胞型の上にある緩く付着した細胞クラスタとして現れた。MCP細胞クラスタは、幹細胞切断ツールを用いた機械的切開によって単離できた。加えて、さまざまな時点でMCP細胞のいくつかのより大きなクラスタが下にある細胞層から自発的に分離し、それらのクラスタは培地に浮かんでいるときに回収された。穏やかな酵素処理を用いてMCP細胞を回収することも可能である。MCP細胞は、PBSによる2つの洗浄液をプールすることによって集められ、洗浄液の1つは0.5mMのEDTA(1〜2分)を有し、洗浄液の1つはトリプシン−EDTA(2〜3分)を有し、洗浄は視覚的制御下で室温で行なわれた。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代34、42、48)、SA002.5、LOTBE002.5(継代26、42+ED10)、SA121、LOTBD121(継代156+ED10、156+ED11)、およびSA461、LOTBF461(継代22、33)であった。
(実施例8)
フィーダ細胞上のMCP細胞の増殖
上述(強制凝集)のとおりMCP細胞が導出および単離された後、心臓間充織細胞またはEND2細胞上で培養されることによって、単離された前駆細胞の増殖および/または分化のための共培養系が作られた。心臓間充織を得るために、ヒト心臓生検外植片(dx auriculus)の副産物に由来する細胞が、DMEM/F12、1%のPeST、1mMのグルタマックスおよび10%のFBSを含有する培地中で10000細胞/cmの密度で培養された。これらの細胞は心臓間充織細胞と呼ばれる。この細胞は、0.25%のトリプシン/EDTA処理によって約80%の集密度で継代された。
END2細胞は、DMEM/F12、1%のPeST、1%のNEAA、1mMのグルタマックスおよび7.5%のFBSを含有する培地中で培養された。細胞は100%の集密度に近づくと0.25%のトリプシン/EDTAによって解離され、3日から4日目ごとに一般的に1:6〜1:8に分割された。
細胞分裂を止めるために、心臓間充織細胞およびEND2細胞は、最終濃度10μg/mlのマイトマイシンCを含有する培地で約3時間処理された。細胞はPBSで3回洗浄され、次いで0.25%のトリプシン/EDTAによって解離された。遠心分離後、ペレットはそれぞれの培地に溶解され、END2細胞に対しては0.1%のゼラチンで被覆されたプラスチック上に、50000〜70000細胞/cmの密度で接種された。
MCP細胞は未分化hBS細胞から得られ、上述のとおり幹細胞切断ツールを用いた機械的切開によって単離された。前駆細胞の導出のために用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代58および61)であった。単離されたMCP細胞クラスタは、フィーダ細胞としてのマイトマイシンC処理された心臓間充織細胞またはEND2細胞とともに皿に蒔かれた。前駆細胞は両方のフィーダ層に付着し、数日間付着し続けた。フィーダ細胞を有さないゼラチン被覆された対照と比較して、MCP細胞はフィーダ細胞と接触しながらより長時間平らになることなく付着し続けた。心臓間充織細胞に移された1つの鼓動するクラスタは、再プレート培養後も鼓動した。これらの観察をまとめると、前駆細胞は、前駆体を分化させずに元の状態のままでいさせるための支持またはシグナルを前駆細胞に与える他の細胞型(またはそれが排出する生成物)と密に結合して生育する必要があることが示唆される。しかし、条件を変えることによって前駆体は増殖するか、または心臓もしくはその他の系統に向けての分化を開始し得る。
(実施例9)
ミトコンドリア染色によるMCP細胞の同定および/または分離
MitoFluor(商標)緑色色素(インビトロジェン、カールスバッド、カリフォルニア州、米国)は、原形質膜を横切って拡散し、活動中のミトコンドリア内に蓄積してそこで蛍光性になることにより、生細胞のミトコンドリアを選択的に染色する。MCP細胞をこの色素に露出することによって、その染色パターンを調査した。
MCP細胞は上述のとおり、実施例1の強制凝集によって未分化hBS細胞から得られた。導出に用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代21、23および31)およびSA002.5、LOTBE002.5(継代44)であった。培養の9〜20日後に培養皿の培地は除去され、最終濃度50〜200nMのMitoFluor(商標)プローブを含有する予熱された(37℃)生育培地(DMEM/グルタマックス、0.1mMのβ−MeOH、1%のNEAA、1%のPeSTおよび20%のFBS)が加えられた。実験の1つにおいては、細胞が通常の生育条件下で15分、30分または45分間インキュベートされた後、投入溶液が染色色素を有さない新鮮な予熱された培地に置換された。色素を異なる期間蓄積させて、染色後の異なる時点において、蛍光顕微鏡を用いて蛍光が観察された。別の実験においては、染色時間が45分から19時間まで変動され、各時点後の蛍光がモニタされた。200nMの色素で30〜45分間染色されたMCP細胞中のミトコンドリアは染色の直後に明るい緑色の蛍光を特定的に示した(図14)。この染色は、蓄積時間を増加させても合計染色インキュベーション時間を増やしても、強くなったりより特定的になったりすることはなかった。100nMのMitoFluor(商標)緑色色素で処理された細胞は、200nMの色素での染色と同じパターンを示すために、45分よりも長い染色または色素を蓄積させるための時間を必要とした。50nMの染色色素では、細胞は最長露出/蓄積時間の場合を除いて弱くしか染色されなかった。これらの結果は、MitoFluor(商標)緑色色素を用いることによってMCP細胞を他の細胞型と区別できることを示すものである。よって、この色素を用いて混合細胞集団からMCP細胞を同定および/または単離することができる。特に、FACSを用いて、MitoFluor(商標)緑色色素によって染色されたMCP細胞の細胞集団を濃縮できる。
(実施例10)
単離されたMCP細胞の再プレート培養
吸引されるかまたは手動で切開された、単離されたMCP細胞は、新しい組織培養皿に移された。MCP細胞クラスタは細胞の単層に付着して広がった。異なるクラスタからさまざまな形態の細胞を観察できる(図3)。いくつかのクラスタは、心筋細胞様の形態を有する自発的に収縮する産物の元となる。注目すべきことに、いくつかのクラスタは、元々MCP細胞を単離した基底細胞として説明される細胞型にも分化する(実施例1を参照)。培養されて数日以内に、新たなMCP細胞が基底細胞上にあるのが観察できる(図4)。このことは、MCP細胞の少なくとも細分画は、後に新たなMCP細胞の元となる基底細胞型に分化できることを示す。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代34、48、55+ED3)、SA002.5、LOTBE002.5(継代26、42+ED4)、SA121、LOTBD121(継代156+ED10、156+ED11)、およびSA461、LOTBF461(継代22、33)であった。
(実施例11)
MCP細胞の分化
MCP細胞を単離し、移して新たな培養皿に再プレート培養できることによって、MCP細胞はさまざまな物質、成長因子および化合物が細胞分化に与える影響を試験するためのモデルを組立てるために大変適したものとなる。MCP細胞はさまざまな培地において再プレート培養できる。上述のとおり、MCP細胞は20%のFBSを含有する分化培地において再プレート培養できる。血清を含まない分化培地においてMCP細胞を再プレート培養することも可能である。血清含有培地においてはMCP細胞はさまざまな形態の単層に分化するが、血清の不在下ではより均質な分化が起こることが示され、MCP細胞クラスタのほとんどは図6に示されるような形態を獲得する。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代55+ED3)、SA002.5、LOTBE002.5(継代26)およびSA461、LOTBF461(継代33)であった。
たとえば収縮する心筋細胞などの特定の細胞型へのMCP細胞の分化を刺激するために、さまざまな培養条件を試験して評価することができる。たとえば、MCP細胞クラスタが接種される表面は、修飾されない組織培養皿であっても、またはさまざまな細胞外基質成分(例、マトリゲル、フィブロネクチン、ラミニン、コラーゲンなど)によって皿が被覆されていてもよい。加えて、培地の構成要素が単独または組合せで試験されてもよい(例、血清濃度、培地の補足物の存在、たとえばK−SR、ITS、およびB−27など、FGFおよびBMPファミリーの構成員などの成長因子、5−アザデオキシシチジン、DMSO、レチノイン酸、アスコルビン酸、およびASA)。
(実施例12)
B−27含有培地中でのMCP細胞の培養
未分化hBS細胞コロニー(細胞系SA461 LotBF461)は、ノックアウトDMEMと、1mMのグルタマックスと、0.1mMのβ−MeOHと、1%の可欠アミノ酸と、1%のPESTと、20%のFBSとを含有する分化培地中の懸濁培養に機械的に移された。2日後、分化しているhBS細胞クラスタがプレート培養され、IVF皿の分化培地中で維持された。2日目ごとに培地交換が行なわれ、このとき培地体積の半分が新鮮な培地に置換された。プレート培養の9日後(day 9)に基底細胞の領域が観察され、day 12にMCPがはっきりと基底細胞の上に出現した。day 19にMCPクラスタが機械的に単離され、新たなIVF皿の、B27(ノックアウトDMEM、1mMのグルタマックス、0.1mMのβ−MeOH、1%の可欠アミノ酸、1%のPEST、2%のB27)が補われた血清を含まない培地中に移された。細胞はこの培地中で10日間維持され、培地交換は2日目ごとに、体積の半分を新鮮な培地で置換することによって行なわれた。図10は、MCP細胞を移した後のday 1、2、4、7、および10における細胞の形態を示す。day 10にPFAを用いて細胞を固定し、ブラキウリに対して向けられた抗体を用いて染色した。B27培地において維持された細胞の形態に基づいて、MCP細胞は適切な培養条件において、元々MCP細胞を単離した基底細胞型の元となり得ることが示される。この結論は、図11に示されるブラキウリに対する陽性の免疫染色によってさらに強められる。
(実施例13)
MCP細胞の心臓分化
自発的に収縮する細胞は、主に3つの異なるやり方でMCP細胞から得ることができる。
i)1つは、緩く付着したMCP細胞の自発的に収縮するクラスタが視覚的に同定されたときに、単純にそれを機械的切開によって単離することによるものである。
ii)第2に、自由に浮遊するMCP細胞(すなわち分離されたMCP細胞)の収縮するクラスタを吸引によって単離することもできる。これらの手順のいずれかによって単離された収縮する細胞クラスタは、新たな組織培養皿に移してプレート培養できる。それらのクラスタは付着して増殖および分化を続け、収縮性の能力を維持しながら少なくとも20日間インビトロで維持され得る。図5は、増殖しかつ自発的に収縮するクラスタの形態を例示している。
iii)最後に、鼓動していないMCP細胞を単離して新たな皿に移し、そこで付着して広がらせてもよい。数日後に、単離および再プレート培養されたMCP細胞クラスタの分画において、自発的な収縮が開始される。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代34、42、55+ED3)、SA121、LOTBD121(継代156+ED10、156+ED11)、およびSA461、LOTBF461(継代33)であった。
(実施例14)
MCP細胞の生培養物の微速度撮影分析
未分化hBS細胞に由来する基底細胞およびMCP細胞(上述)は、その後微速度撮影された。細胞は分化培地で15日間培養され、微速度撮影研究が開始される前に培地がCGM培地に置換された。この実施例においては細胞系BE002.5、継代26が用いられた。培養物は培養チャンバ(37℃、5%のCO2および95%の湿度)に入れられ、72時間にわたり5分ごとに写真が撮影された。微速度撮影技術によって、MCP細胞クラスタの発端の研究およびそれを時間ごとに追うことが可能となる。MCP細胞クラスタは基底細胞から自発的に分離し、次いで同じ細胞に付着してプレート培養されてその形態を得た。MCP細胞は、他の細胞上に、または直接プラスチックに付着できる。
(実施例15)
MCP細胞の特徴付け
上述のとおり、MCP細胞は分化するhBS細胞から得られた。単離されたMCP細胞クラスタは採取されてすぐに集められ、製造者の指示に従ったサイトスピンを用いたガラススライド上での免疫組織化学的評価のために、PFAを用いて固定された。各ガラススライド上に3〜4個のMCP細胞クラスタが集められ、各抗体染色に対して少なくとも3枚の個別のガラススライドが用いられた(下記を参照)。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代55+ED3)およびSA002.5、LOTBE002.5(継代26)であった。
MCP細胞はどのような態様で未分化のhBS細胞と異なるのかを定めるために、hBS細胞マーカ(SSEA−3、SSEA−4、TRA1−60、TRA1−81、およびOct−4)および初期分化マーカSSEA−1に対して向けられた抗体を用いて、固定MCP細胞の免疫組織化学染色が行なわれた。免疫組織化学は前述のとおりに行なわれた(ノアクソン(Noaksson)ら、Stem Cells、2005年)。MCP細胞はこれらどのマーカも発現していなかったが、未分化のhBS細胞はSSEA−4、TRA1−81、およびOct−4を発現していた。SSEA−1は初期分化hBS細胞によって発現されたが、MCP細胞では発現されなかった。まとめると、これらのデータは、MCP細胞がhBS細胞とは表現型が異なる別のものであることを示している。
分化した細胞に対する付加的なマーカも試験された。以下の抗原に対して向けられた抗体が評価された:ビメンチン、デスミン、α−サルコメリックアクチン、ネスチン、およびislet−1。これらのうち、ビメンチンのみがMCP細胞で発現されていた(図7)。注目すべきことに、ネスチンを発現しないことによって、MCP細胞は以前記載された神経球(neurospheres)から区別される。
表IVは単離されたMCP細胞のIHC分析の結果をまとめたものである。
(実施例16)
リアルタイムRT PCRによるMCP細胞の特徴付け
MCP細胞は上述のとおり、実施例1の強制凝集によって未分化hBS細胞から得られた。MCP細胞クラスタはプレート培養の9〜18日後に、幹細胞切断ツールを用いて緩く付着した細胞クラスタを機械的に切開することによって、または自由に浮遊するクラスタを吸引することによって採取された。これら2つのタイプの細胞クラスタは、理論上はMCP細胞の異なる発達段階を表わし得る。MCP細胞は約50〜200細胞ずつ管に移され、氷冷PBSで洗浄された。細胞は400×gで10分間遠心分離された。上清は除去され、細胞ペレットは液体窒素中で凍結された。細胞は分析されるまでi−80℃にて保存された。前駆細胞の導出のために用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代24、27および28)、マウス胚線維芽細胞(mEF)上で培養されたSA348(継代27)、およびヒト包皮線維芽細胞(hFF)上で培養されたE3−SA002(継代10)であった。未分化細胞(SA002、継代74、およびE3−SA002、継代10)、mEF上で培養された混合分化細胞(SA002、継代75、プレート培養後20日)およびhFF細胞は、前述のとおりに採取および処理されて、これらのサンプル中の遺伝子発現レベルがMCP細胞と比較された。
製造者の指示に従ってRNeasyマイクロおよびミニキットを用いた後にDNアーゼ処理を行なうことによって、細胞から総RNAを調製した(キアゲン)。高容量cDNA逆転写キット(High Capacity cDNA Reverse Transcription kit)(アプライドバイオシステムズ(Applied Biosystems))によってcDNAの合成が行なわれた。少量の細胞を含有するサンプルから調製されたcDNAは、製造者の指示に従ったタックマン(TaqMan)分析の前に予め増幅された(アプライドバイオシステムズ)。
MCP細胞のmRNAフィンガプリントを得るために、異なるタイプの細胞に対して特異的な遺伝子のパネルをタックマンリアルタイムRT PCRによって分析した:幹細胞/前駆細胞(Oct−4、Nanog、Flk−1(KDR)、Notch−1およびIslet−1)、初期心臓細胞(Nkx2.5およびGATA4)、心筋細胞(トロポニンT2)、内皮細胞(CD31)および平滑筋細胞(ACTA2)。内因性の対照としてCREBBPが用いられた。MCP細胞サンプルに対する各遺伝子の発現レベルが参照サンプルと比較された。
Oct−4およびNanogのmRNA発現レベルはどちらも未分化細胞においては高かったが、MCP細胞および混合分化細胞またはhFFにおいては非常に低かった(図15Aおよび図16A)。これら2つの遺伝子のMCP細胞におけるRNAレベルが検出できなかったことは、mEFおよびhFF培養系のどちらからのMCP細胞も未分化hBS細胞とは明瞭に区別されることを示す。
Flk−1のmRNAは、未分化細胞および混合分化細胞またはhFFの両方に比べてMCP細胞において特異的に高発現されている(図15Bおよび図16B)。このことは、Flk−1(KDR)がMCP細胞を選択的に同定および/または単離するための特異的マーカとして用いられ得ることを示唆している。Notch−1の遺伝子発現レベルも、未分化細胞、hFFおよび混合分化細胞に比べてMCP細胞の方が高かったが、その差はFlk−1ほど著しくなかった(図15Aおよび図16A)。Notch−1は多くの異なるシグナリング経路に関与しているため、この遺伝子はさまざまなタイプの分化した細胞において一般的に発現していることが予期される。Islet−1の遺伝子発現レベルは、未分化細胞に比べてMCP細胞の方が高かった。しかし、混合分化細胞およびhFFにおけるislet−1のmRNAレベルは、未分化細胞およびMCP細胞のどちらよりも高かった(図15Aおよび図16A)。Islet−1は多くの異なる細胞の発達経路に関わっているため、これは予想外のことではない。
初期心臓段階を表わすNkx2.5およびGATA4、ならびに分化した心筋細胞を表わすトロポニンT2の遺伝子発現レベルは、未分化hBS細胞、hFFフィーダ細胞、および混合分化細胞に比べて、hFFおよびmEF上で培養されたMCP細胞において増加していた(図15Bおよび図16B)。これらの細胞においては、通常内皮細胞マーカとして用いられるCD31に対しても同じパターンが見られた(図15Bおよび図16B)。平滑筋細胞マーカであるα−平滑筋アクチンについては、MCP細胞における遺伝子発現は未分化hBS細胞よりも高かったが、hFFおよび混合分化細胞よりも低かった(図15Bおよび図16B)。hFFおよび混合分化細胞は、やはりα−平滑筋アクチンを発現する線維芽細胞様の細胞をかなりの割合で含有するため、これは予想外のことではない。注目すべきことに、MCP細胞における心臓遺伝子の発現と同様に、CD31およびα−平滑筋アクチンのmRNAレベルは未分化細胞に比べてMCP細胞の方が増加していた。これは、MCP細胞の心臓/内皮/平滑筋前駆体の表現型を示している。結論として、MCP細胞は未分化hBS細胞に対するマーカ遺伝子を発現しておらず、異なる発達経路を取り始めており、MCP細胞の多能性の特徴が支持されている。
(実施例17)
MCP細胞から分化した細胞の特徴付け
MCP細胞は、上述のとおり未分化hBS細胞から得られた。MCP細胞クラスタは単離され、新たな培養皿に移された。その後、MCP細胞は分化培地中で最大16日間培養中に維持された。細胞はさまざまな時点で固定され、免疫組織化学を用いて評価された(ノアクソンら、Stem Cells、2005年)。用いられた細胞系はSA002、LOTAL002(継代48)、SA002.5、LOTBE002.5(継代42+ED4)、SA121、LOTBD121(継代156+ED10、156+ED11)およびSA461、LOTBF461(継代22)であった。表Vは実験および得られた結果をまとめたものである。
中胚葉系統のマーカ(例、デスミン、ビメンチン、α−サルコメリックアクチン)が初期に出現することは、MCP細胞が中胚葉の細胞型に優先的に分化することを示唆している。加えて、神経系マーカ(ネスチンおよびGFAP)の発現がないことは、MCP細胞がレイノルズ(Reynolds)およびワイス(Weiss)によって元々記載された神経球細胞とは異なるものであることを示している(レイノルズBA、ワイスS(1992年)「成体哺乳動物中枢神経系の単離細胞からのニューロンおよび星状細胞の生成(Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system)。」Science、255:p.1707−1710)。神経球の大部分は、関与する前駆体が分化した星状細胞およびニューロンと混合されたもので構成されている。最後に、Nkx2.5の発現は、MCP細胞が初期段階の心筋細胞に分化できることを例示している。
図8は、分化したMCP細胞の免疫組織化学分析によって得られた結果を例示する。
(実施例18)
MCP細胞の低温保存
上述のとおり導出および単離されたMCP細胞は、前に記載された閉ストローおよびガラス化法(WO2004098285号)を用いて低温保存できる。加えて、伝統的な緩速凍結も選択肢となり得る。
(実施例19)
バイオリアクタ培養
MCP細胞および基底細胞は3−D空間で生育されてもよく、その空間はたとえば人工中空線維キャピラリ膜などで区画分けされてもよい。この系は細胞がキャピラリの間でより大きな細胞の固まりに生育することを可能にし、培地および酸素などの気体の灌流によって最適化された自然な環境を提供する。より大量の細胞(最大10^11細胞)を生成するため、および細胞の機能的特性の可能な維持を支持するために、閉バイオリアクタ系が開発されてもよい。酵素灌流を介した細胞単離によって、次いで閉GMP系におけるスケールアップが可能になる。次いで、たとえば膜抗原発現などに基づくたとえばFACソーティングなどを用いて、または密度勾配培地および遠心分離を用いて、細胞精製が行なわれてもよい。
(実施例20)
分離技術
MCP細胞および基底細胞は、表面に発現されるマーカに対する抗原検出およびその後のFACソーティングを用いて精製されてもよい。抗原に基づくソーティングの別の代替案は、培養皿を特定の抗体で被覆し、培地中の細胞をその皿に加えて、正しい抗原を有する細胞を結合させ、残りの細胞を捨てて、結合した細胞を採取してさらに使用するというものである。この方法はときにイムノパニング(immunopanning)と呼ばれ、陰性選択にも用いることができる。すなわち、必要としない細胞型を被覆抗原に結合させて、上清の必要なMCP細胞または基底細胞を有する培地を取るというものである。このアプローチは、いわゆるMACソーティングと呼ばれるような磁気ビーズに対して、またはカラムクロマトグラフィを用いて同様に行なわれてもよい。特定の特徴を有するMCP細胞または基底細胞などの細胞を精製するさらに別の方法は、遠心分離下の浮遊密度またはサイズに基づく細胞分離のための密度勾配培地の使用を含む。
(実施例21)
再生医療におけるMCP細胞および基底細胞の使用
MCP細胞および基底細胞はどちらも多能性を有し、自発的に収縮する心筋細胞様の細胞に分化する能力を有することから、再生医療において非常に有用であることが明らかになった。特定的には、MCP細胞を心臓関連の疾患の処置に用いることが考えられる。心筋梗塞になった心臓の機能を回復させるためには、心筋細胞および新たな血管を交換する必要がある。臨床的に適合したhBS細胞系が入手可能なときは、これらの細胞をMCP細胞または基底細胞の導出に用いて、後にその細胞を移植してヒトにおける使用の可能性を評価することが可能である。その合間に動物モデルにおいて原理の証明(proof−of−principle)の実験を行なうことができる。SCIDマウスにおける心筋梗塞の誘導に対する標準モデルを用いて(例、低温損傷(cryo−damage)またはLADライゲーション)、MCP細胞または基底細胞が損傷部位に注入されてもよい。その後マウスを短期間(最長2〜3週間)または長期間(>3週間)モニタし、標準的技術を用いて心臓の改善を測定する。実験の最後にマウスを殺して心臓を回収し、その後組織学的評価を行なう。ヒト特異的抗原またはDNAに対して向けられた抗体またはプローブを用いて、マウス心臓におけるヒト細胞の植付を測定できる。
(実施例22)
再生医療、細胞療法におけるMCP細胞および基底細胞の使用
MCP細胞および基底細胞はさらに、たとえば壊死心筋、アポトーシス心筋、損傷した心筋、機能不全の心筋、または形態的に異常な心筋などに関連する障害を処置するために用いられてもよい。こうした障害は、虚血性心疾患、心筋梗塞、リウマチ性心疾患、心内膜炎、自己免疫性心疾患、心臓弁膜疾患、先天性の心臓障害、心臓リズム異常、および心臓機能不全を含むがそれに限定されない。
マーカ分析によってもはや未分化hBS細胞ではないことが示され、したがってインビボで腫瘍形成の元とならないMCP細胞および基底細胞は、増殖できて心臓の細胞型(心筋細胞、内皮細胞および平滑筋細胞を含む)に分化する可能性があり、したがって心筋梗塞の結果起こる虚血によってもたらされる心臓の損傷を逆転、阻害または防止することによって大部分の心臓障害および疾患を処置するために好適であり得る。
さらなる局面において、MCP細胞および基底細胞は、たとえば心臓不整脈などの異常な心臓リズムによって特徴付けられる心臓障害を処置するために用いられてもよい。
その処置は、好ましくは心臓への注射によって、対象の心臓に治療上有効な用量の細胞を投与することによって行なわれることが好ましい。治療上有効な用量とは、有益な、または所望の臨床的結果を生じさせるために十分な量のことであり、その用量は1回またはそれ以上の投与において投与されてもよい。必要とされる心臓組織修復のタイプに依存して、注射は心臓のさまざまな領域に投与されてもよい。投与は、胸郭を開いた後のカテーテルに基づくアプローチを用いて、またはあらゆる好適な血管を通じて入れることによって行なわれてもよい。細胞の有効用量は、たとえば重量、年齢、生理的状態、病歴、梗塞部のサイズ、および虚血の開始からの経過時間などの因子に基づいてもよい。MCP細胞および/または基底細胞の投与は、拒絶反応を阻害するために、好ましくはこうした投与の前に、対象を免疫抑制性の摂生によって処置することを含むことが好ましい。
(実施例23)
薬物の発見におけるMCP細胞および基底細胞の使用
薬物の発見の適用におけるMCP細胞または基底細胞の使用は広範囲であってもよく、細胞の特徴に基づいている。ここでは心臓再生に影響をもたらす可能性のある化合物を発見するための適用を記載する。MCP細胞または基底細胞はhBS細胞から導出および単離され、マルチウェル形式の培養皿(例、96ウェルまたは384ウェルプレート)に移されてもよい。次いで、ライブラリからの化合物が、定められた培地(選択的に血清を含まない)の存在下で細胞に加えられる。細胞は、異なる濃度の化合物の存在下でさまざまな時点まで維持されてもよい。化合物の影響の可能性は、細胞の分化、増殖および機能性を測定することによってモニタできる。特定的には、遺伝子発現分析が用いられてもよく、典型的に心筋再生に関連する遺伝子の発現が測定されてもよい。加えて、レポータ遺伝子構成が作られて、たとえば蛍光ラベルされたレポータタンパク質が容易にモニタできるようにされてもよい。
(実施例24)
毒性試験におけるMCP細胞および基底細胞の使用
MCP細胞および基底細胞は、上述のとおりhBS細胞から得られ、MEA(マルチチャンネルシステムズ(Multichannel Systems)、ドイツ)に細胞を蒔く前または後に、自発的に収縮する心筋細胞様の細胞にさらに分化される。MEAに物質を直接加えて異なる時点まで細胞をインキュベートすることによって、さまざまな化合物または化学物質の影響を定めることができる。MEAシステムを用いて細胞外電位を定めることができ、培養物中で非侵襲的に有害な影響を測定できる。このことは、物質の急性の影響および長期の影響の両方の研究を可能にする。プラットホームのさらなる改善点は、複数のサンプルを同時に実行できるという主な利点とともに、QTスクリーンシステム(マルチチャンネルシステムズ、ドイツ)の96ウェルプレートに直接細胞を接種することであろう。
MCP細胞を用いて、さまざまな化学物質または化合物の発達に対する影響の評価に対するさらなる適用が考えられる。たとえば、MCP細胞が自発的に収縮する細胞(心筋細胞様の細胞)に分化する際に、試験される化合物が培養物に加えられてもよい。化合物の影響は、たとえば遺伝子およびタンパク質の発現の変化ならびに収縮する細胞への分化能力の消失など、いくつかの異なる表示を用いて定めることができる。
(実施例25)
心臓発生を調節する分子機構の研究におけるMCP細胞および基底細胞の使用
基礎研究におけるMCP細胞および基底細胞両方の使用は広範囲であってもよく、それは細胞の多能性と、心筋細胞に似た自発的に収縮する細胞を形成できるという本質的な能力とに基づいている。たとえば、MCP細胞はhBS細胞から導出および単離され、マルチウェル形式の培養皿に移され得る。細胞は異なる培養条件でさまざまな時点まで維持されてもよい。心筋再生に対する影響の可能性は、MCP細胞および/または基底細胞の分化、増殖および機能性を測定することによってモニタできる。特定的には、遺伝子発現分析を用いることができ、典型的に心筋再生に関連する遺伝子の発現を測定できる。加えて、レポータ遺伝子構成が作られて、たとえば蛍光ラベルされたレポータタンパク質が容易にモニタできるようにされてもよい。加えて、siRNA構成および関連のトランスフェクション技術が用いられて、心筋再生プログラムに対する特定の遺伝子の影響が研究されてもよい。
参考文献
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項目
MCP細胞
1.ヒト胚盤胞由来幹(hBS)細胞に由来する細胞集団であって、多能性心臓前駆(MCP)細胞を含む、細胞集団。
2.細胞集団は、以下の特徴:
i)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
ii)細胞の少なくとも1%は、たとえばネスチンまたはGFAPなどの神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない、
iii)細胞の少なくとも1%は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、および
iv)細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、cTNI、cTNT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質発現を示さない、
のうち少なくとも1つを有する、項目1に記載の細胞集団。
3.細胞集団は、小さく丸い明位相差像を示す細胞のクラスタとして生育するMCP細胞を含む、項目1または2に記載の細胞集団。
4.MCP細胞のクラスタは円形または細長い形である、項目3に記載の細胞集団。
5.MCP細胞のクラスタは緩く付着した細胞の塊として現れ、基底細胞上に生育されるときには基底細胞の単層の上にある、項目3または4に記載の細胞集団。
6.MCP細胞は核対細胞質の比率が比較的高い、項目1から5のいずれかに記載の細胞集団。
7.MCP細胞は糸に付いた風船の形で現れる、項目1から6のいずれかに記載の細胞集団。
8.MCP細胞の少なくとも50%が
1.小さく丸い明位相差像を示す細胞のクラスタとして生育し、
2.円形または細長い形のクラスタを形成し、そのクラスタは緩く付着した細胞の塊として現れ、基底細胞上に生育されるときには基底細胞の単層の上にあり、
3.比較的高い核対細胞質の比率を有し、および/または
4.糸に付いた風船の形で現れ、
それらの細胞は以下の特徴:
i)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
ii)細胞の少なくとも1%は、たとえばネスチンまたはGFAPなどの神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない、
iii)細胞の少なくとも1%は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、および
iv)細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、cTNI、cTNT、Nkx2.5、アルファMHCまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質および/または遺伝子発現を示さない、
のうち少なくとも1つを有する、項目1から7のいずれかに記載の細胞集団。
9.MCP細胞の少なくとも50%が4つの特徴のうち少なくとも2つを有する、項目8に記載の細胞集団。
10.MCP細胞の少なくとも50%が4つの特徴のうち少なくとも3つを有する、項目8または9に記載の細胞集団。
11.MCP細胞の少なくとも50%が4つの特徴すべてを有する、項目8−10のいずれかに記載の細胞集団。
12.特徴i)、ii)、iii)および/またはiv)は、細胞の少なくとも55%、たとえば少なくとも60%、少なくとも65%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目8−11のいずれかに記載の細胞集団。
13.細胞集団は少なくとも特徴i)を有する、項目1−12のいずれかに記載の細胞集団。
14.細胞集団は少なくとも、特徴i)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば少なくとも3つまたは少なくとも4つに対して特徴i)を有する、項目1−13のいずれかに記載の細胞集団。
15.細胞集団は少なくとも、特徴i)に示されるすべてのマーカに対して特徴i)を有する、項目14に記載の細胞集団。
16.細胞集団は少なくとも、特徴ii)に示される両方のマーカに対して特徴ii)を有する、項目1−15のいずれかに記載の細胞集団。
17.細胞集団は少なくとも、特徴iii)に示されるマーカのうち2つまたは3つに対して特徴iii)を有する、項目1−16のいずれかに記載の細胞集団。
18.細胞集団は少なくとも、特徴iv)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば2、3、4、5または6つに対して特徴iv)を有する、項目1−17のいずれかに記載の細胞集団。
19.細胞集団は4つの特徴のうち少なくとも2つを有する、項目1−18のいずれかに記載の細胞集団。
20.細胞集団は4つの特徴のうち少なくとも3つを有する、項目1−19のいずれかに記載の細胞集団。
21.細胞集団は4つの特徴すべてを有する、項目1−20のいずれかに記載の細胞集団。
22.特徴i)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目1−21のいずれかに記載の細胞集団。
23.特徴ii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目1−22のいずれかに記載の細胞集団。
24.特徴iii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目1−23のいずれかに記載の細胞集団。
25.特徴iv)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目1−24のいずれかに記載の細胞集団。
26.特徴i)、ii)、iii)および/またはiv)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目1−25のいずれかに記載の細胞集団。
27.細胞集団は異種成分不含である、項目1−26のいずれかに記載の細胞集団。
分化したMCP細胞
28.少なくとも5日の期間にわたり分化培地を用いてプレート培養による分化を受けた後に、以下の特徴:
i)細胞の少なくとも1%は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの1つまたはそれ以上の中胚葉マーカのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%は、たとえばislet−1、GATA−4、Nkx2.5、cTNI、cTNTまたはコネキシン43などの1つまたはそれ以上の心臓マーカのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iii)細胞の少なくとも1%は未分化幹細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
のうち少なくとも1つを有する、項目1−27のいずれかに記載の細胞集団。
29.分化を受けた後の細胞集団は少なくとも特徴i)を有する、項目28に記載の細胞集団。
30.分化を受けた後の細胞集団は少なくとも、特徴i)に示されるマーカのうち2つまたは3つに対して特徴i)を有する、項目28または29に記載の細胞集団。
31.分化を受けた後の細胞集団は少なくとも、特徴ii)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば2、3、4、5または6つに対して特徴ii)を有する、項目28−30のいずれかに記載の細胞集団。
32.分化を受けた後の細胞集団は少なくとも、特徴iii)に示されるマーカのうち少なくとも2つ、たとえば2、3、4または5つに対して特徴iii)を有する、項目28−31のいずれかに記載の細胞集団。
33.分化を受けた後の細胞集団は3つの特徴のうち少なくとも2つを有する、項目28−32のいずれかに記載の細胞集団。
34.分化を受けた後の細胞集団は3つの特徴すべてを有する、項目28−33のいずれかに記載の細胞集団。
35.特徴i)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目28−34のいずれかに記載の細胞集団。
36.特徴ii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目28−35のいずれかに記載の細胞集団。
37.特徴iii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目28−36のいずれかに記載の細胞集団。
38.特徴i)、ii)および/またはiii)は細胞の少なくとも2%、たとえば少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目28−37のいずれかに記載の細胞集団。
基底細胞
39.ヒト胚盤胞由来幹(hBS)細胞に由来する細胞集団であって、基底細胞を含む、細胞集団。
40.細胞集団は、以下の特徴:
i)細胞の少なくとも1%はブラキウリのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%はアルファサルコメリックアクチンのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iii)細胞の少なくとも1%はビメンチンのタンパク質発現を示さない、および
iv)細胞の少なくとも1%はデスミンのタンパク質発現を示さない、
v)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
のうち少なくとも1つを有する、項目39に記載の細胞集団。
41.基底細胞は原始内胚葉に似た形態を有し、かつその細胞は上皮様である、項目39または40に記載の細胞集団。
42.基底細胞は、光学顕微鏡法によって明らかにされるとおり暗位相差像を示し、境界明瞭である、項目39−41のいずれかに記載の細胞集団。
43.基底細胞は、光学顕微鏡法によって明らかにされるとおりの角張った形を有する、項目39−42のいずれかに記載の細胞集団。
44.基底細胞の少なくとも5%は
1.原始内胚葉に似た形態を有し、
2.上皮様であり、
3.光学顕微鏡法によって明らかにされるとおりに暗位相差像を示し、かつ境界明瞭であり、および/または
4.光学顕微鏡法によって明らかにされるとおりの角張った形を有し、
さらに以下の特徴:
i)細胞の少なくとも1%はブラキウリのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
ii)細胞の少なくとも1%はアルファサルコメリックアクチンのタンパク質および/または遺伝子発現を示す、
iii)細胞の少なくとも1%はビメンチンのタンパク質発現を示さない、および
iv)細胞の少なくとも1%はデスミンのタンパク質発現を示さない、
v)細胞の少なくとも1%は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
のうち少なくとも1つを有する、項目39−43のいずれかに記載の細胞集団。
45.基底細胞の少なくとも5%は5つの特徴のうち少なくとも2つを有する、項目44に記載の細胞集団。
46.その2つの特徴とはi)およびiv)である、項目45に記載の細胞集団。
47.基底細胞の少なくとも5%は5つの特徴のうち少なくとも3つを有する、項目44−46のいずれかに記載の細胞集団。
48.基底細胞の少なくとも5%は5つの特徴のうち少なくとも4つを有する、項目44−47のいずれかに記載の細胞集団。
49.基底細胞の少なくとも5%は5つの特徴すべてを有する、項目44−48のいずれかに記載の細胞集団。
50.それらの特徴は細胞の少なくとも10%、たとえば少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%に対して有効である、項目44−49のいずれかに記載の細胞集団。
51.細胞集団は少なくとも特徴i)を有する、項目39−50のいずれかに記載の細胞集団。
52.細胞集団は5つの特徴のうち少なくとも2つを有する、項目39−51のいずれかに記載の細胞集団。
53.その2つの特徴とはi)およびiv)である、項目52に記載の細胞集団。
54.細胞集団は5つの特徴のうち少なくとも3つを有する、項目39−53のいずれかに記載の細胞集団。
55.細胞集団は5つの特徴のうち少なくとも4つを有する、項目39−54のいずれかに記載の細胞集団。
56.細胞集団は5つの特徴すべてを有する、項目39−55のいずれかに記載の細胞集団。
57.特徴i)は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である、項目39−56のいずれかに記載の細胞集団。
58.特徴ii)は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である、項目39−57のいずれかに記載の細胞集団。
59.特徴iii)は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である、項目39−58のいずれかに記載の細胞集団。
60.特徴iv)は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である、項目39−59のいずれかに記載の細胞集団。
61.特徴v)は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である、項目39−60のいずれかに記載の細胞集団。
62.特徴i)、ii)、iii)、iv)および/またはv)は細胞の少なくとも5%、たとえば少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%に対して有効である、項目39−61のいずれかに記載の細胞集団。
63.細胞集団は異種成分不含である、項目39−62のいずれかに記載の細胞集団。
64.MCP細胞を提供するための、項目39−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
65.薬物の発見プロセスにおいて用いるための、項目1−64のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
66.心臓細胞型に影響する可能性のある薬物を研究するための、インビトロモデルにおける項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
67.たとえば初期心臓発生などの心臓発生を研究するための、インビトロモデルにおける項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
68.ヒト心臓変性障害を研究するための、インビトロモデルにおける項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
69.インビトロの心臓毒性試験のための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
70.再生医療における、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
71.医学における、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
72.たとえば心臓組織の変性などの組織変性によってもたらされる病状および/または疾患の予防および/または処置のための医薬製品を製造するための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
73.心臓障害の処置のための医薬製品を製造するための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
74.たとえば壊死心筋、アポトーシス心筋、損傷した心筋、機能不全の心筋、または形態的に異常な心筋に関係する障害などの心臓障害の予防および/または処置のための医薬製品を製造するための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
75.たとえば虚血性心疾患、心筋梗塞、リウマチ性心疾患、心内膜炎、自己免疫性心疾患、心臓弁膜疾患、先天性の心臓障害、心臓リズム異常、および/または心臓機能不全などの疾患の処置および/または予防のための医薬製品を製造するための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団の使用。
76.心筋細胞様の細胞を得るための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団からの1つまたはそれ以上の細胞の使用。
77.心筋細胞様の細胞に向かう成熟を研究するための、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団からの1つまたはそれ以上の細胞の使用。
78.心臓細胞(cardiocellular)毒性に対して化合物をスクリーニングする方法であって、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団からの細胞を化合物に露出させるステップと、その化合物が細胞に対して毒性であるかどうかを定めるステップとを含む、方法。
79.化合物の心臓細胞機能を調節する能力に対して化合物をスクリーニングする方法であって、項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団からの細胞を化合物に露出させるステップと、その化合物との接触によってもたらされる細胞のあらゆる表現型または代謝の変化を定めるステップと、その変化を心臓細胞機能を調節する能力と相関させるステップとを含む、方法。
基底細胞およびMCP細胞の方法
80.項目39−63のいずれかにおいて定義される細胞集団を調製する方法であって、
i)約1日から約10日、たとえば約1日から約6日などの間、懸濁培養中の分化培地において未分化hBS細胞の1つまたはそれ以上のコロニー切片またはコロニーを培養するステップと、
ii)こうして培養された細胞を続けて増殖および分化するための培養容器に移すステップと、
iii)光学顕微鏡における形態的基準および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって基底細胞を同定するステップと、
iv)任意には、こうして得られた基底細胞を単離するステップと、
v)任意には、ステップii)−iv)を繰返すステップと
を含む、方法。
81.項目1−39のいずれかにおいて定義される細胞集団を調製する方法であって、項目80において定義されるステップi)−iii)を含み、さらに
vi)MCP細胞の出現が光学顕微鏡および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって明らかにされるまで基底細胞を培養するステップと、
vii)こうして得られたMCP細胞を単離するステップと
を含む、方法。
82.たとえば保存、心臓分化に対する使用、特徴付け、薬物の発見における使用、毒性試験における使用、再生医療における使用、および/または基底細胞の入手などのために、MCP細胞を2次培養するステップをさらに含む、項目81に記載の方法。
83.MCP細胞の新たな(de novo)単離をさらに含む、項目81に記載の方法。
84.ステップi)はhBS細胞の未分化コロニーの切片を用いて行なわれる、項目80−83のいずれかに記載の方法。
85.ステップi)における懸濁培養は、たとえばFBSまたはヒト血清などの血清中で行なわれる、項目80−84のいずれかに記載の方法。
86.血清の濃度は少なくとも2%、たとえば約2%から約30%、約5%から約25%または約20%である、項目85に記載の方法。
87.ステップi)は約1日から約6日、たとえば約1日から約4日、約1日から約3日、または約1日から約2日の期間にわたって行なわれる、項目80−86のいずれかに記載の方法。
88.ステップii)は同じ培地または異なる培地において行なわれる、項目80−87のいずれかに記載の方法。
89.培地は、たとえばFBSもしくはヒト血清などの血清を含有するか、または血清を含まない培地である、項目88に記載の方法。
90.血清が存在するとき、血清の濃度は少なくとも2%、たとえば約2%から約30%、約5%から約25%または約20%である、項目89に記載の方法。
91.ステップii)は、培養容器の表面上または細胞外基質成分上に直接細胞を蒔くことによって行なわれる、項目80−90のいずれかに記載の方法。
92.ステップii)は約2日から約20日、たとえば約2日から約15日、約2日から約10日、約2日から約6日、または約2日から約4日の期間にわたって行なわれる、項目80−91のいずれかに記載の方法。
93.ステップiv)は約2日から約25日、たとえば約2日から約20日、約2日から約15日、約2日から約10日、約2日から約5日、または約2日から約4日の期間にわたって行なわれる、項目80−92のいずれかに記載の方法。
94.i)分化因子および/または分化培地の存在する表面上にMCP細胞を蒔くステップ
を含むことによって、分化したMCP細胞を得る方法。
キット
95.i)項目1−63のいずれかにおいて定義される細胞集団と、ii)1つまたはそれ以上の成熟因子および/または成熟培地と、iii)任意には、使用のための指示書とを含む、キット。
96.成熟培地は、VitroHES(商標)、bFGFが補われたVitroHES(商標)、自己の予め調整されたVitroHES(商標)、CGM培地、および心臓に特定のその他の培地からなる群より選択される、項目95に記載のキット。
97.1つまたはそれ以上の成熟因子は、bFGFなどのFGF、BMP、5−アザデオキシシチジン、DMSO、レチノイン酸、アスコルビン酸、およびASAからなる群より選択される、項目95または96に記載のキット。
98.成熟をモニタするためのツールをさらに含む、項目95−97のいずれかに記載のキット。
99.成熟をモニタするためのツールは、
i)未分化hBS細胞に対するマーカ、デスミン、アルファサルコメリックアクチン、ブラキウリ、ネスチン、GFAP、Islet−1、Nkx2.5、GATA−4、cTnI、cTnT、α−MHC、およびコネキシン43からなる群より選択される発現マーカをコードする遺伝子のうち少なくとも3つ、たとえば少なくとも4つまたは少なくとも5つに対するPCRプライマと、
ii)使用者のマニュアルと
を含む、項目98に記載のキット。
100.成熟をモニタするためのツールは、
i)未分化hBS細胞に対するマーカ、デスミン、アルファサルコメリックアクチン、ブラキウリ、ネスチン、GFAP、Islet−1、Nkx2.5、GATA−4、cTnI、cTnT、α−MHC、およびコネキシン43からなる群より選択される発現マーカ抗原のうち少なくとも3つ、たとえば少なくとも4つまたは少なくとも5つに対する抗体と、
ii)使用者のマニュアルと
を含む、項目98または99に記載のキット。
101.再生医療のためのキットであって、
i)基底細胞および/またはMCP細胞と、
ii)任意には、インビトロおよび/またはインビボで分化を起こすための因子と、
iii)細胞を患者に投与するためのツール、または細胞を、たとえばすぐに使用できる注射器に入れるなど投与可能な形にしたものと
を含む、キット。

Claims (15)

  1. ヒト胚盤胞由来幹(hBS)細胞に由来する多能性非収縮心臓前駆細胞を含む細胞集団であって、少なくとも50%の前記多能性非収縮心臓前駆細胞が
    1.小さく丸い明位相差像を示す細胞のクラスタとして生育し、
    2.糸に付いた風船の形で現れ、
    それらの細胞は以下の4つの特徴
    i)細胞は未分化細胞に対する1つまたはそれ以上のマーカの抗原発現を示さず、そのマーカはSSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、およびOct−4からなる群より選択される、
    ii)細胞は、たとえばネスチンまたはGFAPなどの神経系マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質発現を示さない、
    iii)細胞は、たとえばブラキウリ、ビメンチンまたはデスミンなどの中胚葉マーカの1つまたはそれ以上のタンパク質および/または遺伝子発現を示す、および
    iv)細胞は、たとえばislet−1、GATA−4、cTNI、cTNT、Nkx2.5、α−MHC、およびコネキシン43などの1つまたはそれ以上の初期段階心臓マーカのタンパク質および/または遺伝子発現を示さない、
    をすべて有する細胞集団。
  2. 前記多能性非収縮心臓前駆細胞の少なくとも1%がFlk−1の遺伝子および/またはタンパク質発現を示す、
    請求項1に記載の細胞集団。
  3. 細胞の少なくとも55%以上において、前記特徴i)、ii)、iii)および/またはiv)が見られる、
    請求項1または2のいずれかに記載の細胞集団。
  4. 細胞集団が、前記特徴i)に述べたマーカの少なくとも2つ以上、または全てについて前記特徴i)を有する、
    請求項1から3のいずれかに記載の細胞集団。
  5. 細胞集団が、前記特徴ii)に述べた両マーカについて前記特徴ii)を有する、
    請求項1から4のいずれかに記載の細胞集団。
  6. 細胞集団が、前記特徴iii)に述べた2つ、または3つのマーカについて前記特徴iii)を有する、
    請求項1から5のいずれかに記載の細胞集団。
  7. 細胞集団が、前記特徴iv)に述べた少なくとも2つ以上6つまでのマーカについて前記特徴iv)を有する、
    請求項1から6のいずれかに記載の細胞集団。
  8. 再生医療のための薬剤の製造を目的とする、
    請求項1から7のいずれかに記載の細胞集団。
  9. 心臓疾患の予防および/または処置のための医薬製品の製造を目的とする、薬剤のスクリーニング、心臓細胞型に影響する可能性のある薬物を研究するためのインビトロのモデル、初期心臓発生などの心臓発生を研究するためのインビトロのモデル、ヒトの心臓変性障害を研究するためのインビトロのモデルのための、
    請求項1から7のいずれかに記載の細胞集団の使用方法。
  10. 心臓疾患の予防および/または処置のための医薬製品の製造を目的とする、インビトロの心臓毒性試験のための、
    請求項1から7のいずれかに記載の細胞集団の使用方法。
  11. 心臓疾患の予防および/または処置のための医薬製品の製造を目的として、心筋様細胞を取得、または心筋様細胞へと成熟する過程を研究するための、
    請求項1から7の何れかに記載の細胞集団から1つまたはそれ以上の基底細胞の使用方法。
  12. 請求項1から7の何れかに記載の細胞集団を調製する方法であって、
    i)1日から10日の間、懸濁培養中の分化培地において未分化hBS細胞の1つまたはそれ以上のコロニー切片またはコロニーを培養するステップと、
    ii)こうして培養された前記細胞を続けて増殖および分化するための培養容器に移すステップと、
    iii)光学顕微鏡における形態的基準および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって基底細胞を同定するステップと、
    iv)任意には、こうして得られた前記基底細胞を単離するステップと、
    v)任意には、ステップii)−iv)を繰返すステップと、
    vi)光学顕微鏡における形態的基準および/または本明細書において定義される関連マーカの同定によって多能性非収縮心臓前駆細胞が現れるまで基底細胞を培養するステップと、
    vii)以上のステップを経て得られた多能性非収縮心臓前駆細胞を分離するステップと
    を含む、方法。
  13. 分化した多能性非収縮心臓前駆細胞を得るための方法であって、
    1つの分化因子、および/または分化培地の存在する表面上に請求項1から7の何れかに記載の多能性非収縮心臓前駆細胞を蒔くこと
    を含む、方法。
  14. i)請求項1から7の何れかにおいて定義される細胞集団と、ii)1つまたはそれ以上の成熟因子および/または成熟培地と、iii)任意には、使用のための指示書とを含む、キット。
  15. 再生医療のためのキットであって、
    i)請求項1から7の何れかにおいて定義される細胞集団と、
    ii)任意には、インビトロおよび/またはインビボで分化を起こすための因子と、
    iii)細胞を患者に投与するためのツール、または細胞を、たとえばすぐに使用できる注射器に入れるなど投与可能な形にしたものと
    を含む、キット。
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