JP2013201940A - Medium for inducing bone differentiation - Google Patents

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JP2013201940A
JP2013201940A JP2012072818A JP2012072818A JP2013201940A JP 2013201940 A JP2013201940 A JP 2013201940A JP 2012072818 A JP2012072818 A JP 2012072818A JP 2012072818 A JP2012072818 A JP 2012072818A JP 2013201940 A JP2013201940 A JP 2013201940A
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Masaaki Fukunishi
賢晃 福西
Yasuhiko Tabata
泰彦 田畑
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a medium capable of promoting osteocyte differentiation.SOLUTION: It has been found that osteocyte differentiation is remarkably promoted by culturing cells in a medium containing glycosaminoglycan in addition to known differentiation inducing agents such as ascorbic acid, β-glycerophosphate and dexamethasone. The osteocyte differentiation is further promoted by adding a bone growth factor in addition to the differentiation inducing agents.

Description

本発明は、骨分化を誘導するための培地およびその利用に関する。   The present invention relates to a medium for inducing bone differentiation and use thereof.

再生医療において、研究開発され一部実用化されている治療方法として、幹細胞移植が一般的に実施されている。細胞移植のための幹細胞としては、胚性幹細胞、骨髄や脂肪組織などから採取される間葉系幹細胞、造血幹細胞および各種組織幹細胞(肝幹細胞、神経幹細胞など)が用いられているが、これらのうち間葉系幹細胞は入手と培養が比較的容易である。このため、細胞移植においては、間葉系幹細胞を用いた生体組織再生の研究分野が最も進んでいる。   In regenerative medicine, stem cell transplantation is generally carried out as a therapeutic method that has been researched and developed and is in practical use. Stem cells for cell transplantation include embryonic stem cells, mesenchymal stem cells collected from bone marrow and adipose tissue, hematopoietic stem cells, and various tissue stem cells (hepatic stem cells, neural stem cells, etc.). Among them, mesenchymal stem cells are relatively easy to obtain and culture. For this reason, in the field of cell transplantation, the research field of living tissue regeneration using mesenchymal stem cells is the most advanced.

間葉系幹細胞を用いた再生治療の対象組織は、骨、軟骨、脂肪、筋肉、腱、神経などが挙げられる。例えば、骨再生は、体外で培養し増殖させた間葉系幹細胞を、三次元スキャホールドに播種、増殖させた後、移植、治療する方法が用いられ、その治療応用例が存在する(例えば、特許文献1)。   Examples of the target tissue for regeneration treatment using mesenchymal stem cells include bone, cartilage, fat, muscle, tendon and nerve. For example, bone regeneration uses a method in which mesenchymal stem cells cultured and expanded in vitro are seeded and expanded in a three-dimensional scaffold, then transplanted and treated, and there are therapeutic applications (for example, Patent Document 1).

通常、間葉系幹細胞を体外で培養するためには多種類の増殖因子を培養液中に加え続けなければならない。このためのアプローチとして、細胞に増殖因子の遺伝子を導入し、細胞に増殖因子を合成させ、オートクライン的に増殖因子を供給し続ける方法や、転写因子の遺伝子を組み込んだウイルスベクターを用いて、転写因子活性を持続的に発現させることにより、良好な骨・軟骨再生を可能とする方法などが開発されている(例えば、特許文献2)
しかしながら、本来、生体は自然治癒力を有しており、実際、単純な骨折などはその自然治癒力を使って治療されている。一方、大きな骨欠損などには生体が本来もつ自然治癒力は十分な効力を発揮できていない場合もあるが、例えば、細胞の増殖や分化を促進する物質を投与して自然治癒力を高めることにより、幹細胞移植や遺伝子投与を行うことなく、生体組織の再生修復を実現することも可能である。また、このような作用を有する物質が体内に存在する物質である場合には、この物質を標的として、細胞の増殖や分化の状況を評価することも可能であると考えられる。
Usually, in order to culture mesenchymal stem cells outside the body, various kinds of growth factors must be continuously added to the culture medium. As an approach for this, a method of introducing a growth factor gene into a cell, synthesizing the growth factor into a cell, and continuing to supply the growth factor in an autocrine manner, or using a viral vector incorporating a transcription factor gene, Methods have been developed that enable good bone / cartilage regeneration by continuously expressing transcription factor activity (for example, Patent Document 2).
However, the living body originally has a natural healing power, and in fact, simple fractures and the like are treated using the natural healing power. On the other hand, the natural healing power of the living body may not be sufficiently effective for large bone defects, etc., but for example, by increasing the natural healing power by administering a substance that promotes cell proliferation and differentiation Thus, it is possible to realize regeneration and repair of living tissue without performing stem cell transplantation or gene administration. In addition, when a substance having such an action is a substance present in the body, it is considered possible to evaluate the state of cell proliferation and differentiation by targeting this substance.

このような観点から、細胞の増殖や分化を促進しる細胞培養システムの開発が期待されている。   From this point of view, development of a cell culture system that promotes cell proliferation and differentiation is expected.

特開2008-29317号公報JP 2008-29317 A 国際公開2005/035014号公報International Publication No. 2005/035014

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、骨分化を促進することが可能な培地を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the culture medium which can accelerate | stimulate bone differentiation.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、アスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンといった公知の分化誘導剤に加えて、グルコサミノグリカンを含む培地で細胞を培養することにより、飛躍的に骨分化を促進しうることを見出した。また、本発明者らは、上記分化誘導剤に加えて骨形成因子を添加することで、骨分化をさらに促進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 investigations to solve the above problems, the present inventors have found that cells are cultured in a medium containing glucosaminoglycan in addition to known differentiation inducers such as ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone. It was found that bone differentiation can be dramatically promoted by culturing. Further, the present inventors have found that bone differentiation can be further promoted by adding an osteogenic factor in addition to the differentiation inducer, and have completed the present invention.

本発明は、より詳しくは、以下の発明を提供するものである。   More specifically, the present invention provides the following inventions.

(1)グリコサミノグリカン、アスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンを含む、骨細胞への分化能力を有する細胞を骨細胞へ分化させるための培地。   (1) A medium for differentiating cells having the ability to differentiate into bone cells into bone cells, comprising glycosaminoglycan, ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone.

(2)グリコサミノグリカンが、ヘパリン、ヘパラン硫酸、またはそれらの塩である、(1)に記載の培地。   (2) The medium according to (1), wherein the glycosaminoglycan is heparin, heparan sulfate, or a salt thereof.

(3)さらに、骨形成因子を含む、(1)または(2)に記載の培地。   (3) The medium according to (1) or (2), further comprising an osteogenic factor.

(4)骨形成因子が、骨形成因子2(BMP-2)である、(3)に記載の培地。   (4) The medium according to (3), wherein the bone morphogenetic factor is bone morphogenetic factor 2 (BMP-2).

(5)(1)から(4)のいずれかに記載の培地で骨細胞への分化能力を有する細胞を培養することを含む、骨細胞への分化能力を有する細胞を骨細胞へ分化させる方法。   (5) A method for differentiating cells having the ability to differentiate into bone cells into bone cells, comprising culturing cells having the ability to differentiate into bone cells in the medium according to any one of (1) to (4) .

本発明の培地を用いることにより、骨分化を飛躍的に促進することが可能となった。   By using the culture medium of the present invention, it has become possible to dramatically promote bone differentiation.

ヘパラン硫酸ナトリウム塩を添加した分化誘導培地を用いた培養において、骨分化を検出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having detected bone differentiation in the culture | cultivation using the differentiation induction culture medium which added heparan sulfate sodium salt. ヘパラン硫酸ナトリウム塩およびrhBMP-2を添加した分化誘導培地を用いた培養において、骨分化を検出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having detected the bone differentiation in the culture | cultivation using the differentiation induction culture medium which added heparan sulfate sodium salt and rhBMP-2. ヘパリンナトリウム塩を添加した分化誘導培地を用いた培養において、骨分化を検出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having detected bone differentiation in the culture | cultivation using the differentiation induction culture medium which added heparin sodium salt. ヘパラン硫酸ナトリウム塩固定化プレート上での、rhBMP-2を添加した分化誘導培地を用いた培養において、骨分化を検出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having detected bone differentiation in the culture | cultivation using the differentiation induction culture medium which added rhBMP-2 on the heparan sulfate sodium salt fixed plate.

本発明は、グリコサミノグリカン、アスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンを含む、骨細胞への分化能力を有する細胞を骨細胞へ分化させるための培地を提供する。   The present invention provides a medium for differentiating cells that have the ability to differentiate into bone cells, comprising glycosaminoglycan, ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone into bone cells.

本発明の培地を用いて骨細胞へ分化させる「骨細胞への分化能力を有する細胞」としては、例えば、骨芽細胞、骨前駆細胞、間葉系細胞(間葉系幹細胞を含む)、それらの細胞株(例えば、MC3T3-E1、C3H10T1/2)、骨以外の組織から採取される、組織幹細胞または分化能力を持つ幹細胞若しくは前駆細胞などが挙げられる。   Examples of “cells having the ability to differentiate into bone cells” using the medium of the present invention include osteoblasts, osteoprogenitor cells, mesenchymal cells (including mesenchymal stem cells), and the like. Cell lines (for example, MC3T3-E1, C3H10T1 / 2), tissue stem cells collected from tissues other than bone, stem cells or progenitor cells having differentiation ability, and the like.

これら細胞を培養するための本発明の培地における「グリコサミノグリカン」としては、公知の分化誘導剤であるアスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンとともに培地に添加することによって、骨細胞への分化を促進しうるものであれば特に制限はない。培地に添加するグリコサミノグリカンとしては、例えば、ヘパリン、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヒアルロン酸、コンドロイチン、またはそれらの塩が挙げられるが、好ましくは、ヘパリン、ヘパラン硫酸、またはそれらの塩である。その由来(動物単離部位、あるいは単離方法など)と調製方法には関係なく、各種の硫酸化多糖を本発明に用いることができる。   “Glycosaminoglycan” in the culture medium of the present invention for culturing these cells is added to the medium together with known differentiation inducers ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone, to the bone cells. There is no particular limitation as long as it can promote differentiation. Examples of the glycosaminoglycan added to the medium include heparin, heparan sulfate, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, hyaluronic acid, chondroitin, or a salt thereof, preferably heparin, heparan sulfate, or a salt thereof. It is. Regardless of its origin (animal isolation site or isolation method) and preparation method, various sulfated polysaccharides can be used in the present invention.

グルコサミノグリカンの培地における濃度は適宜設定することができるが、通常、0.1〜100μg/mLであり、好ましくは1〜20μg/mLである。グリコサミノグリカンは、本実施例に示すように、培地に添加して培地中の成分とすることもできるが、培養器に結合させ、当該培養器に培地を入れることにより、培地中の成分とすることもできる。グリコサミノグリカンの培養器への結合方法は、単なるコーティング法および化学結合法の両方を用いることができる。化学結合法は、培養器の表面に化学処理および物理処理を施すことにより実施できるが、これら処理を施さない方法でもよい。化学結合法としては公知の化学結合法を利用することができる。   The concentration of glucosaminoglycan in the medium can be appropriately set, but is usually 0.1 to 100 μg / mL, preferably 1 to 20 μg / mL. As shown in this example, glycosaminoglycan can be added to a medium to be a component in the medium. It can also be. As a method for binding glycosaminoglycan to an incubator, both a simple coating method and a chemical bonding method can be used. The chemical bonding method can be performed by performing chemical treatment and physical treatment on the surface of the incubator, but may be a method in which these treatments are not performed. As the chemical bonding method, a known chemical bonding method can be used.

グルコサミノグリカンと併用する公知の分化誘導剤であるアスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンの培地における濃度は適宜設定することができるが、アスコルビン酸は、通常、1〜1000μg/mLであり、好ましくは10〜100μg/mLであり、β-グリセロフォスフェートは、通常、0.1〜100mMであり、好ましくは1〜20mMであり、デキサメタゾンは、通常、5x10-9〜5x10-8Mであり、好ましくは2x10-9〜2x10-8Mである。 The concentrations of ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone, which are known differentiation inducers used in combination with glucosaminoglycan, in the medium can be appropriately set. Ascorbic acid is usually 1 to 1000 μg / mL. Yes, preferably 10-100 μg / mL, β-glycerophosphate is usually 0.1-100 mM, preferably 1-20 mM, and dexamethasone is usually 5 × 10 −9 to 5 × 10 −8 M And preferably 2 × 10 −9 to 2 × 10 −8 M.

本発明の培地においては、さらに骨形成因子を添加することにより、骨細胞への分化をさらに促進することができる。培地に添加する「骨形成因子」としては、グリコサミノグリカン、アスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンとともに培地に添加することによって、骨細胞への分化を促進しうるものであれば特に制限はない。培地に添加する骨形成因子としては、例えば、骨形成因子2(BMP-2)、骨形成因子3(BMP-3)、骨形成因子4(BMP-4)、骨形成因子7(BMP-7)が挙げられるが、好ましくは、骨形成因子2(BMP-2)である。   In the culture medium of the present invention, differentiation into bone cells can be further promoted by further adding an osteogenic factor. As the “bone forming factor” to be added to the medium, any substance that can promote differentiation into bone cells when added to the medium together with glycosaminoglycan, ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone is particularly useful. There is no limit. Examples of bone morphogenetic factors added to the medium include bone morphogenetic factor 2 (BMP-2), bone morphogenetic factor 3 (BMP-3), bone morphogenetic factor 4 (BMP-4) and bone morphogenetic factor 7 (BMP-7) Preferably, it is bone morphogenetic factor 2 (BMP-2).

骨形成因子の培地における濃度は適宜設定することができるが、例えば、BMP-2の場合、通常、1〜500ng/mLであり、好ましくは5〜200ng/mLである。   The concentration of the osteogenic factor in the medium can be appropriately set. For example, in the case of BMP-2, it is usually 1 to 500 ng / mL, preferably 5 to 200 ng / mL.

本発明の培地においては、上記の成分以外は、公知の哺乳動物細胞用の基本培地に用いられる成分と同様の成分を用いることができる。本発明の培地に用いることができる周知の基本培地としては、例えば、アルファイーグル基本培地(αMEM)、イーグル基本培地(MEM)、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、ハムのF−12培地およびF-10培地、間葉系細胞基本培地(MSCBM)などが挙げられる。   In the medium of the present invention, the same components as those used in known basic media for mammalian cells can be used other than the above components. Well-known basal media that can be used for the medium of the present invention include, for example, Alpha Eagle basal medium (αMEM), Eagle basal medium (MEM), Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM), Ham's F-12 medium and F- 10 medium, mesenchymal cell basic medium (MSCBM) and the like.

本発明の培地においては、これら基本培地に含まれている各種アミノ酸、各種ビタミン類、各種無機塩類などを含むことができ、さらに他の成分を含むこともできる。   The medium of the present invention can contain various amino acids, various vitamins, various inorganic salts and the like contained in these basic media, and can further contain other components.

本発明の培地に含まれるアミノ酸類としては、例えば、L-アラニン、L-アルギニン、L-アスパラギン、L-アスパラギン酸、L-システイン、L-シスチン、L-グルタミン酸、L-グルタミン、グリシン、L-ヒスチジン、L-イソロイシン、L-ロイシン、L-リジン、L-メチオニン、L-フェニルアラニン、L-プロリン、L-セリン、L-スレオニン、L-トリプトファン、L-チロシン、L-バリンを挙げることができる。   Examples of the amino acids contained in the medium of the present invention include L-alanine, L-arginine, L-asparagine, L-aspartic acid, L-cysteine, L-cystine, L-glutamic acid, L-glutamine, glycine, L -Histidine, L-isoleucine, L-leucine, L-lysine, L-methionine, L-phenylalanine, L-proline, L-serine, L-threonine, L-tryptophan, L-tyrosine, L-valine it can.

無機塩類としては、例えば、塩化カルシウム、硫酸銅、硝酸鉄(III)、硫酸鉄、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、硫酸亜鉛を挙げることができる。   Examples of inorganic salts include calcium chloride, copper sulfate, iron (III) nitrate, iron sulfate, magnesium chloride, magnesium sulfate, potassium chloride, sodium bicarbonate, sodium chloride, disodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, Mention may be made of zinc sulfate.

ビタミン類としては、例えば、ビオチン、コリン、ビタミンB12、葉酸、イノシトール、ニコチンアミド、パントテン酸、ビタミンB6、ビタミンB2、ビタミンB1などを挙げることができる。   Examples of vitamins include biotin, choline, vitamin B12, folic acid, inositol, nicotinamide, pantothenic acid, vitamin B6, vitamin B2, and vitamin B1.

本発明の培地においては、血清(例えば、ウシ胎児血清、自己血清、合成血清)を含んでいてもよく、また無血清若しくは低血清であってもよい。   The medium of the present invention may contain serum (for example, fetal calf serum, autoserum, synthetic serum), and may be serum-free or low serum.

本発明の培地に添加する他の成分としては、繊維芽細胞増殖因子(FGF)、上皮細胞増殖因子(EGF)などの増殖因子、ペニシリン、ストレプトマイシン、ゲンタマイシン、カナマイシンなどの抗生物質、グルコースなどの炭素源、ヒポキサンチン、ピルビン酸ナトリウム、チミジン、フェノールスルホンフタレイン、プトレシンジヒドロクロリドなどが挙げられるが、これらに制限されない。   Other components added to the medium of the present invention include growth factors such as fibroblast growth factor (FGF) and epithelial cell growth factor (EGF), antibiotics such as penicillin, streptomycin, gentamicin and kanamycin, and carbon such as glucose. Sources, hypoxanthine, sodium pyruvate, thymidine, phenolsulfonephthalein, putrescine dihydrochloride, and the like.

本発明は、また、上記培地で骨細胞への分化能力を有する細胞を培養することを含む、骨細胞への分化能力を有する細胞を骨細胞へ分化させる方法を提供する。   The present invention also provides a method for differentiating cells having the ability to differentiate into bone cells into bone cells, comprising culturing cells having the ability to differentiate into bone cells in the medium.

培養条件については、上記培地を用いること以外は、通常の条件を用いることができる。培養は、例えば、37℃、5%CO2の環境下で行うことができる。また、3〜4日に一度培地交換を行うと好ましい。分化誘導に必要な培養期間は、分化誘導に用いる細胞の種類等に応じて適宜設定することができる。通常、2〜3週間程度で骨細胞へ分化させることができる。 As for the culture conditions, normal conditions can be used except that the above medium is used. The culture can be performed, for example, in an environment of 37 ° C. and 5% CO 2 . Further, it is preferable to change the medium once every 3 to 4 days. The culture period required for differentiation induction can be appropriately set according to the type of cells used for differentiation induction. Usually, it can be differentiated into bone cells in about 2 to 3 weeks.

骨細胞への分化は、例えば、カルシウムの沈着やアルカリフォスファターゼ活性を指標に検出することができる。これらの検出には、市販のキット、例えば、カルシウム測定キット(カルシウムC-テストワコー、和光純薬工業株式会社)やアルカリホスファターゼ測定キット(ラボアッセイTMALP、和光純薬)を用いることができる。 Differentiation into bone cells can be detected using, for example, calcium deposition or alkaline phosphatase activity as an indicator. For these detections, commercially available kits such as a calcium measurement kit (Calcium C-Test Wako, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and an alkaline phosphatase measurement kit (Lab Assay TM ALP, Wako Pure Chemical) can be used.

なお、骨細胞への分化能力を有する細胞は、上記の分化誘導培地で培養する前に、上記の分化誘導成分を含まない通常の培地に播種し、2〜4日間培養することが好ましい。   In addition, it is preferable to seed | inoculate the cell which has the differentiation ability to a bone cell to the normal culture medium which does not contain said differentiation-inducing component, and to culture | cultivate for 2 to 4 days, before culturing with said differentiation-inducing medium.

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

[実施例1] ヘパラン硫酸ナトリウム塩を添加した分化誘導培地
マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた24ウェルプレート(Corning社製)に1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mM、デキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8Mおよびヘパラン硫酸ナトリウム塩(生化学工業株式会社)10μg/mLとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で2週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。
[Example 1] Differentiation induction medium supplemented with heparan sulfate sodium salt Mouse-derived osteoprogenitor cells MC3T3-E1 were placed in a 24-well plate (manufactured by Corning) containing medium supplemented with 10% fetal bovine serum in α-MEM. The cells were seeded at 1.25 × 10 4 cells / well and cultured at 37 ° C. for 2 days in a 5% CO 2 incubation. Ascorbic acid (Nacalai Tesque, Inc.) 50 [mu] g / mL, beta-glycerophosphate (SIGMA Co.) 10 mM, dexamethasone (Nacalai Tesque, Inc.) and 10 -8 M and heparan sulfate sodium salt (Seikagaku Corporation) 10 [mu] g / mL In this way, it was added to the culture medium to start induction of bone differentiation. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 2 weeks in a 5% CO 2 incubation.

[実施例2] ヘパラン硫酸ナトリウム塩およびrhBMP-2を添加した分化誘導培地
マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた24ウェルプレート(Corning社製)に1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mM、デキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8M、ヘパラン硫酸ナトリウム塩(生化学工業株式会社)10μg/mLおよびrhBMP-2 10ng/mLとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で2週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。
[Example 2] Differentiation induction medium supplemented with heparan sulfate sodium salt and rhBMP-2 Mouse-derived osteoprogenitor cells MC3T3-E1 were added to a 24-well plate (Corning) containing medium supplemented with 10% fetal bovine serum in α-MEM. The cells were seeded at 1.25 × 10 4 cells / well and cultured at 37 ° C. for 2 days in a 5% CO 2 incubation. Ascorbic acid (Nacalai Tesque) 50 μg / mL, β-glycerophosphate (SIGMA) 10 mM, Dexamethasone (Nacalai Tesque) 10 -8 M, Heparan sulfate sodium salt (Seikagaku Corporation) 10 μg / mL and Induction of bone differentiation was started by adding rhBMP-2 at 10 ng / mL to the medium. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 2 weeks in a 5% CO 2 incubation.

[実施例3] ヘパリンナトリウム塩を添加した分化誘導培地
マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた24ウェルプレート(Corning社製)に1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mM、デキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8Mおよびヘパリンナトリウム塩(和光純薬工業株式会社)10μg/mLとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で2週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。
[Example 3] Differentiation-inducing medium supplemented with heparin sodium salt Mouse-derived bone progenitor cells MC3T3-E1 were added to a 24-well plate (manufactured by Corning) in a medium containing α-MEM plus 10% fetal bovine serum. The cells were seeded at 10 4 cells / well and cultured at 37 ° C. for 2 days in a 5% CO 2 incubation. Ascorbic acid (Nacalai Tesque, Inc.) 50μg / mL, β- glycerophosphate (SIGMA Co.) 10 mM, and dexamethasone (Nacalai Tesque, Inc.) 10 -8 M and heparin sodium salt (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 10 [mu] g / mL In this way, it was added to the culture medium to start induction of bone differentiation. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 2 weeks in a 5% CO 2 incubation.

[実施例4] ヘパラン硫酸ナトリウム塩固定化プレートにおける、rhBMP-2を添加した分化誘導培地での培養
24ウェルプレート(住友ベークライト株式会社)を10分間酸素プラズマ処理し、UV照射した。DMT-MM(10当量/COOH、和光純薬工業株式会社)およびエチレンジオキシビスエチルアミン(50当量/COOH、SIGMA社製)の水溶液100μL/ウェルを加え、室温で2時間反応させた。滅菌水500μL/ウェルで2回洗浄後、DMT-MM(3当量/COOH)およびヘパラン硫酸ナトリウム塩(7μg/ウェル、生化学工業株式会社)の水溶液100μL/ウェルを加え、室温で2時間反応させた。1M NaCl in PBS(-)を100μL/ウェル加えて10min静置し除去後、さらに300μL/ウェルで洗浄し、PBS(-)500μL/ウェルで2回洗浄した。
[Example 4] Culture in differentiation induction medium supplemented with rhBMP-2 in heparan sulfate sodium salt fixed plate
A 24-well plate (Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was treated with oxygen plasma for 10 minutes and then irradiated with UV. 100 μL / well of an aqueous solution of DMT-MM (10 equivalents / COOH, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and ethylenedioxybisethylamine (50 equivalents / COOH, manufactured by SIGMA) was added and reacted at room temperature for 2 hours. After washing twice with 500 μL / well of sterilized water, add 100 μL / well of an aqueous solution of DMT-MM (3 eq / COOH) and heparan sulfate sodium salt (7 μg / well, Seikagaku Corporation), and react at room temperature for 2 hours. It was. 1 M NaCl in PBS (−) was added at 100 μL / well, left to stand for 10 min, removed, and then washed with 300 μL / well and washed twice with PBS (−) 500 μL / well.

マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた上述のヘパラン硫酸固定化24ウェルプレートに1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mM、デキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8MおよびrhBMP-2 100ng/mLとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で1週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。 Mouse-derived bone progenitor cells MC3T3-E1 were seeded at 1.25 × 10 4 cells / well in the above-mentioned heparan sulfate-fixed 24-well plate containing medium containing 10% fetal bovine serum in α-MEM, The cells were cultured at 37 ° C. for 2 days in a% CO 2 incubation. Ascorbic acid (Nacalai Tesque) 50 μg / mL, β-glycerophosphate (SIGMA) 10 mM, Dexamethasone (Nacalai Tesque) 10 -8 M and rhBMP-2 100 ng / mL bone added to the medium Differentiation induction was started. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 1 week in a 5% CO 2 incubation.

[比較例1] 分化誘導培地
マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた24ウェルプレート(Corning社製)に1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mMおよびデキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8Mとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で2週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。
[Comparative Example 1] Differentiation induction medium 1.25 × 10 4 cells / well in 24-well plate (manufactured by Corning) containing mouse-derived bone progenitor cells MC3T3-E1 and 10% fetal bovine serum in α-MEM And cultured at 37 ° C. for 2 days in a 5% CO 2 incubation. Bone differentiation induction was started by adding to the medium so that ascorbic acid (Nacalai Tesque) 50 μg / mL, β-glycerophosphate (SIGMA) 10 mM, and dexamethasone (Nacalai Tesque) 10 −8 M were added. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 2 weeks in a 5% CO 2 incubation.

[比較例2] rhBMP-2を添加した分化誘導培地
マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた24ウェルプレート(Corning社製)に1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mM、デキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8MおよびrhBMP-2 10ng/mLとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で2週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。
[Comparative Example 2] Differentiation induction medium supplemented with rhBMP-2 Mouse-derived bone precursor cells MC3T3-E1 were added to a 24-well plate (manufactured by Corning) in a medium containing α-MEM plus 10% fetal bovine serum. The cells were seeded at 10 4 cells / well and cultured at 37 ° C. for 2 days in a 5% CO 2 incubation. Ascorbic acid (Nacalai Tesque) 50 μg / mL, β-glycerophosphate (SIGMA) 10 mM, Dexamethasone (Nacalai Tesque) 10 -8 M and rhBMP-2 10 ng / mL are added to the medium. Differentiation induction was started. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 2 weeks in a 5% CO 2 incubation.

[比較例3] 分化誘導培地
マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた24ウェルプレート(Corning社製)に1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mMおよびデキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8Mとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で2週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。
[Comparative Example 3] Differentiation induction medium 1.25 × 10 4 cells / well in a 24-well plate (Corning) containing mouse-derived bone progenitor cells MC3T3-E1 and α-MEM plus 10% fetal bovine serum And cultured at 37 ° C. for 2 days in a 5% CO 2 incubation. Bone differentiation induction was started by adding to the medium so that ascorbic acid (Nacalai Tesque) 50 μg / mL, β-glycerophosphate (SIGMA) 10 mM, and dexamethasone (Nacalai Tesque) 10 −8 M were added. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 2 weeks in a 5% CO 2 incubation.

[比較例4] 滅菌水処理プレートにおける、rhBMP-2を添加した分化誘導培地での培養
24ウェルプレート(住友ベークライト株式会社)を10分間酸素プラズマ処理し、UV照射した。滅菌水100μL/ウェルを加え、室温で2時間静置した。滅菌水500μL/ウェルで2回洗浄後、滅菌水100μL/ウェルをさらに加え、室温で2時間静置した。1M NaCl in PBS(-)を100μL/ウェル加えて10分間静置し除去後、さらに300μL/ウェルで洗浄し、PBS(-)500μL/ウェルで2回洗浄した。
[Comparative Example 4] Culturing in a differentiation induction medium supplemented with rhBMP-2 in a sterilized water-treated plate
A 24-well plate (Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was treated with oxygen plasma for 10 minutes and then irradiated with UV. Sterile water (100 μL / well) was added and allowed to stand at room temperature for 2 hours. After washing twice with 500 μL / well of sterilized water, 100 μL / well of sterilized water was further added, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 2 hours. 1 M NaCl in PBS (−) was added at 100 μL / well, left to stand for 10 minutes, removed, and then washed with 300 μL / well and washed twice with PBS (−) 500 μL / well.

マウス由来骨前駆細胞MC3T3-E1を、α-MEMに10%ウシ胎児血清を加えた培地を入れた上述の24ウェルプレートに1.25×104細胞/ウェルとなるよう播種し、5%CO2インキュベート内で2日間、37℃で培養した。アスコルビン酸(ナカライテスク株式会社)50μg/mL、β-グリセロホスフェート(SIGMA社製)10mM、デキサメタゾン(ナカライテスク株式会社)10-8MおよびrhBMP-2 100ng/mLとなるように培地に添加し骨分化誘導を開始した。3〜4日に一度培地交換を行い、5%CO2インキュベート内で1週間、37℃で培養し、細胞および培養上清をサンプリングした。 Mouse-derived bone progenitor cells MC3T3-E1 were seeded in the above-mentioned 24-well plate containing α-MEM plus 10% fetal bovine serum to 1.25 × 10 4 cells / well and incubated with 5% CO 2 Incubated for 2 days at 37 ° C. Ascorbic acid (Nacalai Tesque) 50 μg / mL, β-glycerophosphate (SIGMA) 10 mM, Dexamethasone (Nacalai Tesque) 10 -8 M and rhBMP-2 100 ng / mL bone added to the medium Differentiation induction was started. The medium was changed once every 3 to 4 days, and the cells and the culture supernatant were sampled by culturing at 37 ° C. for 1 week in a 5% CO 2 incubation.

[評価方法] カルシウム沈着量の測定
サンプリングした細胞を溶液(3M塩化ナトリウム(和光純薬工業株式会社)、0.3Mクエン酸三ナトリウム(ナカライテスク株式会社)、200mg/Lドデシル硫酸ナトリウム(ナカライテスク株式会社))に溶解させ、等量の1MHCL水溶液(ナカライテスク株式会社)を加えて4℃で4時間以上静置した後、カルシウム測定キット(カルシウムC-テストワコー、和光純薬工業株式会社)を用いてカルシウム沈着量を測定した。マイクロプレートリーダー(VERSAmax、Molecular Devices)で570nmの吸光度を測定し得られた値を細胞数で割り、細胞あたりのカルシウム沈着量を求めた。
[Evaluation Method] Measurement of Calcium Deposition Amounts of sampled cells in solution (3M sodium chloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.3M trisodium citrate (Nacalai Tesque), 200mg / L sodium dodecyl sulfate (Nacalai Tesque) Company)), add an equal volume of 1MHCL aqueous solution (Nacalai Tesque Co., Ltd.) and let stand at 4 ° C for 4 hours or longer, and then add a calcium measurement kit (Calcium C-Test Wako, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Used to measure the amount of calcium deposition. Absorbance at 570 nm was measured with a microplate reader (VERSAmax, Molecular Devices), and the value obtained was divided by the number of cells to determine the amount of calcium deposition per cell.

その結果、アスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンといった公知の分化誘導剤に加えて、ヘパラン硫酸ナトリウムやヘパリンナトリウム塩を含む培地で培養することにより、飛躍的に骨分化が促進された(図1、3)。また、培地にさらにrhBMP-2を添加することで、骨分化がさらに促進された(図2)。ヘパラン硫酸ナトリウム塩の培地への添加に代えて、ヘパラン硫酸ナトリウム塩固定化プレートを用いることによっても、骨分化を促進することができた(図4)。   As a result, in addition to known differentiation inducers such as ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone, bone differentiation was dramatically promoted by culturing in a medium containing sodium heparan sulfate or heparin sodium salt ( 1 and 3). Further, the addition of rhBMP-2 to the medium further promotes bone differentiation (FIG. 2). Bone differentiation could also be promoted by using a heparan sulfate sodium salt-immobilized plate instead of addition of heparan sulfate sodium salt to the medium (FIG. 4).

本発明の培地によれば、骨分化を飛躍的に促進することが可能であるため、本発明は、例えば、骨分化に関する研究や骨細胞の移植による医療などに、大きく貢献しうるものである。   According to the culture medium of the present invention, it is possible to dramatically promote bone differentiation. Therefore, the present invention can greatly contribute to, for example, research on bone differentiation and medical treatment by bone cell transplantation. .

Claims (5)

グリコサミノグリカン、アスコルビン酸、β-グリセロフォスフェート、およびデキサメタゾンを含む、骨細胞への分化能力を有する細胞を骨細胞へ分化させるための培地。   A medium for differentiating cells capable of differentiating into bone cells into bone cells, comprising glycosaminoglycan, ascorbic acid, β-glycerophosphate, and dexamethasone. グリコサミノグリカンが、ヘパリン、ヘパラン硫酸、またはそれらの塩である、請求項1に記載の培地。   The medium according to claim 1, wherein the glycosaminoglycan is heparin, heparan sulfate, or a salt thereof. さらに、骨形成因子を含む、請求項1または2に記載の培地。   Furthermore, the culture medium of Claim 1 or 2 containing an osteogenic factor. 骨形成因子が、骨形成因子2(BMP-2)である、請求項3に記載の培地。   The culture medium according to claim 3, wherein the bone morphogenetic factor is bone morphogenetic factor 2 (BMP-2). 請求項1から4のいずれかに記載の培地で骨細胞への分化能力を有する細胞を培養することを含む、骨細胞への分化能力を有する細胞を骨細胞へ分化させる方法。   A method for differentiating cells having the ability to differentiate into bone cells into bone cells, comprising culturing cells having the ability to differentiate into bone cells in the medium according to any one of claims 1 to 4.
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