JP2013504303A - Lung tissue model - Google Patents

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Abstract

本発明は、人工的スキャフォールドを含まない人工組織スキャフォールドフリーの3次元肺モデル組織培養物を提供する。健康肺組織及び疾患組織の3次元モデルが利用可能である。本発明による製品は、例えば、組織培養物、そのような培養物を含むプレートもしくはアレイ、またはキットの形態で市販することができる。本発明は、肺組織に対する化合物の効果について試験するためや、薬物をスクリーニング、試験及び/または評価するための医学的及び科学的研究において、また、肺疾患の診断において適用可能である。
【選択図】なし
The present invention provides an artificial tissue scaffold-free three-dimensional lung model tissue culture that does not include an artificial scaffold. Three-dimensional models of healthy lung tissue and diseased tissue are available. The products according to the invention can be marketed, for example, in the form of tissue cultures, plates or arrays containing such cultures, or kits. The present invention is applicable for testing the effects of compounds on lung tissue, in medical and scientific studies for screening, testing and / or evaluating drugs, and in the diagnosis of lung diseases.
[Selection figure] None

Description

本発明は、人工的スキャフォールドを含まない人工3次元肺モデル組織培養物に関する。健康肺組織及び疾患組織の3次元モデルを含む。本発明による製品は、例えば、組織培養物、そのような培養物を含むプレートもしくはアレイ、またはキットの形態で市販することができる。本発明は、肺組織に対する化合物の効果について試験するため、また、薬物をスクリーニング、試験及び/または評価するための医学的及び科学的研究、また、ある場合には肺疾患の診断において適用できる。   The present invention relates to an artificial three-dimensional lung model tissue culture that does not contain an artificial scaffold. Includes 3D models of healthy lung tissue and diseased tissue. The products according to the invention can be marketed, for example, in the form of tissue cultures, plates or arrays containing such cultures, or kits. The present invention can be applied to test for the effect of a compound on lung tissue, in medical and scientific studies for screening, testing and / or evaluating drugs, and in some cases in the diagnosis of lung disease.

組織工学は、損傷した組織を修復するか、置換するかまたは再生させることを目指す、急速に発展している生物医学研究の分野である。最近の失敗に終わっている第II相の臨床薬試験(例えば、TGN1412)の事象のために、組織工学のさらなる目的には、薬学的化合物の安全性試験と効力試験のためのヒト組織モデルの作製が含まれる。一般的な及び本発明者らのモデルにおける組織工学は特に、自己集合の一例である生物学的形態形成を利用している。   Tissue engineering is a rapidly developing field of biomedical research that aims to repair, replace, or regenerate damaged tissue. Because of the recent failure of Phase II clinical drug trials (eg, TGN1412), additional objectives of tissue engineering include the use of human tissue models for safety and efficacy testing of pharmaceutical compounds. Production is included. Tissue engineering in general and in our model specifically utilizes biological morphogenesis, which is an example of self-assembly.

細胞工学及び組織工学は、今日、いくつかの観点から追求されている。一態様では、それは、細胞生物学及び生理学に対するさらに深い洞察を得るために使用される。   Cell engineering and tissue engineering are now being pursued from several perspectives. In one aspect, it is used to gain deeper insight into cell biology and physiology.

組織工学研究では、2つの主な方向:組織スキャフォールドベースのシステム及び組織スキャフォールドフリーのシステムが開発されている。スキャフォールドベースのシステムが、ほとんどの場合、生分解性スキャフォールド材料を用いて人工的な3D構造を提供して、細胞相互作用を容易にするのに対し、スキャフォールドフリーのシステムは、直接的な細胞と細胞の相互作用を可能にし、かつ細胞が、そのモデルにおいて細胞が分泌したスキャフォールド材料の上で増殖することを可能にする。   In tissue engineering research, two main directions have been developed: tissue scaffold-based systems and tissue scaffold-free systems. While scaffold-based systems in most cases provide artificial 3D structures using biodegradable scaffold materials to facilitate cell interaction, scaffold-free systems are directly Cell-cell interaction and allows the cell to grow on the scaffold material secreted by the cell in the model.

特許文献1「Three dimensional in vitro model of human preneoplastic breast disease」では、薬をスクリーニングするための前癌性乳房疾患のモデルとして有用な3次元インビトロ細胞培養システムが開示されている。そのモデルは、増殖因子、エストロゲンなどのようなさらなる添加剤を含む培地中の再構成された基底膜上で乳房起源の前癌性上皮細胞、内皮細胞及び乳房線維芽細胞を共培養することによって調製される。したがって、この溶液中では、基底膜、好ましくはマトリゲル(登録商標)が組織スキャフォールドとして使用される。その説明によれば、このシステムでは、分岐した管胞単位血管系のネットワークは、約3〜7日以内に形成される。   Patent Document 1 “Three dimensional in vitro model of human prenoplastic breast disease” discloses a three-dimensional in vitro cell culture system useful as a model of precancerous breast disease for screening drugs. The model is by co-culturing pre-cancerous epithelial cells, endothelial cells and breast fibroblasts of breast origin on reconstituted basement membranes in media containing additional additives such as growth factors, estrogens, etc. Prepared. Therefore, in this solution, the basement membrane, preferably Matrigel®, is used as the tissue scaffold. According to the description, in this system, a network of branched vesicular unit vasculature is formed within about 3-7 days.

このシステムは、乳房に関するものであって、肺に関するものではなく、その方法で肺培養物を作製するための示唆はない。   This system is about the breast, not the lung, and there is no suggestion to make a lung culture in that way.

特許文献2「Engineered animal tissue」の開示では、微小血管内皮細胞が成人の肺から得られ、3次元コラーゲンゲル中に存在するヒト真皮線維芽細胞の2つの層の間に置かれた。その結果、サンドイッチ構造が形成された。   In the disclosure of Patent Document 2 “Engineered animal tissue”, microvascular endothelial cells were obtained from an adult lung and placed between two layers of human dermal fibroblasts present in a three-dimensional collagen gel. As a result, a sandwich structure was formed.

血管内皮細胞はヒトの肺から得られたが、この方法で調製された人工的な組織は、ヒトの皮膚に類似していた。そのため、実際には、それを肺組織モデルとみなすことはできない。   Vascular endothelial cells were obtained from human lungs, but the artificial tissue prepared by this method was similar to human skin. Therefore, in practice, it cannot be regarded as a lung tissue model.

特許文献3「Fetal pulmonary cells and uses thereof」では、胎仔マウスの上皮細胞、内皮細胞及び間質細胞に基づく3D組織様調製物が教示されている。著者らは、人工肺を得るためにマウス胚性肺細胞を調製に使用し、3D組織様調製物に対するスクリーニングを行なった。マトリックスとして、ハイドロゲルのマトリゲル(商標)を用いて、適切な細胞−細胞相互作用を樹立させた。その記載から、上皮細胞と線維芽細胞を共培養したときに、線維芽細胞の異常増殖が起こったように思われる。   In US Pat. No. 6,099,059, “Fetal plumbly cells and uses thereof” teach 3D tissue-like preparations based on epithelial cells, endothelial cells and stromal cells of fetal mice. The authors used mouse embryonic lung cells for preparation to obtain an artificial lung and screened for 3D tissue-like preparations. Appropriate cell-cell interactions were established using Matrigel ™ hydrogel as the matrix. From the description, it seems that when the epithelial cells and fibroblasts were co-cultured, abnormal proliferation of fibroblasts occurred.

特許文献4「Engineered lung tissue construction for high throughput toxicity screening and drug discovery」は、胎仔肺細胞と、生体適合性材料でできた組織スキャフォールドと、好ましくは線維芽細胞増殖因子とを含む肺組織モデル調製物に関する。胎仔肺細胞は、上皮細胞、内皮細胞及び間質細胞を含む。いくつかの適用可能な生体適合性材料が列挙されている。   Patent document 4 “Engineered Lung tissue construction for high throughput toxity screening and drug discovery” includes a fetal lung cell, a tissue scaffold comprising a lung tissue, a biocompatible material and a tissue scaffold. Related to things. Fetal lung cells include epithelial cells, endothelial cells and stromal cells. Several applicable biocompatible materials are listed.

特許文献5「Replication of biological tissue」では、微小重力環境下での人工的な3D組織の調製が提案されている。組織はヒト乳癌細胞をベースにしていて、乳癌モデルとして有用である。回転するバイオリアクターチャンバーの中で、3Dの回転楕円構造が形成されるまで結合組織細胞をまず培養し、次に、この培養物に順次、内皮細胞と上皮細胞を添加する。この教示は理論上のものであり、細胞を培養するためのプロトコル及び培養物を処理するためのプロトコルは提供されているが、実際の実験結果は開示されていないことに留意すべきである。   Patent Document 5 “Replication of biological tissue” proposes the preparation of an artificial 3D tissue in a microgravity environment. The tissue is based on human breast cancer cells and is useful as a breast cancer model. In a rotating bioreactor chamber, connective tissue cells are first cultured until a 3D spheroidal structure is formed, and then endothelial and epithelial cells are sequentially added to the culture. It should be noted that this teaching is theoretical and provides a protocol for culturing cells and a protocol for processing cultures, but does not disclose actual experimental results.

非特許文献1は、文書で十分に立証されている正常な不死化肺細胞株を用いて、培養フラスコ中の従来の単層(ML)として及び回転壁容器中の3D培養物として増殖させた。これらの培養物と手術患者検体から採取した対照組織の間の分化及びマーカー発現の存在についての比較が研究された。著者らの目的は、既知の細胞株の従来の単層細胞培養物と3D細胞培養物の両方を開発することであった。   Non-Patent Document 1 was grown as a conventional monolayer (ML) in a culture flask and as a 3D culture in a rotating wall vessel, using a well-documented normal immortalized lung cell line. . A comparison of the differentiation and presence of marker expression between these cultures and control tissues taken from surgical patient specimens was studied. Our goal was to develop both conventional monolayer and 3D cell cultures of known cell lines.

最近、Kelly BeruBeとその共同研究者らは、安全性試験のためのヒト肺上皮の3D組織工学モデルを開発した。彼女らは、正常なヒト気管支上皮細胞[NHBE]を使用した。ヒトから得られた初代細胞を微多孔膜上で増殖させて、3次元(3D)細胞培養物を形成させた。3D培養物は、細胞間に、すなわち、活発な繊毛を有する細胞と粘液を産生及び分泌する細胞との間に、密着結合を形成した。これらの特徴は、ネイティブなヒト呼吸上皮組織で見られるものとよく似ていて、組織損傷に対するヒトの応答を正確に模倣すると考えられた。この培養物は、粘膜表面を形作る厚い細胞層を実際に形成する(非特許文献2)。   Recently, Kelly BeruBe and colleagues have developed a 3D tissue engineering model of human lung epithelium for safety testing. They used normal human bronchial epithelial cells [NHBE]. Primary cells obtained from humans were grown on microporous membranes to form three-dimensional (3D) cell cultures. 3D cultures formed tight junctions between cells, ie, cells with active cilia and cells that produce and secrete mucus. These features were very similar to those seen in native human respiratory epithelial tissue and were thought to accurately mimic the human response to tissue damage. This culture actually forms a thick cell layer that forms the mucosal surface (2).

肺モデルに関する文献がたくさんあるにもかかわらず、先行技術では、組織スキャフォールドベースの3次元モデルしか開示されておらず、少なくとも上皮細胞及び線維芽細胞を含む、簡単な組織スキャフォールドフリーの肺組織モデルは先行技術では開示されていないように思われる。   Despite a wealth of literature on lung models, the prior art only discloses a tissue scaffold-based three-dimensional model, and includes simple tissue scaffold-free lung tissue that includes at least epithelial cells and fibroblasts The model does not appear to be disclosed in the prior art.

驚くべきことに、本発明者らは、簡単な生化学的方法により、いくつかの側面で2次元システムまたはマトリックスをベースにしたシステムよりも好都合な組織スキャフォールドフリーの肺組織モデルシステムを迅速に作り出すことができることを見出した。本発明は、様々な試験ですぐに使えるモデル組織を提供する。このモデルは、正常な機能や疾患の進行を模倣するために様々な肺組織における細胞−細胞相互作用を研究するのに好適である。   Surprisingly, the inventors have quickly developed a tissue scaffold-free lung tissue model system that, in some aspects, is advantageous over two-dimensional systems or matrix-based systems by simple biochemical methods. I found out that it can be produced. The present invention provides a ready-to-use model organization for various tests. This model is suitable for studying cell-cell interactions in various lung tissues to mimic normal function and disease progression.

US2001/0055804A1号US2001 / 0055804A1 US2003/0109920号US2003 / 0109920 US2008/0112890号US2008 / 0112890 WO2008/100555号WO2008 / 100555 WO2004/046322号WO2004 / 046322

Vertrees,RA,Zwischenberger,JB et al.2008Vertrees, RA, Zwischenberger, JB et al. 2008 Hughes Tracy et al.2007Hughes Tracy et al. 2007 Nichols,J.E.and Cortiella J.2008Nichols, J. et al. E. and Cortiella J. et al. 2008 Lonza Venders,S.p.r.l.Pare Industriel de Petit−Rechain B−4800 Venders,Belgium;Biocenter Ltd.,Temesvari krt.62 H−6726 Szeged,Invitrogen Corporation(Life Technologies Corporation 5791 Van Allen Way,Carlsbad,California 92008 USAの1部門)Lonza Venders, S.M. p. r. l. Pare Industry de Petit-Rechain B-4800 Venders, Belgium; Biocenter Ltd. , Temsvari krt. 62 H-6726 Szeged, Invitrogen Corporation (Life Technologies Corporation 5791 Van Allen Way, Carlsbad, California 92008 USA) Zhang,Stappenbeck et al.2005Zhang, Snappenbeck et al. 2005 Hare,K.J.et al.1999Hare, K .; J. et al. et al. 1999 Neagu 2006Neagu 2006 De Moerlooze,Spencer−Dene et al.2000De Moerloze, Spencer-Dene et al. 2000 Crapo et al,1982Crapo et al, 1982 Nakahata and Toru 2002;Austen and Boyce,2001Nakahata and Toru 2002; Austin and Boyce, 2001 American Type Culture Collection(ATCC;Rockville,MD)American Type Culture Collection (ATCC; Rockville, MD) Wang,XQ,Li,H et al.2009Wang, XQ, Li, H et al. 2009 Honig,M.G.and R.I.Hume 1989Honig, M .; G. and R.R. I. Hume 1989 Wang,X.Q.,X.M.Duan,et al.2005Wang, X .; Q. , X. M.M. Duan, et al. 2005 D.J.Giardら 1973D. J. et al. Giard et al. 1973 http://www.atcc.org/ATCCAdvancedCatalogSearch/tabid/112/Default.aspx American Type Culture Collection(ATCC;Rockville,MD)http: // www. atcc. org / ATCCAdvancedCatalogSearch / tabid / 112 / Default. aspx American Type Culture Collection (ATCC; Rockville, MD) Wardlaw et al.2002Wardlaw et al. 2002 Honig and Hume 1989Honig and Hume 1989 CFSE Wang,Duan et al.2005CFSE Wang, Duan et al. 2005 「カドヘリン−スイッチ」Zeisberg M and E.G.Neilson 2009"Cadherin-switch" Zeisberg M and E.M. G. Neilson 2009 Dobbs,L.G. 1989Dobbs, L .; G. 1989 Alcorn,J.L.,et al. 1997Alcorn, J .; L. , Et al. 1997 Sherbet,G.V et al.2009Sherbet, G .; V et al. 2009 Guarino,M.et al.2009Guarino, M .; et al. 2009 Zeisberg,M.and E.G.Neilson,2009Zeisberg, M .; and E.E. G. Neilson, 2009 Seike,M.,et al.2009Seike, M .; , Et al. 2009 Belinsky et al.1992Belinsky et al. 1992 Wardlaw et al,Molecular Pharmacology,62,326−333 2002Wardlaw et al, Molecular Pharmacology, 62, 326-333 2002 Kramer,J.A.et al.2007Kramer, J .; A. et al. 2007 Innovative Medicine Research Initiative Strategic Research Agenda.2008,European Technology PlatformInnovative Medicine Research Initiative Strategic Research Agenda. 2008, European Technology Platform Alcorn,J.L.,et al.,(1997).Primary Cell Culture of Human Type II Pneumonocytes:Maintenance of a Differentiated Phenotype and Transfection with Recombinant Adenoviruses.Am.J.Respir.Cell Mol.Biol,17(6):p.672−682Alcorn, J .; L. , Et al. , (1997). Primary Cell Culture of Human Type II Pneumonocycles: Maintenance of a Differentiated Phenotype and Transfection with Recombinant Adenovirus. Am. J. et al. Respir. Cell Mol. Biol, 17 (6): p. 672-682 Belinsky et al.,(1992).Role of the alveolar type II cell in the development and progression of pulmonary tumors induced by 4−(methylnitrosamino)−1−(3 −pyridyl)−1−butanone in the A/J mouse.Cancer Res.52 3164−3173Belinsky et al. , (1992). Role of the alveolar type II cell in the development and progression of pulsed tumors induced by 4- (methylnitrosamino) -1- (3-pyrimidamino) Cancer Res. 52 3164-3173 Bellusci,S.,J.Grindley,et al.(1997).“Fibroblast growth factor 10(FGF10) and branching morphogenesis in the embryonic mouse lung.” Development.124(23):4867−4878Bellusci, S.M. , J .; Grindley, et al. (1997). “Fibroblast growth factor 10 (FGF10) and branching morphogenesis in the embryonic mouse lang.” Development. 124 (23): 4867-4878 Bruno,M.D.,R.J.Bohinski,et al.(1995).“Lung cell−specific expression of the murine surfactant protein A(SP−A) gene is mediated by interactions between the SP−A promoter and thyroid transcription factor− 1.” J.Biol.Chem.270:6531−6536Bruno, M.M. D. , R. J. et al. Bohinski, et al. (1995). “Lung cell-specific expression of the murine surfactant protein A (SP-A) gene is moderated by interacts--between the sprout and thirc. Biol. Chem. 270: 6531-6536 Cardoso,W.V.(2001).“Molecular regulation of lung development.” Annu Rev Physiol.63:471−494Cardoso, W.C. V. (2001). “Molecular regulation of lung development.” Annu Rev Physiol. 63: 471-494 Colvin,J.S.,A.C.White,et al.(2001).“Lung hypoplasia and neonatal death in Fgf9−null mice identify this gene as an essential regulator of lung mesenchyme.” Development 128(11):2095−2106Colvin, J.M. S. A. C. White, et al. (2001). “Lung hypoplasia and neonatal death in Fgf9-null mice identifying this gene as an essential regulator of lumen mesenchyme. Colvin,J.S.,B.Feldman,et al.(1999).“Genomic organization and embryonic expression of the mouse fibroblast growth factor 9 gene.” Dev Dyn.216(1):72−88Colvin, J.M. S. , B. Feldman, et al. (1999). “Genomic organization and embryonic expression of the mouse fibroblast growth factor 9 gene.” Dev Dyn. 216 (1): 72-88 De Moerlooze,L.,B.Spencer−Dene,et al.(2000).“An important role for the IIIb isoform of fibroblast growth factor receptor 2(FGFR2) in mesenchymal−epithelial signalling during mouse organogenesis.” Development 127(3):483−492De Moerloze, L .; , B. Spencer-Dene, et al. (2000). "An important role for the IIIb isoform of fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) in messencial-episealous mass3. Dobbs,L.G.,(1989).Pulmonary Surfactant.Annual Review of Medicine,40(1):p.431−446Dobbs, L .; G. , (1989). Pulmonary Surfactant. Annual Review of Medicine, 40 (1): p. 431-446 Giard D.J.et al.(1973).In vitro cultivation of human tumors:establishment of cell lines derived from a series of solid tumors.J.Natl.Cancer Inst.[Bethesda] 51:1417−1423Giard D. J. et al. et al. (1973). In vitro culture of human tumors: establishment of cell lines, derived from a series of solid tumors. J. et al. Natl. Cancer Inst. [Bethesda] 51: 1417-1423 Guarino,M.,A.Tosoni,and M.Nebuloni,(2009).Direct contribution of epithelium to organ fibrosis:epithelial−mesenchymal transition.Human Pathology,40(10):p.1365−1376Guarino, M .; A. Tosoni, and M.M. Nebuloni, (2009). Direct contribution of epithelium to organ fibrosis: epithelial-mesenchymal transition. Human Pathology, 40 (10): p. 1365-1376 Hare,KJ.,E.J.Jenkinson,and G.Anderson,(1999).In vitromodels of T cell development.Seminars in Immunology,11(1):p.3−12Hare, KJ. , E.C. J. et al. Jenkinson, and G.J. Anderson, (1999). In vitromodels of T cell development. Seminars in Immunology, 11 (1): p. 3-12 Hare,KJ.,E.J.Jenkinson,and G.Anderson,(1999).In vitromodels of T cell development.Seminars in Immunology,11(1):p.3−12Hare, KJ. , E.C. J. et al. Jenkinson, and G.J. Anderson, (1999). In vitromodels of T cell development. Seminars in Immunology, 11 (1): p. 3-12 Honig,M.G.and R.I.Hume(1989).“DiI and diO:versatile fluorescent dyes for neuronal labelling and pathway tracing.” Trends Neurosci.12(9):333−335Honig, M .; G. and R.R. I. Hume (1989). “DiI and diO: versatile fluorescent dyes for neuronal labeling and pathway tracing.” Trends Neurosci. 12 (9): 333-335 Honig,M.G.and R.I.Hume(1989).Trends Neurosci.12(9):333−335Honig, M .; G. and R.R. I. Hume (1989). Trends Neurosci. 12 (9): 333-335 Hughes Tracy et al.,a poster presented at National Center for Replacement,Refinement and Reduction of animals in Research,Showcasing the 3Rs Portcullis House,28 February 2007Hughes Tracy et al. , A poster presenting at National Center for Replacement, Refinement and Reduction of animals in Research, Showcasing the 3Rs Portalis House, 28 February 7 Ikeda,A.,J.C.Clark,et al.(1995).“Gene structure and expression of human thyroid transcription factor−1 in respiratory epithelial cells.” J.Biol.Chem.270:8108−8114Ikeda, A .; , J .; C. Clark, et al. (1995). "Gene structure and expression of human thyroid transcription factor-1 in respiratory epithelial cells." Biol. Chem. 270: 8108-8114 Innovative Medicine Research Initiative Strategic Research Agenda.2008,European Technology PlatformInnovative Medicine Research Initiative Strategic Research Agenda. 2008, European Technology Platform Konigshoff,M.,et al.,(2008).Functional Wnt Signaling Is Increased in Idiopathic Pulmonary Fibrosis.PLoS ONE,3(5):p.e2142Konigshoff, M.M. , Et al. , (2008). Functional Wnt Signaling Is Increased in Idiopathic Pulmonary Fibrosis. PLoS ONE, 3 (5): p. e2142 Kramer,J.A.,J.E.Sagartz,and D.L.Morris,(2007).The application of discovery toxicology and pathology towards the design of safer pharmaceutical lead candidates.Nat Rev Drug Discov,6(8):p.636−649Kramer, J .; A. , J .; E. Sagartz, and D.C. L. Morris, (2007). The application of discovery topathology and pathology to the design of safe pharmaceutical candidates. Nat Rev Drug Discov, 6 (8): p. 636-649 Kreda,S.M.,M.C.Gynn,et al.(2001).“Expression and localization of epithelial aquaporins in the adult human lung.” Am.J.Respir.Cell.Mol.Biol.24:224−234Kreda, S .; M.M. , M.M. C. Gynn, et al. (2001). “Expression and localization of epithelial aquaporins in the adult human lang.” Am. J. et al. Respir. Cell. Mol. Biol. 24: 224-234 Lazzaro,D.,M.Price,et al.(1991).“The transcription factor,TTF−I,is expressed at the onset of thyroid and lung morphogenesis and in restricted regions of the foetal brain.” Development 113:1093−1104Lazzaro, D.M. , M.M. Price, et al. (1991). “The transcription factor, TTF-I, is expressed at the onset of the thyroid and lung morphogenesis and the instrated regions of the foet 3 109”. Min,H.,D.M.Danilenko,et al.(1998).“Fgf−10 is required for both limb and lung development and exhibits striking functional similarity to Drosophila branchless.” Genes Dev.12(20):3156−3161Min, H.C. , D.C. M.M. Danilenko, et al. (1998). “Fgf-10 is required for both limbs and long development and exhibits striking functional similarity to Drosophila branchless.” Genes Dev. 12 (20): 3156-3161 Napolitano,AP,Chai,P et al.(2007).“Dynamics of the self−assembly of complex cellular aggregates on micromolded nonadhesive hydrogels.” Tissue Eng.13(8):2087−94Napolitano, AP, Chai, P et al. (2007). “Dynamics of the self-assembled of complex cellular aggregates on micromolded nonadhesive hydrogens.” Tissue Eng. 13 (8): 2087-94 Neagu,A.(2006).“COMPUTATIONAL MODELING OF TISSUE SELF−ASSEMBLY.” Modern Physics Letters B 20:1207−1231Neagu, A .; (2006). “COMPUTATIONAL MODELING OF TISSUE SELF-ASSEMBLY.” Modern Physics Letters B 20: 1207-1231 Nichols,J.E.and J.Cortiella,(2008).Engineering of a Complex Organ:Progress Toward Development of a Tissue−engineered Lung.Proc Am Thorac Soc,.5(6):p.723−730Nichols, J. et al. E. and J. et al. Cortiella, (2008). Engineering of a Complex Organ: Progress Toward Development of a Tissue-engineered Lung. Proc Am Thorac Soc,. 5 (6): p. 723-730 Ornitz,D.M.and N.Itoh(2001).“Fibroblast growth factors.” Genome Biol.2(3):3005Ornitz, D.M. M.M. and N.N. Itoh (2001). “Fibroblast growth factors.” Genome Biol. 2 (3): 3005 Seike,M.,et al.,(2009).Epithelial to Mesenchymal Transition of Lung Cancer Cells.Journal of Nippon Medical Scool,76(4):p.181−181Seike, M .; , Et al. , (2009). Epithelial to Messenical Transition of Lung Cancer Cells. Journal of Nippon Medical School, 76 (4): p. 181-181 Sekine,K.,H.Ohuchi,et al.(1999).“Fgf10 is essential for limb and lung formation.” Nat Genet.21(1):138−141Sekine, K .; , H .; Ohuchi, et al. (1999). “Fgf10 is essential for limb and lug formation.” Nat Genet. 21 (1): 138-141 Shannon,J.M.and B.A.Hyatt(2004).“Epithelial−Mesenchymal Interactions in the Developing Lung.” Annual Review of Physiology 66:625−645Shannon, J. et al. M.M. and B. A. Hyatt (2004). “Epithelial-Messenical Interactions in the Developing Lung.” Annual Review of Physiology 66: 625-645 Sherbet,G.V.,(2009).Metastasis promoter S100A4 is a potentially valuable molecular target for cancer therapy.Cancer Letters,280(1):p.15−30Sherbet, G .; V. , (2009). Metastasis promoter S100A4 is a potentially variable molecular target for cancer therapy. Cancer Letters, 280 (1): p. 15-30 Vertrees,RA,Zwischenberger,JB et al.(2008) “Cellular differentiation in three−dimensional lung cell cultures.” Cancer Biol Ther.Mar;7(3):404−12Vertrees, RA, Zwischenberger, JB et al. (2008) “Cellular differentiation in three-dimensional long cell cultures.” Cancer Biol Ther. Mar; 7 (3): 404-12 Wang,X.Q.,H.Li,et al.(2009) “Oncogenic K−Ras Regulates Proliferation and Cell Junctions in Lung Epithelial Cells through Induction of Cyclooxygenase−2 and Activation of Metalloproteinase−9” Molecular Biology of the Cell 20,791−800Wang, X .; Q. , H .; Li, et al. (2009) “Oncogenic K-Ras Proliferation Propagation and Cell Junctions in Lung Epithelial Cells through Induction of Cyclogenese-2 and Activation 9”. Wang,X.Q.,X.M.Duan,et al.(2005).“Carboxyfluorescein Diacetate Succinimidyl Ester Fluorescent Dye for Cell Labeling.” Acta Biochimica Biophysica Sinica 37(6):379−385Wang, X .; Q. , X. M.M. Duan, et al. (2005). “Carboxyfluorescein Diacetate Succinimidyl Esther Fluorescent Dye for Cell Labeling.” Acta Biochimica Biophysica Sinica 37 (6): 379-385 Wang,X.Q.,X.M.Duan,et al.(2005).Acta Biochimica Biophysica Sinica 37(6):379−385Wang, X .; Q. , X. M.M. Duan, et al. (2005). Acta Biochimica Biophysica Sinica 37 (6): 379-385 Wardlaw et al.,(2002).Transcriptional regulation of basal cyclooxygenase−2 expression...Molecular Pharmacology,62,326−333Wardlaw et al. , (2002). Transactional regulation of basal cyclooxygenase-2 expression. . . Molecular Pharmacology, 62, 326-333 Yang,M.C,Y.Guo,et al.(2006).“The TTF−1/TAP26 complex differentially modulates surfactant protein−B(SP−B) and −C(SP−C) promoters in lung cells.” Biochem Biophys Res Commun.344(2):484−490Yang, M .; C, Y. Guo, et al. (2006). "The TTF-1 / TAP26 complex differentially modulated surfactant protein-B (SP-B) and -C (SP-C) promoters in lang cells." Biochem Biophys Res Commun. 344 (2): 484-490 Zeisberg,M.and E.G.Neilson,(2009).Biomarkers for epithelial−mesenchymal transitions.The Journal of Clinical Investigation,119(6):p.1429−1437Zeisberg, M .; and E.E. G. Neilson, (2009). Biomarkers for epithelial-mesenchymal transitions. The Journal of Clinical Investigation, 119 (6): p. 1429-1437 Zhang,X.,T.S.Stappenbeck,et al.(2005).“Reciprocal epithelial−mesenchymal FGF signaling is required for cecal development.” Development.133:173−180Zhang, X. et al. , T. S. Snappenbeck, et al. (2005). “Reciprocal epithelial-mesenchymal FGF signaling is required for secondary development.” Development. 133: 173-180

本発明は、人工3次元肺モデル組織培養物を提供し、そのモデル組織培養物は、
a)人工的組織スキャフォールドを含まず、
b)培養細胞から構成されるかまたは培養細胞材料を有し、ここで、これらの細胞は、この組織材料からなる1以上の他の細胞型の細胞と直接的に細胞−細胞相互作用していて、
c)少なくとも肺上皮細胞と、間質細胞、好ましくは肺間質細胞、好ましくは線維芽細胞とを含み、ここで、好ましくは、モデル組織中の肺上皮細胞と間質細胞の比は、少なくとも1:6、好ましくは少なくとも1:3、及び最大でも6:1、好ましくは、最大でも3:1であり、
d)1以上の細胞凝集塊の形態を有し、ここで、この凝集塊の表面には肺上皮細胞が多く存在するか、または肺上皮細胞と、間質細胞、好ましくは線維芽細胞とは、その凝集塊において少なくとも部分的に分離していて、
e)上皮細胞が上皮分化マーカーを発現する。
The present invention provides an artificial three-dimensional lung model tissue culture, the model tissue culture comprising:
a) not including an artificial tissue scaffold,
b) composed of cultured cells or having cultured cell material, where these cells are in direct cell-cell interaction with cells of one or more other cell types comprising this tissue material. And
c) comprising at least lung epithelial cells and stromal cells, preferably lung stromal cells, preferably fibroblasts, wherein preferably the ratio of lung epithelial cells to stromal cells in the model tissue is at least 1: 6, preferably at least 1: 3, and at most 6: 1, preferably at most 3: 1;
d) having a form of one or more cell aggregates, wherein there are many lung epithelial cells on the surface of the aggregates, or lung epithelial cells and stromal cells, preferably fibroblasts , At least partially separated in the agglomerates,
e) Epithelial cells express epithelial differentiation markers.

a)好ましい一実施形態では、そのモデル組織培養物は、細胞に3次元環境を提供するための人工的なマトリックス材料を含まない。一実施形態では、そのモデル組織培養物は、人工的組織スキャフォールド材料、生分解性または非生分解性のいずれかの組織スキャフォールド材料(例えば、多孔質3次元マトリックス)、3次元ゲルマトリックスを含まない。一実施形態では、そのモデル組織培養物は、微小多孔質膜支持体を含まないかまたは含まない。   a) In a preferred embodiment, the model tissue culture does not include an artificial matrix material to provide a three-dimensional environment for the cells. In one embodiment, the model tissue culture comprises an artificial tissue scaffold material, either a biodegradable or non-biodegradable tissue scaffold material (eg, a porous 3D matrix), a 3D gel matrix. Not included. In one embodiment, the model tissue culture does not or does not include a microporous membrane support.

b)好ましい一実施形態では、そのモデル組織培養物は、細胞外マトリックスも含み、その細胞外マトリックスタンパク質は、組織を含む細胞型のうちの少なくとも1つ、好ましくは線維芽細胞によって分泌される。   b) In a preferred embodiment, the model tissue culture also comprises an extracellular matrix, and the extracellular matrix protein is secreted by at least one of the cell types comprising the tissue, preferably fibroblasts.

c)さらなる好ましい実施形態では、肺上皮細胞は、以下の細胞型:
−I型肺細胞[肺胞I型細胞(ATI)]
−II型肺細胞[肺胞II型細胞(ATII)]
のうちの少なくとも1つを含む。
c) In a further preferred embodiment, the lung epithelial cells have the following cell types:
-Type I lung cells [alveolar type I cells (ATI)]
-Type II lung cells [alveolar type II cells (ATII)]
At least one of them.

好ましくは、そのII型肺細胞(ATII特徴を有する肺胞上皮細胞)は、以下のマーカー:TTF1転写因子、サーファクタントタンパク質A(SFPA)、サーファクタントタンパク質C(SFPC)及びアクアポリン3(AQP3)のうちの1つまたは複数を発現する。   Preferably, the type II pneumocytes (alveolar epithelial cells with ATII characteristics) are of the following markers: TTF1 transcription factor, surfactant protein A (SFPA), surfactant protein C (SFPC) and aquaporin 3 (AQP3) Express one or more.

好ましくは、そのI型肺細胞(ATI特徴を有する肺胞上皮細胞)は、以下のマーカー:TTF1転写因子、アクアポリン3(AQP3)、アクアポリン4(AQP4)及びアクアポリン5(AQP5)のうちの1つまたは複数を発現する。   Preferably, the type I lung cells (alveolar epithelial cells with ATI characteristics) are one of the following markers: TTF1 transcription factor, aquaporin 3 (AQP3), aquaporin 4 (AQP4) and aquaporin 5 (AQP5) Or express multiple.

様々なさらなる実施形態では、肺上皮細胞及び肺間質細胞のうちの少なくとも1つがモデル中に存在する。   In various further embodiments, at least one of lung epithelial cells and lung stromal cells is present in the model.

好ましくは、細胞は、両生類、爬虫類、鳥類またはより好ましくは、哺乳動物の細胞である。   Preferably, the cell is an amphibian, reptile, avian or more preferably a mammalian cell.

好ましい鳥類細胞は、家禽の肺細胞である。   Preferred avian cells are poultry lung cells.

好ましい哺乳動物細胞は、例えば、ヒツジ、ヤギ、ウシの細胞のような、草食動物、好ましくは家畜動物の細胞、または齧歯類細胞(例えば、ウサギもしくはネズミの細胞)である。さらに好ましい哺乳動物細胞は、ブタ細胞のような雑食動物の細胞である。極めて好ましい細胞は、ヒト細胞である。   Preferred mammalian cells are, for example, herbivore, preferably livestock animal cells, such as sheep, goat, bovine cells, or rodent cells (eg, rabbit or murine cells). Further preferred mammalian cells are omnivorous cells such as porcine cells. Highly preferred cells are human cells.

さらなる実施形態では、肺上皮細胞及び/または間質細胞は、
−好ましくは市販供給源からの樹立細胞株
−健康ドナー
−患者ドナー
から得られる。
In a further embodiment, the lung epithelial cells and / or stromal cells are
-Preferably from an established cell line from a commercial source-a healthy donor-a patient donor.

好ましい一実施形態では、細胞は初代細胞である。好ましい一実施形態では、細胞は、脱分化していない細胞または一部しか脱分化していない細胞である。   In a preferred embodiment, the cell is a primary cell. In a preferred embodiment, the cell is a cell that has not been dedifferentiated or has only partially dedifferentiated.

さらに好ましい一実施形態では、細胞は脱分化した細胞であるか、または細胞を培養して3Dモデル組織培養物にする前に脱分化させる。   In a further preferred embodiment, the cells are dedifferentiated cells or are dedifferentiated prior to culturing the cells into a 3D model tissue culture.

好ましい一実施形態では、肺上皮細胞は、小気道上皮細胞、好ましくはATII特徴を有する小気道上皮細胞を含む。   In a preferred embodiment, the lung epithelial cells comprise small airway epithelial cells, preferably small airway epithelial cells having ATII characteristics.

さらに好ましい一実施形態では、本発明のモデル組織培養物は内皮細胞も含む。好ましい一実施形態では、内皮細胞は、HMVEC細胞またはHUVEC細胞である。   In a further preferred embodiment, the model tissue culture of the present invention also includes endothelial cells. In a preferred embodiment, the endothelial cells are HMVEC cells or HUVEC cells.

場合によって、本発明のモデル組織培養物は、マクロファージ、肥満細胞、平滑筋細胞から選択されるさらなる種類の細胞をさらに含み得る。   Optionally, the model tissue culture of the present invention may further comprise additional types of cells selected from macrophages, mast cells, smooth muscle cells.

d)好ましい一実施形態では、凝集塊の平均直径または典型的直径は、少なくとも10μm、40μm、60μm、80μm、100μmまたは120μmであり、凝集塊の平均直径または典型的直径は、最大でも1000μm、800μm、600μm、500μm、400μmまたは300μmである。   d) In one preferred embodiment, the average or typical diameter of the agglomerates is at least 10 μm, 40 μm, 60 μm, 80 μm, 100 μm or 120 μm, and the average or typical diameter of the agglomerates is at most 1000 μm, 800 μm , 600 μm, 500 μm, 400 μm or 300 μm.

凝集塊の平均直径または典型的直径は100〜300μmであることが極めて有利であり、好ましい実施形態では、それは約200μmである。   It is very advantageous for the average or typical diameter of the agglomerates to be from 100 to 300 μm, and in a preferred embodiment it is about 200 μm.

凝集塊の平均サイズは、任意の実験的及び数学的に正しい手段で評価及び計算または推定することができる。凝集塊は本質的には球形をしているが、正確な球体からのずれのために、また、測定時の凝集塊の位置に応じて及び測定法に応じて、各凝集塊の複数直径の直径を決定することができることが明白である。例えば、いくつかの凝集塊のサイズを測定する顕微鏡で最小直径と最大直径を直接測定し、平均化することができる。この目的で顕微鏡を使用するのは好都合である。   The average size of the agglomerates can be evaluated and calculated or estimated by any experimentally and mathematically correct means. The agglomerates are essentially spherical, but due to deviations from the exact sphere, and depending on the location of the agglomerates at the time of measurement and depending on the measurement method, It is clear that the diameter can be determined. For example, the minimum and maximum diameters can be directly measured and averaged with a microscope that measures the size of several agglomerates. It is convenient to use a microscope for this purpose.

好ましい一実施形態では、大部分の凝集塊、好ましくは少なくとも60%、70%、80%または90%の凝集塊は、少なくとも10μm、40μm、60μm、80μm、100μmまたは120μmの直径、及び最大でも1000μm、800μm、600μm、500μm、400μmまたは300μmの直径を有し、上記の比の凝集塊の直径は100〜300μmであることが極めて有利であり、好ましい実施形態では、それは約200μmである。   In a preferred embodiment, the majority of the agglomerates, preferably at least 60%, 70%, 80% or 90% agglomerates, are at least 10 μm, 40 μm, 60 μm, 80 μm, 100 μm or 120 μm in diameter, and at most 1000 μm , 800 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm or 300 μm, and the agglomerate diameter of the above ratio is very advantageously 100-300 μm, in a preferred embodiment it is about 200 μm.

好ましい一実施形態では、キットの各凝集塊または各容器の培養物サンプルは、少なくとも10、好ましくは少なくとも10、より好ましくは少なくとも2×10、3×10、4×10、5×10細胞、及び、最大でも10、より好ましくは、最大でも5×10、4×10、3×10、2×10または最大でも10細胞という量の細胞を含む。 In a preferred embodiment, each agglomerate or culture sample in each container of the kit is at least 10 3 , preferably at least 10 4 , more preferably at least 2 × 10 4 , 3 × 10 4 , 4 × 10 4 , 5 X 10 4 cells and a maximum of 10 6 , more preferably a maximum of 5 × 10 5 , 4 × 10 5 , 3 × 10 5 , 2 × 10 5 or a maximum of 10 5 cells.

好ましい一実施形態では、肺上皮細胞及び線維芽細胞は、その表面張力の差に基づいて分離される。好ましくは、大部分の肺上皮細胞は、凝集塊の表面に位置している。   In a preferred embodiment, lung epithelial cells and fibroblasts are separated based on their surface tension differences. Preferably, most lung epithelial cells are located on the surface of the aggregate.

好ましくは、大部分の肺上皮細胞は、凝集塊の表面に肺上皮細胞内層を形成し、好ましくはその肺上皮細胞内層は、少なくとも部分的には、凝集塊の表面を被覆している。   Preferably, the majority of lung epithelial cells form a lung epithelial cell inner layer on the surface of the aggregate, and preferably the lung epithelial cell inner layer at least partially covers the surface of the aggregate.

さらに好ましい一実施形態では、凝集塊は内皮細胞も含む。   In a further preferred embodiment, the agglomerates also comprise endothelial cells.

好ましい一実施形態では、内皮細胞の比は、上皮細胞及び線維芽細胞と比較して、凝集塊の表面でよりも凝集塊の中心または中心領域でより高いか、または内皮細胞の比は、凝集塊の表面から凝集塊の中心に向かって増加する。   In a preferred embodiment, the ratio of endothelial cells is higher at the center or central region of the aggregate than at the surface of the aggregate, compared to epithelial cells and fibroblasts, or the ratio of endothelial cells is aggregated It increases from the surface of the mass towards the center of the agglomerate.

好ましい一実施形態では、凝集塊は層状構造を有し、ここで、凝集塊のコアまたは中心領域は、最大比の内皮細胞を含み、凝集塊の中間層または中間領域は、最大比の線維芽細胞を含み、かつ凝集塊の外層または表面層は、最大層の上皮細胞を含む。   In a preferred embodiment, the agglomerate has a lamellar structure, wherein the core or central region of the agglomerate contains a maximum ratio of endothelial cells, and the intermediate layer or intermediate region of the agglomerate has a maximum ratio of fibroblasts. The outer layer or surface layer of the agglomerate containing cells contains the largest layer of epithelial cells.

e)好ましい一実施形態では、人工3次元肺モデル組織の組織細胞によって発現される上皮分化マーカーは、以下の群:
−ATII型分化マーカー、好ましくはTTF1転写因子、サイトケラチン7(KRT7)、サーファクタントタンパク質A(SFPA)、サーファクタントタンパク質C(SFPC)及びアクアポリン3(AQP3)ならびに/またはマーカー
−ATI型分化マーカー、好ましくはアクアポリン4(AQP4)及びアクアポリン5(AQP5)
から選択される少なくとも1つ以上のマーカーである。
e) In a preferred embodiment, the epithelial differentiation marker expressed by tissue cells of an artificial 3D lung model tissue is the following group:
-ATII type differentiation marker, preferably TTF1 transcription factor, cytokeratin 7 (KRT7), surfactant protein A (SFPA), surfactant protein C (SFPC) and aquaporin 3 (AQP3) and / or marker-ATI type differentiation marker, preferably Aquaporin 4 (AQP4) and Aquaporin 5 (AQP5)
At least one marker selected from.

発現されるマーカーは、組織培養で使用される細胞型によっても決まる。   The marker expressed will also depend on the cell type used in tissue culture.

これらのマーカーのうちのいずれかのレベルを、mRNAまたはタンパク質レベルで検出することができる。したがって、マーカーのレベルは、mRNAレベル及び/またはタンパク質レベルであり得る。   The level of any of these markers can be detected at the mRNA or protein level. Thus, the level of the marker can be at the mRNA level and / or the protein level.

好ましくは、本発明のモデル組織培養物において、AQP3及びSFTPAのレベルうちの少なくとも1つが増大する、すなわち、それらは、対照の2D培養物と比較して、上方調節される。   Preferably, in the model tissue culture of the present invention, at least one of the levels of AQP3 and SFTPA is increased, i.e., they are upregulated compared to the control 2D culture.

好ましくは、本発明のモデル組織培養物において、IL1b、IL6及びCXCL8から選択される少なくとも1つの炎症マーカーが下方調節される、すなわち、それらのレベルは、対照の2D培養物と比較して、3D培養条件下で減少する。   Preferably, in the model tissue culture of the present invention, at least one inflammatory marker selected from IL1b, IL6 and CXCL8 is downregulated, ie their levels are 3D compared to the control 2D culture. Decreases under culture conditions.

好ましくは、本発明のモデル組織培養物において、脱分化マーカーのS100A4及びN−カドヘリンのうちの少なくとも1つのレベルが、2D培養条件下または対照の2D組織培養物中の純化された初代細胞と比較して減少する。   Preferably, in a model tissue culture of the invention, the level of at least one of the dedifferentiation markers S100A4 and N-cadherin is compared to purified primary cells under 2D culture conditions or in a control 2D tissue culture. Then decrease.

様々なさらなる実施形態では、肺上皮細胞及び肺間質細胞のうちの少なくとも1つがモデル中に存在し、かつ胚性期の肺発生と同様に、
−肺上皮細胞は、FGF4、FGF8、FGF9から選択される1以上の線維芽細胞増殖因子を分泌し、
−肺上皮細胞は、細胞表面FGFR2b受容体を発現し、
−肺間質細胞、好ましくは線維芽細胞は、FGF7及びFGF10を分泌し、かつFGFR1c及びFGFR2c受容体を発現する。
In various further embodiments, at least one of lung epithelial cells and lung stromal cells is present in the model and, similar to embryonic stage lung development,
The lung epithelial cells secrete one or more fibroblast growth factors selected from FGF4, FGF8, FGF9;
The lung epithelial cells express the cell surface FGFR2b receptor;
-Lung stromal cells, preferably fibroblasts, secrete FGF7 and FGF10 and express FGFR1c and FGFR2c receptors.

本発明の組織培養物の好ましい一実施形態では、ATII型分化マーカー及び/またはATI型分化マーカーは、参照として用いられる2次元組織培養物で測定されるレベルよりも高いレベルで、より好ましくは、少なくとも10%、少なくとも20%、または少なくとも30%高いレベルで発現される。   In a preferred embodiment of the tissue culture of the present invention, the ATII type differentiation marker and / or the ATI type differentiation marker is at a level higher than that measured in a two-dimensional tissue culture used as a reference, more preferably It is expressed at a level that is at least 10%, at least 20%, or at least 30% higher.

好ましくは、モデル組織におけるその上皮マーカーのmRNAレベル及び/またはタンパク質レベルは、以下の参照培養物
−同じ細胞型の2次元培養物、
−肺上皮細胞のみの培養物、
−初代線維芽細胞、好ましくはヒト線維芽細胞のみの培養物
のうちの1つもしくは複数またはそのような培養物の各々よりも高い。
Preferably, the mRNA level and / or protein level of the epithelial marker in the model tissue is determined from the following reference culture-two-dimensional culture of the same cell type
-A culture of lung epithelial cells only,
-One or more of the cultures of primary fibroblasts, preferably human fibroblasts only, or higher than each such culture.

好ましくは、そのマーカーのうちの少なくとも2つのレベルが上昇する。   Preferably, the level of at least two of the markers is increased.

好ましい一実施形態では、小気道上皮細胞を適用する。   In a preferred embodiment, small airway epithelial cells are applied.

さらに好ましい一実施形態では、少なくともいくつかのATII型特徴を示す小気道上皮細胞を適用する。この場合、モデル組織は、以下の群のATII型分化マーカー、例えば、上で列挙したものから選択される少なくとも1つ以上のマーカーのmRNAレベル及び/またはタンパク質レベルの増大を示す。   In a further preferred embodiment, small airway epithelial cells exhibiting at least some ATII type characteristics are applied. In this case, the model tissue exhibits increased mRNA and / or protein levels of at least one or more markers selected from the following groups of ATII type differentiation markers, eg, those listed above.

本発明の人工3次元肺モデル組織は、好ましくは、1以上の炎症促進性サイトカイン及び/または1以上のEMTマーカーの発現の低下を示す。   The artificial three-dimensional lung model tissue of the present invention preferably exhibits reduced expression of one or more pro-inflammatory cytokines and / or one or more EMT markers.

好ましくは、モデル組織におけるその1以上の炎症促進性サイトカインのmRNAレベル及び/またはタンパク質レベルは、以下の参照培養物
−同じ細胞組成の2次元培養物、
−肺上皮細胞のみの培養物、ここで、その肺上皮細胞は、モデル組織培養物と同様に処理される
のうちの1つもしくは複数またはそのような培養物の各々よりも低い。
Preferably, the mRNA level and / or protein level of the one or more pro-inflammatory cytokines in the model tissue is determined from the following reference culture—a two-dimensional culture of the same cell composition:
A culture of lung epithelial cells only, where the lung epithelial cells are lower than one or more of the same treated as the model tissue culture or each such culture.

好ましくは、炎症促進性サイトカインは、以下の群:CXCL−8炎症促進性サイトカイン、IL6、IL1a、IL1b、TNFαから選択される。   Preferably, the pro-inflammatory cytokine is selected from the following group: CXCL-8 pro-inflammatory cytokine, IL6, IL1a, IL1b, TNFα.

極めて好ましい実施形態では、炎症促進性ケモカインは、CXCL−8走化性因子である。   In a highly preferred embodiment, the pro-inflammatory chemokine is a CXCL-8 chemotactic factor.

好ましい一実施形態では、モデル組織培養物は、肺上皮細胞及び肺間質細胞を含み、かつ内皮細胞を含まず、ここで、
−以下のマーカー:E−cad、IL−1b及び/またはIL6のうちの1つまたは複数のレベルは、非培養細胞を含む対照と比べて増大し、
−E−cadのレベルは、対照の2次元培養物と比べて増大し、
−以下のマーカー:IL−1b、CXCL8、IL6のうちの1つまたは複数のレベルは、対照の2次元培養物と比べて減少する。
In a preferred embodiment, the model tissue culture comprises lung epithelial cells and lung stromal cells and no endothelial cells, wherein
The level of one or more of the following markers: E-cad, IL-1b and / or IL6 is increased compared to a control comprising uncultured cells;
The level of E-cad is increased compared to the control two-dimensional culture;
-The level of one or more of the following markers: IL-1b, CXCL8, IL6 is reduced compared to the control two-dimensional culture.

好ましい一実施形態では、モデル組織培養物は、肺上皮細胞、肺間質細胞及び内皮細胞を含み、ここで、
以下のマーカー:E−cad、N−cadのうちの1つまたは複数のレベルは、非培養細胞を含む対照と比べて減少し、
−E−cadのレベルは、対照の2次元培養物と比べて増大し、
−以下のマーカー:N−cad、S100A4のうちの1つまたは複数のレベルは、対照の2次元培養物と比べて減少する。
In a preferred embodiment, the model tissue culture comprises lung epithelial cells, lung stromal cells and endothelial cells, wherein
The level of one or more of the following markers: E-cad, N-cad is reduced compared to controls containing uncultured cells,
The level of E-cad is increased compared to the control two-dimensional culture;
-The level of one or more of the following markers: N-cad, S100A4 is reduced compared to the control two-dimensional culture.

好ましい一実施形態では、3次元肺モデル組織培養物は、以下の群:
−例えば、血管系を模倣する内皮細胞、
−マクロファージ、
−肥満細胞
から選択される細胞をさらに含む。
In a preferred embodiment, the three-dimensional lung model tissue culture is in the following group:
-For example, endothelial cells that mimic the vasculature,
Macrophages,
-Further comprising cells selected from mast cells.

より後の段階では、このモデルを、細胞型:
−平滑筋細胞、
−神経細胞
を用いて拡大適用することができる。
In later stages, this model is cell type:
-Smooth muscle cells,
-Can be expanded using nerve cells.

疾患モデル:
本発明はまた、上で規定されたような人工3次元肺モデル組織培養物に関するものであり、ここで、その上皮細胞及び/または線維芽細胞は、そのモデル組織培養物が肺疾患モデル組織培養物となるような罹患肺組織の病理学的特徴を有する病的細胞を含む。
Disease model:
The present invention also relates to an artificial three-dimensional lung model tissue culture as defined above, wherein the epithelial cells and / or fibroblasts are the model tissue culture of the lung disease model tissue. Pathological cells with pathological features of diseased lung tissue such as

好ましい実施形態では、疾患は、炎症、腫瘍、線維症、組織の損傷から選択される状態を伴い、モデル組織培養物は、それぞれ、炎症モデル、腫瘍モデル、線維症モデルまたは再生モデルとみなされることになる。   In a preferred embodiment, the disease involves a condition selected from inflammation, tumor, fibrosis, tissue damage, and the model tissue culture is considered an inflammation model, tumor model, fibrosis model or regeneration model, respectively. become.

疾患モデルの病的細胞は、患者(患者細胞)から得られた細胞、疾患特徴を有する細胞株(例えば、腫瘍細胞株);環境影響(例えば、疾患特徴を生じさせる炎症促進性物質)に曝された細胞;突然変異原の影響に曝され、疾患特徴について選択された細胞;またはタンパク質を発現するように形質転換されたかもしくは疾患特徴を有するように遺伝子がサイレンシングされた遺伝子改変細胞であることができるが、これらに限定されない。   Disease model pathological cells are exposed to cells obtained from patients (patient cells), cell lines with disease characteristics (eg, tumor cell lines); environmental effects (eg, pro-inflammatory substances that produce disease characteristics). Cells that have been subjected to the effects of mutagen and selected for disease characteristics; or genetically modified cells that have been transformed to express a protein or have a gene silenced to have disease characteristics. Can be, but is not limited to.

好ましい一実施形態では、細胞は健康対象から得られ、疾患状態がその中で誘発される。この実施形態では、例えば、腫瘍誘発または潜在的薬物標的のシグナル伝達を明らかにすることができる。   In a preferred embodiment, the cells are obtained from a healthy subject and a disease state is induced therein. In this embodiment, for example, tumor induction or potential drug target signaling can be revealed.

他の一実施形態では、腫瘍モデル組織は、不死細胞から、例えば、悪性形質転換したまたは腫瘍性の細胞または細胞株から調製される。この実施形態では、「健康」対照は存在しないが、プラセボ薬と接触したサンプルが薬物治療サンプルの対照を提供するので、このシステムは薬物試験において有用である。   In another embodiment, the tumor model tissue is prepared from immortal cells, eg, from malignant transformed or neoplastic cells or cell lines. In this embodiment, there is no “health” control, but the system is useful in drug testing because the sample in contact with the placebo drug provides a control for the drug treatment sample.

一実施形態では、腫瘍性細胞を患者から得て、計画された治療法の効率を試験することができる。したがって、モデル組織培養物を、個別療法を確立するために使用することができる。   In one embodiment, neoplastic cells can be obtained from a patient to test the efficiency of the planned treatment. Thus, model tissue culture can be used to establish individual therapy.

調製方法:
本発明はまた、本明細書に規定されたような人工3次元肺モデル組織培養物の調製方法であって、
−少なくとも初代線維芽細胞及び肺上皮細胞の混合懸濁物を調製する工程、
−この混合懸濁物またはそのアリコートを懸濁物の細胞のペレット化に好適な容器に入れる工程、
−細胞をペレット化する工程、
−ペレット化された懸濁物を、COの存在下で、細胞が細胞凝集塊を含む3次元肺モデル組織を形成するのに十分な時間、インキュベートする工程、
−場合によって、モデル組織を、
a)肺組織に特徴的な1以上の上皮分化マーカーの発現、ここで、例えば、本明細書に開示したような好適な参照培養物と比較したときの発現レベルの増加は、3次元肺モデル組織培養物の形成を示すと考えられる;及び/または、
b)1以上の炎症促進性サイトカインの発現、ここで、例えば、本明細書に開示したような任意の好適な参照培養物と比較したときの発現レベルの減少は、3次元肺モデル組織培養物の形成を示すと考えられる
についてアッセイする工程、
を含む方法を提供する。
Preparation method:
The present invention is also a method for preparing an artificial three-dimensional lung model tissue culture as defined herein comprising:
-Preparing a mixed suspension of at least primary fibroblasts and lung epithelial cells;
-Placing this mixed suspension or an aliquot thereof into a container suitable for pelleting the cells of the suspension;
-Pelleting the cells;
Incubating the pelleted suspension in the presence of CO 2 for a time sufficient for the cells to form a three-dimensional lung model tissue containing cell aggregates;
-In some cases, model organization
a) Expression of one or more epithelial differentiation markers characteristic of lung tissue, wherein the increased level of expression when compared to a suitable reference culture, eg, as disclosed herein, is a three-dimensional lung model Considered to indicate the formation of tissue culture; and / or
b) Expression of one or more pro-inflammatory cytokines, wherein the decrease in expression level when compared to any suitable reference culture, eg, as disclosed herein, is a three-dimensional lung model tissue culture Assaying for possible formation of
A method comprising:

好ましくは、容器は、組織培養用の処理を行なっていない容器である。   Preferably, the container is a container that has not been subjected to tissue culture treatment.

好ましくは、複数のアリコートを複数の容器に入れる。   Preferably, multiple aliquots are placed in multiple containers.

好ましくは、容器は、プレート、例えば、96ウェルプレートまたは384ウェルプレートのウェルである。   Preferably, the container is a plate, eg, a well of a 96 well plate or a 384 well plate.

好ましくは、ペレット化は、200g〜600gで、1〜20分間、好ましくは2〜10分間行なわれる。   Preferably, the pelletization is performed at 200 g to 600 g for 1 to 20 minutes, preferably 2 to 10 minutes.

好ましくは、細胞にレポーター分子を供給する、例えば、細胞を、本明細書に開示したような細胞特徴を知らせる生体適合性色素で染色する。   Preferably, the reporter molecule is supplied to the cell, eg, the cell is stained with a biocompatible dye that signals cell characteristics as disclosed herein.

容器は、それを使用する目的に応じて、V底、平底またはU底容器であることができる。   The container can be a V-bottom, flat-bottom or U-bottom container, depending on the purpose for which it is used.

混合懸濁物を調製するとき、18時間以内に、好ましくは16時間、14時間、12時間、10時間、8時間、6時間以内に、より好ましくは4時間、3時間、2時間以内に、極めて好ましくは1時間または0.5時間以内に、1種類以上の細胞を容器に添加する。好ましくは、使用される各種類の細胞を上で規定した期間内に添加する。   When preparing a mixed suspension, within 18 hours, preferably within 16 hours, 14 hours, 12 hours, 10 hours, 8 hours, 6 hours, more preferably within 4 hours, 3 hours, 2 hours, Most preferably, one or more cells are added to the container within 1 hour or 0.5 hour. Preferably, each type of cell used is added within the period defined above.

好ましい一実施形態では、ペレット化された懸濁物を、COの存在下で、50時間、40時間、30時間、24時間、22時間、20時間、18時間、16時間、14時間、12時間または10時間を超えない期間、インキュベートする。好ましい一実施形態では、ペレット化された懸濁物を、COの存在下で、2時間、4時間、6時間、8時間、10時間、12時間以上の期間、インキュベートする。 In a preferred embodiment, the pelleted suspension is placed in the presence of CO 2 for 50 hours, 40 hours, 30 hours, 24 hours, 22 hours, 20 hours, 18 hours, 16 hours, 14 hours, 12 hours. Incubate for a period of time or no more than 10 hours. In a preferred embodiment, the pelleted suspension is incubated in the presence of CO 2 for a period of 2 hours, 4 hours, 6 hours, 8 hours, 10 hours, 12 hours or more.

本発明の一実施形態では、さらなる種類の細胞を細胞の混合懸濁物に添加する。本発明の一実施形態では、さらなる種類の細胞は、少なくとも内皮細胞である。本発明の一実施形態では、さらなる種類の細胞は、内皮細胞、平滑筋細胞、神経細胞、顆粒球、樹状細胞、肥満細胞、T/Bリンパ球、マクロファージから選択される。顆粒球、樹状細胞、肥満細胞、T/Bリンパ球及びマクロファージを、不活性な状態または免疫学的に活性のある状態のいずれかで培養物に添加することができる。   In one embodiment of the invention, additional cell types are added to the mixed suspension of cells. In one embodiment of the invention, the additional type of cell is at least an endothelial cell. In one embodiment of the invention, the additional type of cell is selected from endothelial cells, smooth muscle cells, neurons, granulocytes, dendritic cells, mast cells, T / B lymphocytes, macrophages. Granulocytes, dendritic cells, mast cells, T / B lymphocytes and macrophages can be added to the culture either in an inactive state or in an immunologically active state.

場合によって、本発明による方法は、混合懸濁物を調製する前に1種類以上の細胞を脱分化させることを含む。   Optionally, the method according to the invention comprises dedifferentiating one or more types of cells prior to preparing the mixed suspension.

場合によって、本発明による方法は、混合懸濁物を調製する前に1種類以上の細胞を繁殖させることを含む。この工程は、多数のサンプルの並行試験が、例えば、HTS(ハイスループットスクリーニング)による解決法で必要となる場合に、特に必要である。   Optionally, the method according to the invention comprises propagating one or more types of cells prior to preparing the mixed suspension. This step is particularly necessary when parallel testing of a large number of samples is required, for example, in a solution by HTS (High Throughput Screening).

スクリーニング方法:
本発明はまた、薬物を肺組織に対するその効果についてスクリーニングする方法であって、
−本明細書に規定したような人工3次元肺モデル組織培養物を準備する工程、
−そのモデル組織培養物の少なくとも試験サンプル及び参照サンプルを採取する工程、
−試験サンプルを薬物と接触させる一方で、試験サンプル及び参照サンプルを同じ条件下に維持する工程、
−参照サンプルと比較して試験サンプルの何らかの変化または変更を検出する工程、ここで、試験サンプルの何らかの変化または変更が検出された場合、それは、薬物の効果を示すものと考えられる、
を含む方法に関する。
Screening method:
The present invention is also a method of screening a drug for its effect on lung tissue,
-Preparing an artificial 3D lung model tissue culture as defined herein;
-Taking at least a test sample and a reference sample of the model tissue culture;
-Contacting the test sample with the drug while maintaining the test sample and the reference sample under the same conditions;
-Detecting any change or change in the test sample compared to the reference sample, where if any change or change in the test sample is detected, it is considered to indicate the effect of the drug;
Relates to a method comprising:

本方法の特定の変形では、変化または変更の方向のみを観察し、生理学的な数値を計算しない。特定の変形では、所定の閾値を較正曲線に基づいて規定し、この値と比較する。   In certain variations of the method, only the direction of change or change is observed, and no physiological values are calculated. In a particular variation, a predetermined threshold is defined based on a calibration curve and compared to this value.

好ましい一実施形態では、モデル組織培養物は健康肺組織のモデルであり、薬物の有害効果が試験され、ここで、試験サンプルの細胞にとって害のある変化または変更は、その薬物の毒性効果または有害効果と考えられる。   In a preferred embodiment, the model tissue culture is a model of healthy lung tissue and the adverse effects of the drug are tested, wherein changes or alterations that are harmful to the cells of the test sample are toxic effects or harmful effects of the drug. It is considered an effect.

好ましい一実施形態では、モデル組織培養物は、病理学的特徴を有する病的細胞を含む肺疾患モデル組織培養物であり、薬物の有益な効果が試験され、ここで、
−疾患の程度を得るために、その病理学的特徴を測定または評価するアッセイをそのモデル組織培養物について準備し、
−健康肺組織の参照サンプル(健康参照サンプル)及び/または罹患肺組織の参照サンプル(罹患参照サンプル)を準備し、
−それを薬物に接触させる前及び接触させた後に、健康参照サンプル及び/または罹患参照サンプルならびにその少なくとも1つの試験サンプルにおいて病理学的特徴を測定または評価し、ここで、試験サンプルにおける疾患の程度を、健康参照サンプルにおける疾患の程度へと変化させる及び/または罹患参照サンプルにおける疾患の程度から変化させる、試験サンプルにおける何らかの変化または変更は、その薬物の有益な効果と考えられる。すなわち、それは、罹患参照サンプルよりも健康参照サンプルの状態と類似している。
In a preferred embodiment, the model tissue culture is a lung disease model tissue culture comprising pathological cells with pathological features, where the beneficial effects of the drug are tested, wherein
-Preparing an assay on the model tissue culture to measure or assess its pathological characteristics to obtain the extent of the disease;
-Preparing a reference sample of healthy lung tissue (health reference sample) and / or a reference sample of diseased lung tissue (affected reference sample);
Measuring or assessing pathological characteristics in a health reference sample and / or diseased reference sample and at least one test sample thereof, before and after contacting it with a drug, wherein the degree of disease in the test sample Any change or change in the test sample that changes the to the extent of the disease in the health reference sample and / or from the extent of the disease in the affected reference sample is considered a beneficial effect of the drug. That is, it is more similar to the state of the healthy reference sample than the diseased reference sample.

好ましい一実施形態では、患者から得られる初代細胞を適用する。好ましい一実施形態では、所与の患者由来の初代細胞は、脱分化していないかまたは一部しか脱分化しておらず、細胞の混合懸濁物を調製するために、それらをその患者から入手した後、5、4、3、2もしくは1日以内にまたは12、10、8、6、4、3、2、1時間以内に使用される。初代細胞でできたモデル組織培養物では、所与の患者の疾患状態の特徴を研究することができ、治療的薬物及び/またはレジメンを試験することができる。   In a preferred embodiment, primary cells obtained from a patient are applied. In a preferred embodiment, the primary cells from a given patient are not dedifferentiated or only partially dedifferentiated, and they are removed from that patient in order to prepare a mixed suspension of cells. Used within 5, 4, 3, 2 or 1 day after acquisition or within 12, 10, 8, 6, 4, 3, 2, 1 hour. Model tissue cultures made of primary cells can study the characteristics of a given patient's disease state and test therapeutic drugs and / or regimens.

キット:
本発明は、多数並んだ容器を有する試験プレートを含む人工3次元肺モデル組織キットに関し、ここで、少なくとも2つの容器は、
−各サンプルがそのプレートの別々の容器中に入れられている、前述の請求項のいずれかにおいて規定されたような1種類以上の人工3次元肺モデル組織培養物のサンプル、
−モデル組織培養物の細胞を培養するための適切な培地、
を含む。
kit:
The present invention relates to an artificial three-dimensional lung model tissue kit comprising a test plate having a number of side-by-side containers, wherein at least two containers are:
One or more artificial three-dimensional lung model tissue culture samples as defined in any of the preceding claims, wherein each sample is contained in a separate container of the plate;
An appropriate medium for culturing the cells of the model tissue culture,
including.

好ましくは、容器のサブセットは、1以上の対照サンプルを含む。対照サンプルは、特定の細胞型の純粋な培養物、例えば、上皮細胞及び線維芽細胞のみの培養物、ならびに/または2次元(2D)培養物であることができる。疾患モデルでは、対照は、健康細胞の培養物であることができる。   Preferably, the subset of containers includes one or more control samples. A control sample can be a pure culture of a particular cell type, eg, an epithelial and fibroblast-only culture, and / or a two-dimensional (2D) culture. In a disease model, the control can be a culture of healthy cells.

好ましくは、人工3次元肺モデル組織キットは、以下の特徴のうちの1つまたは複数を有する:
−プレートは96ウェルプレートである、
−プレートはV底プレートまたは平底プレートまたはV底ウェルと平底ウェルの両方を含むプレートであり、U底プレートを適用することもできる、
−各容器中の培養サンプルは、
少なくとも10、好ましくは少なくとも10、より好ましくは少なくとも2×10、3×10、4×10、5×10細胞、及び
最大でも10、好ましくは最大でも5×10、4×10、3×10、2×10細胞、または最大でも10細胞
という量の細胞を含む、
−容器は個別にまたは1つにまとめて密封されていて、かつ肺組織培養に好適なCOが豊富な環境または雰囲気を含む、
−COが豊富な環境または雰囲気は、
少なくとも2%、3%、4%のCO環境、
最大でも10%、9%、8%または7%のCO環境、
極めて好ましくは約5%のCO
を含む。
Preferably, the artificial 3D lung model tissue kit has one or more of the following features:
The plate is a 96 well plate,
The plate is a V-bottom plate or flat-bottom plate or a plate containing both V-bottom and flat-bottom wells, U-bottom plate can also be applied,
-Culture samples in each container
At least 10 3 , preferably at least 10 4 , more preferably at least 2 × 10 4 , 3 × 10 4 , 4 × 10 4 , 5 × 10 4 cells, and at most 10 6 , preferably at most 5 × 10 5 , Containing an amount of 4 × 10 5 , 3 × 10 5 , 2 × 10 5 cells, or at most 10 5 cells,
The containers are sealed individually or together and contain a CO 2 rich environment or atmosphere suitable for lung tissue culture;
-CO 2-rich environment or atmosphere,
At least 2%, 3%, 4% CO 2 environment,
Up to 10%, 9%, 8% or 7% CO 2 environment,
Most preferably about 5% CO 2
including.

好ましい実施形態では、サンプルは、試験サンプル及び対応する対照サンプルを含む。   In a preferred embodiment, the sample includes a test sample and a corresponding control sample.

好ましい実施形態では、試験サンプルは、V底プレートの上またはプレートのV底ウェルの中に存在し、対照サンプルは、平底プレートの上またはプレートの平底ウェルの中に存在する。   In a preferred embodiment, the test sample is present on the V-bottom plate or in the V-bottom well of the plate, and the control sample is present on the flat-bottom plate or in the flat-bottom well of the plate.

定義:
本説明の文脈における「人工的組織スキャフォールド」の意味は、細胞を付着させるために及び/または組織もしくは細胞培養中の細胞の構造的な3次元配置を助けるために特別に設計され、かつ細胞を付着させるために及び/または組織もしくは細胞培養中の細胞の構造的な3次元配置を助けるために有用な構造を有する固体支持体材料である。好ましくは、その人工的組織スキャフォールドを、組織または細胞を培養する前に作製し、その組織もしくは細胞を培養する前またはその組織もしくは細胞を培養している間に、組織または細胞と接触させる。したがって、人工的組織スキャフォールドは、通常、細胞相互作用(例えば、細胞−細胞相互作用)の少なくとも一部または細胞環境それ自体に影響を及ぼすことによって、構造(例えば、組織または細胞培養物の3次元構造)に寄与する細胞増殖支持構造または細胞増殖支持材料である。結果として、組織スキャフォールドを組織または細胞培養物から取り除いた場合、組織または細胞培養物は、崩壊するかまたは無秩序状態になる。
しかしながら、当業者であれば、人工的組織スキャフォールドが生分解性材料でできていて、それが徐々に分解されて、細胞−細胞相互作用の形成を可能にする場合、これは、組織スキャフォールドの除去と考えられるべきではなく、また、この過程では、組織または細胞培養物は、崩壊状態または無秩序状態とはならないことを理解する。
Definition:
The meaning of “artificial tissue scaffold” in the context of this description is specifically designed to attach cells and / or to assist in the structural three-dimensional arrangement of cells in tissue or cell culture, and A solid support material having a structure useful for adhering and / or to assist in the structural three-dimensional arrangement of cells in tissue or cell culture. Preferably, the artificial tissue scaffold is made prior to culturing the tissue or cells and contacted with the tissue or cells before or while the tissue or cells are being cultured. Thus, artificial tissue scaffolds typically affect the structure (eg, tissue or cell culture 3) by affecting at least a portion of cell interactions (eg, cell-cell interactions) or the cell environment itself. It is a cell growth support structure or cell growth support material that contributes to the (dimensional structure). As a result, when the tissue scaffold is removed from the tissue or cell culture, the tissue or cell culture collapses or becomes disordered.
However, those skilled in the art will recognize that if the artificial tissue scaffold is made of a biodegradable material that is gradually degraded to allow the formation of cell-cell interactions, It is understood that the tissue or cell culture is not in a collapsed or disordered state during this process.

あるバージョンでは、人工的組織スキャフォールドは、3次元マトリックス、好ましくは3次元ゲルマトリックスまたは多孔質3次元マトリックスであり、そのマトリックスは、細胞が存在する微小空間または孔を有することが好ましい。   In some versions, the artificial tissue scaffold is a three-dimensional matrix, preferably a three-dimensional gel matrix or a porous three-dimensional matrix, which preferably has a microspace or pore in which cells are present.

あるバージョンでは、人工的組織スキャフォールドそれ自体が、細胞が付着する表面にある支持体、好ましくは多孔質膜支持体である。このスキャフォールドのバージョンでは、スキャフォールドは、これによって3次元構造の形成が促進されるように、細胞を付着させるために特別に設計され、かつ細胞を付着させるために有用な構造、例えば、細胞が付着する、多孔性であるか、湾曲しているか、縁取りがあるか、または溝がある表面を有する。   In some versions, the artificial tissue scaffold itself is a support, preferably a porous membrane support, on the surface to which the cells attach. In this scaffold version, the scaffold is specially designed to attach cells and thereby useful structures for attaching cells, such as cells, so as to promote the formation of a three-dimensional structure. Has a surface that is porous, curved, fringed, or grooved.

好ましくは、人工的組織スキャフォールドは、
−明確な3次元構造を有し、
−多孔性、好ましくは高度に多孔性の材料またはマトリックスであり、
−多孔性膜であり、
−多孔質3次元マトリックスであり、
−生体適合性材料でできていて、かつ/または、
−ポリマーでできている。
Preferably, the artificial tissue scaffold is
-Has a clear three-dimensional structure,
-Porous, preferably highly porous material or matrix;
-A porous membrane;
-A porous three-dimensional matrix;
-Made of biocompatible materials and / or
-Made of polymer.

場合によって、「人工的組織スキャフォールド」は、多糖ベースのマトリックスであり、例えば、それは、セルロースベースのマトリックス、例えば、メチルセルロースマトリックスである。   In some cases, an “artificial tissue scaffold” is a polysaccharide-based matrix, for example, it is a cellulose-based matrix, such as a methylcellulose matrix.

場合によって、「人工的組織スキャフォールド」は、ビーズ構造を有し、例えば、それは、サイトデックスビーズである。   In some cases, an “artificial tissue scaffold” has a bead structure, for example, it is a cytodex bead.

「人工的組織スキャフォールドを含まない3次元組織培養物」は、本明細書では、3次元構造を有する組織培養物として理解され、ここで、その組織培養物の3次元構造は、本来備わっている細胞−細胞相互作用によって形成または寄与されるのであって、人工的組織スキャフォールドによって助長されるのではない。   “Three-dimensional tissue culture without an artificial tissue scaffold” is understood herein as a tissue culture having a three-dimensional structure, wherein the three-dimensional structure of the tissue culture is inherently intrinsic. It is formed or contributed by existing cell-cell interactions, not promoted by artificial tissue scaffolds.

したがって、人工的組織スキャフォールドを含まない3次元組織培養物は、人工的組織スキャフォールドがないときに崩壊するかまたは無秩序状態になるのではなく、その3次元構造を維持する。その人工的組織スキャフォールドを含まない3次元組織培養物が、固体支持体材料の上で培養され、形成されるとしても、3次元構造の形成は、細胞がこの固体支持体に付着することによって助長されるものではなく、また、それによって生じるものでもなく、それは、3次元構造を破壊せずに分離することができる。   Thus, a three-dimensional tissue culture that does not include an artificial tissue scaffold maintains its three-dimensional structure rather than collapsing or becoming disordered in the absence of an artificial tissue scaffold. Even though a three-dimensional tissue culture that does not contain the artificial tissue scaffold is cultured and formed on a solid support material, the formation of the three-dimensional structure is achieved by the cells attaching to the solid support. It is not encouraged and not caused by it, it can be separated without destroying the three-dimensional structure.

本明細書で使用される「細胞の分離」は、組織または細胞培養物のうちの少なくとも2種類の細胞の空間的隔離に関するものであり、この空間的隔離(すなわち、分離)の後、2種類の細胞の比が分離前の培養物の同じ領域の同じ種類の細胞の比と培養物の他の領域中の同じ種類の細胞の比の両方と異なる、培養物の領域、例えば、(部分的)体積または表面を規定するかまたは見出すことができる。好ましくは、少なくとも2種類の細胞の表面張力の差は、インビトロでのそれらの分離に大いに寄与する。   As used herein, “separation of cells” relates to the spatial separation of at least two types of cells in a tissue or cell culture, and after this spatial separation (ie, separation), the two types The area of the culture, for example, (partial) is different from both the ratio of the same type of cells in the same area of the culture before separation and the ratio of the same type of cells in other areas of the culture ) The volume or surface can be defined or found. Preferably, the difference in surface tension of at least two types of cells greatly contributes to their separation in vitro.

領域、例えば、特定の細胞型の培養物の体積または部分的体積または表面または部分的表面の「濃縮」は、特定の細胞型の比が、参照領域(例えば、その培養物の他の領域)でよりもその領域で高いときの現象として理解されるべきである。通常、培養物の領域の「濃縮」は、細胞の分離の結果である。   A “concentration” of a region, eg, the volume or partial volume or surface or partial surface of a culture of a particular cell type is the ratio of a particular cell type to the reference region (eg, other regions of that culture). It should be understood as a phenomenon when it is higher in that area than in. Usually, “enrichment” of an area of culture is the result of cell separation.

「炎症」は、感染及び組織損傷などの有害な刺激及び条件によって誘発される適応応答である。   “Inflammation” is an adaptive response induced by harmful stimuli and conditions such as infection and tissue damage.

いくつかのサイトカインは、炎症を加速するので、まとめて「炎症促進性サイトカイン」として知られるが、これらはまた、直接的にまたは特定の細胞型において細胞接着分子もしくは他のサイトカインの合成を誘導する能力によって炎症反応を調節する。初期応答に関与する主な炎症促進性サイトカインは、IL1−α、IL1−β、IL6、及びTNF−αである。他の炎症促進性調節因子としては、IFN−γ、CNTF、TGF−β、IL12、IL17、IL18、IL8(CXCL8)ならびに炎症性細胞を化学的に誘引する種々の他のケモカイン、及び様々な神経調節因子が挙げられる。炎症応答の正味の効果は、炎症促進性サイトカインと抗炎症性サイトカイン(例えば、IL4、IL10、及びIL13、IL16、IFN−α、TGF−β、IL1ra、G−CSF、TNFまたはIL6の可溶性受容体)のバランスによって決定される。様々なカスケードによるIL1−βの活性化は、インフラマソームと名付けられた巨大な多タンパク質複合体で起こる。   Some cytokines accelerate inflammation and are collectively known as “pro-inflammatory cytokines”, but they also induce the synthesis of cell adhesion molecules or other cytokines directly or in certain cell types Modulates the inflammatory response by ability. The main pro-inflammatory cytokines involved in the initial response are IL1-α, IL1-β, IL6, and TNF-α. Other pro-inflammatory regulators include IFN-γ, CNTF, TGF-β, IL12, IL17, IL18, IL8 (CXCL8) and various other chemokines that chemically attract inflammatory cells, and various nerves Regulatory factors are mentioned. The net effect of the inflammatory response is that of pro- and anti-inflammatory cytokines such as IL4, IL10 and IL13, IL16, IFN-α, TGF-β, IL1ra, G-CSF, TNF or IL6 soluble receptors ) Determined by the balance. Activation of IL1-β by various cascades occurs in a large multiprotein complex termed the inflammasome.

LIF、GM−CSF、IL11及びOSMは、炎症過程に影響を及ぼし、かつ本発明の疾患モデルの調製において有用である可能性があるさらなるサイトカインである。   LIF, GM-CSF, IL11 and OSM are additional cytokines that affect the inflammatory process and may be useful in preparing the disease model of the present invention.

対照的に、IL10のような「抗炎症性サイトカイン」は、炎症過程を調節し、その結果、炎症過程は抑制または緩和される。   In contrast, “anti-inflammatory cytokines” such as IL10 regulate the inflammatory process so that the inflammatory process is suppressed or alleviated.

3次元組織の「平均直径」は、上記の方法で生成された3次元組織直径のいくつかの測定値の算術平均と解釈される。   The “average diameter” of the three-dimensional tissue is interpreted as the arithmetic average of several measurements of the three-dimensional tissue diameter generated by the above method.

「典型的直径」(中央直径)は、所与の沈渣サンプルを重量によって2つの等しい部分に分けることを示す直径であり、一方の部分にはその直径よりも大きい凝集塊が全て含まれ、もう一方の部分にはより小さい凝集塊が全て含まれる。   “Typical diameter” (median diameter) is a diameter indicating that a given sediment sample is divided into two equal parts by weight, one part containing all agglomerates larger than that diameter, One part contains all the smaller agglomerates.

容器の「並び」は、同じ大きさ、形状及び材料の複数の容器の配置と理解される。配置は、例えば、容器の配列、または容器の2次元マトリックスであることができる。   A “line” of containers is understood as an arrangement of a plurality of containers of the same size, shape and material. The arrangement can be, for example, an array of containers or a two-dimensional matrix of containers.

ウイルスは、多くの場合、特定の細胞型に強い特異性を持って細胞に感染する偏性細胞内病原体である。「組換えウイルスベクター」では、ウイルス生活環の複製期に必要な遺伝子が除去され、対象となる遺伝子がウイルスゲノムに付加されている。組換えウイルスベクターは、それが通常感染する細胞型に形質を導入することができる。そのような組換えウイルスベクターを作製するために、非必須遺伝子を、パッケージング細胞株のゲノムに組み込んでまたはプラスミド上で、トランスに提供する。いくつかのウイルスが開発されていて、関心は、4種類;レトロウイルス(レンチウイルスを含む)、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス及び単純ヘルペスウイルス1型に集中している。   Viruses are often obligate intracellular pathogens that infect cells with a strong specificity for a particular cell type. In the “recombinant viral vector”, genes necessary for the replication phase of the viral life cycle are removed, and the target gene is added to the viral genome. A recombinant viral vector can transduce a cell type to which it normally infects. To create such a recombinant viral vector, a non-essential gene is integrated into the packaging cell line genome or provided in trans on a plasmid. Several viruses have been developed and interest is concentrated in four types; retroviruses (including lentiviruses), adenoviruses, adeno-associated viruses and herpes simplex virus type 1.

「癌」は、一群の細胞が制御されない増殖、浸潤(隣接組織への侵入及び隣接組織の破壊)、ならびに時には転移(リンパまたは血液を経由した身体の他の場所への拡大)を示す疾患群である。癌のこれら3つの悪性特性によって、癌と、自己限定的で、浸潤または転移しない良性腫瘍とが区別される。肺腫瘍の95%は、気管支癌、また、気管支カルチノイド、間質性新生物、混合性新生物である。   “Cancer” is a group of diseases in which a group of cells exhibit uncontrolled growth, invasion (invasion of adjacent tissue and destruction of adjacent tissue), and sometimes metastasis (spread to other parts of the body via lymph or blood). It is. These three malignant features of cancer distinguish cancer from benign tumors that are self-limiting and do not invade or metastasize. 95% of lung tumors are bronchial cancer, bronchial carcinoids, stromal neoplasms, mixed neoplasms.

「線維症」は、器官または組織の通常の構成要素としての線維性組織の形成とは対照的な、修復過程または反応過程としての器官または組織における過剰な線維性結合組織の形成または発生である。肺線維症は、肺構造の再構築をもたらす、弾性の喪失と、間質性筋線維芽細胞に置換される肺上皮細胞と、肺間質における細胞外マトリックスタンパク質の堆積とを特徴とする重症慢性疾患である。   “Fibrosis” is the formation or development of excess fibrous connective tissue in an organ or tissue as a repair or reaction process as opposed to the formation of fibrous tissue as a normal component of an organ or tissue . Pulmonary fibrosis is a severe condition characterized by loss of elasticity, pulmonary epithelial cells that are replaced by interstitial myofibroblasts, and the deposition of extracellular matrix proteins in the pulmonary stroma, resulting in reconstruction of the lung structure It is a chronic disease.

3Dの2細胞型微小培養物の構造を示す写真。SAEC及びNHLF細胞を、それぞれ、CFSEまたはDiIという生体染色色素で染色した。純粋なまたは様々な比で混合された細胞集団をペレット化し、24時間のインキュベーションの後、凝集塊を形成させ、その後、画像撮影のために24ウェル細胞培養プレートに移した。上の列:位相差顕微鏡画像;中央の列:蛍光顕微鏡画像;下の列:共焦点画像。SAEC:緑色のチャンネル;NHLF:赤色のチャンネル。A photograph showing the structure of a 3D two-cell microculture. SAEC and NHLF cells were stained with a vital dye called CFSE or DiI, respectively. Cell populations, pure or mixed at various ratios, were pelleted and after 24 hours incubation, aggregates were formed and then transferred to 24-well cell culture plates for imaging. Upper row: phase contrast microscope image; middle row: fluorescence microscope image; lower row: confocal image. SAEC: green channel; NHLF: red channel. 50%SAECと50%NHLFの混合物のマトリゲルに基づく培養物を示す写真。Photograph showing a Matrigel-based culture of a mixture of 50% SAEC and 50% NHLF. 異なる比のSAEC及びNHLFを含有するペレット化された微小組織培養物を示す写真。生理的蛍光マーカーのために、SAEC細胞が緑色または黒白コピーで薄い灰色となるのに対し、NHLF細胞は赤色または濃い灰色となる。Photographs showing pelleted microtissue cultures containing different ratios of SAEC and NHLF. Due to the physiological fluorescent markers, SAEC cells are light gray in green or black-and-white copy, whereas NHLF cells are red or dark gray. 3Dヒト肺微小組織におけるTTF−1のmRNAレベルを示すグラフ。TTF1転写因子は、肺胞上皮細胞の特徴的マーカーである。3D線維芽細胞培養物はTTF1発現を示さないが、TTF1は、3D SAEC単独培養物に存在し、また、2D SAEC/NHLF共培養物で増加していて、線維芽細胞の有益な効果を示している。最大レベルのTTF1発現は、3D SAEC/NHLF組織で達せられた。The graph which shows the mRNA level of TTF-1 in 3D human lung microtissue. TTF1 transcription factor is a characteristic marker of alveolar epithelial cells. 3D fibroblast cultures do not show TTF1 expression, but TTF1 is present in 3D SAEC alone cultures and is increased in 2D SAEC / NHLF co-cultures, showing the beneficial effects of fibroblasts ing. Maximum levels of TTF1 expression were reached in 3D SAEC / NHLF tissue. 3Dヒト肺微小組織におけるAQP−3水輸送体のmRNAレベルを示すグラフ。AQ3は、肺におけるATII上皮型マーカーである。3D線維芽細胞培養物はAQ3発現を示さないが、AQ3は、3D SAEC単独培養物に存在し、また、2D SAEC/NHLF共培養物で増加していて、線維芽細胞の有益な効果を示しているが、それにもかかわらず、AQ3の最大レベルは3D SAEC/NHLF組織培養物で観察された。The graph which shows the mRNA level of the AQP-3 water transporter in 3D human lung microtissue. AQ3 is an ATII epithelial marker in the lung. Although 3D fibroblast cultures do not show AQ3 expression, AQ3 is present in 3D SAEC alone cultures and is increased in 2D SAEC / NHLF co-cultures, showing the beneficial effects of fibroblasts Nevertheless, maximal levels of AQ3 were observed in 3D SAEC / NHLF tissue culture. SAEC分化マーカーにおける遺伝子発現変化を示すグラフ及び写真。 A:2D及び3Dヒト肺微小組織におけるAQP3水輸送体の相対mRNAレベル。相対AQP3発現レベルは、SAECのみの培養物の相対AQP3発現レベルと比べて混合細胞培養物で増加していたが、2D培養条件と3D培養条件の間に差は検出されなかった。 B:KRT7 mRNA発現の相対レベルは、SAECのみの培養物と比較して混合細胞培養物で増加していた(独立した実験:n=3)。 C:2D及び3D培養物におけるSFTPA1及びβ−アクチン発現のRT−PCR解析。SFTPA1発現は、SAEC+NHLF共培養物でしか検出されなかった。SFTPA1の発現は、2D培養物よりも3D培養物で常に高かった。3回の独立した実験の代表的な画像を示す。 D:NHLF細胞と2Dまたは3D共培養した72時間後、FACSで選別したSAECにおける遺伝子発現変化を調べた。再純化されたSAECにおける分化マーカーAQP3及びTTF−1のレベルは、2D共培養物と比較して3D共培養物で著しく上方調節された。示したデータは、2回の独立した実験の平均である(本発明者らの全ての実験で使用された純化された初代肺細胞は、無作為に選んだ宿主からのものであった)。The graph and photograph which show the gene expression change in a SAEC differentiation marker. A: Relative mRNA levels of AQP3 water transporter in 2D and 3D human lung microtissues. Relative AQP3 expression levels were increased in mixed cell cultures compared to relative AQP3 expression levels in SAEC-only cultures, but no difference was detected between 2D and 3D culture conditions. B: The relative level of KRT7 mRNA expression was increased in mixed cell cultures compared to SAEC-only cultures (independent experiments: n = 3). C: RT-PCR analysis of SFTPA1 and β-actin expression in 2D and 3D cultures. SFTPA1 expression was only detected in SAEC + NHLF co-cultures. The expression of SFTPA1 was always higher in 3D cultures than in 2D cultures. Shown are representative images of three independent experiments. D: After 72 hours of 2D or 3D co-culture with NHLF cells, gene expression changes in SAECs selected by FACS were examined. The levels of differentiation markers AQP3 and TTF-1 in repurified SAEC were markedly upregulated in 3D co-culture compared to 2D co-culture. Data shown are the average of two independent experiments (the purified primary lung cells used in all our experiments were from randomly chosen hosts). 3D肺組織モデルにおけるEMTマーカーを示すグラフ。 A:2D及び3D共培養物におけるS100A4の相対mRNAレベル。線維芽細胞の存在は、SAECのみの培養物と比較してSAEC−NHLF共培養物におけるS100A4のレベルを著しく減少させたが、2Dまたは3D培養条件は、S100A4発現をそれほど変化させなかった。 B:E−カドヘリン(E−cad)の相対mRNAレベルは、NHLFの存在下では3D培養物で増加している。 C:2D及び3Dヒト肺微小組織におけるN−カドヘリン(N−cad)の相対mRNAレベル。 D:NHLF細胞と2Dまたは3D共培養した72時間後、FACSで選別したSAECにおける遺伝子発現変化を調べた。選別された肺上皮細胞におけるEMTマーカーS100A4及びE−cadのレベルは、2D共培養物と比較して3Dの2細胞共培養物で増加していたが、N−cadは、3D混合培養物では遙かに低いレベルで発現していた。本発明者らの実験で使用された純化された初代肺細胞は、無作為に選んだ宿主からのものであった。示したデータは、3回(パネルA〜C)または2回(パネルD)の独立した実験の平均である。本発明者らの全ての実験で使用された純化された初代肺細胞は、無作為に選んだ宿主からのものであった。The graph which shows the EMT marker in a 3D lung tissue model. A: Relative mRNA levels of S100A4 in 2D and 3D co-cultures. The presence of fibroblasts significantly reduced the level of S100A4 in the SAEC-NHLF co-culture compared to the SAEC-only culture, whereas 2D or 3D culture conditions did not significantly change S100A4 expression. B: E-cadherin (E-cad) relative mRNA levels are increased in 3D cultures in the presence of NHLF. C: Relative mRNA levels of N-cadherin (N-cad) in 2D and 3D human lung microtissues. D: After 72 hours of 2D or 3D co-culture with NHLF cells, gene expression changes in SAECs selected by FACS were examined. The levels of EMT markers S100A4 and E-cad in sorted lung epithelial cells were increased in 3D 2-cell co-cultures compared to 2D co-cultures, whereas N-cad was increased in 3D mixed cultures. It was expressed at a much lower level. The purified primary lung cells used in our experiments were from randomly chosen hosts. Data shown are the average of three independent experiments (panels AC) or two (panel D). The purified primary lung cells used in all our experiments were from randomly chosen hosts. ヒト初代肺細胞培養物における炎症性サイトカイン及びケモカイン分泌を示すグラフ。 A:2D及び3D NHLF単独培養物のCXCL−8分泌は、細胞培養上清ではほとんど検出されなかった。2D SAEC培養物よりも低い程度ではあるが、3D SAEC培養物は依然としてCXCL8を産生した。2D共培養物では、CXCL−8発現がそれほど変化せず、線維芽細胞の存在が、サイトカイン発現に影響を与えることができないことを示した。CXCL−8発現レベルは、純粋なSAECとSAEC−NHLF共培養物の両方において3D組織システムで著しく低下した。 A及びB:それぞれ、ヒト初代肺細胞培養物におけるIL−1b及びIL−6 mRNAの発現レベル。2D培養物と比較して、炎症性サイトカインIL−1b及びIL−6の炎症性のmRNAレベルは、3D培養物で常により低い。純粋な線維芽細胞培養物では、IL−1b mRNA発現は検出されなかったのに対し、IL−6レベルは遙かに低く、発現変化もあまり目立たなかった(表2も参照)。 D:混合細胞培養サンプルと同様に、炎症性サイトカインIL−1b及びIL−6のレベルもまた、2D培養物のSAECよりも3D培養物から純化されたSAECで顕著に減少していた。示したデータは、3回(パネルA〜C)または2回(パネルD)の独立した実験の平均である。本発明者らの全ての実験で使用された純化された初代肺細胞は、無作為に選んだ宿主からのものであった。Graph showing inflammatory cytokine and chemokine secretion in human primary lung cell cultures. A: CXCL-8 secretion of 2D and 3D NHLF single cultures was hardly detected in the cell culture supernatant. To a lesser extent than 2D SAEC cultures, 3D SAEC cultures still produced CXCL8. In 2D co-cultures, CXCL-8 expression did not change much, indicating that the presence of fibroblasts could not affect cytokine expression. CXCL-8 expression levels were significantly reduced in the 3D tissue system in both pure SAEC and SAEC-NHLF co-cultures. A and B: IL-1b and IL-6 mRNA expression levels in human primary lung cell cultures, respectively. Compared to 2D cultures, inflammatory mRNA levels of the inflammatory cytokines IL-1b and IL-6 are always lower in 3D cultures. In pure fibroblast cultures, IL-1b mRNA expression was not detected, whereas IL-6 levels were much lower and expression changes were less noticeable (see also Table 2). D: Similar to the mixed cell culture samples, the levels of inflammatory cytokines IL-1b and IL-6 were also significantly reduced in SAEC purified from 3D cultures than in SADs of 2D cultures. Data shown are the average of three independent experiments (panels AC) or two (panel D). The purified primary lung cells used in all our experiments were from randomly chosen hosts. SAEC、NHLF、及びHMVECからなる3Dの3細胞型微小培養物の構造を示す写真。SAEC、NHLF及びHMVECを、それぞれ、生体染色色素CFSE、DiI、またはDiDで染色し、その後、凝集させた。24時間のインキュベーションの後、自発的に再配置した2細胞または3細胞型微小培養物を画像撮影のために24ウェル細胞培養プレートに慎重に移した。 A:2細胞型培養物、B:3細胞型培養物。上の列:位相差顕微鏡画像;中央の列:蛍光顕微鏡画像;下の列:共焦点画像。SAEC:緑色のチャンネル;NHLF:赤色のチャンネル;HMVEC:青色のチャンネル。The photograph which shows the structure of 3D 3 cell type | mold microculture which consists of SAEC, NHLF, and HMVEC. SAEC, NHLF and HMVEC were stained with the vital dyes CFSE, DiI, or DiD, respectively, and then aggregated. After 24 hours of incubation, spontaneously rearranged 2-cell or 3-cell microcultures were carefully transferred to 24-well cell culture plates for imaging. A: 2-cell culture, B: 3-cell culture. Upper row: phase contrast microscope image; middle row: fluorescence microscope image; lower row: confocal image. SAEC: green channel; NHLF: red channel; HMVEC: blue channel. 3細胞型培養物における遺伝子発現変化を示すグラフ。 A:2D培養物と比較して、3D培養物において、AQP3及びKRT7の発現レベルは増加し、S100A4及びN−cadは減少していた。 B:3D SAEC−NHLFの2細胞型培養物及びSAEC−NHLF−HMVECの3細胞型培養物における分子マーカーの発現変化の比較。AQP3及びE−cadのmRNAレベルは増加し、S100A4及びN−cadは減少し、組織の分化が3細胞型モデルで維持されたことを示している。本発明者らの全ての実験で使用された純化された初代肺細胞は、無作為に選んだ宿主からのものであった。The graph which shows the gene expression change in a 3 cell type culture. A: Compared to 2D cultures, expression levels of AQP3 and KRT7 were increased and S100A4 and N-cad were decreased in 3D cultures. B: Comparison of changes in expression of molecular markers in 3D SAEC-NHLF two-cell culture and SAEC-NHLF-HMVEC three-cell culture. AQP3 and E-cad mRNA levels increased, S100A4 and N-cad decreased, indicating that tissue differentiation was maintained in a three-cell type model. The purified primary lung cells used in all our experiments were from randomly chosen hosts. 96ウェルプレート中で供給され、すぐに試験できる肺組織キットの調製のフローチャート。Flow chart of preparation of a lung tissue kit supplied in a 96 well plate and ready for testing. 2細胞型モデルにおけるSAECへのアデノウイルス遺伝子送達を示す写真。GFP発現のために、SAECは3D組織モデルの表面で緑色に見える。凝集の前に、線維芽細胞を生理的色素で予め赤色に染色した。Photo showing adenoviral gene delivery to SAEC in a two cell type model. Due to GFP expression, SAEC appears green on the surface of the 3D tissue model. Prior to aggregation, fibroblasts were prestained red with a physiological dye. 同じく、RT−PCR反応により、このモデルへの効果的なGFP遺伝子送達が示されている。アデノウイルスによって形質導入されたモデル培養物でGFPを検出することができる。Similarly, RT-PCR reactions have shown effective GFP gene delivery to this model. GFP can be detected in model cultures transduced by adenovirus.

本発明者らは、肺組織モデルとして有用で、かつ、様々な試験方法ですぐに使える簡単な人工3次元肺モデル組織培養物を作り出した。   The inventors have created a simple artificial three-dimensional lung model tissue culture that is useful as a lung tissue model and can be readily used in various test methods.

モデルの作製において、肺の組織型の主な特徴を含む組織特徴、胚性期の肺発生における細胞型の相互作用及び組織工学における技術的進歩のいくつかの側面を考慮した。   In creating the model, we considered several aspects of tissue features, including the main features of lung tissue types, cell-type interactions in embryonic lung development and technical advances in tissue engineering.

スキャフォールドベースのシステムとスキャフォールドフリーのシステムの両方を、本明細書に記載の通りに試験した。驚くべきことに、肺組織特異的マーカーの解析から、3次元のスキャフォールドフリーのシステムがネイティブな肺組織との顕著な類似を示すことが示された。   Both scaffold-based systems and scaffold-free systems were tested as described herein. Surprisingly, analysis of lung tissue-specific markers showed that a three-dimensional scaffold-free system showed significant similarity to native lung tissue.

従来技術では、線維芽細胞の異常増殖は、これらの種類の細胞をモデル組織で利用しようと試みるときによく起こることであった(特許文献3)。本明細書に提示された結果を踏まえると、そのような異常増殖の原因は、凝集塊の形成の欠如であった可能性があると推測することができる。凝集塊から離れた細胞であれば、容器の表面に付着した可能性があるし、それらによって接触阻害が達成されるまで繁殖し始める可能性がある。   In the prior art, abnormal proliferation of fibroblasts has often occurred when attempting to use these types of cells in model tissues (Patent Document 3). In light of the results presented herein, it can be inferred that the cause of such abnormal growth may have been the lack of aggregate formation. Cells that are distant from the agglomerate may have adhered to the surface of the container and may begin to propagate until contact inhibition is achieved thereby.

これまでに開発された肺組織モデルは、特殊なスキャフォールド材料を用いて、長々と培養状態で維持された(非特許文献3)。対照的に、本明細書に提示されたモデルは、容易な操作を可能にし、簡単な実験設定と比較的短い培養時間を使用する。さらに、特別な実験機器は必要とされない。本システムは、ヒト初代細胞及び非形質転換ヒト細胞を含むヒト細胞とともに使用するのに適している。   The lung tissue model developed so far has been maintained in a culture state for a long time using a special scaffold material (Non-patent Document 3). In contrast, the model presented here allows easy manipulation and uses simple experimental setups and relatively short incubation times. Furthermore, no special laboratory equipment is required. The system is suitable for use with human cells, including human primary cells and non-transformed human cells.

特定のシステムでは、スキャフォールド(例えば、マトリックス)が生分解性であることが理解されるべきである。しかしながら、スキャフォールドが、組織培養物の構造もしくは形状に影響を及ぼすかまたはそれらを規定するので、そのような場合は、これらのシステムは、スキャフォールドが分解された後でもスキャフォールドフリーのシステムと考えられるべきではない。加えて、本発明でのようなインビトロシステムでは、通常、分解性の膜が溶解するとは考えられない。   It should be understood that in certain systems, the scaffold (eg, matrix) is biodegradable. However, because the scaffold affects or defines the structure or shape of the tissue culture, in such cases, these systems are considered scaffold-free systems even after the scaffold is degraded. Should not be considered. In addition, in vitro systems such as the present invention typically do not seem to dissolve the degradable membrane.

さらに、生分解性スキャフォールドの溶解には長い時間がかかり、本発明の組織培養物の調製及び使用にかかる時間よりも遙かに長い。   Furthermore, dissolution of the biodegradable scaffold takes a long time and is much longer than the time it takes to prepare and use the tissue culture of the present invention.

脱分化した細胞でない細胞を本発明で適用することもできるが、細胞の数は少なくなるであろう。そのため、この実施形態は、主に、計画された試験において、細胞の数が少数で十分な場合、例えば、試験の感度が十分に高い場合に有用である。迅速試験では、本発明のモデル組織培養物の調製を純化された分化細胞から開始することが可能である。そのような細胞は、対象から新鮮に調製することができる。このバージョンの方法は、例えば、薬物もしくは化合物の患者特異的試験においてまたは活性剤の効果を(例えば、潜在的な製造業者のための)特定の疾患状況で試験しようとする場合に特に有用である。   Cells that are not dedifferentiated cells can also be applied in the present invention, but the number of cells will be reduced. Therefore, this embodiment is mainly useful when a small number of cells is sufficient in a planned test, for example, when the sensitivity of the test is sufficiently high. In rapid testing, the preparation of the model tissue culture of the present invention can be initiated from purified differentiated cells. Such cells can be freshly prepared from the subject. This version of the method is particularly useful, for example, in patient-specific testing of drugs or compounds or when trying to test the effect of an active agent in certain disease situations (eg, for potential manufacturers) .

初代細胞は、商業的供給源、例えば、非特許文献4から入手することもできる。   Primary cells can also be obtained from commercial sources, such as Non-Patent Document 4.

多数のサンプルが必要な場合、モデル組織培養物サンプルを調製する前に、細胞を繁殖させるべきである。この過程の間に、脱分化が起こり得る。これは、スクリーニング(例えば、HTS)用途に当てはまる。患者特異的な試験では、より少ない数のサンプルで十分である。   If a large number of samples are required, the cells should be propagated before preparing the model tissue culture sample. Dedifferentiation can occur during this process. This is true for screening (eg, HTS) applications. For patient-specific tests, a smaller number of samples is sufficient.

細胞が凝集塊の中で分化する場合、繁殖は減速または停止し、その後、凝集塊はそれほど増加しない。   If the cells differentiate within the clump, propagation slows or stops, after which the clump does not increase significantly.

少数のサンプルで十分な場合、予備的な繁殖は必要ない。通常、こうしたことは、2、3の薬物についての患者サンプル試験においてまたは特定の現象(例えば、シグナル伝達過程)を観察しようとする場合に生じ得る。しかしながら、スクリーニング過程では、多数のサンプルが必要であり、モデル組織培養物を調製する前に細胞の繁殖が行なわれるべきである。   If a small number of samples is sufficient, no preliminary breeding is necessary. Typically, this can occur in patient sample studies for a few drugs or when trying to observe certain phenomena (eg, signal transduction processes). However, the screening process requires a large number of samples, and cell propagation should take place before preparing the model tissue culture.

本発明の好ましい実施形態では、成体の脱分化した上皮細胞を使用する。成体の脱分化した上皮細胞では、線維芽細胞の存在下で単に共培養されることで、分化がもたらされることがあり、これはさらに、3D条件、特に、3D凝集塊の形成に適した条件で増大することが当技術分野で知られていなかった。したがって、好ましい実施形態では、モデル組織培養物調製を脱分化した細胞から開始する。   In a preferred embodiment of the invention, adult dedifferentiated epithelial cells are used. In adult dedifferentiated epithelial cells, differentiation may be brought about simply by co-culture in the presence of fibroblasts, which is further suitable for 3D conditions, particularly suitable for the formation of 3D aggregates. It was not known in the art to increase. Accordingly, in a preferred embodiment, model tissue culture preparation begins with dedifferentiated cells.

培養下で、例えば、2D組織培養下で維持された初代細胞は、特定の脱分化マーカーを示す。したがって、そのような細胞を本発明で適用することもできる。脱分化マーカーとしては、S100A4、N−カドヘリン及び炎症マーカーが挙げられる。したがって、より多くの細胞を適用することができる。   Primary cells maintained in culture, for example in 2D tissue culture, exhibit certain dedifferentiation markers. Therefore, such cells can also be applied in the present invention. Examples of dedifferentiation markers include S100A4, N-cadherin, and inflammation markers. Therefore, more cells can be applied.

多能性細胞または未分化細胞は、組織成分及び/または因子を添加した後に、分化できるようにすることができる。   Pluripotent cells or undifferentiated cells can be allowed to differentiate after addition of tissue components and / or factors.

肺組織内での細胞相互作用:
細胞の脱分化及び再分化:
幹細胞と組織特異的前駆細胞は両方とも、方向性のある組織特異的分化段階を経ることができ、そのため、器官特異的組織培養材料を作製するための理想的な供給源である。残念なことに、両方の細胞型は、分化した組織において限られた数でしか入手できない。
Cell interactions in lung tissue:
Cell dedifferentiation and redifferentiation:
Both stem cells and tissue-specific progenitor cells can go through a directional tissue-specific differentiation stage and are therefore an ideal source for making organ-specific tissue culture materials. Unfortunately, both cell types are only available in limited numbers in differentiated tissues.

組織モデルが、実験及び/または試験要件に従って定期的に構築される必要があるとき、単にそれがたくさんあるという理由で、組織特異的分化細胞は、一次材料のより優れた供給源となる。本モデルシステムは、少なくとも一部は、2次元培養条件下の分化細胞は脱分化することができ、かつ適切な培養条件を用いて再分化させることができるという現象を利用している。   When tissue models need to be built regularly according to experimental and / or test requirements, tissue-specific differentiated cells are a better source of primary material simply because there are many. This model system utilizes, at least in part, the phenomenon that differentiated cells under two-dimensional culture conditions can be dedifferentiated and can be redifferentiated using appropriate culture conditions.

細胞相互作用:
肺発生、及び上皮損傷修復は、肺の幹細胞及び成体前駆細胞の機能を共調節するように思われる刺激性遺伝子と抑制性遺伝子の微妙なバランスによって厳重に調整されている。例えば、FGF受容体チロシンキナーゼシグナル伝達は、呼吸器の器官形成に必須であり、誘導性FGF経路阻害因子のファミリーによって負に調節されている(非特許文献5)。さらに、FGFシグナル伝達は、新しい肺胞の形成、損傷からの肺胞上皮細胞の保護、ならびに肺修復時の推定上の肺胞幹細胞/前駆細胞の移動及び増殖に必要である。逆に、Smad2、3及び4を介するTGFβ受容体セリン−トレオニンキナーゼシグナル伝達は、肺の形態形成を阻害し、かつ出生後の肺胞発生を阻害することができるが、Smad3を介する過剰なTGFβシグナル伝達は、間質性線維症を引き起こす。
Cell interaction:
Lung development and epithelial damage repair are tightly regulated by a delicate balance of stimulatory and inhibitory genes that appear to co-regulate the functions of lung stem cells and adult progenitor cells. For example, FGF receptor tyrosine kinase signaling is essential for respiratory organogenesis and is negatively regulated by a family of inducible FGF pathway inhibitors (Non-Patent Document 5). In addition, FGF signaling is required for the formation of new alveoli, protection of alveolar epithelial cells from injury, and putative alveolar stem / progenitor cell migration and proliferation during lung repair. Conversely, TGFβ receptor serine-threonine kinase signaling via Smad2, 3 and 4 can inhibit lung morphogenesis and inhibit postnatal alveolar development, but excess TGFβ via Smad3. Signaling causes interstitial fibrosis.

したがって、やや複雑ではあるが、相互に関連する、間質と上皮の間の相互作用のシステムが必要である。本発明者らは、純化された肺胞上皮と線維芽細胞の混合物を用いて、基本的な肺モデルを作り出すことができるという仮説を立てた。   Therefore, there is a need for a slightly more complex but interrelated system of interaction between the stroma and the epithelium. The inventors hypothesized that a purified lung mixture can be used to create a basic lung model.

そのため、当初は、2つの細胞型、すなわち、両方とも市販されている(Lonza)、初代ヒト線維芽細胞(NHLF)及び小気道上皮細胞(ATII特徴を有するSAEC)のみを使用した。驚くべきことに、この2つの細胞型は、3次元肺組織モデルを形成するための必要な因子を十分に提供することが分かった。当業者であれば、さらなる細胞型、例えば、本明細書に列挙された細胞型を追加することで、このモデルをさらに発展させることができる。   Therefore, initially only two cell types were used, both commercially available (Lonza), primary human fibroblasts (NHLF) and small airway epithelial cells (SAEC with ATII characteristics). Surprisingly, these two cell types have been found to provide enough of the necessary factors to form a three-dimensional lung tissue model. One skilled in the art can further develop this model by adding additional cell types, such as those listed herein.

混合培養物中の細胞型の分離(選別):
本発明者らの顕微鏡検査によって、自発的な組織再組織化−「選別」−が、3D肺初代細胞培養物で起こることが実証されている。本発明者らは、胎仔胸腺器官培養物の調製の方法(非特許文献6)と類似した、細胞を凝集させるための簡単な遠心分離法を本明細書において使用した。本明細書では、初代肺上皮細胞と線維芽細胞との3D共培養は、2Dまたは3Dのいずれかのインビトロ単独培養よりもSAECがより分化した状態を維持するのに有利であるという証拠が示されている。NHLFを含めることによって、上皮分化が容易になっただけでなく、3D微小組織の凝集及び構造が、SAECのみの培養物(図3)またはSAEC−HMVEC(図8a)培養物と比較して、遙かに堅くかつコンパクトにもなった。
Separation of cell types in mixed culture (sorting):
Our microscopic examination has demonstrated that spontaneous tissue reorganization— “sorting” —occurs in 3D lung primary cell cultures. The inventors used herein a simple centrifugation method to agglutinate cells, similar to the method of preparation of fetal thymus organ culture (Non-Patent Document 6). Here, evidence shows that 3D co-cultures of primary lung epithelial cells and fibroblasts are advantageous in maintaining SAEC more differentiated than either 2D or 3D in vitro single cultures. Has been. Inclusion of NHLF not only facilitated epithelial differentiation, but 3D microtissue aggregation and structure compared to SAEC-only cultures (FIG. 3) or SAEC-HMVEC (FIG. 8a) cultures, It became much harder and more compact.

ヒト小気道上皮細胞(SAEC)と正常なヒト肺線維芽細胞(NHLF)とからなる本2細胞型共培養システムは、3D構造を形成及び維持するための外から加えられるECMの存在を必要としなかった(図3)。1細胞型のSAEC及びNHLFの細胞懸濁物ならびに様々な比の細胞混合物をペレット化することにより、肺微小組織の生成には、コンパクトでかつ安定な3D構造を維持するための線維芽細胞の存在が必要となることが明らかになった(図3)。3D微小組織の形態学的検査によって、混合培養物における2つの細胞型の分離は、3D微小組織、内側のコア部分を形成する線維芽細胞の特徴である一方、上皮細胞が外層を被覆していることが明らかになった(図3)。
分離または「選別」という現象は、細胞型の異なる接着エネルギー特性に基づくものであり、これまで初代ヒト肺組織については記載されていなかった。自発的な細胞「選別」は、異なる細胞型間の凝集力の違いに基づく。肺微小組織の最も凝集性のあるコアまたは中心領域は、凝集性の低いSAECに囲まれているNHLF集団によって形成される。分化したヒト成体細胞でさえも、それ自身の微小環境を積極的に探求する能力を維持しているという考えの基礎となるので、初代分化ヒト肺組織における分離の過程は特に興味深い。3D共培養物中の細胞は、隣接する細胞と位置を交換することができ、したがって、組織を構造的に再編成することができる。この過程には、細胞外マトリックスの再編成も必要になる。3D微小組織モデルにおける様々なSAEC/NHLF比のモデルの研究により、上皮細胞が線維芽細胞の内部コアを被覆するのに1:1の比で十分であることが明らかになり、したがって、1:1の設定を用いて、このモデルのさらなる解析が行なわれた。しかしながら、このモデルは、他の上皮−間質細胞比で有用である可能性がある。完全な被覆に十分な比は、細胞型によって様々な程度に異なり得る。
This two-cell co-culture system consisting of human small airway epithelial cells (SAEC) and normal human lung fibroblasts (NHLF) requires the presence of exogenously added ECM to form and maintain 3D structures. There was no (Figure 3). By pelleting cell suspensions of one cell type of SAEC and NHLF and various ratios of cell mixtures, the generation of pulmonary microtissues can be achieved with fibroblasts to maintain a compact and stable 3D structure. It became clear that existence was necessary (FIG. 3). By morphological examination of 3D microtissue, the separation of the two cell types in the mixed culture is characteristic of 3D microtissue, fibroblasts that form the inner core part, while epithelial cells cover the outer layer (Fig. 3).
The phenomenon of separation or “sorting” is based on the adhesion energy characteristics of different cell types and has not been described so far for primary human lung tissue. Spontaneous cell “sorting” is based on the difference in cohesion between different cell types. The most cohesive core or central region of the lung microtissue is formed by the NHLF population surrounded by less cohesive SAEC. The process of segregation in primary differentiated human lung tissue is particularly interesting because even the differentiated human adult cells are the basis of the idea that they maintain the ability to actively explore their own microenvironment. Cells in the 3D co-culture can exchange positions with neighboring cells and thus structurally reorganize the tissue. This process also requires reorganization of the extracellular matrix. Study of various SAEC / NHLF ratio models in the 3D microtissue model reveals that a 1: 1 ratio is sufficient for epithelial cells to coat the inner core of the fibroblasts, thus 1: A further analysis of this model was performed using a setting of 1. However, this model may be useful with other epithelial-stromal cell ratios. The ratio sufficient for complete coverage can vary to varying degrees depending on the cell type.

理論に束縛されるわけではないが、本発明者らは、本モデルにおける細胞の分離は、その表面張力の違いが大きな役割を果たす細胞型の異なる凝集性によるものであると考えている。   Without being bound by theory, the present inventors believe that the separation of cells in this model is due to the different aggregation of cell types where the difference in surface tension plays a major role.

いかなる細胞もそれ自身の微小環境を積極的に探求し、隣接する細胞と位置を交換するかまたはその近くの細胞外マトリックスを再編成することができる。後者の過程は、機械的牽引力とマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)による酵素活性の両方を必要とすることが知られている。異なる接着エネルギー特性に基づき、特定の細胞組成の混合細胞型が凝集塊中で分離することができるということは、公知の実験的事実である。   Any cell can actively explore its own microenvironment and swap positions with neighboring cells or reorganize the nearby extracellular matrix. The latter process is known to require both mechanical traction and enzyme activity by matrix metalloproteases (MMPs). It is a known experimental fact that mixed cell types of specific cell composition can be separated in aggregates based on different adhesion energy properties.

懸滴培養物の分離した細胞凝集塊では、最も凝集性の高い集団が中心領域を占め、それが凝集性の低い集団に囲まれている。組織凝集性の尺度は、細胞の表面張力である。したがって、実験的に検出可能な量である表面張力により、選別階層を予測することができる。そのため、それに関して、初期の試みが当技術分野で行なわれていて、この選別階層によって、新しい細胞型を含めることができるかどうかをある程度予測することができる(非特許文献7)。   In the isolated cell aggregate of the hanging drop culture, the most aggregated population occupies the central region, which is surrounded by the less aggregated population. A measure of tissue aggregation is cell surface tension. Therefore, the selection hierarchy can be predicted by the surface tension, which is an experimentally detectable amount. Therefore, in that regard, early attempts have been made in the art, and this sorting hierarchy can predict to some extent whether new cell types can be included (Non-Patent Document 7).

しかしながら、ヒト肺の特定の細胞型については、表面張力係数が知られていない。先行技術では、組織選別という現象が他の培養物で起こるのか、または懸滴培養物でのみ起こるのかということに関して全く何も言われていない。本発明者らは、驚くべきことに、上皮細胞と線維芽細胞の分離が、ペレット化された肺胞上皮と線維芽細胞の混合培養物中で起こることを本明細書で初めて実験的に明らかにした。   However, the surface tension coefficient is not known for certain cell types of human lung. In the prior art, nothing is said about whether the phenomenon of tissue sorting occurs in other cultures or only in hanging drop cultures. The inventors have surprisingly demonstrated for the first time herein that epithelial cell and fibroblast separation occurs in a mixed culture of pelleted alveolar epithelium and fibroblasts. I made it.

微小凝集塊のサイズ及び構造:
極めて小さいが構造化された凝集塊でさえも組織特徴を示し、したがって、相互作用の研究、及び化合物または環境影響の試験に適していることが本発明者らによって予想外に見出された。
Microagglomerate size and structure:
Even the very small but structured agglomerates showed tissue characteristics and were therefore unexpectedly found by the inventors to be suitable for interaction studies and for testing compound or environmental effects.

小さい凝集塊にはいくつかの利点があり、例えば、特別な反応容器が必要なく、そのサイズ及び様々な細胞型の比が再現可能であり、そのため、相互作用がより容易に制御される。小さい凝集塊では、組織凝集塊の内部の壊死化は実質的にないと考えることができる。さらに、驚くほどに均一なサイズ分布を達成することができ、このサイズ分布のおかげで、小さい凝集塊は、並行試験に非常に適したものになる。   Small agglomerates have several advantages, for example, no special reaction vessels are required, their size and ratio of various cell types are reproducible, so the interaction is more easily controlled. With small agglomerates, the necrosis inside the tissue agglomerates can be considered substantially absent. Furthermore, a surprisingly uniform size distribution can be achieved, and this size distribution makes small agglomerates very suitable for parallel testing.

したがって、組織特徴が現われ、それにより相互作用を調べることができるならば、好ましくは、本発明に従って、凝集塊のサイズを小さく維持すべきである。   Therefore, if tissue characteristics appear and thereby the interaction can be investigated, preferably the size of the agglomerates should be kept small according to the present invention.

凝集塊が小さすぎる場合、本明細書に開示したような正確な形態は、形を成さない可能性があり、凝集塊には組織様の特徴がない可能性がある。凝集塊が大きすぎる場合、そのサイズは、ほとんどが平均から逸脱する可能性がある。   If the agglomerates are too small, the exact form as disclosed herein may not form and the agglomerates may not have tissue-like features. If the agglomerates are too large, their size can deviate from the average.

さらに、培養時間が長く、凝集塊の灌流が少ないという理由で、壊死化が凝集塊の内部で起こる可能性もある。   In addition, necrosis may occur inside the agglomerates because of longer culture times and less perfusion of the agglomerates.

特別な添加剤がないとき、例えば、細胞培養培地のみを受容するとき、凝集塊の増殖は細胞の接触阻害によって制御される。   In the absence of special additives, for example, when receiving only cell culture media, aggregate growth is controlled by cell contact inhibition.

しかしながら、サイズは、凝集塊中の細胞の数によって決まる。当業者は、上記の要件が満たされるならば、凝集塊のサイズ及び細胞数が、本明細書に示される限度内で変わり得ることを理解する。   However, the size depends on the number of cells in the aggregate. Those skilled in the art will appreciate that if the above requirements are met, the size and cell number of the agglomerates can vary within the limits set forth herein.

内皮細胞を加えても、凝集塊のサイズはそれほど変化しないことが分かっている。   It has been found that the addition of endothelial cells does not significantly change the size of the aggregate.

本発明において有用な細胞型:
線維芽細胞:
線維芽細胞は、最も用途が広い結合組織細胞ファミリーであり、また、実際のところ、最もありふれた細胞型である。線維芽細胞は、組織完全性の重要な構造エレメントである。線維芽細胞は、ほとんど全てのヒト組織及び器官(肺を含む)における修復及び再生過程に関与する。その主要な機能は、上皮細胞移動などの通常の修復事象のための組織スキャフォールドを提供する細胞外マトリックス(ECM)タンパク質を分泌することである。
Cell types useful in the present invention:
Fibroblasts:
Fibroblasts are the most versatile connective tissue cell family and, in fact, the most common cell type. Fibroblasts are an important structural element of tissue integrity. Fibroblasts are involved in repair and regeneration processes in almost all human tissues and organs (including lungs). Its primary function is to secrete extracellular matrix (ECM) proteins that provide a tissue scaffold for normal repair events such as epithelial cell migration.

線維芽細胞、または明確なその亜集団は、免疫調節細胞が、炎症細胞及び免疫細胞を誘引することによって免疫応答を誘発することができるケモカイン及びサイトカインを分泌するときに、組織特異的な機能を果たす。異なる解剖学的部位に由来する線維芽細胞は、数多くの共通の表現型特性を示す。しかしながら、線維芽細胞は、異なる解剖学的部位において明確な表現型を示す。線維芽細胞増殖因子及び受容体の特徴的発現も肺線維芽細胞の特徴である(非特許文献8)。   Fibroblasts, or distinct subpopulations thereof, exhibit tissue-specific functions when immune regulatory cells secrete chemokines and cytokines that can elicit an immune response by attracting inflammatory and immune cells. Fulfill. Fibroblasts from different anatomical sites display a number of common phenotypic characteristics. However, fibroblasts show a distinct phenotype at different anatomical sites. Characteristic expression of fibroblast growth factor and receptor is also characteristic of lung fibroblasts (Non-patent Document 8).

本発明者らは、線維芽細胞生理機能に基づいて、遠位肺組織のいくつかの側面を模倣する人工的組織スキャフォールドフリーの組織システムを作り出すことが可能であり、人工的なマトリックスベースのモデルが、3次元肺培養物を作り出すための必ずしも唯一の方法ではないということを見出した。理論に束縛されるわけではないが、本発明者らは、肺の線維芽細胞がECMを分泌するという事実が、この結果に大きく寄与すると考えている。   Based on fibroblast physiology, we can create an artificial tissue scaffold-free tissue system that mimics several aspects of distal lung tissue, We have found that the model is not necessarily the only way to create a three-dimensional lung culture. Without being bound by theory, the inventors believe that the fact that lung fibroblasts secrete ECM contributes significantly to this result.

肺上皮細胞(肺細胞):
肺細胞(肺上皮細胞または肺胞上皮細胞またはAEC)は、正常な肺胞基底膜(すなわち、肺の遠位気道内の末梢ガス交換領域)を裏打ちする上皮細胞である。肺細胞またはAECは、I型肺細胞とII型肺細胞に細分することができる。
Lung epithelial cells (lung cells):
Lung cells (lung epithelial cells or alveolar epithelial cells or AEC) are epithelial cells lining the normal alveolar basement membrane (ie, the peripheral gas exchange region in the distal airway of the lung). Lung cells or AECs can be subdivided into type I and type II lung cells.

この2つの肺胞上皮細胞型の特徴的マーカーは、容易に追跡可能であり、例えば、RT−PCR反応または免疫組織化学を用いる実験の間にモニタリングすることができる。   The characteristic markers of the two alveolar epithelial cell types are easily traceable and can be monitored during experiments using, for example, RT-PCR reactions or immunohistochemistry.

1型肺細胞:
1型肺細胞[肺胞1型肺細胞、1型肺胞細胞、肺胞1型細胞(ATI細胞と略す)、またの名を、小肺胞細胞、扁平肺胞細胞、膜性肺細胞、または1型肺胞上皮細胞ともいう]は、肺胞内のガス交換表面である多数の細胞質板を有する複雑に分岐した細胞である。これらの細胞は代謝的に活発であり、細胞外マトリックス(ECM)タンパク質、増殖因子、及びサイトカインをはじめとする種々の物質に対する細胞表面受容体を有している。肺胞表面の約95%は、I型肺細胞で覆われている。
Type 1 lung cells:
Type 1 lung cells [alveolar type 1 lung cells, type 1 alveolar cells, alveolar type 1 cells (abbreviated as ATI cells), or small alveolar cells, squamous alveolar cells, membranous lung cells, or 1 Type alveolar epithelial cells] are complex branched cells having a large number of cytoplasmic plates which are gas exchange surfaces in the alveoli. These cells are metabolically active and have cell surface receptors for various substances, including extracellular matrix (ECM) proteins, growth factors, and cytokines. About 95% of the alveolar surface is covered with type I lung cells.

2型肺細胞:
2型肺細胞(肺胞2型肺細胞、肺胞2型細胞;ATII細胞、T2Pと略す)は、2型肺胞上皮細胞(AEC、EPII細胞とも略す)、2型顆粒状肺細胞、2型細胞、2型肺胞細胞、中隔細胞、または大肺胞細胞、大肺胞細胞、もしくは顆粒状肺細胞とも呼ばれている立方上皮細胞である。これらの細胞は、未成熟上皮細胞前駆体から生じる。肺胞2型肺細胞は、肺胞上皮の前駆細胞と考えられている。肺胞2型肺細胞は、自己再生と扁平上皮1型肺細胞への分化が可能である。II型細胞は、肺胞表面積の4%しか構成しないが、肺胞上皮細胞の60%及び全肺細胞の10〜15%を占める立方細胞である(非特許文献9)。
Type 2 lung cells:
Type 2 lung cells (alveolar type 2 lung cells, alveolar type 2 cells; ATII cells, abbreviated as T2P) are type 2 alveolar epithelial cells (also abbreviated as AEC and EPII cells), type 2 granular lung cells, 2 Cubic epithelial cells, also called type cells, type 2 alveolar cells, septal cells, or large alveolar cells, large alveolar cells, or granular lung cells. These cells arise from immature epithelial cell precursors. Alveolar type 2 lung cells are thought to be alveolar epithelial progenitor cells. Alveolar type 2 lung cells can self-renew and differentiate into squamous type 1 lung cells. Type II cells constitute only 4% of the alveolar surface area, but are cubic cells that occupy 60% of alveolar epithelial cells and 10-15% of total lung cells (Non-patent Document 9).

3型肺胞上皮細胞:
3型肺胞上皮細胞は、頂端微繊毛房の存在及びラメラ型分泌顆粒の不在によって、扁平な1型細胞及び立方形の2型細胞とは異なる。これらの細胞は、肺胞刷子細胞とも呼ばれている。
Type 3 alveolar epithelial cells:
Type 3 alveolar epithelial cells differ from flat type 1 cells and cubic type 2 cells due to the presence of apical microcilia and the absence of lamellar secretory granules. These cells are also called alveolar brush cells.

内皮細胞:
内皮細胞は、単一の扁平上皮細胞層として全ての血管の内腔を裏打ちする楕円形の細胞である。内皮細胞は、血管芽細胞及び血管芽細胞に由来する。
Endothelial cells:
Endothelial cells are elliptical cells that line the lumen of all blood vessels as a single squamous cell layer. Endothelial cells are derived from hemangioblasts and hemangioblasts.

マクロファージ:
マクロファージは、組織にホーミングした骨髄由来単球(骨髄由来マクロファージ)に由来する細胞である。骨髄中での単能性及び両能性前駆細胞からのマクロファージの分化は、種々のサイトカインによって制御される。さらなる分化は組織中で起こり、その結果として得られるマクロファージ集団は、在住マクロファージと呼ばれている。
Macrophages:
Macrophages are cells derived from bone marrow-derived monocytes (bone marrow-derived macrophages) that have homed to the tissue. Macrophage differentiation from unipotent and bipotent progenitor cells in the bone marrow is controlled by various cytokines. Further differentiation occurs in the tissue and the resulting macrophage population is called resident macrophages.

肥満細胞:
肥満細胞は、骨髄中の多能性CD34(+)前駆体から生じる(非特許文献10)。未成熟肥満細胞は、組織中に移動したときに、その典型的な顆粒状の形態をとる。
Mast cells:
Mast cells arise from pluripotent CD34 (+) precursors in the bone marrow (Non-patent Document 10). Immature mast cells take their typical granular form when they migrate into the tissue.

これらの細胞はまた、Fc−ε R1を発現し、かつCD34及びFc−γ R2の発現を停止させる。肺及び腸粘膜におけるほとんどの肥満細胞は、トリプターゼ(MCTと表す)しか産生しないかまたはキマーゼしか産生しない。肥満細胞は、潜在的メディエーターを放出することによって、即時型アレルギー反応において中心的な役割を果たしている。   These cells also express Fc-εR1 and stop the expression of CD34 and Fc-γR2. Most mast cells in the lung and intestinal mucosa produce only tryptase (denoted MCT) or chymase. Mast cells play a central role in immediate allergic reactions by releasing potential mediators.

平滑筋細胞:
平滑筋細胞は、一過性に(可逆的収縮)、または(線維症及び筋肉肥大のために)慢性的に、中空器官の内腔を調節する高度に特殊化した多機能の収縮性細胞である。平滑筋細胞は、脈管形成において重要な役割を果たし、血管壁を形作り、かつ血管緊張を維持する。
Smooth muscle cells:
Smooth muscle cells are highly specialized multifunctional contractile cells that regulate the lumen of hollow organs, either transiently (reversible contraction) or chronically (due to fibrosis and muscle hypertrophy). is there. Smooth muscle cells play an important role in angiogenesis, shape the vessel wall and maintain vascular tone.

さらなる細胞の観察:
内皮細胞を添加することにより、分化した細胞を含む安定な凝集塊が生じた。発現したマーカーに基づいて分かるように、内皮細胞をモデル組織培養物に含めても、分化の程度は減少しない。これらの凝集塊は、内皮細胞が内部に位置する層状構造を維持するように見える。
Further cell observation:
Addition of endothelial cells resulted in stable aggregates containing differentiated cells. As can be seen based on the expressed markers, inclusion of endothelial cells in the model tissue culture does not reduce the degree of differentiation. These aggregates appear to maintain a lamellar structure in which the endothelial cells are located.

実施形態:
3次元モデル組織培養物の調製:
本発明の方法では、少なくとも肺上皮細胞と、間質細胞、好ましくは線維芽細胞とを使用する。生きた培養物を得るために、細胞を別々に培養し、その後、適当な比で混合し、本開示及び当技術分野の方法に基づいて理解されるような適当な条件下においてCOの存在下で共培養する。細胞の比を定め、条件を選択することにより、1つの細胞型の別の細胞型による異常増殖を避けることができる。
Embodiment:
Preparation of 3D model tissue culture:
The method of the present invention uses at least lung epithelial cells and stromal cells, preferably fibroblasts. To obtain a live culture, the cells are cultured separately, then mixed in the appropriate ratio and the presence of CO 2 under appropriate conditions as understood based on the present disclosure and methods of the art. Co-culture below. By determining the ratio of cells and selecting the conditions, abnormal growth of one cell type by another cell type can be avoided.

好ましい一実施形態では、その細胞をヒト対象から初代細胞として得て、脱分化させるかまたはすぐに使用する。例えば、既知の方法(継代、他の細胞型の除去、増殖因子の添加)によって、脱分化を行なうことができる。コンフルエントになることができる場合、細胞は脱分化したとみなされる。   In a preferred embodiment, the cells are obtained from a human subject as primary cells and are dedifferentiated or used immediately. For example, dedifferentiation can be performed by known methods (passaging, removal of other cell types, addition of growth factors). A cell is considered dedifferentiated if it can become confluent.

共培養細胞混合物のペレット化は、細胞−細胞接触を確立させるための及び細胞間の適切な距離を生じさせるための重要な工程である。細胞をペレット化するための最も好都合な方法は、遠心分離を適用することである。ペレット化のための好適な手段を選択することは、本明細書に提供された教示に基づいて、当業者の能力の範囲内で十分に可能である。   Pelleting the co-cultured cell mixture is an important step for establishing cell-cell contact and for creating the proper distance between cells. The most convenient way to pellet the cells is to apply centrifugation. Selecting a suitable means for pelletization is well possible within the ability of one skilled in the art based on the teachings provided herein.

本モデルでは、原理上、上に列挙した細胞のいずれかを用いて、ネイティブな肺組織に近い肺モデル組織を得ることができる。適用される各細胞型は、本明細書に開示したような3次元モデル組織を得るのに有用な条件下で増殖することができ、かつ本モデルの他の細胞型と関連することができなければならない。これらの要素は、予備的な実験で試験されるべきである。便宜上、最初は、比較的小さい比率のさらなる細胞を適用すべきであり、その後、通常、インビボの比率と同様の比率が達成されるまで、さらなる細胞型の比率を増加させることができる。   In principle, in this model, a lung model tissue close to the native lung tissue can be obtained using any of the cells listed above. Each applied cell type must be able to grow under conditions useful to obtain a three-dimensional model tissue as disclosed herein and be associated with other cell types of the model. I must. These elements should be tested in preliminary experiments. For convenience, initially a relatively small ratio of additional cells should be applied, and then the ratio of additional cell types can be increased until a ratio similar to that in vivo is usually achieved.

好ましい実施形態では、本モデルに含めることができる追加の細胞型は、例えば、内皮細胞及び平滑筋細胞である。   In preferred embodiments, additional cell types that can be included in the model are, for example, endothelial cells and smooth muscle cells.

疾患モデル:
上記のモデルに基づき、かつ様々な遺伝子送達方法及び多様な標的遺伝子を用いて、上記のシステムは、新規の薬物標的の同定及び新規治療法の開発をもたらすことができる肺疾患期の遺伝子変化を研究するために容易に適合され、ここで、
疾患は炎症を含み、罹患細胞、好ましくは上皮細胞は、(正常レベルを上回る)炎症性サイトカインを発現し、モデルは炎症モデルであり、
疾患は腫瘍であり、細胞は、形質転換細胞、例えば、悪性形質転換細胞または不死細胞であり、モデルは腫瘍モデルであり、
疾患は線維症を含み、モデルは線維症モデルであり、
疾患は組織の損傷を含み、モデルは再生モデルである。
Disease model:
Based on the above model and using a variety of gene delivery methods and a variety of target genes, the above system can identify genetic changes during lung disease that can lead to the identification of new drug targets and the development of new therapies. Easily adapted to study, where
The disease includes inflammation, the affected cell, preferably the epithelial cell, expresses an inflammatory cytokine (above normal levels), the model is an inflammation model,
The disease is a tumor, the cell is a transformed cell, such as a malignant transformed cell or an immortal cell, the model is a tumor model,
The disease includes fibrosis, the model is a fibrosis model,
The disease includes tissue damage and the model is a regeneration model.

疾患モデルを薬物試験で利用することができる。   Disease models can be used in drug trials.

患者から得られる細胞:
一実施形態では、肺細胞を患者から得て、本発明に従って培養する。この実施形態では、脱分化が全く許されないかまたは一部しか許されないことが好ましい。その後、迅速調製法において、3Dモデル組織培養物を形成させ、その患者の治療用に提案されている薬物を試験するかまたは計画された治療レジメンを試験することができる。中でも、この実施形態の利点は、均一な組成及びサイズを有する純粋でかつ並行したサンプル培養物を調製することができることである。そのサンプルはまた、いかなる病原体も含まず、また、必要に応じて精製し得る。
Cells obtained from the patient:
In one embodiment, lung cells are obtained from a patient and cultured according to the present invention. In this embodiment, it is preferred that no or only partial dedifferentiation is allowed. Thereafter, in a rapid preparation method, a 3D model tissue culture can be formed to test drugs proposed for treatment of the patient or to test planned treatment regimens. Among other things, the advantage of this embodiment is that a pure and parallel sample culture with a uniform composition and size can be prepared. The sample also does not contain any pathogens and can be purified as needed.

健康細胞から調製されるモデル:
好ましい一実施形態では、健康細胞から始めて疾患モデルを調製し、細胞の疾患特徴(症状)に影響を与える因子を後で添加する。
Model prepared from healthy cells:
In a preferred embodiment, a disease model is prepared starting with healthy cells and factors that affect the disease characteristics (symptoms) of the cells are added later.

例えば、腫瘍モデルを健康細胞から調製し、悪性形質転換に影響を与える因子を添加し、かつ/または悪性形質転換を引き起こす遺伝子をその中で発現させる。Wntタンパク質(例えば、Wnt5)のレベルが肺腫瘍組織で増大していることが観察されている。したがって、EGF(上皮増殖因子)、IGF(インスリン様増殖因子)、インスリン、Wnt因子(例えば、Wnt5)またはそれらのカクテルのような、発癌性因子を、本発明の細胞混合物または培養物に添加することにより、腫瘍モデルを調製することができると想定される。   For example, a tumor model is prepared from healthy cells, factors that affect malignant transformation are added, and / or genes that cause malignant transformation are expressed therein. It has been observed that the level of Wnt protein (eg, Wnt5) is increased in lung tumor tissue. Accordingly, carcinogenic factors such as EGF (epidermal growth factor), IGF (insulin-like growth factor), insulin, Wnt factor (eg, Wnt5) or a cocktail thereof are added to the cell mixture or culture of the present invention. Therefore, it is assumed that a tumor model can be prepared.

本方法の代替法では、腫瘍性細胞を、本発明によるモデル培養物が存在するが、半透膜で隔てられている培地に添加する。それにより、腫瘍性細胞によって産生される因子が、本発明の培養細胞の腫瘍性(悪性)転換を誘導する。   In an alternative to this method, neoplastic cells are added to a medium in which a model culture according to the present invention is present but separated by a semipermeable membrane. Thereby, factors produced by neoplastic cells induce neoplastic (malignant) transformation of the cultured cells of the present invention.

肺腫瘍細胞株でできた肺腫瘍モデル:
肺腫瘍モデルを肺腫瘍細胞株から調製することができる。そのような細胞株は、腫瘍細胞株を検索することにより、非特許文献11においてすぐに入手可能である。
Lung tumor model made of lung tumor cell lines:
A lung tumor model can be prepared from a lung tumor cell line. Such cell lines are readily available in NPL 11 by searching for tumor cell lines.

賢明には、細胞を培養し、細胞混合物で用いる細胞型の比率を最適化するための適切な条件を見出すための実験を行なうべきである。   It is wise to experiment to find the appropriate conditions for culturing cells and optimizing the ratio of cell types used in the cell mixture.

炎症モデル:
炎症モデルについては、単球及び/またはマクロファージを、好ましくは調製過程において本発明のモデル培養物に添加することができる。
Inflammation model:
For inflammation models, monocytes and / or macrophages can be added to the model culture of the present invention, preferably during the preparation process.

このモデルでは、LPSまたはWNT5Aによる前処理が賢明である。   In this model, pretreatment with LPS or WNT5A is sensible.

活性化マクロファージのサイトカイン産生及びWnt5のような他の因子の産生は、組織培養物に影響を及ぼし、炎症モデルを可能にする。   The cytokine production of activated macrophages and the production of other factors such as Wnt5 affect tissue culture and allow an inflammation model.

炎症モデルシステムを調べたい場合、適当なチャンバーにて膜で肺凝集塊から隔てて好中球細胞を提供することができる。この場合、好中球移動及びMMP産生を測定することもできる。   If one wants to examine an inflammation model system, neutrophil cells can be provided separated from lung aggregates with a membrane in a suitable chamber. In this case, neutrophil migration and MMP production can also be measured.

代わりの実施形態では、疾患モデル肺細胞株を本発明に従って培養する。この実施形態では、薬物をその疾患に対する効力について試験することができる。   In an alternative embodiment, the disease model lung cell line is cultured according to the present invention. In this embodiment, the drug can be tested for efficacy against the disease.

この疾患モデルでは、過剰発現する遺伝子の使用は避けるべきであり、むしろ、誘導性プロモーターを適用すべきである。   In this disease model, the use of overexpressed genes should be avoided, rather an inducible promoter should be applied.

ネイティブな3次元肺細胞凝集塊による炎症モデル:
炎症状態を模倣するために、炎症反応を誘発する様々な材料でネイティブな3次元肺細胞凝集塊を処理することができる。
Inflammation model with native 3D lung cell aggregates:
To mimic inflammatory conditions, native three-dimensional lung cell aggregates can be treated with various materials that elicit inflammatory responses.

そのような材料は、例えば、
急性炎症を引き起こす化学物質、例えば、血管作用性アミン、エイコサノイドなど、
炎症促進性ポリペプチド、例えば、増殖因子、加水分解酵素など、
活性酸素種、
炎症促進性サイトカイン、例えば、IFN−γ及び他のサイトカイン、
細菌細胞壁抽出物
である。
Such materials are, for example,
Chemical substances that cause acute inflammation, such as vasoactive amines, eicosanoids, etc.
Pro-inflammatory polypeptides such as growth factors, hydrolases, etc.
Reactive oxygen species,
Pro-inflammatory cytokines, such as IFN-γ and other cytokines,
Bacterial cell wall extract.

例えば、生化学的アッセイ、免疫学的アッセイ(例えば、ELISA)、PCRベースの方法(例えば、リアルタイムPCR)、または例えば、遺伝子チップの適用による発現解析によって、サイトカイン発現を検出することにより、炎症状態を検査する。   Inflammatory status, for example, by detecting cytokine expression by biochemical assays, immunological assays (eg, ELISA), PCR-based methods (eg, real-time PCR), or expression analysis, eg, by application of a gene chip Inspect.

初代細胞の遺伝子改変:
組換えウイルス送達ベクター(rアデノウイルス及びrレンチウイルスベクター)を用いて上皮細胞と間質細胞の両方を遺伝子改変することができ、これらの遺伝子送達方法は、細胞が凝集する能力を損なわない。炎症、腫瘍、線維症及び再生についての特徴的な遺伝子を構成的にまたは誘導性に過剰発現させるかまたはサイレンシングすることができ、組織形態、細胞応答、遺伝子及びタンパク質の発現変化を3次元微小環境で研究することができる。
Genetic modification of primary cells:
Recombinant viral delivery vectors (r-adenovirus and r-lentiviral vectors) can be used to genetically modify both epithelial and stromal cells, and these gene delivery methods do not impair the ability of the cells to aggregate. Characteristic genes for inflammation, tumors, fibrosis and regeneration can be overexpressed or silenced constitutively or inducibly, and changes in tissue morphology, cellular responses, gene and protein expression can be expressed in three dimensions Can study in the environment.

例えば、腫瘍形成を促進することが知られている1以上の遺伝子を、肺細胞株、例えば、肺胞I型もしくはII型細胞株、好ましくはII型細胞株に、または線維芽細胞細胞株に導入することができる。そのような遺伝子は、例えば、オンコジーン(例えば、ras遺伝子)または腫瘍の発現パターンに特有の遺伝子もしくは遺伝子セット(例えば、COX−2遺伝子)であることができる。ras遺伝子の発現だけでは、細胞、好ましくは不死細胞を形質転換するのに不十分であるかも知れないが、増殖は増大する可能性が高く(非特許文献12)、これにより、本モデルの疾患特徴が提供され得る。   For example, one or more genes known to promote tumorigenesis are transferred to a lung cell line, such as an alveolar type I or type II cell line, preferably a type II cell line, or a fibroblast cell line. Can be introduced. Such a gene can be, for example, an oncogene (eg, a ras gene) or a gene or gene set (eg, a COX-2 gene) that is characteristic of a tumor expression pattern. Although expression of the ras gene alone may not be sufficient to transform cells, preferably immortal cells, proliferation is likely to increase (Non-Patent Document 12), which is why the disease of this model Features can be provided.

遺伝子改変した及び致死量以下で放射線を照射した細胞株を用いた初代細胞凝集塊における分泌因子組成の改変:
この実施例では、全ての細胞型は非感染状態のままであり、そのため、遺伝子発現は、任意の所与の3次元肺組織モデルと同じく正常である。しかしながら、凝集塊の細胞組成は、遺伝子改変され、凝集塊内部の細胞微小環境を改変する分泌因子(Wnt、骨形態形成タンパク質(BMP)、炎症性及び炎症促進性サイトカイン、増殖因子など)を産生する線維芽細胞株(WI−38)もしくは肺胞上皮細胞株(A549)のいずれかまたは両方の致死量以下で放射線を照射した細胞(凝集塊の全細胞数の5〜10%)を含有する。致死量以下での放射線照射は、細胞の繁殖を減少させ、1つの細胞型の他の細型胞による異常増殖を抑制することができる。
Modification of secretory factor composition in primary cell aggregates using genetically modified and sublethal irradiated cell lines:
In this example, all cell types remain uninfected, so gene expression is normal as in any given 3D lung tissue model. However, the cellular composition of the aggregate is genetically modified to produce secretory factors (Wnt, bone morphogenetic protein (BMP), inflammatory and pro-inflammatory cytokines, growth factors, etc.) that modify the cellular microenvironment within the aggregate. Containing cells (5-10% of the total number of aggregates) irradiated with a sublethal dose of either the fibroblast cell line (WI-38) or the alveolar epithelial cell line (A549) or both . Irradiation at sublethal doses can reduce cell proliferation and suppress abnormal growth by other cell types of one cell type.

製品:
本発明はまた、3Dモデル組織培養物の複数のサンプルを含むキットを提供する。
Product:
The invention also provides a kit comprising a plurality of samples of 3D model tissue culture.

好ましくは、容器は、プレート(例えば、96ウェルプレートまたは384ウェルプレート)のウェルである。   Preferably, the container is a well of a plate (eg, a 96 well plate or a 384 well plate).

3Dモデル組織は、健康組織のモデルまたは疾患モデル(疾患モデルキット)であることができる。   The 3D model tissue can be a model of healthy tissue or a disease model (disease model kit).

プレートは、便宜上、多数並んだ容器またはウェルを含み、その場合、多数の容器は、適切な培地中に1種類以上の人工3次元肺モデル組織培養物のサンプルを含有する。   The plate includes, for convenience, a number of side-by-side containers or wells, where the number of containers contains one or more artificial three-dimensional lung model tissue culture samples in a suitable medium.

容器は、例えば、複数のサンプルの並行試験を可能にするプレート上の平底、U底または好ましくは、V底容器であることができる。   The container can be, for example, a flat bottom, U bottom or preferably a V bottom container on a plate that allows parallel testing of multiple samples.

細胞が容器の壁に付着するのを避けるために、容器は、組織培養用の処理を行なっていない容器であることが好ましい。   In order to prevent cells from adhering to the wall of the container, the container is preferably a container that has not been subjected to a tissue culture treatment.

好ましい一実施形態では、各容器は単一の凝集塊を含む。好ましい一実施形態では、各容器中の培養物サンプルは、本発明の簡単な説明で規定したような量の細胞含む。   In a preferred embodiment, each container contains a single agglomerate. In a preferred embodiment, the culture sample in each vessel contains an amount of cells as defined in the brief description of the invention.

容器は、個別にまたは1つにまとめて、密封され、かつ本発明の簡単な説明で規定されたような肺組織培養に好適なCOが豊富な環境または雰囲気を含有することが好ましい。 The containers are preferably sealed, individually or together, and contain a CO 2 rich environment or atmosphere suitable for lung tissue culture as defined in the brief description of the invention.

通常、本疾患モデルでは同じ環境が必要とされる。   Usually, this disease model requires the same environment.

以下の細胞特徴:細胞の細胞状態、例えば、細胞相、細胞生存性、アポトーシスまたは瀕死状態;細胞型;細胞位置;悪性形質転換;炎症のうちの1つまたは複数について知らせるのに好適な生体適合性色素で細胞を染色することが好ましい。   The following cellular characteristics: cellular state, eg, cell phase, cell viability, apoptotic or moribund state; cell type; cell location; malignant transformation; biocompatible suitable to inform about one or more of inflammation It is preferable to stain cells with a sex dye.

対照:
対照サンプルとして、キットは、上皮細胞及び線維芽細胞のみの培養物を含む。プレート上に、少なくとも3−3ウェルの対照(それぞれ、上皮細胞及び線維芽細胞)が存在することが好ましい。
Contrast:
As a control sample, the kit contains a culture of epithelial cells and fibroblasts only. Preferably there are at least 3-3 well controls (epithelial cells and fibroblasts, respectively) on the plate.

2D肺組織であるさらなる対照を用いて、3D組織に特異的な特徴を同定または評価することが好ましい。   Preferably, an additional control that is 2D lung tissue is used to identify or evaluate features specific to 3D tissue.

したがって、要求に応じて、2D対照プレート(好ましくは、平底の付着組織培養プレート)を3D組織とともに含めることができる。あるいは、プレートはまた、好ましくは平底ウェル中の2D肺組織のウェルを対照として含み得る。   Thus, a 2D control plate (preferably a flat bottom adherent tissue culture plate) can be included with 3D tissue upon request. Alternatively, the plate may also include as a control a well of 2D lung tissue, preferably in a flat bottom well.

したがって、本発明の一実施形態では、3D組織用のV底ウェルと2D組織用の平底またはU底ウェルの両方を含むプレートを使用する。   Thus, one embodiment of the present invention uses a plate that includes both a V-bottom well for 3D tissue and a flat or U-bottom well for 2D tissue.

実施例1−材料及び方法:
初代SAEC、NHLF及び肺HMVEC細胞は、Lonzaから購入した。細胞型は全て、異なる性別及び年齢の複数の無作為に選ばれた宿主の肺から単離された。本発明者らは、製造元によって推奨されている通りに、SAEC、NHLFまたは肺HMVECの初期の拡大のために、それぞれ、SAGM、FGMまたはEGM−2培地を使用した。全種類の細胞培養物を5%COを含む雰囲気にて37℃でインキュベートした。2D及び3D培養のために、純粋なまたは混合された細胞集団をSAGM(小気道増殖培地、Lonza)と完全DMEMの50−50%混合物中で培養した。HMVEC細胞を含有する2及び3細胞培養物については、HMVEC細胞用の適切な増殖因子補給剤をSAGMとDMEMの50−50%混合物に添加した。細胞培養培地の組成物は、製造元の指示に従って調製された。2D及び3D培養のために、細胞を示された比率で混合し、それぞれ、平底6ウェルプレートまたは96ウェルV底プレート(Sarstedt)に分配した。V底プレートは、細胞を播種した後すぐに、600×gにて室温で10分間遠心分離した。
Example 1-Materials and Methods:
Primary SAEC, NHLF and lung HMVEC cells were purchased from Lonza. All cell types were isolated from the lungs of several randomly selected hosts of different genders and ages. We used SAGM, FGM or EGM-2 media for initial expansion of SAEC, NHLF or lung HMVEC, respectively, as recommended by the manufacturer. All cell cultures were incubated at 37 ° C. in an atmosphere containing 5% CO 2 . For 2D and 3D cultures, pure or mixed cell populations were cultured in a 50-50% mixture of SAGM (Small Airway Growth Medium, Lonza) and complete DMEM. For 2 and 3 cell cultures containing HMVEC cells, the appropriate growth factor supplement for HMVEC cells was added to a 50-50% mixture of SAGM and DMEM. Cell culture media compositions were prepared according to the manufacturer's instructions. For 2D and 3D cultures, cells were mixed at the indicated ratios and distributed to flat bottom 6 well plates or 96 well V bottom plates (Sarstedt), respectively. V-bottom plates were centrifuged at 600 × g for 10 minutes at room temperature immediately after seeding the cells.

培養物中での細胞の移動を追跡することができるように、SAEC及びNHLFを以下の生理的蛍光色素:DiI(非特許文献13及び14)で染色した。マトリゲルを含むまたは含まない細胞をピペッティングして、組織培養用の処理を行なっていないV底96ウェルプレートに入れ、37℃のCOインキュベーター中で1時間インキュベートした。インキュベーション後、細胞を2000rpmにて室温で5分間ペレット化し、その後、得られた細胞ペレットを一晩インキュベートした(5%CO、37℃)。 SAEC and NHLF were stained with the following physiological fluorescent dye: DiI (Non-patent Documents 13 and 14) so that cell migration in the culture could be followed. Cells with or without Matrigel were pipetted into V-bottom 96 well plates that had not been treated for tissue culture and incubated in a 37 ° C. CO 2 incubator for 1 hour. Following incubation, the cells were pelleted at 2000 rpm for 5 minutes at room temperature, after which the resulting cell pellet was incubated overnight (5% CO 2 , 37 ° C.).

A549株は、58歳の男性由来の肺の癌性組織の外植片培養によって非特許文献15により1972年に樹立された。A549細胞は、腺癌性ヒト肺胞基底上皮細胞である。A549細胞は、上皮細胞の扁平上皮の区分に分類される。上記の培養培地中に2×10細胞/cmの濃度で播種された細胞は、5日で100%コンフルエントになる。 The A549 strain was established in 1972 by Non-Patent Document 15 by explant culture of lung cancerous tissue from a 58 year old male. A549 cells are adenocarcinoma human alveolar basal epithelial cells. A549 cells are classified into the squamous epithelial segment of epithelial cells. Cells seeded in the above culture medium at a concentration of 2 × 10 4 cells / cm 2 become 100% confluent in 5 days.

A549細胞は、American Type Culture Collection(ATCC;Rockville,MD)においてCCL−185として入手可能であり、10%胎仔ウシ血清(FCS;GIBCO BRL)を含むHamのF−12培地(GIBCO BRL,Grand Island,NY)中でまたは供給元の推奨に従って増殖させることができる。   A549 cells are available as CCL-185 in the American Type Culture Collection (ATCC; Rockville, MD), and Ham's F-12 medium (GIBCO BRL, Grand Island) containing 10% fetal calf serum (FCS; GIBCO BRL). , NY) or according to the supplier's recommendations.

WI−38細胞株は、約3カ月の在胎月齢の治療的に中絶された胎児から採取された肺組織から1962年に開発された。肺組織のトリプシン消化によって放出された細胞が初代培養に使用された。細胞形態は線維芽細胞様である。核型は、46、XX;正常2倍体女性である。この培養物の50回の集団倍加という最長寿命はリポジトリで得られた。86%というチミジン標識指数は復帰後に得られた。G6PDはアイソザイムB型である。このWI−38の培養物は、提出者から得られた継代数9回の凍結細胞から拡大したものである。   The WI-38 cell line was developed in 1962 from lung tissue taken from a therapeutically aborted fetus of about 3 months gestational age. Cells released by trypsin digestion of lung tissue were used for primary culture. The cell morphology is fibroblast-like. Karyotype is 46, XX; normal diploid female. The longest life span of 50 population doublings of this culture was obtained in the repository. A thymidine labeling index of 86% was obtained after reversion. G6PD is isozyme B type. This culture of WI-38 is expanded from frozen cells of passage 9 obtained from the submitter.

非特許文献16においてCCL−75として入手可能なWI−38細胞を供給元の推奨に従って増殖させる。CL13またはCL30細胞(非特許文献17)は、5%胎仔ウシ血清及び25%μg/mlゲンタマイシンを含有するダルベッコの改変イーグル/F12培地中で培養した。   WI-38 cells available as CCL-75 in NPL 16 are grown according to the supplier's recommendations. CL13 or CL30 cells (17) were cultured in Dulbecco's modified Eagle / F12 medium containing 5% fetal calf serum and 25% μg / ml gentamicin.

ヒト細胞は、必要に応じて、COを含む湿気のある雰囲気にて37℃で維持することが好ましい。 Human cells are preferably maintained at 37 ° C. in a humid atmosphere containing CO 2 as necessary.

蛍光及び共焦点顕微鏡検査:
2D及び3D培養の前に、SAEC、NHLF及びHMVECを、それぞれ、生理的蛍光色素のCFSE、DiI及びDiD(全てMolecular Probes製)で染色した。細胞をPBS中で2回洗浄し、0.5μg/mlの濃度のCFSE、DiIまたはDiDとともに37℃で10分間インキュベートした。細胞をDMEM+10%FCSで洗浄して余分な色素を除去した。先に示したような蛍光標識細胞を用いて、2D及び3D培養物を調製した。一晩のインキュベーションの後、3D細胞培養物をV底プレートから注意深く取り出し、カバースリップボトムディッシュ(MatTek)に移した。肺組織微小培養物を蛍光顕微鏡検査(Olympus IX−81顕微鏡)または共焦点顕微鏡検査(Olympus FV1000共焦点画像撮影システム)で調べた。
Fluorescence and confocal microscopy:
Prior to 2D and 3D culture, SAEC, NHLF and HMVEC were stained with the physiological fluorescent dyes CFSE, DiI and DiD (all from Molecular Probes), respectively. Cells were washed twice in PBS and incubated for 10 minutes at 37 ° C. with CFSE, DiI or DiD at a concentration of 0.5 μg / ml. Cells were washed with DMEM + 10% FCS to remove excess dye. 2D and 3D cultures were prepared using fluorescently labeled cells as indicated above. After overnight incubation, the 3D cell culture was carefully removed from the V-bottom plate and transferred to a coverslip bottom dish (MatTek). Lung tissue microcultures were examined by fluorescence microscopy (Olympus IX-81 microscope) or confocal microscopy (Olympus FV1000 confocal imaging system).

細胞選別:
SAEC及びNHLFを製造元の指示(Molecular probes)に従ってCFSE及びDiIで染色した。細胞を混合し、2D及び3Dシステムで72時間培養した。染色された細胞を、穏やかなトリプシン処理、次いでPBS+EDT処理で解離させた。BD FACSVantageセルソーターを用いて解離した細胞を選別し、mRNA調製用の溶解バッファー(Miltenyi Biotech)を含むチューブに入れた。
Cell sorting:
SAEC and NHLF were stained with CFSE and DiI according to the manufacturer's instructions (Molecular probes). Cells were mixed and cultured for 72 hours in 2D and 3D systems. Stained cells were dissociated with gentle trypsin treatment followed by PBS + EDT treatment. Dissociated cells were selected using a BD FACSVantage cell sorter and placed in a tube containing a lysis buffer (Miltenyi Biotech) for mRNA preparation.

cDNA合成及び定量的RT−PCR:
カラム上でのDNアーゼ消化とともにNucleoSpin RNAIIキット(Machery−Nagel)を用いて、2D及び3D細胞培養物からトータルRNAを調製した。μMACS mRNA単離システム(Miltenyi Biotech)を用いて、選別されたSAECサンプルからメッセンジャーRNAを調製した。MMuLV逆転写酵素キット(Thermo Scientific)を用いて、RNAサンプルからcDNAを調製した。ABsolute QPCR SYBR Green Low ROXマスターミックス(ABGene)及びApplied Biosystems 7500サーマルサイクラーシステムを用いて、リアルタイム定量的PCR実験を行なった。プライマーを表1に記載する。
cDNA synthesis and quantitative RT-PCR:
Total RNA was prepared from 2D and 3D cell cultures using the NucleoSpin RNAII kit (Machery-Nagel) with DNase digestion on the column. Messenger RNA was prepared from sorted SAEC samples using the μMACS mRNA isolation system (Miltenyi Biotech). CDNA was prepared from the RNA samples using the MMuLV reverse transcriptase kit (Thermo Scientific). Real-time quantitative PCR experiments were performed using an ABsolute QPCR SYBR Green Low ROX master mix (ABGene) and an Applied Biosystems 7500 thermal cycler system. Primers are listed in Table 1.

組換えアデノウイルスベクター:
対象となる完全遺伝子またはGFPのみの配列を、フォワード(5’):5’−−3’、リバース(3’):5’−−3’プライマー配列を用いたPCR反応で増幅し、シャトルベクターにクローニングした後、相同組換えでアデノウイルスベクターにクローニングした。線状化したプラスミドDNAを、Lipofectamine 2000(Invitrogen)を用いて293パッケージング細胞株(American Type Culture Collection,Rockville,MD)にトランスフェクトすることにより、アデノウイルスを産生した。得られたプラークを増幅し、アデノウイルス精製キット(BD Biosciences)を用いて、アデノウイルスを精製及び濃縮した。
Recombinant adenovirus vector:
A complete gene or GFP-only sequence of interest is amplified by a PCR reaction using a forward (5 ′): 5 ′-3 ′, reverse (3 ′): 5 ′-3 ′ primer sequence, and a shuttle vector And then cloned into an adenovirus vector by homologous recombination. Adenovirus was produced by transfecting linearized plasmid DNA into the 293 packaging cell line (American Type Culture Collection, Rockville, MD) using Lipofectamine 2000 (Invitrogen). The resulting plaques were amplified and adenovirus was purified and concentrated using an adenovirus purification kit (BD Biosciences).

上皮細胞のアデノウイルス感染:
GFPまたは対象となる遺伝子−GFPを含有するアデノウイルスを2Dまたは3DのSAECに添加した。1×10細胞を細胞培養培地250μl及びウイルス50μlに37℃で90分間再懸濁した。
Adenovirus infection of epithelial cells:
Adenovirus containing GFP or gene of interest-GFP was added to 2D or 3D SAEC. 1 × 10 6 cells were resuspended in 250 μl of cell culture medium and 50 μl of virus at 37 ° C. for 90 minutes.

Figure 2013504303
Figure 2013504303

CXCL−8アッセイ:
Quantikine CXCL−8/IL−8 ELISAキット(R&D Systems)を用いて、2D及び3D細胞培養上清のCXCL−8(IL−8)含量を測定した。製造元の指示に従って、サンドイッチELISAアッセイを行なった。簡潔に述べると、同じ様に希釈した細胞培養上清サンプル及びCXCL−8標準を、抗CXCL−8モノクローナル抗体で事前にコーティングしたウェルに分配した。室温で2時間のインキュベーションの後、提供された洗浄バッファーでプレートを4回洗浄した。その後、HRPOがコンジュゲートされたポリクローナル抗CXCL−8抗体を1時間添加した。最後の洗浄工程の後、TMB基質溶液をウェルに添加した。450及び570nmでiEMSリーダーMF(Thermo Labsystems)を用いて光学密度を決定し、Ascentソフトウェアを用いてデータを解析した。
CXCL-8 assay:
The CXCL-8 (IL-8) content of 2D and 3D cell culture supernatants was measured using a Quantikine CXCL-8 / IL-8 ELISA kit (R & D Systems). A sandwich ELISA assay was performed according to the manufacturer's instructions. Briefly, similarly diluted cell culture supernatant samples and CXCL-8 standards were distributed into wells pre-coated with anti-CXCL-8 monoclonal antibody. After a 2 hour incubation at room temperature, the plates were washed 4 times with the provided wash buffer. Thereafter, polyclonal anti-CXCL-8 antibody conjugated with HRPO was added for 1 hour. After the final wash step, TMB substrate solution was added to the wells. Optical density was determined using an iEMS reader MF (Thermo Labsystems) at 450 and 570 nm and the data was analyzed using Ascent software.

データの定量:
7500システムSDSソフトウェアを用いて、Applied Biosystemsによって提案されているようなΔCt(dCt)及び相対量(RQ)法により、定量的リアルタイムRT−PCRデータを解析した。サンプルは全て2つの複製を作って準備した。簡潔に述べると、7500システムSDSソフトウェアによって決定される自動閾値レベルを用いて、各サンプルについてCt値を決定した。以下の式:dCt(標的遺伝子)=Ct(標的遺伝子)−Ct(ハウスキーピング遺伝子)に従って、ΔCt(dCt)値を決定した。遺伝子発現の変化を、次の式:
RQ=2−ddCt(式中、ddCt値は、ddCt=dCt(サンプル)−dCt(参照サンプル)として計算された)
を用いて計算されたRQ値として示す。
Data quantification:
Quantitative real-time RT-PCR data was analyzed using the 7500 system SDS software by the ΔCt (dCt) and relative quantity (RQ) method as proposed by Applied Biosystems. All samples were prepared in duplicate. Briefly, Ct values were determined for each sample using an automatic threshold level determined by 7500 system SDS software. The ΔCt (dCt) value was determined according to the following formula: dCt (target gene) = Ct (target gene) −Ct (housekeeping gene). The change in gene expression is expressed by the following formula:
RQ = 2− ddCt (where ddCt value was calculated as ddCt = dCt (sample) −dCt (reference sample))
It is shown as an RQ value calculated using.

ODを31.2〜2000pg/mlの範囲のCXCL−8の7つの異なる濃度から計算された標準曲線と比較して、細胞培養上清のCXCL−8含量を決定した。2つの複製を作ってサンプルを分配し、その平均をさらなるデータ解析に使用した。   The OD was compared to a standard curve calculated from seven different concentrations of CXCL-8 ranging from 31.2 to 2000 pg / ml to determine the CXCL-8 content of the cell culture supernatant. Two replicates were made to distribute the samples and the average was used for further data analysis.

実施例2−3次元肺組織モデルを開発するための実験:
懸滴モデル:
ヒト肺構造をシミュレーションするために、本発明者らは、無作為に混合された、ほぼ等量の明確な線維芽細胞集団(NHLF)及び小気道上皮細胞集団(SAEC)中の100000細胞の3D細胞凝集塊から始めた。懸滴アッセイでインキュベートして1日以内に、細胞は、ゆるい組織構造を生成させた。図1に、50%SAECと50%NHLFの混合物の懸滴培養物を示す。
Example 2-3 Experiment to develop a three-dimensional lung tissue model:
Hanging drop model:
In order to simulate human lung structure, we performed 3D of 100,000 cells in a random mixed, approximately equal volume of distinct fibroblast population (NHLF) and small airway epithelial cell population (SAEC). Start with cell clumps. Within 1 day of incubation in the hanging drop assay, the cells produced loose tissue structures. FIG. 1 shows a hanging drop culture of a mixture of 50% SAEC and 50% NHLF.

しかしながら、形成は安定ではなく、組織構造の回復不可能な損傷なしでは、生成された微小組織を初期の培養条件から別の試験プレートに移すことは不可能であった。   However, the formation was not stable and it was impossible to transfer the produced microtissue from the initial culture conditions to another test plate without irreparable damage to the tissue structure.

ペレット化された、マトリゲル含有モデル:
混合された肺微小組織の安定性を改善するために、1:1の比のSAEC及びNHLFをペレット化し、マトリゲルの存在下で増殖させた。多くの3D肺組織モデル及び他の組織モデルは、マトリゲルを用いて3次元構造を作り出し、この構造の中で、様々な細胞型が増殖して、互いに相互作用することができる。培養物における細胞の移動を追跡することができるように、SAEC及びNHLFを生理的蛍光色素のDiI(非特許文献18及び19)で染色した。細胞及びマトリゲルをピペッティングして、組織培養用の処理を行なっていないV底96ウェルプレートに入れ、37℃のCOインキュベーター中で1時間放置した。インキュベーション後、細胞を2000rpmにて室温で5分間ペレット化し、その後、得られた細胞ペレットを一晩インキュベートした(5% CO、37℃)。
Pelleted, matrigel-containing model:
In order to improve the stability of the mixed lung microtissue, a 1: 1 ratio of SAEC and NHLF was pelleted and grown in the presence of Matrigel. Many 3D lung tissue models and other tissue models use Matrigel to create a three-dimensional structure in which various cell types can grow and interact with each other. SAEC and NHLF were stained with the physiological fluorescent dye DiI (Non-Patent Documents 18 and 19) so that cell migration in the culture could be followed. Cells and Matrigel were pipetted into a V-bottom 96-well plate that had not been treated for tissue culture and left in a 37 ° C. CO 2 incubator for 1 hour. Following incubation, cells were pelleted at 2000 rpm for 5 minutes at room temperature, after which the resulting cell pellet was incubated overnight (5% CO 2 , 37 ° C.).

図2に、50%SAECと50%NHLFの混合物のマトリゲルに基づく培養物を示す。マトリゲルが存在するにもかかわらず、SAEC及びNHLFは安定な3D構造を形成することができなかったことが明白である。さらに、主に上皮細胞を含有する小さい球形の組織構造は、組織/マトリゲル塊から離れているように見えた。   FIG. 2 shows a Matrigel-based culture of a mixture of 50% SAEC and 50% NHLF. It is clear that despite the presence of Matrigel, SAEC and NHLF were unable to form a stable 3D structure. Furthermore, the small spherical tissue structure containing mainly epithelial cells appeared to be distant from the tissue / matrigel mass.

実施例3−ペレット化された、人工的組織スキャフォールドフリーのモデル:
ヒト肺の3D培養条件をシミュレーションする際の次の工程として、同じ数の上皮細胞(SAEC)と線維芽細胞(NHLF)のランダムな混合物をマトリゲルなしで2段階でペレット化した。細胞をピペッティングして、組織培養用の処理を行なっていないV底96ウェルプレートに入れ、37℃のCOインキュベーター中で1時間放置した。インキュベーション後、細胞を2000rpmにて室温で5分間ペレット化し、その後、得られた細胞ペレットを一晩インキュベートした(5%CO、37℃)。混合培養する前の細胞を、PBS(リン酸バッファー生理食塩水pH7.2)中1:1000希釈の生理的蛍光色素のDiI(DMSO中1mg/mlストック)及びCFSE(DMSO中1mg/mlストック)を用いて染色した。これらの培養条件では、細胞は安定な凝集塊を形成し、この凝集塊では、最も付着性の高い線維芽細胞(赤または濃い灰色)が付着性の低い上皮細胞型の細胞(緑色または薄い灰色)に囲まれていた(図3)。凝集塊直径は約200μmである。
Example 3-Pelleted, artificial tissue scaffold-free model:
As a next step in simulating 3D culture conditions of human lung, a random mixture of the same number of epithelial cells (SAEC) and fibroblasts (NHLF) was pelleted in two steps without matrigel. The cells were pipetted and placed in a V-bottom 96-well plate that had not been treated for tissue culture and left in a 37 ° C. CO 2 incubator for 1 hour. Following incubation, the cells were pelleted at 2000 rpm for 5 minutes at room temperature, after which the resulting cell pellet was incubated overnight (5% CO 2 , 37 ° C.). Cells before mixed culture were prepared by diluting 1: 1000 dilution of physiological fluorescent dye DiI (1 mg / ml stock in DMSO) and CFSE (1 mg / ml stock in DMSO) in PBS (phosphate buffered saline pH 7.2). Was stained. Under these culture conditions, the cells form stable aggregates in which the most adherent fibroblasts (red or dark gray) are the less adherent epithelial cell types (green or light gray). ) (Figure 3). The agglomerate diameter is about 200 μm.

さらなる実験では、SAEC細胞とNHLF細胞の比を系統的に変化させ、それぞれ、以下のSAEC:NHLF比、すなわち、0/100%、25/75%、50/50%、75/25%、100/0%、さもなければ上で記載したような比を用いて、培養物を調製した。図3に、異なる比のSAEC及びNHLFを含有するペレット化された微小組織培養物を示す。図から明らかなように、表面の上皮細胞内層を有する最も顕著な3D構造凝集塊は、同じ量の上皮細胞と線維芽細胞を適用したときに形成され、凝集塊は、25/75%の比で、やや小さく、形態はあまり明確でないが、規則正しい上皮細胞内層を有するのに対し、過剰なSAEC細胞のとき、すなわち、上皮細胞と線維芽細胞の比が75/25%であるときに、遙かに均一な上皮内層が形成される。純粋な培養物は、3D構造の凝集塊を形成しないか(上皮細胞)、または凝集塊のサイズが遙かに小さい(線維芽細胞)。   In further experiments, the ratio of SAEC cells to NHLF cells was systematically changed and the following SAEC: NHLF ratios were obtained: 0/100%, 25/75%, 50/50%, 75/25%, 100, respectively. Cultures were prepared using a ratio of 0/0%, otherwise as described above. FIG. 3 shows pelleted microtissue cultures containing different ratios of SAEC and NHLF. As is apparent from the figure, the most prominent 3D structural aggregate with a surface epithelial cell inner layer is formed when the same amount of epithelial cells and fibroblasts is applied, the aggregate being a 25/75% ratio. And slightly smaller and less well-defined, but with regular epithelial cell lining, but with excess SAEC cells, ie when the ratio of epithelial cells to fibroblasts is 75/25% A more uniform epithelial lining is formed. Pure cultures do not form 3D structured aggregates (epithelial cells) or have a much smaller aggregate size (fibroblasts).

実施例4−2細胞型組織スキャフォールドフリーの3D肺組織モデルの特徴解析:
分化マーカー:
本モデルの分子特徴解析は、リアルタイムPCR解析を用いて上皮分化マーカーを基にした。mRNAを細胞凝集塊から精製し、cDNAを作製した。TTF1(図4a)、AQ3(図4b)及びAQ5特異的プライマーを用いて、内部対照としてのβ−アクチンと比べて結果を解析した。
Example 4-2 Characterization of a cell-type tissue scaffold-free 3D lung tissue model:
Differentiation markers:
The molecular characterization of this model was based on epithelial differentiation markers using real-time PCR analysis. mRNA was purified from cell aggregates to produce cDNA. Results were analyzed using TTF1 (FIG. 4a), AQ3 (FIG. 4b) and AQ5 specific primers compared to β-actin as an internal control.

図4aに、3Dヒト肺微小組織におけるTTF−1のmRNAレベルを示す。TTF1転写因子は、肺胞上皮細胞の特徴的マーカーである。3D線維芽細胞培養物はTTF1発現を示さないが、TTF1は3D SAEC単独培養物中に存在し、2D SAEC/NHLF共培養物中で増加し、線維芽細胞の有益な効果を示している。最大レベルのTT1発現は、3D SAEC/NHLF組織で達せられた。   FIG. 4a shows TTF-1 mRNA levels in 3D human lung microtissue. TTF1 transcription factor is a characteristic marker of alveolar epithelial cells. Although 3D fibroblast cultures do not show TTF1 expression, TTF1 is present in 3D SAEC alone cultures and increased in 2D SAEC / NHLF co-cultures, indicating the beneficial effects of fibroblasts. Maximum levels of TT1 expression were reached in 3D SAEC / NHLF tissue.

図4bは、3Dヒト肺微小組織におけるAQP−3水輸送体のmRNAレベルを示す。AQ3は、肺におけるATII上皮型マーカーである。3D線維芽細胞培養物はAQ3発現を示さないが、AQ3は3D SAEC単独培養物中に存在し、2D SAEC/NHLF共培養物中で増加し、線維芽細胞の有益な効果を示しているが、それにもかかわらず、AQ3の最大レベルは3D SAEC/NHLF組織培養物で観察された。   FIG. 4b shows AQP-3 water transporter mRNA levels in 3D human lung microtissue. AQ3 is an ATII epithelial marker in the lung. Although 3D fibroblast cultures do not show AQ3 expression, AQ3 is present in 3D SAEC alone cultures and increased in 2D SAEC / NHLF co-cultures, indicating the beneficial effects of fibroblasts Nevertheless, maximal levels of AQ3 were observed in 3D SAEC / NHLF tissue culture.

したがって、上記のマーカーは、ATII型分化の誘導性増加を示し、これは、ATI型マーカー発現の増加がないことによってさらに裏付けられた。   Thus, the above markers showed an inducible increase in ATI type differentiation, further supported by the lack of increased ATI type marker expression.

本発明者らが実験で使用した純化された分化細胞型は、市販供給源から得たものであった。これらの細胞型は分化した組織が基になっていたが、ひとたび純化され、2D培養条件下で維持されると、これらの細胞は、S100A4のレベルの増加によって示される脱分化の兆候をほぼすぐに示した(図6及び表2)。SAECをNHLFと共培養するとすぐに、S100A4及びN−カドヘリンレベルが著しく減少したが、E−カドヘリンレベルは増加した。非特許文献20は、2D培養条件よりも3D培養条件で顕著であり(図6)、NHLFの存在とは別に、3D構造もSAECの脱分化を減少させるのに必要であることが示された。   The purified differentiated cell type used by the inventors in the experiment was obtained from a commercial source. Although these cell types were based on differentiated tissue, once purified and maintained under 2D culture conditions, these cells almost immediately showed signs of dedifferentiation as indicated by increased levels of S100A4. (FIG. 6 and Table 2). As soon as SAEC was co-cultured with NHLF, S100A4 and N-cadherin levels were significantly reduced, but E-cadherin levels were increased. Non-Patent Document 20 shows that it is more prominent in 3D culture conditions than in 2D culture conditions (FIG. 6), and apart from the presence of NHLF, it was shown that 3D structures are also required to reduce SAEC dedifferentiation. .

これらの変化もまた、上皮脱分化過程に特徴的な上皮−間質移行(EMT)の特徴である。   These changes are also characteristic of epithelial-stromal transition (EMT) characteristic of the epithelial dedifferentiation process.

炎症促進性サイトカイン発現:
肺感染または肺胞上皮損傷(連続的な上皮細胞層の破壊)によって誘発されると、炎症促進性サイトカインが肺胞上皮によって産生され、好中球をはじめとする炎症性細胞を引き付ける。炎症促進性サイトカインのCXCL−8の発現を検討するために、図3に見られるように準備された、2D単独及び共培養物ならびに3D組織共培養物の細胞上清からのCXCL−8のタンパク質レベルを検討した。市販のELISA試験キット(R&D Laboratories)を用いて、CXCL−8発現レベルが、従来の2D組織培養物と比較して3D組織システムで著しく低下すること(図7a)及び上皮細胞比が最大の場合に最小のレベルが検出されることが明らかとなり、CXCL−8発現が上皮細胞層の中断によって誘発されることが示唆された。
Pro-inflammatory cytokine expression:
When induced by lung infection or alveolar epithelial damage (continuous destruction of the epithelial cell layer), pro-inflammatory cytokines are produced by the alveolar epithelium and attract inflammatory cells, including neutrophils. CXCL-8 protein from cell supernatants of 2D alone and co-cultures and 3D tissue co-cultures prepared as seen in FIG. 3 to study the expression of the pro-inflammatory cytokine CXCL-8 The level was examined. Using commercially available ELISA test kits (R & D Laboratories), CXCL-8 expression levels are significantly reduced in 3D tissue systems compared to conventional 2D tissue cultures (FIG. 7a) and when epithelial cell ratio is maximal It was clarified that minimal levels were detected, suggesting that CXCL-8 expression is induced by disruption of the epithelial cell layer.

図7の図では、CXCL−8分泌がヒトのインビトロ3D肺モデルで示されている。線維芽細胞の3D単独培養物はCXCL−8を分泌しないが、3D SAECは(2D SAEC培養物よりも少ない程度ではあるが−データは示さない)依然としてサイトカインを産生することが分かった。2D共培養物はCXCL−8発現をそれほど変化させず、線維芽細胞の存在がサイトカイン発現に影響を及ぼすことができないことが示された。CXCL−8発現レベルは、上皮−線維芽細胞比が75/25%で、上皮細胞が線維芽細胞球を本質的に完全に被覆している場合に、3D組織システムで著しく低下し、CXCL−8発現は、肺胞上皮細胞層の中断によって誘発され得ることが示唆された。このCXCL−8発現の低下は、50/50%及び25/75%の比ではやや目立たなかった。   In the diagram of FIG. 7, CXCL-8 secretion is shown in a human in vitro 3D lung model. It was found that 3D single cultures of fibroblasts do not secrete CXCL-8, but 3D SAEC (to a lesser extent than 2D SAEC cultures—data not shown) still produce cytokines. 2D co-cultures did not significantly change CXCL-8 expression, indicating that the presence of fibroblasts cannot affect cytokine expression. CXCL-8 expression levels are markedly reduced in 3D tissue systems when the epithelial-fibroblast ratio is 75/25% and the epithelial cells are essentially completely covered by fibroblasts, and CXCL- It was suggested that 8 expression can be induced by disruption of the alveolar epithelial cell layer. This reduction in CXCL-8 expression was somewhat inconspicuous at the 50/50% and 25/75% ratios.

定量的リアルタイムRT−PCR解析を用いて、炎症性サイトカインIL−1β及びIL−6のmRNAレベルも調べた。SAEC−NHLF mRNAの混合物からPCRを行なった場合、それぞれの2D培養物と比較した3D培養物において、IL−1βとIL−6の両方のmRNAレベルは、著しく下方調節された(それぞれ、図7B及び7C)。ひとたびSAEC細胞が2D及び3D NHLF共培養物から選別されれば、3D条件で培養されたSAECにおけるIL−1β及びIL−6の発現の減少はさらにより顕著であった(図7D)。   Quantitative real-time RT-PCR analysis was also used to examine mRNA levels of the inflammatory cytokines IL-1β and IL-6. When PCR was performed from a mixture of SAEC-NHLF mRNA, both IL-1β and IL-6 mRNA levels were significantly down-regulated in 3D cultures compared to the respective 2D cultures (FIG. 7B, respectively). And 7C). Once SAEC cells were selected from 2D and 3D NHLF co-cultures, the decrease in IL-1β and IL-6 expression in SAECs cultured in 3D conditions was even more pronounced (FIG. 7D).

実施例5−上皮細胞、内皮細胞及び線維芽細胞成分を含む3細胞型モデル:
本発明者らの肺組織培養モデルの複雑さをさらに改善するために、本発明者らは、初代ヒト肺由来微小血管内皮細胞(HMVEC)をSAEC及びNHLF細胞に添加し、SAEC及びNHLF共培養物と類似した2D及び3D組織微小培養物を準備した。
Example 5-Three-cell type model containing epithelial cells, endothelial cells and fibroblast components:
To further improve the complexity of our lung tissue culture model, we added primary human lung-derived microvascular endothelial cells (HMVEC) to SAEC and NHLF cells and co-cultured SAEC and NHLF. 2D and 3D tissue microcultures similar to those were prepared.

蛍光及び共焦点顕微鏡検査による微小組織の形態検査により、HMVECは、3D条件でSAEC細胞とNHLF細胞の両方とうまく共培養することができることが明らかになった(図8a)。興味深いことに、SAECまたはNHLFのいずれかとの共培養物中で、HMVECは、微小培養物の内側のコンパクトなコアを形成した。3つの細胞型(1:1:1)を3D条件で一緒に培養したとき、それらは接着して1つにまとまり、著しくコンパクトでかつ安定な3D構造を形成した(図8b)。   Microstructural morphological examination by fluorescence and confocal microscopy revealed that HMVEC can successfully co-culture with both SAEC and NHLF cells in 3D conditions (FIG. 8a). Interestingly, in co-cultures with either SAEC or NHLF, HMVEC formed a compact core inside the microculture. When three cell types (1: 1: 1) were cultured together in 3D conditions, they adhered together and formed a remarkably compact and stable 3D structure (FIG. 8b).

3細胞培養物の分子特徴解析により、AQP3及びKRT7発現のレベルが、2D培養条件で測定されるレベルと比較して3D培養物で顕著に増加することが明らかになった(図9a及び表2)。EMTマーカーのS100A4及びN−cadのレベルは、細胞を2D培養下で維持したときに増加したが、3D培養下で安定化された。3D培養物におけるE−cadのわずかな減少は、2D培養条件では検出されなかった(図9a及び表2)。3つの細胞型の混合mRNAから定量的RT−PCRを行なったが、純化された組織要素からの組織構築を助ける3つの細胞型の最適な割合を見出すためには、3つの細胞型の3D培養物のさらなる解析が必要である。   Molecular characterization of 3 cell cultures revealed that the levels of AQP3 and KRT7 expression were significantly increased in 3D cultures compared to levels measured in 2D culture conditions (FIG. 9a and Table 2). ). The levels of EMT markers S100A4 and N-cad increased when cells were maintained in 2D culture, but were stabilized in 3D culture. A slight decrease in E-cad in 3D cultures was not detected under 2D culture conditions (Figure 9a and Table 2). Quantitative RT-PCR was performed from mixed mRNA of three cell types, but in order to find the optimal proportion of the three cell types that helped to build tissue from purified tissue elements, 3D cultures of the three cell types Further analysis of the object is necessary.

表2は、ヒト初代肺細胞培養物における遺伝子発現変化を示している。数字は、式RQ=2−ddCt(式中、ddCt値は、ddCt=dCt(サンプル)−dCt(参照サンプル)として計算される)に従って計算されたRQ値である。選別されたSAEC**を除き、データをdCt値として提示する場合、以下のように計算した:dCt=Ct(標的遺伝子)−Ct(ハウスキーピング遺伝子)。様々な培養物を準備する前に回収された細胞の一部を常に参照サンプルとして使用した。ΔCt(dCt)値は以下のように計算された:dCt(標的遺伝子)=Ct(標的遺伝子)−Ct(ハウスキーピング遺伝子)。選別されたSAEC**サンプルの場合(この場合はアクチンをハウスキーピング遺伝子として使用した)を除き、18SリボソームRNAをハウスキーピング遺伝子として使用した。 Table 2 shows gene expression changes in human primary lung cell cultures. The numbers are RQ values calculated according to the formula RQ = 2− ddCt , where the ddCt value is calculated as ddCt = dCt (sample) −dCt (reference sample). When the data was presented as dCt values, except for the selected SAEC ** , it was calculated as follows: dCt = Ct (target gene) -Ct (housekeeping gene). A portion of the cells collected before preparing the various cultures was always used as a reference sample. The ΔCt (dCt) value was calculated as follows: dCt (target gene) = Ct (target gene) −Ct (housekeeping gene). Except in the case of sorted SAEC ** samples (in this case actin was used as the housekeeping gene), 18S ribosomal RNA was used as the housekeeping gene.

Figure 2013504303
Figure 2013504303

略語:
N.A.:データが利用できず、発現レベルが決定されなかった。N.D.:特異的なPCR産物がリアルタイムQPCRによって検出されなかった。N.D.:特異的なPCR産物が従来のPCRによって検出されなかった。N.C:特異的な発現レベルが、リアルタイムQPCRによって並列ウェルまたはサンプルで得られなかった。低い:相対的に低い発現レベルが従来のPCRによって検出された。高い:相対的に高い発現レベルが従来のPCRによって検出された。
Abbreviations:
N. A. : Data not available and expression level could not be determined. N. D. : No specific PCR product was detected by real-time QPCR. N. D. * : No specific PCR product was detected by conventional PCR. N. C: No specific expression level was obtained in parallel wells or samples by real-time QPCR. Low * : A relatively low expression level was detected by conventional PCR. High * : A relatively high expression level was detected by conventional PCR.

細胞によって分泌された細胞マーカー及び因子に関する結果のまとめ:
本発明者らは、初代肺上皮細胞と線維芽細胞との3D共培養は、2Dまたは3Dのいずれかのインビトロ単独培養よりもSAECがより分化した状態を維持するのに有利であるという証拠をここで提供している。NHLFを含めることによって、上皮分化が容易になっただけでなく、3D微小組織の凝集及び構造が、SAECのみの培養物(図3)またはSAEC−HMVEC培養物(図8a)と比較して、遙かに堅くかつコンパクトにもなった。
Summary of results for cell markers and factors secreted by cells:
We have shown that 3D co-culture of primary lung epithelial cells and fibroblasts is advantageous for maintaining SAEC more differentiated state than either 2D or 3D in vitro single culture. Offered here. Including NHLF not only facilitated epithelial differentiation, but 3D microtissue aggregation and structure compared to SAEC-only cultures (FIG. 3) or SAEC-HMVEC cultures (FIG. 8a), It became much harder and more compact.

TTF1転写因子は、ATII細胞における胚発生期及び出生後の肺胞上皮細胞の特徴的な一般的マーカーである。サイトケラチンは、細胞骨格の中間径フィラメントの構成要素であり、その発現パターンは、細胞系譜の同定に重要である。本発明者らの実験において、肺上皮マーカーのTTF−1及びサイトケラチン7(KRT7)は、3D共培養物における発現レベル上昇を示した。   The TTF1 transcription factor is a characteristic general marker of embryonic and postnatal alveolar epithelial cells in ATII cells. Cytokeratin is a component of the intermediate filament of the cytoskeleton, and its expression pattern is important for cell lineage identification. In our experiments, lung epithelial markers TTF-1 and cytokeratin 7 (KRT7) showed increased expression levels in 3D co-cultures.

II型肺細胞は、(アクアポリンタンパク質(AQP)ファミリーのメンバーを介した)水の経上皮移動を容易にする。ATIIマーカーアクアポリン3は、線維芽細胞の存在下でレベル上昇を示す(図5)。サーファクタントタンパク質の分泌は、ATII肺上皮細胞の独特の特徴である(非特許文献21及び22)。
本発明者らの実験では、単独培養物中のSAEC細胞は、サーファクタントタンパク質を発現することができなかったが、サーファクタントタンパク質A1のmRNAは、結局、3Dにおいて及びより少ない量で2D共培養物において発現された(図5c)。しかしながら、サーファクタントタンパク質B及びCは、結局、本発明者らの3D共培養システムで検出されなかった(データは示さない)。本発明者らは、2細胞培養物と3細胞培養物の両方におけるATIマーカーのアクアポリン4及び5の発現も調べたが、これらの分子の発現も、結局、検出されなかった。これは、おそらく、本明細書で使用した細胞(SAEC)がどちらかと言えばATII型であることが理由である。さらに、ATI分化にはかなりの量の時間が必要である(データは示さない)。やや長い培養時間で、ATI型特徴を有する細胞を使用した場合、ATIマーカーが現われる。
Type II lung cells facilitate transepithelial migration of water (via members of the aquaporin protein (AQP) family). The ATII marker aquaporin 3 shows increased levels in the presence of fibroblasts (FIG. 5). Surfactant protein secretion is a unique feature of ATII lung epithelial cells (Non-Patent Documents 21 and 22).
In our experiments, SAEC cells in a single culture were unable to express surfactant protein, but surfactant protein A1 mRNA was eventually in 3D and in lesser amounts in 2D co-culture. Was expressed (FIG. 5c). However, surfactant proteins B and C were eventually not detected by our 3D co-culture system (data not shown). The inventors also examined the expression of the ATI markers aquaporins 4 and 5 in both 2-cell and 3-cell cultures, but no expression of these molecules was eventually detected. This is probably because the cells used herein (SAEC) are rather type ATII. In addition, ATI differentiation requires a significant amount of time (data not shown). ATI markers appear when cells with ATI-type characteristics are used with slightly longer incubation times.

したがって、SFPCを除き、分化マーカーのAQP3、KRT7、TTF1及びSFPAが線維芽細胞の存在下で上方調節された。AQP3及びSFTPAのレベルは、3D培養条件下でさらに増加したが、KRT7またはTTF1分化マーカーは増加しなかった。   Thus, with the exception of SFPC, the differentiation markers AQP3, KRT7, TTF1 and SFPA were upregulated in the presence of fibroblasts. AQP3 and SFTPA levels were further increased under 3D culture conditions, but KRT7 or TTF1 differentiation markers were not increased.

S100A4は、よく知られた上皮−間質移行の分子マーカーであり、その発現レベルは、転移性癌腫(非特許文献23)及び肺線維症(非特許文献24)で高いことが多い。S100A4及びN−カドヘリンの上方調節ならびに同時に起こるE−カドヘリンの下方調節(非特許文献25及び26)もまた、上皮脱分化過程に特徴的で、かつ細胞接着の喪失、E−カドヘリン発現の抑制、及び細胞移動の増大を特徴とする上皮−間質移行(EMT)の特徴である。   S100A4 is a well-known molecular marker of epithelial-stromal transition, and its expression level is often high in metastatic carcinoma (Non-patent document 23) and pulmonary fibrosis (Non-patent document 24). Up-regulation of S100A4 and N-cadherin and concomitant down-regulation of E-cadherin (Non-patent Documents 25 and 26) are also characteristic of epithelial dedifferentiation and loss of cell adhesion, suppression of E-cadherin expression, And epithelial-stromal transition (EMT) characteristics characterized by increased cell migration.

脱分化マーカーのS100A4及びN−カドヘリンは、2D培養条件下の純化された初代細胞で現われた。   The dedifferentiation markers S100A4 and N-cadherin appeared in purified primary cells under 2D culture conditions.

上記の脱分化マーカーは、線維芽細胞の存在下で減少し、3D条件でさらに減少した。   The above dedifferentiation markers decreased in the presence of fibroblasts and further decreased in 3D conditions.

IL1b、IL6及びCXCL8をはじめとする炎症マーカーの減少は、2D培養物と比較して3D培養物で観察することができた。そのマーカーは、3D培養条件下で著しく下方調節され、例えば、線維芽細胞が2D培養物中に単に存在するだけでは、そのレベルを減少させるのに十分ではなかった。   A decrease in inflammatory markers including IL1b, IL6 and CXCL8 could be observed in 3D cultures compared to 2D cultures. The marker was markedly down-regulated under 3D culture conditions, for example, the presence of fibroblasts simply in 2D culture was not sufficient to reduce its level.

SFTPA1発現は、2細胞培養物では観察されたが、3細胞培養物では観察されなかった(図5c及びデータは示さない)。   SFTPA1 expression was observed in 2-cell cultures but not in 3-cell cultures (FIG. 5c and data not shown).

実施例6−疾患モデル:
肺腫瘍細胞株由来の肺腫瘍モデル:
人工的な3次元肺組織培養物を以下の変更とともに実施例3に記載の通りに調製する。
Example 6-Disease model:
Lung tumor cell line derived lung tumor model:
An artificial three-dimensional lung tissue culture is prepared as described in Example 3 with the following modifications.

上皮細胞(SAEC)の代わりに、II型肺胞上皮細胞(A549)と、肺腺癌のモデルであるNNK[4−(メチルニトロサミノ)−1−(3−ピリジル)−1−ブタノン]処理したA/Jマウス(非特許文献27)に由来する5〜20%のCL13またはCL30細胞(非特許文献28)の組合せを使用する。CL13またはCL30細胞は、Ki−ras遺伝子の突然変異を担持している。   Type II alveolar epithelial cells (A549) instead of epithelial cells (SAEC), and NNK [4- (methylnitrosamino) -1- (3-pyridyl) -1-butanone], a model of lung adenocarcinoma A combination of 5-20% CL13 or CL30 cells (Non-patent Document 28) derived from treated A / J mice (Non-patent Document 27) is used. CL13 or CL30 cells carry a mutation in the Ki-ras gene.

A549細胞とCL13またはCL30細胞の適切な比を見出すために一連の実験を行なう。腫瘍が自然に形成されるときの比を用いて3D肺モデル組織を調製し、これを肺腫瘍疾患モデルとして使用する。   A series of experiments is performed to find the appropriate ratio of A549 cells to CL13 or CL30 cells. A 3D lung model tissue is prepared using the ratio at which the tumor spontaneously forms and is used as a lung tumor disease model.

上記の方法の代替法では、患者腫瘍細胞を使用する。   An alternative to the above method uses patient tumor cells.

遺伝子改変した及び致死量以下で放射線を照射した細胞株を用いた初代細胞凝集塊における分泌因子組成の改変:
全ての細胞型は非感染状態のままであり、そのため、遺伝子発現は、任意の所与の3次元肺組織モデルと同じく正常である。しかしながら、凝集塊の細胞組成は、遺伝子改変され、凝集塊内部の細胞微小環境を改変する分泌因子(Wnt、骨形態形成タンパク質(BMP)、炎症性及び炎症促進性サイトカイン、増殖因子など)を産生する線維芽細胞細胞株(WI−38)または肺胞上皮細胞株(A549)のいずれかの致死量以下で放射線を照射した細胞(凝集塊の全細胞数の5〜10%)を含有する。
Modification of secretory factor composition in primary cell aggregates using genetically modified and sublethal irradiated cell lines:
All cell types remain uninfected, so gene expression is normal as in any given 3D lung tissue model. However, the cellular composition of the aggregate is genetically modified to produce secretory factors (Wnt, bone morphogenetic protein (BMP), inflammatory and pro-inflammatory cytokines, growth factors, etc.) that modify the cellular microenvironment within the aggregate. Cells irradiated with radiation below the lethal dose of either the fibroblast cell line (WI-38) or the alveolar epithelial cell line (A549) (5-10% of the total number of cells in the aggregate).

ネイティブな3次元肺細胞凝集塊:
炎症状態を模倣するために、ネイティブな3次元肺細胞凝集塊を様々な濃度の細菌細胞壁抽出物で処理する。サイトカイン産生は、サイトカイン特異的ELISA技術を用いて組織培養培地から決定し、上皮細胞と線維芽細胞の両方における遺伝子発現変化は、リアルタイムPCR反応で定量することができる。
Native 3D lung cell aggregate:
To mimic inflammatory conditions, native three-dimensional lung cell aggregates are treated with various concentrations of bacterial cell wall extracts. Cytokine production is determined from tissue culture media using cytokine-specific ELISA techniques, and gene expression changes in both epithelial cells and fibroblasts can be quantified by real-time PCR reactions.

実施例7−3D肺組織キット:
この実施例では、以下の特徴のすぐに試験できる3C肺組織キットを調製する。
1.すぐに試験できる肺組織は、96ウェルプレートに供給される。
2.すぐに実験または試験できる少量の(80000細胞/ウェル)肺モデル組織のサンプルがウェル中に存在する。
3.各組織は、ヒト初代肺胞上皮と線維芽細胞(それぞれ、25、50及び75%上皮)の混合培養物からなる。
4.プレートは、3−3ウェルの対照(上皮及び線維芽細胞のみ)を含む。
5.プレートは、透明な、好ましくは付着力のある、プラスチックホイルで(例えば、サランラップ(登録商標)で)密封される。
Example 7-3D lung tissue kit:
In this example, a ready-to-test 3C lung tissue kit of the following characteristics is prepared.
1. Lung tissue ready for examination is supplied in a 96-well plate.
2. There is a small sample (80000 cells / well) of lung model tissue in the well that can be readily experimented or tested.
3. Each tissue consists of a mixed culture of human primary alveolar epithelium and fibroblasts (25, 50 and 75% epithelium, respectively).
4). Plates contain 3-3 well controls (epithelial and fibroblasts only).
5. The plate is sealed with a transparent, preferably adhesive, plastic foil (eg with Saran Wrap®).

組織の品質は、配送を含めて、3日間保証される。   Tissue quality is guaranteed for 3 days, including delivery.

プレート自体は、V底96ウェルの非付着性組織培養用プレートである。   The plate itself is a V-bottom 96 well non-adherent tissue culture plate.

モデル組織を実施例3に記載の通りに調製する。各組織を、5%CO環境での肺培養に最適な200lの組織培養培地中に浸し、密封し、室温または氷上に置く。 Model tissue is prepared as described in Example 3. Each tissue is immersed in 200 l tissue culture medium optimal for lung culture in a 5% CO 2 environment, sealed, and placed on room temperature or ice.

品質管理:1つの組織を各ウェルから採取し、生存率を検査する。分化マーカーをリアルタイムPCRで検査する。   Quality control: One tissue is taken from each well and examined for viability. Differentiation markers are examined by real-time PCR.

要求に応じて、2D対照プレート(平底96ウェルの付着性組織培養用プレートで増殖させた組織)を3D組織とともに含めることができる。   If desired, 2D control plates (tissues grown on flat bottom 96-well adherent tissue culture plates) can be included with 3D tissue.

参考文献:
非特許文献31〜69
References:
Non-Patent Documents 31-69

上記の基本的なパラメータ及び培養条件は、ATII型の組織スキャフォールドフリーの肺モデルについて確立されたものであり、このモデルで、細胞の自発的な自己集合と細胞相互作用とを研究することができる。このモデルにより、理論的研究及び応用研究と医薬品検査の両方における複雑な組織システムの容易な取扱いと遺伝子操作が可能になる。このモデルはまた、脈管化のための内皮細胞、さらには平滑筋細胞を含むよう、さらなる細胞型によって容易に拡大され、その場合には、相互関係を示す組織と細胞相互作用をさらに研究することができる。   The basic parameters and culture conditions described above have been established for an ATII type tissue scaffold-free lung model, in which spontaneous self-assembly of cells and cell interactions can be studied. it can. This model allows for easy handling and genetic manipulation of complex tissue systems in both theoretical and applied research and pharmaceutical testing. This model is also easily expanded by additional cell types to include endothelial cells for vascularization, as well as smooth muscle cells, in which case further study of interrelated tissue and cell interactions be able to.

スキャフォールドフリーの3D培養により、理論的研究及び応用研究と医薬品検査の両方における単純なまたはより複雑な組織システムの円滑な遺伝子操作が可能になる。この肺組織モデルは、細胞の自発的な自己集合と細胞相互作用とを研究するのに特に好適である。生物医学研究と医薬品会社の両方が、前臨床段階における薬物候補分子の毒性または効力の予測の有効性を高めるインビトロモデルを必要としている(非特許文献29)。新たに設けられた指針も、動物モデルを取り換えることに重点を置いていて、新しい前臨床試験方法の開発を促している(非特許文献30)。   Scaffold-free 3D culture allows for smooth genetic manipulation of simple or more complex tissue systems in both theoretical and applied research and pharmaceutical testing. This lung tissue model is particularly suitable for studying spontaneous self-assembly and cell interactions of cells. Both biomedical research and pharmaceutical companies need an in vitro model that enhances the effectiveness of predicting the toxicity or efficacy of drug candidate molecules in the preclinical phase (29). The newly established guidelines also emphasize the replacement of animal models and encourage the development of new preclinical test methods (Non-patent Document 30).

上記のモデルに基づき、かつ様々な遺伝子送達方法及び多様な標的遺伝子を用いて、本発明者らの3Dヒト肺微小組織モデルシステムは、新規の薬物標的の同定及び新規治療法の開発をもたらすことができる肺疾患期の遺伝的変化を研究するために容易に適合される。これらの疾患モデルは、炎症モデル、腫瘍モデル、肺線維症モデル、または再生モデルを含み得る。   Based on the above model and using various gene delivery methods and various target genes, our 3D human lung microtissue model system will lead to the identification of new drug targets and the development of new therapies Can be easily adapted to study genetic changes during lung disease. These disease models can include inflammation models, tumor models, pulmonary fibrosis models, or regeneration models.

健康肺組織及び疾患組織の3次元モデルが利用可能である。本発明による製品は、例えば、組織培養物、そのような培養物を含むプレートもしくはアレイ、またはキットの形態で市販することができる。   Three-dimensional models of healthy lung tissue and diseased tissue are available. The products according to the invention can be marketed, for example, in the form of tissue cultures, plates or arrays containing such cultures, or kits.

Claims (22)

人工3次元肺モデル組織培養物であって、
a)多孔質3次元マトリックス、3次元ゲルマトリックスまたは多孔質膜支持体である人工的組織スキャフォールドを含まず、
b)培養細胞から構成され、
c)少なくとも肺上皮細胞及び間質細胞、好ましくは、線維芽細胞を含み、
d)肺上皮細胞が多く存在する表面を有する細胞凝集塊を1以上含み、
e)その上皮細胞が上皮分化マーカーを発現する
ことを特徴とする人工3次元肺モデル組織培養物。
An artificial 3D lung model tissue culture comprising:
a) does not include an artificial tissue scaffold that is a porous 3D matrix, 3D gel matrix or porous membrane support;
b) composed of cultured cells,
c) comprises at least lung epithelial cells and stromal cells, preferably fibroblasts;
d) including one or more cell aggregates having a surface on which a large number of lung epithelial cells are present,
e) An artificial three-dimensional lung model tissue culture characterized in that the epithelial cells express an epithelial differentiation marker.
細胞凝集塊のサイズまたは平均サイズが、少なくとも80μm及び最大でも600μmであり、好ましくは、100〜300μmであり、
かつ/または、その細胞の量が、
少なくとも2×10細胞、好ましくは、少なくとも4×10細胞、
最大でも5×10細胞、好ましくは、最大でも2×10または最大でも10細胞である
請求項1に記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
The size or average size of the cell clumps is at least 80 μm and at most 600 μm, preferably 100-300 μm,
And / or the amount of cells is
At least 2 × 10 4 cells, preferably at least 4 × 10 4 cells,
The artificial three-dimensional lung model tissue culture according to claim 1, which is at most 5 x 10 5 cells, preferably at most 2 x 10 5 or at most 10 5 cells.
モデル組織培養物が、人工的組織スキャフォールドを含まず、かつ/または、
モデル組織培養物が、細胞外マトリックスを含み、その細胞外マトリックスタンパク質が、組織培養物に含まれる細胞型のうちの少なくとも1つによって、好ましくは、線維芽細胞によって分泌され、かつ/または、
上皮細胞が、細胞凝集塊の表面の少なくとも一部に肺上皮細胞内層を形成し、好ましくは、肺上皮細胞内層が、少なくとも部分的に、細胞凝集塊の表面を被覆する
請求項1または2に記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
The model tissue culture does not include an artificial tissue scaffold and / or
The model tissue culture includes an extracellular matrix, and the extracellular matrix protein is secreted by at least one of the cell types contained in the tissue culture, preferably by fibroblasts, and / or
The epithelial cells form a lung epithelial cell inner layer on at least a part of the surface of the cell aggregate, and preferably the lung epithelial cell inner layer at least partially covers the surface of the cell aggregate. The described artificial 3D lung model tissue culture.
モデル組織培養物が、対象から得られた培養初代細胞を含み、かつ/または、
モデル組織培養物が、培養前に脱分化した細胞及び培養後によって再分化した細胞を含み、かつ/または、
モデル組織培養物が、樹立細胞株の細胞を含む
請求項1ないし3のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
The model tissue culture comprises cultured primary cells obtained from the subject and / or
The model tissue culture includes cells that have been dedifferentiated before culture and cells that have been redifferentiated after culture, and / or
The artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 3, wherein the model tissue culture contains cells of an established cell line.
内皮細胞を含む
請求項1ないし4のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
The artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 4, comprising an endothelial cell.
肺上皮細胞が、細胞型:I型肺細胞(ATI細胞)、II型肺細胞(ATII細胞)のうちの少なくとも1つを含み、
人工3次元肺モデル組織の組織細胞によって発現される上皮分化マーカーが、好ましくは、ATII型分化マーカー、ATI型分化マーカーのいずれかである
請求項1ないし5のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
The lung epithelial cells comprise at least one of cell types: type I lung cells (ATI cells), type II lung cells (ATII cells),
The artificial three-dimensional lung according to any one of claims 1 to 5, wherein the epithelial differentiation marker expressed by tissue cells of the artificial three-dimensional lung model tissue is preferably either an ATII type differentiation marker or an ATI type differentiation marker. Model tissue culture.
マーカー:TTF1、AQP3、SFTPA、SFTPC、KRT7のレベルが、非培養細胞、好ましくは、純化された初代細胞を含む対照と比べて増加していて、
マーカー:CXCL8、IL1b、S100A4のレベルが、非培養細胞を含む対照と比べて減少していて、
マーカー:AQP3、SFTPAのレベルが、対照の2次元培養物と比べて増加していて、
マーカー:CXCL8、IL1b、IL6、S100A4、N−カドヘリンのレベルが、対照の2次元培養物と比べて減少している
請求項1ないし6のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
Markers: levels of TTF1, AQP3, SFTPA, SFTPC, KRT7 are increased compared to controls containing uncultured cells, preferably purified primary cells,
Markers: CXCL8, IL1b, S100A4 levels are reduced compared to controls containing uncultured cells,
Markers: AQP3, SFTPA levels are increased compared to control 2D cultures,
The artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 6, wherein the levels of the markers: CXCL8, IL1b, IL6, S100A4, and N-cadherin are decreased as compared to the control two-dimensional culture.
培養細胞、好ましくは、肺上皮細胞及び/または間質細胞が、モデル組織培養物が肺疾患モデル組織培養物となる罹患肺組織の病理学的特徴を有する病的細胞を含み、好ましくは、
その疾患が炎症を伴い、かつ、病的細胞が正常レベルを上回る炎症性サイトカインを発現し、かつ、モデルが炎症モデルであり、
疾患が腫瘍であり、かつ、細胞が、悪性形質転換細胞または不死細胞を含む群から選択される形質転換細胞であり、かつ、モデルが腫瘍モデルであり、
疾患が線維症を伴い、かつ、モデルが線維症モデルであり、
疾患が組織の損傷を伴い、かつ、モデルが再生モデルである
請求項1ないし7のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物。
The cultured cells, preferably lung epithelial cells and / or stromal cells comprise pathological cells having pathological characteristics of affected lung tissue, wherein the model tissue culture is a lung disease model tissue culture, preferably
The disease is accompanied by inflammation, the pathological cells express inflammatory cytokines above normal levels, and the model is an inflammation model,
The disease is a tumor, and the cell is a transformed cell selected from the group comprising malignant transformed cells or immortal cells, and the model is a tumor model,
The disease is associated with fibrosis and the model is a fibrosis model,
The artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 7, wherein the disease is accompanied by tissue damage and the model is a regeneration model.
人工3次元肺モデル組織培養物の調製方法であって、
少なくとも肺上皮細胞及び間質細胞、好ましくは、線維芽細胞、より好ましくは、初代線維芽細胞の混合懸濁物を調製する工程、
その懸濁物の細胞をペレット化する工程、
細胞をペレット化する工程、
ペレット化した懸濁物を、COの存在下で、細胞が1以上の細胞凝集塊を含む3次元肺モデル組織を形成するのに十分な時間、インキュベートする工程、
必要に応じ、モデル組織を、
a)参照培養物と比較したときの発現レベルの増加を、3次元肺モデル組織培養物の形成を示すとみなし、モデル組織培養物に特徴的な1以上の上皮分化マーカーの発現、ならびに/または、
b)好適な参照培養物と比較したときの発現レベルの減少を、3次元肺モデル組織培養物の形成を示すとみなし、1以上の炎症促進性サイトカインの発現、
c)1以上の凝集塊のサイズ及び形態
についてアッセイする工程、を有する
ことを特徴とする人工3次元肺モデル組織培養物の調製方法。
A method for preparing an artificial three-dimensional lung model tissue culture comprising:
Preparing a mixed suspension of at least lung epithelial cells and stromal cells, preferably fibroblasts, more preferably primary fibroblasts;
Pelleting the cells of the suspension;
Pelleting the cells,
Incubating the pelleted suspension in the presence of CO 2 for a time sufficient for the cells to form a three-dimensional lung model tissue comprising one or more cell clumps;
If necessary, model organization
a) an increase in the expression level when compared to the reference culture is considered to indicate the formation of a three-dimensional lung model tissue culture, the expression of one or more epithelial differentiation markers characteristic of the model tissue culture, and / or ,
b) a decrease in expression level when compared to a suitable reference culture is considered to indicate the formation of a three-dimensional lung model tissue culture and the expression of one or more pro-inflammatory cytokines;
c) assaying for the size and morphology of one or more agglomerates, comprising preparing an artificial three-dimensional lung model tissue culture.
細胞凝集塊の平均サイズが、少なくとも、80μm及び最大でも600μmであり、好ましくは、100〜300μmであり、かつ/または、
1以上の細胞凝集塊の細胞の量が、
少なくとも2×10細胞、好ましくは、少なくとも4×10細胞、及び、
最大でも5×10細胞、好ましくは、最大でも2×10または最大でも10細胞である
請求項9に記載の方法。
The average size of the cell clumps is at least 80 μm and at most 600 μm, preferably 100-300 μm and / or
The amount of cells in one or more cell aggregates is
At least 2 × 10 4 cells, preferably at least 4 × 10 4 cells, and
10. The method according to claim 9, wherein there are at most 5 x 10 < 5 > cells, preferably at most 2 x 10 < 5 > or at most 10 < 5 > cells.
ペレット化した懸濁物を、
COの存在下で、
2週間以下の期間、好ましくは、12、10、8、7、6または5日以下の期間、及び、
10時間以上の期間、好ましくは、12または14時間以上の期間、インキュベートする
請求項9または10に記載の方法。
Pelleted suspension
In the presence of CO 2 ,
A period of 2 weeks or less, preferably a period of 12, 10, 8, 7, 6 or 5 days or less, and
The method according to claim 9 or 10, wherein the incubation is performed for a period of 10 hours or longer, preferably for a period of 12 or 14 hours or longer.
混合懸濁物を調製する際に、1種類以上の細胞を、18時間以内に、好ましくは、12時間以内に、より好ましくは、4時間以内に、特に好ましくは、1時間以内にまたは同時に容器に添加し、特に好ましくは、使用される各種類の細胞をその期間内に添加する
請求項9ないし11のいずれかに記載の方法。
In preparing the mixed suspension, the one or more types of cells are placed in a container within 18 hours, preferably within 12 hours, more preferably within 4 hours, particularly preferably within 1 hour or simultaneously. The method according to any one of claims 9 to 11, particularly preferably, each type of cell used is added within that period.
容器が組織培養用の処理を行なっていないV底の容器であり、かつ/または、
ペレット化を200〜600gで1〜20分間、好ましくは、2〜10分間行ない、かつ/または、
細胞を、以下の細胞特徴:細胞の細胞状態、例えば、細胞相、細胞生存性、アポトーシスもしくは瀕死状態;細胞型;細胞位置;悪性形質転換;炎症のうちの1つまたは複数について知らせるのに好適な生体適合性色素で染色する
請求項9ないし12のいずれかに記載の方法。
The container is a V-bottomed container that has not been processed for tissue culture and / or
Pelletization is performed at 200-600 g for 1-20 minutes, preferably 2-10 minutes and / or
Suitable to inform the cell about one or more of the following cellular characteristics: cellular state of the cell, eg, cell phase, cell viability, apoptotic or moribund state; cell type; cell location; malignant transformation; inflammation The method according to claim 9, wherein the method is dyed with a new biocompatible dye.
少なくとも肺上皮細胞及び肺間質細胞の混合懸濁物が、対象から得られた培養初代細胞を含み、かつ/または、
少なくとも肺上皮細胞及び肺間質細胞の混合懸濁物が、培養前に脱分化した細胞を含み、かつ、細胞が培養によって再分化し、かつ/または、
少なくとも肺上皮細胞及び肺間質細胞の混合懸濁物が、樹立細胞株の細胞を含む
請求項9ないし13のいずれかに記載の方法。
At least the mixed suspension of lung epithelial cells and lung stromal cells comprises cultured primary cells obtained from the subject and / or
At least the mixed suspension of lung epithelial cells and lung stromal cells contains cells that have been dedifferentiated prior to culture, and the cells are redifferentiated by culture and / or
The method according to any one of claims 9 to 13, wherein at least the mixed suspension of lung epithelial cells and lung stromal cells contains cells of an established cell line.
培養細胞、好ましくは、肺上皮細胞及び/または間質細胞が、モデル組織培養物が肺疾患モデル組織培養物となる罹患肺組織の病理学的特徴を有する病的細胞を含む
請求項9ないし14のいずれかに記載の方法。
The cultured cells, preferably lung epithelial cells and / or stromal cells include pathological cells having pathological characteristics of diseased lung tissue in which the model tissue culture becomes a lung disease model tissue culture. The method in any one of.
請求項9ないし15のいずれかに記載の方法によって得られ、好ましくは、請求項1ないし7のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物となり得る
人工3次元肺モデル組織培養物。
An artificial three-dimensional lung model tissue culture obtained by the method according to any one of claims 9 to 15, and preferably the artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 7.
肺組織に対する薬物の効果についてスクリーニングする方法であって、
請求項1ないし8、16のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物を準備する工程、
モデル組織培養物の少なくとも試験サンプル及び参照サンプルを採取する工程、
試験サンプルを薬物と接触させる一方で、試験サンプル及び参照サンプルを同じ条件下に維持する工程、
参照サンプルと比較して試験サンプルの何らかの変化または変更を検出し、試験サンプルの何らかの変化または変更が検出された場合、薬物の効果を示すものと評価する工程、を有する
ことを特徴とするスクリーニング方法。
A method of screening for the effect of a drug on lung tissue,
Preparing an artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 8, 16;
Collecting at least a test sample and a reference sample of the model tissue culture;
Contacting the test sample with the drug while maintaining the test sample and the reference sample under the same conditions;
Detecting any change or change in the test sample as compared to the reference sample, and evaluating any change or change in the test sample as indicating the effect of the drug when detected. .
モデル組織培養物が健康肺組織のモデルであり、かつ、薬物の有害効果を試験し、試験サンプルの細胞を害する変化または変更を、薬物の毒性効果または有害効果と評価する
請求項17に記載の方法。
18. The model tissue culture is a model of healthy lung tissue, and the adverse effect of the drug is tested, and a change or change that harms the cells of the test sample is evaluated as a toxic effect or adverse effect of the drug. Method.
モデル組織培養物が、病理学的特徴を有する病的細胞を含む肺疾患モデル組織培養物であり、かつ、薬物の有益な効果が試験され、
疾患の程度を得るために、病理学的特徴を測定または評価するアッセイをモデル組織培養物について準備し、
健康肺組織の参照サンプル(健康参照サンプル)及び/または罹患肺組織の参照サンプル(罹患参照サンプル)を準備し、
それを薬物と接触させる前及び接触させた後に、病理学的特徴を健康参照サンプル及び/または罹患参照サンプルならびに少なくとも1つの試験サンプルにおいて測定または評価し、
試験サンプルにおける疾患の程度を、健康参照サンプルにおける疾患の程度へと変化させる及び/または罹患参照サンプルにおける疾患の程度から変化させる、試験サンプルにおける何らかの変化または変更を、薬物の有益な効果と評価する
請求項17に記載の方法。
The model tissue culture is a lung disease model tissue culture containing pathological cells with pathological features, and the beneficial effects of the drug are tested,
To obtain the extent of the disease, prepare an assay on the model tissue culture that measures or evaluates pathological features,
Preparing a reference sample of healthy lung tissue (health reference sample) and / or a reference sample of diseased lung tissue (affected reference sample);
Measuring or assessing pathological characteristics in a health reference sample and / or diseased reference sample and at least one test sample before and after contacting it with a drug;
Any change or change in the test sample that changes the degree of disease in the test sample to the degree of disease in the health reference sample and / or changes from the degree of disease in the affected reference sample is assessed as a beneficial effect of the drug. The method of claim 17.
請求項1ないし8、16のいずれかに記載の人工3次元肺モデル組織培養物の各サンプルが、プレートの別々の容器中に入れられている少なくとも2つの容器と、
モデル組織培養物の細胞を培養するための適切な培地と、
多数並んだ容器を有する試験プレートとを備える
ことを特徴とする人工3次元肺モデル組織キット。
At least two containers in which each sample of the artificial three-dimensional lung model tissue culture according to any of claims 1 to 8, 16 is contained in a separate container of a plate;
An appropriate medium for culturing cells of the model tissue culture;
An artificial three-dimensional lung model tissue kit comprising a test plate having a plurality of containers.
プレートが96ウェルプレートであるか、
プレートがV底プレートであるか、
容器中の培養物サンプルが、
少なくとも10、好ましくは、少なくとも10、より好ましくは、少なくとも2×10、3×10、4×10、5×10細胞、及び、
最大でも10、好ましくは、最大でも10、より好ましくは、最大でも5×10、4×10、3×10、2×10までの細胞、または最大でも10、の量の細胞を含むか、
容器が個別にまたは1つにまとめて密封されていて、かつ、肺組織培養に好適なCOが豊富な環境または雰囲気を含むか、
COが豊富な環境または雰囲気が、
少なくとも2%、3%、4%のCO環境、最大でも10%、9%、8%または7%のCO環境、特に好ましくは、約5%のCOを含むか、
のいずれかの特徴を1つまたは複数を有する
請求項20に記載の人工3次元肺モデル組織キット。
Whether the plate is a 96-well plate,
Whether the plate is a V-bottom plate,
The culture sample in the container
At least 10 3 , preferably at least 10 4 , more preferably at least 2 × 10 4 , 3 × 10 4 , 4 × 10 4 , 5 × 10 4 cells, and
An amount of at most 10 7 , preferably at most 10 6 , more preferably at most 5 × 10 5 , 4 × 10 5 , 3 × 10 5 , 2 × 10 5 cells, or at most 10 5 . Containing cells of
The containers are sealed individually or together and contain a CO 2 rich environment or atmosphere suitable for lung tissue culture,
An environment or atmosphere rich in CO 2
Contains at least 2%, 3%, 4% CO 2 environment, at most 10%, 9%, 8% or 7% CO 2 environment, particularly preferably about 5% CO 2 ,
The artificial three-dimensional lung model tissue kit according to claim 20, which has one or more of any of the following characteristics.
毒性試験、候補化合物の探索を含む群から選択される肺組織に対する化合物の効果についての並行スクリーニング、
モデル組織培養物が初代患者肺細胞から得られるという条件での、化合物のその治療能力についての患者特異的な試験、
肺組織における細胞相互作用の研究、
肺疾患を含む群から選択される疾患の期間中における遺伝子変化の研究、
のいずれかのための、請求項1ないし7のいずれかに記載の3次元肺モデル組織培養物の使用。
Parallel screening for the effects of compounds on lung tissue selected from the group including toxicity testing, search for candidate compounds,
A patient-specific test for its therapeutic ability of the compound, provided that the model tissue culture is obtained from primary patient lung cells,
Study cell interactions in lung tissue,
Study of genetic changes during the period of the disease selected from the group comprising lung disease,
Use of the three-dimensional lung model tissue culture according to any one of claims 1 to 7 for any of the above.
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WO (1) WO2010128464A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016535591A (en) * 2013-10-21 2016-11-17 ヘモシアー・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーHemoShear, LLC In vitro model for tumor microenvironment

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2450707B1 (en) * 2010-11-04 2016-04-27 University of Pécs Lung tissue model
JP5778412B2 (en) * 2010-11-29 2015-09-16 花王株式会社 Method for evaluating or selecting CGRP response regulator
TWI438145B (en) * 2011-12-08 2014-05-21 中原大學 Continuous hydrogen production device and method thereof
US20140099709A1 (en) * 2012-06-19 2014-04-10 Organovo, Inc. Engineered three-dimensional connective tissue constructs and methods of making the same
AU2014205510B2 (en) * 2013-01-08 2017-12-21 Raredon Resources, Inc. Human and large-mammal lung bioreactor
CN104316661B (en) * 2014-10-08 2016-03-23 清华大学 The lung tissue model detected for bio-toxicity and bio-toxicity detection method
CA2972226A1 (en) * 2014-12-24 2016-06-30 Ube Industries, Ltd. Cell culture supernatant fluid derived from lung tissue
US20190128870A1 (en) * 2016-04-04 2019-05-02 Humeltis Diagnostic Methods For Patient Specific Therapeutic Decision Making In Cancer Care
CN106754669B (en) * 2016-11-23 2020-04-17 河海大学常州校区 Preparation method and preparation system of multicellular structure based on reaction-diffusion model
CN107267439A (en) * 2017-05-16 2017-10-20 苏州大学 The construction method of three-dimensional lung micro-group organization model and application
CN108660076A (en) * 2018-05-21 2018-10-16 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 A kind of emulation lung chip model
CN109161531A (en) * 2018-10-16 2019-01-08 首都医科大学附属北京胸科医院 A method of based on organoid technology individuation lung cancer cell culture
GB202005154D0 (en) * 2020-04-07 2020-05-20 Univ Of Hertfordshire Higher Education Corporation Method and model

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003010302A1 (en) * 2001-07-26 2003-02-06 Kazunori Kataoka Cultured cell construct containing spheroids of cultured animal cells and utilization thereof
WO2007083504A1 (en) * 2003-08-01 2007-07-26 Norimasa Nakamura Scaffold-free self-organized 3d synthetic tissue
WO2008100555A2 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Drexel University Engineered lung tissue construction for high throughput toxicity screening and drug discovery

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6828111B2 (en) * 2000-01-13 2004-12-07 Wayne State University Three-dimensional in vitro model of human preneoplastic breast disease
US7709256B2 (en) * 2004-04-28 2010-05-04 Vaxdesign Corp. Disease model incorporation into an artificial immune system (AIS)
US8628964B2 (en) * 2006-10-11 2014-01-14 Drexel University Fetal pulmonary cells and uses thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003010302A1 (en) * 2001-07-26 2003-02-06 Kazunori Kataoka Cultured cell construct containing spheroids of cultured animal cells and utilization thereof
WO2007083504A1 (en) * 2003-08-01 2007-07-26 Norimasa Nakamura Scaffold-free self-organized 3d synthetic tissue
WO2008100555A2 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Drexel University Engineered lung tissue construction for high throughput toxicity screening and drug discovery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIOTECHNIQUES, vol. 43, no. 4, JPN6013023970, October 2007 (2007-10-01), pages 494 - 496, ISSN: 0002534773 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016535591A (en) * 2013-10-21 2016-11-17 ヘモシアー・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーHemoShear, LLC In vitro model for tumor microenvironment

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