JP2015047076A - Cell culture substrate, method for differentiation-inducing of osteoblasts using the same and method for producing osteoblasts - Google Patents

Cell culture substrate, method for differentiation-inducing of osteoblasts using the same and method for producing osteoblasts Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently and potently inducing the differentiation of osteoblasts as compared with conventional methods, in differentiation-inducing of osteoblast cells from mesenchymal stem cells.SOLUTION: The method for differentiation-inducing of osteoblasts comprises a step of bringing a fish-derived collagen enzyme-treated using transglutaminase or a cell culture substrate containing it or the cell culture substrate containing the fish-derived collagen enzyme-treated by transglutaminase into contact with mesenchymal stem cells.

Description

本発明は、細胞培養基材、並びにそれを用いた骨芽細胞分化誘導方法及び骨芽細胞製造方法に関する。本発明によれば、間葉系幹細胞から骨芽細胞を誘導し、長期間にわたって維持することができる。   The present invention relates to a cell culture substrate, and an osteoblast differentiation induction method and an osteoblast production method using the same. According to the present invention, osteoblasts can be induced from mesenchymal stem cells and maintained for a long period of time.

骨芽細胞は、骨組織において骨形成を行う細胞であり、タンパク質等を産生及び分泌して、骨基質をつくる。具体的には、骨芽細胞は、生体内でコラーゲンなどの基質タンパク質を分泌し、そこにMatrix Vesicleと呼ばれる基質小胞を作製する。そして、この基質小胞の周囲にリン酸カルシウムが沈着して、骨の基質が完成し、骨芽細胞は、最終的には、この基質の中で骨細胞となる   Osteoblasts are cells that form bone in bone tissue and produce and secrete proteins and the like to create a bone matrix. Specifically, osteoblasts secrete matrix proteins such as collagen in vivo and produce matrix vesicles called Matrix Vesicles there. Then, calcium phosphate is deposited around the matrix vesicles to complete the bone matrix, and the osteoblasts eventually become bone cells in the matrix.

この骨芽細胞は、間葉系幹細胞から分化するものであり、非特許文献1には、間葉系幹細胞にデキサメタゾン、β−グリセロリン酸、及びアスコルビン酸を作用させることにより分化誘導できることが開示されている(非特許文献1)。また、特許文献1は、(+)−トランス−4−(1−アミノエチル)−1−(4−ピリジルカルバモイル)シクロヘキサン等のRhoキナーゼ阻害活性を有する化合物と骨誘導因子を併用することにより、間葉系細胞が骨芽細胞に分化誘導されることを開示している。更に、特許文献2には、カルシウム拮抗薬が、間葉系細胞を骨芽細胞に分化誘導することが開示されている(特許文献2)。   This osteoblast is differentiated from mesenchymal stem cells, and Non-Patent Document 1 discloses that differentiation can be induced by allowing dexamethasone, β-glycerophosphate, and ascorbic acid to act on mesenchymal stem cells. (Non-Patent Document 1). Patent Document 1 discloses that by using a compound having a Rho kinase inhibitory activity such as (+)-trans-4- (1-aminoethyl) -1- (4-pyridylcarbamoyl) cyclohexane and an osteoinductive factor in combination, It discloses that mesenchymal cells are induced to differentiate into osteoblasts. Furthermore, Patent Document 2 discloses that a calcium antagonist induces differentiation of mesenchymal cells into osteoblasts (Patent Document 2).

しかしながら、前記の化合物による骨芽細胞の分化誘導活性、特に初期分化誘導活性は、十分なものではなかった。また、デキサメタゾンや(+)−トランス−4−(1−アミノエチル)−1−(4−ピリジルカルバモイル)シクロヘキサンは、本来生体内に存在するものではなく、得られた骨芽細胞へのこれらの合成された化合物の影響については、十分には調べられていなかった。更に、間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化する際に、10%程度のウシの胎児血清などを用いて培養を行っており、ウシ血清中にプリオンなどの人獣共通感染症の病原体が存在する可能性も考えられた。   However, the osteoblast differentiation-inducing activity, particularly the early differentiation-inducing activity by the above-mentioned compounds has not been sufficient. Further, dexamethasone and (+)-trans-4- (1-aminoethyl) -1- (4-pyridylcarbamoyl) cyclohexane are not originally present in the living body, and these are not present in the obtained osteoblasts. The effects of the synthesized compounds have not been fully investigated. Furthermore, when differentiating mesenchymal stem cells into osteoblasts, culture is performed using about 10% bovine fetal serum, etc., and pathogens of zoonotic diseases such as prions are present in bovine serum. The possibility of doing was also considered.

前記の課題を解決するために、生物由来である魚類由来コラーゲンを用いて、骨芽細胞が分化誘導できることが報告されている(特許文献4)。この方法は、従来の方法と比較して、効率的且つ強力に骨芽細胞を分化誘導する方法であり、特には、初期分化誘導が可能であった。しかしながら、骨芽細胞への分化誘導を長期間維持させる点においては、十分ではなかった。   In order to solve the above problems, it has been reported that osteoblasts can be induced to differentiate using biologically derived fish-derived collagen (Patent Document 4). This method is a method for efficiently and powerfully inducing differentiation of osteoblasts as compared with the conventional method, and in particular, early differentiation induction was possible. However, it was not sufficient in terms of maintaining differentiation induction into osteoblasts for a long period of time.

国際公開第2001/017562号International Publication No. 2001/017562 国際公開第2006/123699号International Publication No. 2006/123699 特開2006−257014号公報JP 2006-257014 A 特開2012−120529号公報JP 2012-120529 A

「サイエンス(Science)」、1999年、284巻、p.143−147“Science”, 1999, 284, p. 143-147

本発明の目的は、間葉系幹細胞からの骨芽細胞の分化誘導において、従来の方法と比較して、効率的且つ強力に骨芽細胞を分化誘導する方法を提供することであり、特には、骨芽細胞の分化誘導が長期間維持可能な方法を提供することである。更に、前記製造方法によって製造された骨芽細胞を提供することである。   The object of the present invention is to provide a method for inducing differentiation of osteoblasts efficiently and powerfully in comparison with conventional methods in inducing differentiation of osteoblasts from mesenchymal stem cells, Another object of the present invention is to provide a method capable of maintaining osteoblast differentiation for a long period. Furthermore, it is providing the osteoblast manufactured by the said manufacturing method.

本発明者は、骨芽細胞の分化誘導が長期間維持可能な骨芽細胞分化誘導方法、又は骨芽細胞製造方法について、鋭意研究した結果、驚くべきことに、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンと、間葉系幹細胞とを接触させることにより、前記特許文献4に記載の方法と比較して、更に効率的に間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化させることができることを見出した。更に、この骨芽細胞への分化誘導は、長期間維持できることを見出した。
本発明は、こうした知見に基づくものである。
従って、本発明は、
[1]トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲン、
[2]前記コラーゲンが、I型コラーゲン、II型コラーゲン、III型コラーゲン、IV型コラーゲン、V型コラーゲン、VI型コラーゲン、VII型コラーゲン、VIII型コラーゲン、及びその混合物からなる群から選択されるコラーゲンである[1]に記載の魚類由来コラーゲン、
[3]前記コラーゲンが魚麟由来I型コラーゲンである、[1]又は[2]に記載の魚類由来コラーゲン、
[4]前記魚類が、テラピア、ゴンズイ、ラベオ・ロヒータ、カトラ、コイ、雷魚、ピラルク、タイ、ヒラメ、サメ、チョウザメ、及びサケからなる群から選択される、[1]〜[3]のいずれかに記載の魚類由来コラーゲン、
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材、
[6]間葉系幹細胞の培養用である、[5]に記載の細胞培養基材、
[7][1]〜[4]のいずれかに記載の魚類由来コラーゲン、及び/又は[5]又は[6]に記載の細胞培養基材を含む細胞培養キット、
[8][1]〜[4]のいずれかに記載の魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材と、間葉系幹細胞とを接触させる工程を含む、骨芽細胞分化誘導方法、
[9][1]〜[4]のいずれかに記載の魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材と、間葉系幹細胞とを接触させる工程を含む、骨芽細胞製造方法、
及び
[10][9]に記載の骨芽細胞製造方法により得られる骨芽細胞に関する。
As a result of earnest research on the osteoblast differentiation induction method or osteoblast production method capable of maintaining osteoblast differentiation induction for a long period of time, the present inventors have surprisingly been treated with transglutaminase. It has been found that by contacting fish-derived collagen with mesenchymal stem cells, the mesenchymal stem cells can be differentiated into osteoblasts more efficiently than the method described in Patent Document 4. . Furthermore, it has been found that this differentiation induction into osteoblasts can be maintained for a long time.
The present invention is based on these findings.
Therefore, the present invention
[1] Fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase,
[2] Collagen selected from the group consisting of type I collagen, type II collagen, type III collagen, type IV collagen, type V collagen, type VI collagen, type VII collagen, type VIII collagen, and mixtures thereof The collagen derived from fish according to [1],
[3] The fish-derived collagen according to [1] or [2], wherein the collagen is fish carp-derived type I collagen,
[4] Any of [1] to [3], wherein the fish is selected from the group consisting of tilapia, gonzui, rabeo rojita, katra, carp, thunderfish, pirark, thailand, flounder, shark, sturgeon, and salmon Fish-derived collagen according to crab,
[5] A cell culture substrate containing the fish-derived collagen according to any one of [1] to [4],
[6] The cell culture substrate according to [5], which is for culturing mesenchymal stem cells.
[7] A cell culture kit comprising the fish-derived collagen according to any one of [1] to [4] and / or the cell culture substrate according to [5] or [6],
[8] An osteoblast differentiation inducing method comprising a step of contacting a cell culture substrate containing the fish-derived collagen according to any one of [1] to [4] and a mesenchymal stem cell,
[9] An osteoblast production method comprising a step of contacting a cell culture substrate containing the fish-derived collagen according to any one of [1] to [4] with a mesenchymal stem cell,
And [10] An osteoblast obtained by the method for producing osteoblast according to [9].

本発明の骨芽細胞分化誘導方法、又は骨芽細胞製造方法によれば、魚類由来コラーゲンのみでの骨芽細胞の分化誘導と比較して、効率的且つ強力に間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化させることができる。特には、骨芽細胞への分化誘導を長期間維持することが可能である。   According to the osteoblast differentiation inducing method or the osteoblast production method of the present invention, the mesenchymal stem cells are efficiently and powerfully compared with the osteoblast differentiation using only the fish-derived collagen. Can be differentiated into. In particular, differentiation induction into osteoblasts can be maintained for a long time.

ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(実施例1:T&EC)、テラピア鱗コラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(比較例1;TC)、ブタコラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(比較例3;PC)、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(比較例2;P&EC)及びコラーゲンの被覆されていない細胞培養用プレート(比較例4:TCPS)で培養した場合の、ALP活性を示した図である。Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSCs), a cell culture plate coated with tilapia scale collagen treated with transglutaminase (Example 1: T & EC), a cell culture plate coated with tilapia scale collagen ( Comparative Example 1; TC), porcine collagen-coated cell culture plate (Comparative Example 3; PC), porcine collagen-coated cell culture plate treated with transglutaminase (Comparative Example 2; P & EC) and It is the figure which showed ALP activity at the time of culture | cultivating with the plate for cell cultures (Comparative example 4: TCPS) which is not coat | covered with collagen. トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の架橋度を示した図である。トランスグルタミナーゼ処理の酵素量(a)、温度(b)、及び時間(c)の条件検討結果を示す。It is the figure which showed the crosslinking degree of the tilapia scale collagen porous body which was enzyme-processed with transglutaminase. The results of studying the conditions of the amount of enzyme (a), temperature (b), and time (c) in the treatment with transglutaminase are shown. テラピア鱗コラーゲン多孔体(a)及びトランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体(b)、ブタコラーゲン多孔体(c)、及びトランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲン多孔体(d)の電子顕微鏡写真である。Electrons of tilapia scale porous body (a), telapia scale collagen porous body (b) treated with enzyme with transglutaminase, porcine collagen porous body (c), and porcine collagen porous body (d) enzymatically treated with transglutaminase It is a micrograph. トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材(実施例6:E−T)、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲン多孔体(比較例5:E−P)、グルタルアルデヒドで架橋したテラピア鱗コラーゲン多孔体(比較例6:GA−T)及びグルタルアルデヒドで架橋したブタコラーゲン多孔体(比較例7:GA−P)で培養したヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)のALP活性を示した図である。Cell culture substrate of tilapia scale collagen porous material treated with transglutaminase (Example 6: ET), porcine collagen porous material enzymatically treated with transglutaminase (Comparative Example 5: EP), glutaraldehyde Of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) cultured with tilapia scale collagen porous bodies cross-linked with (tissue) (Comparative Example 6: GA-T) and porcine collagen porous bodies cross-linked with glutaraldehyde (Comparative Example 7: GA-P) It is the figure which showed ALP activity. トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材(実施例7:E−T/1w及びE−T/3w)、又はトランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲン多孔体(比較例8:E−P/1w及びE−P/3w)の細胞培養基材で培養したヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)のオステオカルシンの発現を示した図である。Cell culture substrate of tilapia scale collagen porous material enzyme-treated with transglutaminase (Example 7: ET / 1w and ET / 3w), or porcine collagen porous material enzyme-treated with transglutaminase (Comparative Example) FIG. 8 shows the expression of osteocalcin in human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSCs) cultured on a cell culture substrate of 8: EP / 1w and EP / 3w).

[1]酵素処理をされた魚類由来コラーゲン
本発明の魚類由来コラーゲンは、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされたコラーゲンである。
[1] Enzyme-treated fish-derived collagen The fish-derived collagen of the present invention is collagen that has been enzyme-treated with transglutaminase.

(トランスグルタミナーゼ)
本発明に用いられるトランスグルタミナーゼは、魚類由来コラーゲンによる骨芽細胞の分化誘導を促進できる限りにおいて、限定されるものではない。トランスグルタミナーゼの由来の生物も限定されるものではなく、脊椎動物(哺乳類、鳥類、爬虫類、両生類、魚類)、無脊椎動物(ホヤ、カニ、昆虫、貝類、イカ、及び線虫)、微生物(真正細菌、古細菌、真核生物、藻類、原生生物、菌類、及び粘菌)又は植物由来のトランスグルタミナーゼを用いることができる。
より具体的には、ヒト、マウス、ラット、ウシ、ウマ、イヌ、ネコ、ヒツジ、サル、ショウジョウバエ、バッタ、カブトガニ、ウニ、ゼブラフィッシュ、大腸菌、放線菌、又は粘菌由来のトランスグルタミナーゼを挙げることができる。
(Transglutaminase)
The transglutaminase used in the present invention is not limited as long as it can promote differentiation of osteoblasts by fish-derived collagen. The organism from which transglutaminase is derived is not limited, and includes vertebrates (mammals, birds, reptiles, amphibians, fish), invertebrates (squirts, crabs, insects, shellfish, squid, and nematodes), microorganisms (authentic) Bacteria, archaea, eukaryotes, algae, protists, fungi, and slime molds) or plant-derived transglutaminase can be used.
More specifically, mention of transglutaminase derived from human, mouse, rat, cow, horse, dog, cat, sheep, monkey, fruit fly, grasshopper, horseshoe crab, sea urchin, zebrafish, Escherichia coli, actinomycetes, or slime mold Can do.

ヒトでは、トランスグルタミナーゼとして、8つのアイソザイム、すなわちFactor XIII(分子量85kDa)、TGase 1(分子量90−100kDa)、TGase 2(分子量76kDa)、TGase 3(分子量77kDa)、TGase 4(分子量77kDa)、TGase 5(分子量75kDa)、TGase 6(分子量79kDa)、又はTGase 7(分子量80kDa)が報告されている。これらのトランスグルタミナーゼは、グルタミン酸とリシンとを共有結合により、架橋することができる。本発明においてはこれらのヒトのトランスグルタミナーゼを、制限なく使用することができる。また、放線菌由来のトランスグルタミナーゼの分子量は40kDaであり、カルシウムの非存在下で、グルタミン酸とリシンとを架橋することができる。本発明においては放線菌由来のトランスグルタミナーゼも、制限なく使用することができる。   In humans, there are eight isozymes as transglutaminases: Factor XIII (molecular weight 85 kDa), TGase 1 (molecular weight 90-100 kDa), TGase 2 (molecular weight 76 kDa), TGase 3 (molecular weight 77 kDa), TGase 4 (molecular weight 77 kDa), TGase 5 (molecular weight 75 kDa), TGase 6 (molecular weight 79 kDa), or TGase 7 (molecular weight 80 kDa) have been reported. These transglutaminases can cross-link glutamic acid and lysine through a covalent bond. In the present invention, these human transglutaminases can be used without limitation. Moreover, the molecular weight of actinomycete-derived transglutaminase is 40 kDa, and glutamic acid and lysine can be cross-linked in the absence of calcium. In the present invention, transglutaminase derived from actinomycetes can also be used without limitation.

本発明に用いるトランスグルタミナーゼは、限定されるものではないが、グルタミン酸とリシンとを共有結合により架橋することができるものが好ましい。コラーゲンのグルタミン酸とリシンとが共有結合されることによって、間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化誘導し、更にそれを長期間維持できるものであると推定される。しかしながら、本発明は前記の説明によって、限定されるものではない。   The transglutaminase used in the present invention is not limited, but a transglutaminase that can cross-link glutamic acid and lysine by a covalent bond is preferable. It is presumed that collagen glutamic acid and lysine are covalently bound to induce differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts, which can be maintained for a long time. However, the present invention is not limited by the above description.

(魚類由来コラーゲン)
本発明の骨芽細胞分化誘導用培養基材に用いる魚類由来コラーゲンは、特に限定されるものではない。例えば、魚類の種類としては、テラピア、ゴンズイ、ラベオ・ロヒータ、カトラ、コイ、雷魚、ピラルク、タイ、ヒラメ、サメ、チョウザメ(例えば、ベステルチョウザメ又はアムールチョウザメ)、及びサケなどを挙げることができるが、後述の変性温度の観点から、水温の高い川、湖沼、又は海に生息する魚類が好ましい。このような魚類として、具体的には、オレオクロミス属の魚類を挙げる事ができ、特にはテラピアが好ましい。オレオクロミス属の魚類からは、変性温度が比較的高いコラーゲンを取得でき、例えば日本や中国で食用として養殖されているナイルテラピア(Oreochromis niloticus)は入手が容易であり、大量のコラーゲンを取得することができる。
また、コラーゲンには、I型コラーゲンからVIII型の分子種が知られている。本発明の骨芽細胞分化誘導用培養基材に用いる魚類由来コラーゲンのタイプは、限定されるものではないが、線維型コラーゲンであるI、II、III、及びV型コラーゲンが好ましい。I型コラーゲンとしては、テラピアの鱗のコラーゲンを挙げることができ、II型コラーゲンとしては、チョウザメの吻部軟骨又は脊索のコラーゲンを挙げることができる。コラーゲンのアミノ酸配列は、グリシンが3残基ごとに繰り返す一次構造を有しており、この繰り返し配列は、コラーゲン様配列と呼ばれ、コラーゲンタンパク質の特徴である。
(Fish-derived collagen)
The fish-derived collagen used for the culture substrate for inducing osteoblast differentiation of the present invention is not particularly limited. For example, the types of fish can include tilapia, gonzui, rabeo rojita, cutlery, carp, thunderfish, piraluk, thailand, flounder, shark, sturgeon (eg, wester sturgeon or amur sturgeon), and salmon. From the viewpoint of the denaturation temperature described below, fish that inhabit rivers, lakes, or seas with high water temperatures are preferred. Specific examples of such fish include fish of the genus Oreochromis, with tilapia being particularly preferred. Collagen with a relatively high denaturation temperature can be obtained from fish of the genus Oreochromis. For example, Nile tilapia (Oreochromis niloticus), which is cultivated for food in Japan and China, is easily available, and a large amount of collagen can be obtained. it can.
As collagen, molecular types of type I collagen to type VIII are known. The type of fish-derived collagen used in the culture substrate for inducing osteoblast differentiation of the present invention is not limited, but I, II, III, and V collagens that are fibrous collagens are preferred. Type I collagen can include tilapia scale collagen, and type II collagen can include sturgeon rostral cartilage or notochord collagen. The amino acid sequence of collagen has a primary structure in which glycine repeats every 3 residues. This repeated sequence is called a collagen-like sequence and is a characteristic of collagen protein.

魚類由来コラーゲンを取得する魚の部位も、限定されるものではない。例えば、鱗、皮、骨、軟骨、ひれ、及び臓器等を挙げることができるが、鱗が好ましい。鱗は、魚臭の原因となる脂質が少ないからである。また、魚類の鱗由来のコラーゲンは、他のコラーゲンと比較して線維化しやすく、線維形成速度が著しく速いからである。   The part of the fish from which fish-derived collagen is obtained is not limited. For example, scales, skin, bones, cartilage, fins, organs and the like can be mentioned, but scales are preferred. This is because the scale has few lipids that cause fishy odor. Moreover, collagen derived from fish scales is more likely to be fibrillated than other collagens, and the fiber formation rate is significantly faster.

前記のようにコラーゲンのタイプは限定されるものではないが、例えば魚類のI型コラーゲンは、分子量約10万のポリペプチド鎖が3本集まって「3重らせん構造」を作っており、分子量は約30万である。長さ300nmで、直径1.5nmの1本の硬い棒のような形態をしている。魚類のI型コラーゲンが特異な「3重らせん構造」を作るのは、ポリペプチド鎖のアミノ酸の配列が関与している。ポリペプチド鎖は3個のアミノ酸が並んだユニット「G−X−Y」のつながりからできている。Gはグリシンを表し、Xはプロリン、そしてYはヒドロキシプロリンであることが多い。ヒドロキシプロリンは、通常のタンパク質に含まれておらず、コラーゲンに特有のアミノ酸であるが、ヒドロキシプロリンの水酸基と水和水との水素結合によって3重らせん構造が安定すると考えられている。   As described above, the type of collagen is not limited, but fish type I collagen, for example, has three polypeptide chains with a molecular weight of about 100,000 to form a “triple helix structure”, and the molecular weight is About 300,000. It is shaped like one hard bar with a length of 300 nm and a diameter of 1.5 nm. It is the amino acid sequence of the polypeptide chain that forms the unique “triple helix structure” of fish type I collagen. The polypeptide chain is made up of a series of units “GXY” in which three amino acids are arranged. G often represents glycine, X is proline, and Y is often hydroxyproline. Hydroxyproline is not contained in ordinary proteins and is an amino acid unique to collagen, but it is believed that the triple helix structure is stabilized by hydrogen bonding between the hydroxyl group of hydroxyproline and hydrated water.

コラーゲンは、温度が上昇すると3本のポリペプチドからなる「3重らせん構造」が解けて、3本のポリペプチドがばらばらになり、ゼラチンとなる。コラーゲンからゼラチンへの変化を変性と呼び、一度変性が起きると、再び温度を低下させても「3重らせん構造」に戻すことは困難である。コラーゲンの変性温度は、通常そのコラーゲンが由来する生物の棲息温度より、若干高い程度であり、従って、水中に生息している魚類の鱗のコラーゲンの変性温度は、それほど高くない。   When the temperature rises, the “triple helical structure” composed of three polypeptides is dissolved, and the three polypeptides are separated into gelatin. The change from collagen to gelatin is called denaturation. Once denaturation occurs, it is difficult to return to the “triple helix structure” even if the temperature is lowered again. The denaturation temperature of collagen is usually slightly higher than the inhabitant temperature of the organism from which the collagen is derived. Therefore, the denaturation temperature of fish scales inhabiting fish is not so high.

本発明に用いる魚類由来コラーゲンは、その変性温度によって、限定されるものではないが、変性温度の高い魚類由来コラーゲンが好ましく、具体的には20℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、28℃以上が更に好ましく、30℃以上が最も好ましい。本発明の骨芽細胞分化誘導方法において、魚類由来コラーゲンと間葉系幹細胞とを接触させる温度は、37℃前後のことが多く、「3重らせん構造」が破壊されたゼラチンでは、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化誘導は起こらないと考えられるからである。
しかしながら、変性温度が20℃未満の魚類由来コラーゲンであっても、間葉系幹細胞との接触を20℃未満で行うことにより、コラーゲンの変性を起こさずに、間葉系幹細胞を骨芽細胞へ分化させることができる。
The fish-derived collagen used in the present invention is not limited by its denaturation temperature, but fish-derived collagen having a high denaturation temperature is preferred, specifically 20 ° C or higher, more preferably 25 ° C or higher, and 28 More preferably, it is 30 ° C. or higher. In the osteoblast differentiation inducing method of the present invention, the temperature at which fish-derived collagen and mesenchymal stem cells are brought into contact is often around 37 ° C., and gelatin in which the “triple helix structure” is destroyed is mesenchymal. This is because it is considered that differentiation induction of stem cells into osteoblasts does not occur.
However, even with fish-derived collagen having a denaturation temperature of less than 20 ° C., contact with mesenchymal stem cells at less than 20 ° C. allows the mesenchymal stem cells to become osteoblasts without causing collagen denaturation. Can be differentiated.

本発明に用いるコラーゲンの変性温度は、International Journal of Biological Macromolecules,32,199(2003)に記載の方法に従って、CD分光計(Jasco model 725 spectrometer)を使用してコラーゲン水溶液の温度を段階的に上昇させることによって求める。即ち、コラーゲン水溶液をpH3の希塩酸で希釈し、0.03wt%となるように調整し、光路長1mmの石英セルに入れる。セルの温度を1℃/minで上昇させ、221nmにおける旋光度を0.2℃ごとに測定する。各温度における旋光度を温度に対してプロットすると、旋光度の値がコラーゲン螺旋の値からランダムコイルの値へと急激に変化する変性曲線が得られる。それらの旋光度値の中間値を与える温度、すなわち、螺旋率(Helicity;%)が50%になるときの温度を変性温度とする。   The denaturation temperature of the collagen used in the present invention is increased stepwise by using a CD spectrometer (Jasco model 725 spectrometer) according to the method described in International Journal of Biological Macromolecules, 32, 199 (2003). Seek by letting That is, the collagen aqueous solution is diluted with dilute hydrochloric acid having a pH of 3, adjusted to 0.03 wt%, and placed in a quartz cell having an optical path length of 1 mm. The cell temperature is increased at 1 ° C./min, and the optical rotation at 221 nm is measured every 0.2 ° C. When the optical rotation at each temperature is plotted against temperature, a denaturation curve is obtained in which the value of optical rotation changes rapidly from the value of the collagen helix to the value of the random coil. The temperature that gives an intermediate value of the optical rotation values, that is, the temperature at which the helix (%) becomes 50% is defined as the denaturation temperature.

魚類由来コラーゲンの取得方法は、コラーゲンの3重らせん構造が破壊されない方法であれば、特に限定されないが、例えば、前記特許文献3に開示された取得方法によって得ることができる。以下に、代表例として、鱗由来のコラーゲンの製造方法について説明する。   The method for obtaining fish-derived collagen is not particularly limited as long as the triple helix structure of collagen is not destroyed. For example, it can be obtained by the obtaining method disclosed in Patent Document 3. Below, the manufacturing method of the collagen derived from a scale is demonstrated as a typical example.

まず、集めた鱗から魚皮や鰭などの不要物を水洗により取り除く。必要に応じて、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類やアセトンなどの親水性有機溶剤、界面活性剤、塩化ナトリウムなどの塩類、水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液などを用いて、鱗表面に付着したコラーゲン以外のたんぱく質や脂質など、臭気の原因とされている物質を鱗から除去してもよい。   First, remove unnecessary items such as fish skin and sea bream from the collected scales with water. If necessary, adhere to the scale surface using alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, hydrophilic organic solvents such as acetone, surfactants, salts such as sodium chloride, alkaline solutions such as sodium hydroxide, etc. Substances that cause odor, such as proteins and lipids other than collagen, may be removed from the scales.

更に、脱灰処理溶液中で、1〜48時間、攪拌羽根を用いて緩やかに攪拌し、鱗に含まれる無機成分(リン酸カルシウム)を除去する。処理溶液は、無機成分を溶解できればよく、塩酸やリン酸などの無機酸、酢酸、クエン酸などの有機酸、エチレンジアミン4酢酸などの水溶液を用いればよいが、汎用的に利用されている塩酸や酢酸が好ましく用いられる。使用量は、特に制限する必要はなく、脱灰終了後の鱗を水洗すればよい。   Furthermore, in the decalcification treatment solution, the mixture is gently stirred using a stirring blade for 1 to 48 hours to remove the inorganic component (calcium phosphate) contained in the scale. The treatment solution only needs to be able to dissolve inorganic components, and may be an inorganic acid such as hydrochloric acid or phosphoric acid, an organic acid such as acetic acid or citric acid, or an aqueous solution such as ethylenediaminetetraacetic acid. Acetic acid is preferably used. The amount used is not particularly limited, and the scale after the decalcification is completed may be washed with water.

このようにして夾雑物を除去した鱗を、プロテアーゼを添加した酸性溶液中で2時間〜72時間、攪拌羽根などを用いて緩やかに攪拌することでコラーゲン分子間の架橋が切断されて可溶化したコラーゲンが抽出される。この抽出工程以降の操作は、コラーゲンの変性を防ぐため、変性温度以下、望ましくは変性温度−5℃以下で行うべきである。   The scales from which contaminants were removed in this manner were solubilized by gradual stirring using an agitating blade or the like in an acidic solution to which protease was added for 2 to 72 hours, thereby breaking the cross-links between collagen molecules. Collagen is extracted. The operation after this extraction step should be performed at a denaturation temperature or lower, preferably at a denaturation temperature of −5 ° C. or lower in order to prevent collagen denaturation.

プロテアーゼの種類は、酸性溶液中で高い活性を有する、ペプシン、プロクターゼ、パパインなどが好ましく用いられる。溶液のpHは、プロテアーゼの活性が高くなる範囲を用いればよく、一般に2〜5程度である。プロテアーゼの使用量は、特に限定する必要はないが、通常は魚鱗の乾燥重量に対して1〜15%程度であり、鱗が均一に攪拌できる程度の液量となるように濃度を決定すればよい。使用する酸は、特に制限されないが、塩酸や酢酸、クエン酸、リンゴ酸など、生物に対して安全性の高いものから選ぶことが望ましく、特に塩酸や酢酸が好ましく用いられる。このような方法により、コラーゲン分子の両末端に存在する非螺旋領域(テロペプチド)が分解されたコラーゲン(アテロコラーゲン)を抽出することができる。   As the type of protease, pepsin, proctase, papain and the like having high activity in an acidic solution are preferably used. The pH of the solution may be in a range where the protease activity is high, and is generally about 2 to 5. The amount of protease used is not particularly limited, but is usually about 1 to 15% with respect to the dry weight of fish scales, and if the concentration is determined so that the scale can be uniformly stirred. Good. The acid to be used is not particularly limited, but is preferably selected from those having high safety for living organisms such as hydrochloric acid, acetic acid, citric acid and malic acid, and hydrochloric acid and acetic acid are particularly preferably used. By such a method, collagen (atelocollagen) in which non-helical regions (telopeptides) present at both ends of the collagen molecule are decomposed can be extracted.

このようにして可溶化したコラーゲンは、遠心分離、濾過などによって可溶化していない魚鱗残渣と分離する。魚鱗残渣は、プロテアーゼを添加した酸性溶液中で処理することで、再度、可溶化したコラーゲンを抽出することができるため、2〜4回程度繰り返して収率を高めてもよい。   Collagen solubilized in this way is separated from unscaled fish scale residue by centrifugation, filtration or the like. The fish scale residue can be extracted again by solubilizing collagen by treating it in an acidic solution to which a protease is added. Therefore, the yield may be increased by repeating it about 2 to 4 times.

このようにして得られたコラーゲン溶液には、プロテアーゼやコラーゲン以外のたんぱく質、ゼラチン(変性コラーゲン)などを含むため、必要に応じて精製する。精製方法について述べると、可溶化したコラーゲン溶液に、塩化ナトリウムなどの塩類を加え、塩濃度を上昇させることで、コラーゲンを析出させる。例えば、可溶化したコラーゲン水溶液中に塩化ナトリウムを終濃度1Mになるように添加し、5分〜24時間程度静置することで、コラーゲンが析出する。   The collagen solution thus obtained contains a protein other than protease, collagen, gelatin (denatured collagen) and the like, and thus is purified as necessary. As for the purification method, collagen is precipitated by adding a salt such as sodium chloride to the solubilized collagen solution and increasing the salt concentration. For example, sodium chloride is added to a solubilized collagen aqueous solution so as to have a final concentration of 1 M, and the mixture is allowed to stand for about 5 minutes to 24 hours, whereby collagen is precipitated.

水酸化ナトリウムなどを添加して、pHを中性以上にすることでも析出することができる。例えば、pH7〜9程度になるまで水酸化ナトリウム溶液を添加し、5分〜24時間程度静置することで、コラーゲンが析出する。このようなコラーゲンの析出は、溶液が白濁することで容易に確認できる。   Precipitation can also be achieved by adding sodium hydroxide or the like to bring the pH to neutral or higher. For example, a sodium hydroxide solution is added until pH becomes about 7-9, and collagen is deposited by leaving still for about 5 minutes to 24 hours. Such collagen precipitation can be easily confirmed by the cloudiness of the solution.

析出したコラーゲンは遠心分離や濾過など、一般的な固液分離方法により回収し、これを酸性溶液中で緩やかに攪拌して再溶解する。例えば、pH2〜4程度の塩酸溶液中で1〜48時間程度ゆるやかに攪拌すればよい。このようにして、コラーゲンを精製することができ、繰り返すことで更に純度を高めることができる。精製工程で使用した塩類は、透析膜などを用いて純水に対して脱塩することで除去することができる。   The precipitated collagen is collected by a general solid-liquid separation method such as centrifugation or filtration, and this is gently dissolved in an acidic solution and redissolved. For example, it may be gently stirred for about 1 to 48 hours in a hydrochloric acid solution having a pH of about 2 to 4. In this way, collagen can be purified, and the purity can be further increased by repetition. The salts used in the purification step can be removed by desalting against pure water using a dialysis membrane or the like.

細胞を培養する際、細菌などが共存することは重大な問題となるため、得られたコラーゲン溶液は、ろ過滅菌などコラーゲンの構造を壊さない方法で無菌化して用いることが望ましい。   Since coexistence of bacteria and the like becomes a serious problem when cells are cultured, the obtained collagen solution is preferably used after being sterilized by a method that does not destroy the structure of collagen such as filtration sterilization.

(酵素処理)
トランスグルタミナーゼによるコラーゲンの酵素処理は、トランスグルタミナーゼがコラーゲンと接触し、魚類由来コラーゲンによる骨芽細胞の分化誘導を促進できる限りにおいて、特に限定されるものではない。
(Enzyme treatment)
The enzyme treatment of collagen with transglutaminase is not particularly limited as long as transglutaminase comes into contact with collagen and can promote differentiation of osteoblasts by fish-derived collagen.

第1の態様として、緩衝液中でトランスグルタミナーゼと、魚類由来コラーゲンとを接触させることによって、処理することができる。第1の態様における緩衝液の種類、コラーゲンの濃度、酵素の量、酵素処理の温度及び酵素処理の時間は、用いるトランスグルタミナーゼによって、適宜決定することが可能であるが、例えば以下の条件で行うことができる。   As a 1st aspect, it can process by making transglutaminase and fish origin collagen contact in a buffer solution. The type of buffer solution, collagen concentration, enzyme amount, enzyme treatment temperature and enzyme treatment time in the first embodiment can be determined as appropriate depending on the transglutaminase used. For example, the following conditions are used. be able to.

用いる緩衝液は、トランスグルタミナーゼの酵素作用が完全に阻害されない緩衝液であれば、限定されるものではないが、例えば塩酸塩、マレイン酸塩、リン酸塩、CABS、ピペリジン、グリシン、クエン酸塩、リンゴ酸塩、ギ酸塩、コハク酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、ピペラジン、ピリジン、カコジル酸塩、コハク酸塩、MES、ヒスチジン、ビス−トリス、リン酸塩、エタノールアミン、ADA、炭酸塩、ACES、PIPES、イミダゾール、ビス−トリスプロパン、BES、MOPS、HEPES、TES、MOPSO、MOBS、DIPSO、TAPSO、TEA、ピロリン酸塩、HEPPSO、POPSO、トリシン、ヒドラジン、グリシルグリシン、TRIS、EPPS、ビシン、HEPBS、TAPS、AMPD、TABS、AMPSO、タウリン、ホウ酸塩、CHES、グリシン、水酸化アンモニウム、CAPSO、メチルアミン、ピペラジン、CAPS、またはこれらのいずれかの組み合わせの緩衝液を挙げることができる。   The buffer used is not limited as long as the enzyme action of transglutaminase is not completely inhibited. For example, hydrochloride, maleate, phosphate, CABS, piperidine, glycine, citrate , Malate, formate, succinate, acetate, propionate, piperazine, pyridine, cacodylate, succinate, MES, histidine, bis-tris, phosphate, ethanolamine, ADA, carbonate , ACES, PIPES, imidazole, bis-trispropane, BES, MOPS, HEPES, TES, MOPSO, MOBS, DIPSO, TAPSO, TEA, pyrophosphate, HEPPSO, POPSO, tricine, hydrazine, glycylglycine, TRIS, EPPS, Bicine, HEPBS, TAPS, AMPD, T BS, AMPSO, taurine, borate, CHES, glycine, ammonium hydroxide, and CAPSO, methylamine, piperazine, CAPS or buffer combinations of any of these.

緩衝液中のコラーゲンの濃度は、特に限定されるものではないが、0.1重量%〜5重量%が好ましく、0.5重量%〜2重量%がより好ましく、1重量%〜1.5重量%が更に好ましい。0.05重量%未満であると、コラーゲン同士の架橋が十分でないことがある。また、5重量%を超えると架橋反応が不十分になることがある。
トランスグルタミナーゼによる酵素処理の時間は、酵素反応が起きる限りにおいて特に限定されないが、5分〜72時間が好ましく、60分〜48時間がより好ましく、8時間〜24時間が更に好ましい。
緩衝液中の酵素の量も、本発明の効果が得られる限りにおいて、特に限定されるものではないが、例えば0.1U〜100U/mLが好ましく、0.5U〜50U/mLがより好ましく、1U〜10U/mLが更に好ましい。例えば、放線菌由来のトランスグルタミナーゼ(アクティバ(登録商標))の場合、0.1U〜100U/mLが好ましく、0.5U〜50U/mLがより好ましく、1U〜10U/mLが更に好ましい。
酵素処理の温度は、使用するトランスグルタミナーゼの活性が維持される温度であれば、特に限定されるものではないが、5℃〜65℃が好ましく、10℃〜50℃がより好ましく、15℃〜45℃が更に好ましい。
The concentration of collagen in the buffer solution is not particularly limited, but is preferably 0.1% by weight to 5% by weight, more preferably 0.5% by weight to 2% by weight, and 1% by weight to 1.5%. More preferred is weight percent. If it is less than 0.05% by weight, the collagen may not be sufficiently crosslinked. If it exceeds 5% by weight, the crosslinking reaction may be insufficient.
The enzyme treatment time with transglutaminase is not particularly limited as long as the enzyme reaction occurs, but is preferably 5 minutes to 72 hours, more preferably 60 minutes to 48 hours, and still more preferably 8 hours to 24 hours.
The amount of the enzyme in the buffer solution is not particularly limited as long as the effect of the present invention is obtained. For example, 0.1 U to 100 U / mL is preferable, and 0.5 U to 50 U / mL is more preferable. 1U-10U / mL is still more preferable. For example, in the case of actinomycete-derived transglutaminase (Activa (registered trademark)), 0.1 U to 100 U / mL is preferable, 0.5 U to 50 U / mL is more preferable, and 1 U to 10 U / mL is still more preferable.
The temperature of the enzyme treatment is not particularly limited as long as the activity of the transglutaminase used is maintained, but is preferably 5 ° C to 65 ° C, more preferably 10 ° C to 50 ° C, and more preferably 15 ° C to More preferred is 45 ° C.

細胞培養基材の材料として、シャーレ又はプレートなどを用い、トランスグルタミナーゼによる酵素処理を行ったコラーゲンを被覆する場合において、緩衝液中の酵素処理を行った後に、細胞培養用材料への被覆を行ってもよい。この場合、コラーゲン及びトランスグルタミナーゼの濃度を高くして酵素処理を行い、濃度を希釈して細胞培養用材料へ被覆してもよい。また、緩衝液中の酵素処理と、細胞培養用材料への被覆とを同時に行うこともできる。
なお、細胞培養用材料に魚類由来コラーゲンを被覆した後に、トランスグルタミナーゼによる酵素処理を行う場合、酵素処理が十分でないことがある。従って、この態様を除いてもよい。
When using a petri dish or a plate as the material for the cell culture substrate and coating collagen that has been subjected to enzyme treatment with transglutaminase, the cell culture material is coated after the enzyme treatment in the buffer solution. May be. In this case, the enzyme treatment may be performed by increasing the concentration of collagen and transglutaminase, and the concentration may be diluted and coated on the cell culture material. In addition, the enzyme treatment in the buffer solution and the coating on the cell culture material can be performed simultaneously.
In addition, when a cell culture material is coated with fish-derived collagen and then subjected to an enzyme treatment with transglutaminase, the enzyme treatment may not be sufficient. Therefore, this aspect may be omitted.

酵素処理の第2の態様として、コラーゲン成形体を、トランスグルタミナーゼを含む緩衝液中で酵素処理することもできる。
コラーゲン成形体としては、コラーゲン多孔体、コラーゲン膜、コラーゲン微粒子、エレクトロンスピニングによるコラーゲンファイバー、またはコラーゲン緻密体などを挙げることができる。これらのコラーゲン成形体を、トランスグルタミナーゼを含む緩衝液中に浸漬することによって、酵素処理をおこなうことができる。
第2の態様における、緩衝液の種類、酵素の量、酵素処理の温度及び酵素処理の時間は、用いるトランスグルタミナーゼによって、適宜決定することができるが、例えば前記第1の態様に記載の条件を用いることが可能である。
As a second embodiment of the enzyme treatment, the collagen molded body can be subjected to an enzyme treatment in a buffer solution containing transglutaminase.
Examples of the collagen molded body include a collagen porous body, a collagen membrane, collagen fine particles, a collagen fiber by electron spinning, or a collagen dense body. Enzymatic treatment can be performed by immersing these collagen compacts in a buffer containing transglutaminase.
The type of buffer, the amount of enzyme, the temperature of enzyme treatment, and the time of enzyme treatment in the second aspect can be appropriately determined depending on the transglutaminase used. For example, the conditions described in the first aspect are It is possible to use.

[2]細胞培養基材
本発明の細胞培養基材は、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを含むものである。本発明の細胞培養基材は、特には骨芽細胞分化誘導用の培養基材として、有用に用いることができる。
細胞培養基材は、細胞培養に用いることができる限りにおいて、限定されるものではない。例えば、細胞培養用材料に、本発明のトランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを被覆したものでもよい。また、コラーゲン成形体、例えばコラーゲン多孔体、コラーゲン膜、微粒子、エレクトロンスピニングによるファイバー又はコラーゲン緻密体そのものを細胞培養基材として用い、それらを細胞培養用容器(例えば、フラスコ、シャーレ、又はマルチカルチャープレート)に含むものでもよい。
[2] Cell culture substrate The cell culture substrate of the present invention contains fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase. The cell culture substrate of the present invention can be usefully used as a culture substrate for inducing osteoblast differentiation.
The cell culture substrate is not limited as long as it can be used for cell culture. For example, the cell culture material may be coated with fish-derived collagen that has been enzymatically treated with the transglutaminase of the present invention. In addition, collagen molded bodies such as collagen porous bodies, collagen membranes, fine particles, fibers by electron spinning, or collagen dense bodies themselves are used as cell culture substrates, and they are used as cell culture containers (for example, flasks, petri dishes, or multiculture plates). ) May be included.

(細胞培養用材料)
前記トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを被覆する細胞培養用材料は、通常細胞培養用に使用される材料であれば、限定されることなく使用することが可能である。材質としては、ガラス、多孔質体(例えば、ポリカーボネート)、又はプラスチック(例えばポリスチレン、又はポリプロピレン)の材料を使用することができ、形状としては、フラスコ、シャーレ、マルチカルチャープレート(例えば6ウェルマルチカルチャープレート、12ウェルマルチカルチャープレートなど)、又はビーズなどの形状の材料を使用することができる。但し、コラーゲン溶液が親水性であるため、親水性の材質基材あるいは親水化処理を施した表面を有する材料が好ましい。
(Material for cell culture)
The material for cell culture that coats the fish-derived collagen that has been enzymatically treated with the transglutaminase can be used without limitation as long as it is a material that is usually used for cell culture. As a material, glass, a porous body (for example, polycarbonate), or a plastic (for example, polystyrene or polypropylene) can be used, and for a shape, a flask, a petri dish, a multiculture plate (for example, 6-well multiculture) is used. Plates, 12-well multiculture plates, etc.), or shaped materials such as beads can be used. However, since the collagen solution is hydrophilic, a hydrophilic material substrate or a material having a hydrophilized surface is preferable.

(前記細胞培養用材料へのコラーゲンの被覆)
前記細胞培養用材料へのトランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンの被覆は、前記のように酵素処理の後に行ってもよく、酵素処理と同時に行ってもよい。
コラーゲンを溶解する溶液のpHは、コラーゲンの等電点以下であるpH2〜5が好ましい。溶液の酸源は特に制限されないが、塩酸、酢酸、クエン酸、又はリンゴ酸など、生物に対して安全性の高いものから選ぶことが好ましく、乾燥時に気化する塩酸や酢酸がより好ましい。pHについては、低すぎるとコラーゲンの構造を破壊する場合があり、また高すぎると溶解性が低下し、増粘、ゲル化する場合がある。
(Collagen coating on the cell culture material)
The coating of fish-derived collagen that has been enzyme-treated with transglutaminase on the cell culture material may be performed after the enzyme treatment as described above, or may be performed simultaneously with the enzyme treatment.
The pH of the solution for dissolving collagen is preferably 2 to 5 which is lower than the isoelectric point of collagen. The acid source of the solution is not particularly limited, but is preferably selected from those that are highly safe for living organisms, such as hydrochloric acid, acetic acid, citric acid, or malic acid, and more preferably hydrochloric acid or acetic acid that vaporizes during drying. If the pH is too low, the structure of the collagen may be destroyed. If the pH is too high, the solubility may be reduced, resulting in thickening or gelation.

使用するコーティング溶液のコラーゲン濃度は、特に限定されないが、一般的には0.01〜1重量%であり、より好ましくは0.03〜0.3重量%である。濃度が低いと、1回のコーティングで細胞培養用材料を被覆できるコラーゲン量が少なくなる。濃度が高いと、材料を被覆するコラーゲン量を増やすことができるが、厚みが増すだけである。本発明の効果を発揮するのは、表層部分が主であるため、被覆したコラーゲンの厚さが増しても、コラーゲン量に見合った効果を期待できない。   Although the collagen concentration of the coating solution to be used is not particularly limited, it is generally 0.01 to 1% by weight, more preferably 0.03 to 0.3% by weight. When the concentration is low, the amount of collagen that can be applied to the cell culture material by one coating is reduced. Higher concentrations can increase the amount of collagen that coats the material, but only increase the thickness. The effect of the present invention is exerted mainly on the surface layer portion, so even if the thickness of the coated collagen increases, an effect commensurate with the amount of collagen cannot be expected.

コーティング方法としては、酸性溶液を用いて適度な濃度に調整したコラーゲン溶液を、あわ立たないようにディシュなどの前記細胞培養用材料上に流し込み、基材上に均一に塗り広げた後、余剰のコラーゲンを除去する。これを乾燥させることで、基材上に線維化したコラーゲンが均一に被覆される。これは魚鱗由来コラーゲン特有の現象であり、従来から使用されている哺乳類由来のコラーゲンでは達成されない。   As a coating method, a collagen solution adjusted to an appropriate concentration using an acidic solution is poured onto the material for cell culture such as a dish so as not to be disturbed. Remove collagen. By drying this, the fibrillated collagen is uniformly coated on the substrate. This is a phenomenon peculiar to fish scale-derived collagen, and cannot be achieved by conventionally used collagen derived from mammals.

細菌が混入することは細胞培養時に重大な問題となるため、コラーゲンの被覆作業は、清浄な無菌基材を用い、クリーンルームやクリーンベンチなどの無菌環境で行うことが望ましい。必要に応じて、エチレンオキサイドやUV照射など、コラーゲンの構造を壊さない滅菌工程を加えてもよい。
コーティング及び乾燥時の温度について言えば、変性温度以下、望ましくは変性温度−5℃以下で行う。変性温度を上回る温度で処理すると、基材間結合やコラーゲン線維を形成する前にコラーゲンが変性することにより線維化機能が失われ、コラーゲンとしての特性を発揮できない場合がある。
乾燥時間は湿度などにより異なるが、クリーンベンチ内のような通風下であれば、5分〜2時間程度で乾燥する。乾燥が不十分な場合は、コラーゲンの線維化や前記細胞培養用材料との接着が不十分となる場合があり、細胞培養液を添加したとき、被膜の再溶解や剥離などにより本発明の効果を十分発揮しない場合がある。十分乾燥し、線維化した状態であれば、数ヶ月保存してもその効果を発揮することができる。保存は変性温度以下の温度、望ましくは冷蔵保存が好ましい。
Since contamination with bacteria becomes a serious problem during cell culture, it is desirable to perform the collagen coating operation in a sterile environment such as a clean room or a clean bench using a clean sterile substrate. As needed, you may add the sterilization process which does not destroy the structure of collagen, such as ethylene oxide and UV irradiation.
Speaking of the temperature during coating and drying, it is carried out at a modification temperature or lower, preferably at a modification temperature of -5 ° C or lower. When the treatment is performed at a temperature higher than the denaturation temperature, the fibrosis function may be lost due to the denaturation of the collagen before the formation of the bonds between the base materials and the collagen fibers, and the characteristics as collagen may not be exhibited.
Although the drying time varies depending on the humidity and the like, it is dried in about 5 minutes to 2 hours under ventilation such as in a clean bench. When drying is insufficient, collagen fibrosis and adhesion with the cell culture material may be insufficient. When a cell culture solution is added, the effect of the present invention is achieved by re-dissolution or peeling of the coating. May not be fully demonstrated. If it is in a sufficiently dry and fibrotic state, it can exert its effect even after being stored for several months. Storage is preferably at a temperature lower than the denaturation temperature, preferably refrigerated storage.

(コラーゲン成形体)
本発明の細胞培養基材として用いることのできるコラーゲン成形体は、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを含む限りにおいて、限定されるものではないが、例えばコラーゲン多孔体、コラーゲン膜、コラーゲン微粒子、エレクトロンスピニングによるコラーゲンファイバー又はコラーゲン緻密体を挙げることができる。コラーゲン成形体の酵素処理は、前記のように行うことができる。
(Collagen molded body)
The collagen molded body that can be used as the cell culture substrate of the present invention is not limited as long as it contains fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase. For example, a collagen porous body, collagen membrane, collagen Mention may be made of fine particles, collagen fibers by electron spinning, or collagen dense bodies. The enzyme treatment of the collagen molded body can be performed as described above.

(細胞培養用容器)
前記細胞培養基材であるコラーゲン成形体を含む細胞培養用容器も、通常細胞培養用に使用される容器であれば、限定されることなく使用することが可能である。材質としては、ガラス、多孔質体(例えば、ポリカーボネート)、又はプラスチック(例えばポリスチレン、又はポリプロピレン)の容器を使用することができ、形状としては、フラスコ、シャーレ、マルチカルチャープレート(例えば6ウェルマルチカルチャープレート、12ウェルマルチカルチャープレートなど)、又はビーズなどの形状の容器を使用することができる。
(Cell culture vessel)
The cell culture container containing the collagen molded body as the cell culture substrate can also be used without limitation as long as it is a container normally used for cell culture. As a material, a glass, a porous body (for example, polycarbonate), or a plastic (for example, polystyrene or polypropylene) container can be used, and for a shape, a flask, a petri dish, a multiculture plate (for example, 6-well multiculture) Plates, 12-well multiculture plates, etc.) or containers in the form of beads or the like can be used.

[3]細胞培養キット及び細胞製造装置
本発明の細胞培養キットは、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲン、及び/又は前記細胞培養基材を含む。本発明の細胞培養基材は、特には骨芽細胞分化誘導用の培養基材として、有用に用いることができる。本発明の細胞製造装置も、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲン、及び/又は前記細胞培養基材を含むものである。本発明の細胞製造装置は、特には骨芽細胞分化誘導用の細胞製造装置として、有用に用いることができる。
[3] Cell culture kit and cell production apparatus The cell culture kit of the present invention comprises fish-derived collagen that has been subjected to enzyme treatment with transglutaminase and / or the cell culture substrate. The cell culture substrate of the present invention can be usefully used as a culture substrate for inducing osteoblast differentiation. The cell production apparatus of the present invention also includes a fish-derived collagen that has been subjected to an enzyme treatment with transglutaminase and / or the cell culture substrate. The cell production apparatus of the present invention can be usefully used particularly as a cell production apparatus for inducing osteoblast differentiation.

本発明の細胞培養キットの1つの態様として、本発明の細胞培養基材を含む。本発明の細胞培養基材は、前記のトランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンが被覆された細胞培養用材料であるか、又はトランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを含むコラーゲン成形体である。
また、本発明の細胞培養キットの別の態様として、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを含むこともできる。例えば、この魚類由来コラーゲンを細胞培養基材に被覆して、骨芽細胞分化誘導用の培養基材として用いることができる。
One embodiment of the cell culture kit of the present invention includes the cell culture substrate of the present invention. The cell culture substrate of the present invention is a cell culture material coated with the above-described fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase, or a collagen molding comprising a fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase Is the body.
Further, as another embodiment of the cell culture kit of the present invention, fish-derived collagen that has been subjected to enzyme treatment with transglutaminase can also be included. For example, the fish-derived collagen can be coated on a cell culture substrate and used as a culture substrate for inducing osteoblast differentiation.

また、本発明の細胞培養キットは、骨芽細胞分化誘導因子を含んでもよい。骨芽細胞分化誘導因子としては、デキサメタゾン、FK−506又はシクロスポリン等の免疫抑制剤、BMP2、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7又はBMP9等の骨形成タンパク質(BMP:Bone Morphogenic Proteins)、TGFβ等の骨形成液性因子を挙げることができる。本発明の骨芽細胞分化誘導キットは、これらの骨芽細胞分化誘導因子から選択される1種又は2種以上を含むことができる。
また、本発明の細胞培養キットは、間葉系幹細胞からの骨芽細胞の分化誘導用であることを明記した使用説明書を含んでもよい。間葉系幹細胞からの骨芽細胞の分化誘導用である旨の記載は、キットの容器等に付されていてもよい。
In addition, the cell culture kit of the present invention may contain an osteoblast differentiation factor. Examples of osteoblast differentiation inducers include dexamethasone, immunosuppressive agents such as FK-506 or cyclosporine, bone morphogenetic proteins (BMP: Bone Morphogenic Proteins) such as BMP2, BMP4, BMP5, BMP6, BMP7 or BMP9, and bones such as TGFβ. Mention may be made of forming liquid factors. The osteoblast differentiation inducing kit of the present invention can contain one or more selected from these osteoblast differentiation inducing factors.
In addition, the cell culture kit of the present invention may include an instruction manual specifying that it is for inducing differentiation of osteoblasts from mesenchymal stem cells. The statement that it is for inducing differentiation of osteoblasts from mesenchymal stem cells may be attached to the container of the kit.

[4]骨芽細胞分化誘導方法
本発明の骨芽細胞分化誘導方法は、トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材と、間葉系幹細胞とを接触させる工程(以下、コラーゲン接触工程と称することがある)を含む。本発明の骨芽細胞分化誘導方法においては、前記トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲン、及び前記細胞培養基材を用いることができる。
[4] Osteoblast differentiation inducing method The osteoblast differentiation inducing method of the present invention comprises a step of contacting a cell culture substrate containing fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase and a mesenchymal stem cell (hereinafter referred to as “the mesenchymal stem cell”). , Sometimes referred to as a collagen contact step). In the osteoblast differentiation inducing method of the present invention, the fish-derived collagen treated with the enzyme with the transglutaminase and the cell culture substrate can be used.

(コラーゲン接触工程)
骨芽細胞分化誘導方法において、前記細胞培養基材と、間葉系幹細胞との接触に用いる培地は、間葉系幹細胞が維持できる培地であれば限定されないが、通常その間葉系幹細胞の培養に用いる培地を用いればよい。例えば、MEM培地、α−MEM培地、又はDMEM培地等の公知の培地を、培養する細胞に合わせて適宜選んで用いることができる。
接触時間は、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化誘導が起きる限りにおいて、限定されないが、実質的には、下限は10分以上であり、好ましくは1時間以上であり、より好ましくは1日以上である。接触時間の上限も限定されないが、30日以下であり、好ましくは15日以下であり、より好ましくは7日以下である。
接触温度は、間葉系幹細胞の最適な培養温度に従って、適宜決定することができる。例えば、哺乳類の間葉系幹細胞の場合、30℃〜40℃であり、35℃〜37℃が好ましい。しかしながら、培養温度よりも高い温度、又は低い温度で接触させることも可能である。例えば、変性温度が低い魚類由来コラーゲンを用いた場合、培養温度よりも低い接触温度で、細胞培養基材と、間葉系幹細胞との接触を行い、最適な培養温度に上昇させて、間葉系幹細胞の培養を行うことも可能である。
(Collagen contact process)
In the osteoblast differentiation induction method, the medium used for contacting the cell culture substrate and mesenchymal stem cells is not limited as long as it is a medium that can maintain mesenchymal stem cells, but is usually used for culturing mesenchymal stem cells. What is necessary is just to use the culture medium to be used. For example, a known medium such as a MEM medium, an α-MEM medium, or a DMEM medium can be appropriately selected and used according to the cells to be cultured.
The contact time is not limited as long as differentiation induction of mesenchymal stem cells into osteoblasts occurs, but the lower limit is substantially 10 minutes or more, preferably 1 hour or more, more preferably 1 More than a day. The upper limit of the contact time is not limited, but is 30 days or less, preferably 15 days or less, and more preferably 7 days or less.
The contact temperature can be appropriately determined according to the optimal culture temperature for mesenchymal stem cells. For example, in the case of mammalian mesenchymal stem cells, it is 30 ° C to 40 ° C, preferably 35 ° C to 37 ° C. However, it is also possible to contact at a temperature higher or lower than the culture temperature. For example, when fish-derived collagen with a low denaturation temperature is used, the cell culture substrate is contacted with the mesenchymal stem cells at a contact temperature lower than the culture temperature, and the mesenchyme is raised to the optimal culture temperature. It is also possible to culture stem cell.

通常、骨芽細胞分化誘導は、10〜15%程度の血清の存在下で行う。本発明の骨芽細胞分化誘導方法においても、10〜15%程度の血清の存在下で分化誘導を行うことが可能であるが、低濃度の血清の存在下、又は血清の非存在下でも骨芽細胞分化誘導を行うことが可能である。間葉系幹細胞から骨芽細胞分化誘導する場合の、血清中の様々な因子の影響を排除するためには、低濃度の血清の存在下で接触させるのが好ましい。例えば、10%以下の血清存在下が好ましく、5%以下の血清存在下がより好ましく、3%以下の血清存在下が更に好ましく、血清非存在下が最も好ましい。
骨芽細胞分化誘導において用いることのできる血清は、哺乳動物の血清であれば、特に限定されないが、ヒト、ウシ、ウマ、ヒツジ、又はヤギなどの血清を用いることができる。しかしながら、間葉系幹細胞を生体から分離した場合、その間葉系幹細胞を採取した個体の血清を用いることが最も好ましい。その個体自体の血清を用いることにより、ウシなどの血清に含まれる可能性のある人畜共通感染症の病原体との接触を防ぐことが可能である。
Usually, osteoblast differentiation is induced in the presence of about 10 to 15% serum. In the osteoblast differentiation inducing method of the present invention, differentiation can be induced in the presence of about 10 to 15% serum, but bone can be obtained even in the presence of low-concentration serum or in the absence of serum. It is possible to induce blast differentiation. In order to eliminate the influence of various factors in serum when osteoblast differentiation is induced from mesenchymal stem cells, it is preferable to contact in the presence of a low concentration of serum. For example, the presence of 10% or less of serum is preferable, the presence of 5% or less of serum is more preferable, the presence of 3% or less of serum is more preferable, and the absence of serum is most preferable.
The serum that can be used in the induction of osteoblast differentiation is not particularly limited as long as it is mammalian serum, but serum from humans, cows, horses, sheep, goats, and the like can be used. However, when the mesenchymal stem cells are separated from the living body, it is most preferable to use the serum of the individual from which the mesenchymal stem cells are collected. By using the serum of the individual itself, it is possible to prevent contact with pathogens of zoonotic diseases that may be contained in the serum of cattle and the like.

(骨芽細胞分化誘導因子)
発明の骨芽細胞分化誘導方法は、前記間葉系幹細胞を骨芽細胞分化誘導因子に接触させる工程(以下、骨芽細胞分化誘導因子接触工程と称することがある)を、含むことができる。骨芽細胞分化誘導因子接触工程は、コラーゲン接触工程と同時に行ってもよく、コラーゲン接触工程接触工程の前又は後に行ってもよい。骨芽細胞分化誘導因子接触工程は、骨芽細胞分化誘導因子を、間葉系幹細胞が含まれている培地に添加することによって行うことができる。
骨芽細胞分化誘導因子は、間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化誘導できる限り、限定されるものではないが、例えば、デキサメタゾン、FK−506又はシクロスポリン等の免疫抑制剤、BMP2、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7又はBMP9等の骨形成タンパク質(BMP:Bone Morphogenic Proteins)、TGFβ等の骨形成液性因子を挙げることができる。これらの骨芽細胞分化誘導因子から選択される1種又は2種以上を、培地に添加することにより、骨芽細胞分化誘導因子接触工程を行うことができる。
骨芽細胞分化誘導因子の濃度は、用いる骨芽細胞分化誘導因子の種類に応じて、適宜決めることができる。例えば、デキサメタゾンを用いる場合、1〜100nMの濃度で用いることができ、特には10nMが好ましい。
(Osteoblast differentiation factor)
The osteoblast differentiation inducing method of the invention can include a step of bringing the mesenchymal stem cells into contact with an osteoblast differentiation inducing factor (hereinafter sometimes referred to as an osteoblast differentiation inducing factor contact step). The osteoblast differentiation inducing factor contact step may be performed simultaneously with the collagen contact step, or may be performed before or after the collagen contact step contact step. The osteoblast differentiation inducer contact step can be performed by adding an osteoblast differentiation inducer to a medium containing mesenchymal stem cells.
The osteoblast differentiation-inducing factor is not limited as long as it can induce differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts. For example, an immunosuppressant such as dexamethasone, FK-506 or cyclosporine, BMP2, BMP4, BMP5 , BMP6, BMP7, BMP9 and other bone morphogenetic proteins (BMP: Bone Morphogenic Proteins) and TGFβ and other osteogenic fluid factors. By adding one or more selected from these osteoblast differentiation inducing factors to the medium, the osteoblast differentiation inducing factor contact step can be performed.
The concentration of the osteoblast differentiation inducing factor can be appropriately determined according to the type of osteoblast differentiation inducing factor used. For example, when dexamethasone is used, it can be used at a concentration of 1 to 100 nM, and 10 nM is particularly preferable.

本発明の骨芽細胞分化誘導方法におけるコラーゲン接触工程、及び骨芽細胞分化誘導因子接触工程は、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。それぞれの工程を別に行う場合、3つの工程を別に行ってもよく、2つの工程を同時に行い、もう1つの工程を別に行うこともできる。
それぞれの工程を行う順番も、特に限定されないが、コラーゲン接触工程により、骨芽細胞の初期分化誘導が強く惹起されるため、コラーゲン接触工程の後に、骨芽細胞分化誘導因子接触工程を行うのが好ましい。
The collagen contact step and the osteoblast differentiation inducing factor contact step in the osteoblast differentiation inducing method of the present invention may be performed simultaneously or separately. When performing each process separately, three processes may be performed separately, two processes may be performed simultaneously, and another process may be performed separately.
The order of performing each step is not particularly limited, but the collagen contact step strongly induces the initial differentiation of osteoblasts. Therefore, the osteoblast differentiation inducer contact step is performed after the collagen contact step. preferable.

(間葉系幹細胞)
トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材と接触させる間葉系幹細胞としては、髄骨芽細胞に分化誘導することのできる細胞であれば、限定されないが、例えば、骨髄間葉系幹細胞、脂肪組織由来間葉系幹細胞、滑膜組織由来間葉系幹細胞、歯髄由来間葉系幹細胞、歯胚由来間葉系幹細胞、耳介軟骨膜由来間葉系幹細胞、末梢血由来間葉系幹細胞、臍帯血由来間葉系幹細胞、靭帯由来間葉系幹細胞、腱由来間葉系幹細胞、ES細胞由来間葉系幹細胞、又はiPS細胞由来間葉系幹細胞を挙げることができる。また、前記間葉系幹細胞の由来する動物種も、特に限定されず、哺乳類としては、例えばヒト、サル、イヌ、ネコ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウシ、ウマ、ウサギ、モルモット、ラット、及びマウスを挙げることができる。また、鳥類としては、ニワトリ、ウズラ、アヒル、ガチョウ、ダチョウ、及びホロホロチョウを挙げることができ、爬虫類としては、ワニ、カメ、及びトカゲを挙げることができ、両生類としては、カエル、及びイモリを挙げることができ、魚類としては、テラピア、タイ、ヒラメ、サメ、及びサケを挙げることができる。更に、無脊椎動物としては、カニ、貝類、クラゲ、及びエビを挙げることができる。
前記間葉系幹細胞は骨芽細胞、脂肪細胞、筋細胞、又は軟骨細胞などの間葉系に属する細胞への分化能を持つ細胞であり、骨、血管、又は心筋を構成することのできる細胞となるものである。
(Mesenchymal stem cells)
The mesenchymal stem cells to be brought into contact with the cell culture substrate containing fish-derived collagen that has been enzyme-treated with transglutaminase are not limited as long as they can be induced to differentiate into medulloblasts. Mesenchymal stem cells, adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, synovial tissue-derived mesenchymal stem cells, dental pulp-derived mesenchymal stem cells, tooth embryo-derived mesenchymal stem cells, auricular perichondrium-derived mesenchymal stem cells, peripheral blood-derived Examples include mesenchymal stem cells, cord blood-derived mesenchymal stem cells, ligament-derived mesenchymal stem cells, tendon-derived mesenchymal stem cells, ES cell-derived mesenchymal stem cells, or iPS cell-derived mesenchymal stem cells. The animal species from which the mesenchymal stem cells are derived is not particularly limited, and examples of mammals include humans, monkeys, dogs, cats, pigs, sheep, goats, cows, horses, rabbits, guinea pigs, rats, and mice. Can be mentioned. Birds can include chickens, quails, ducks, geese, ostriches and guinea fowls. Reptiles can include crocodiles, turtles and lizards. Amphibians include frogs and newts. Fish can include tilapia, Thailand, flounder, shark, and salmon. In addition, examples of invertebrates include crabs, shellfish, jellyfish, and shrimps.
The mesenchymal stem cells are cells capable of differentiating into cells belonging to the mesenchymal system such as osteoblasts, adipocytes, myocytes, or chondrocytes, and can constitute bone, blood vessels, or myocardium It will be.

前記間葉系幹細胞は、株化細胞を用いてもよく、また、常法に従って調整することも可能であり、更には市販されている細胞を用いることもできる。また、生体から分離した間葉系幹細胞(例えば、骨髄間葉系幹細胞、脂肪組織由来間葉系幹細胞、滑膜組織由来間葉系幹細胞、歯髄由来間葉系幹細胞、歯胚由来間葉系幹細胞、耳介軟骨膜由来間葉系幹細胞、末梢血由来間葉系幹細胞、臍帯血由来間葉系幹細胞、靭帯由来間葉系幹細胞、腱由来間葉系幹細胞、ES細胞由来間葉系幹細胞、又はiPS細胞由来間葉系幹細胞)を、本発明の骨芽細胞分化誘導方法により骨芽細胞に分化誘導することができる。この場合、生体から採取された細胞は、常法に従って結合組織等を除去して調製することが好ましい。更に、生体から採取された細胞は、初代培養細胞を用いることが好ましい。継代して用いることも可能であるが、継代数は少ないほうが好ましく、10回以下が好ましく、5回以下が更に好ましく、2回以下であることが、最も好ましい。   The mesenchymal stem cell may be a cell line, can be prepared according to a conventional method, and a commercially available cell can also be used. In addition, mesenchymal stem cells (eg, bone marrow mesenchymal stem cells, adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, synovial tissue-derived mesenchymal stem cells, dental pulp-derived mesenchymal stem cells, tooth germ-derived mesenchymal stem cells) , Auricular perichondrium-derived mesenchymal stem cells, peripheral blood-derived mesenchymal stem cells, umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells, ligament-derived mesenchymal stem cells, tendon-derived mesenchymal stem cells, ES cells-derived mesenchymal stem cells, or iPS cell-derived mesenchymal stem cells) can be induced to differentiate into osteoblasts by the osteoblast differentiation inducing method of the present invention. In this case, the cells collected from the living body are preferably prepared by removing connective tissue and the like according to a conventional method. Furthermore, it is preferable to use primary cultured cells as cells collected from a living body. Although it is possible to use after passage, the number of passages is preferably small, preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less, and most preferably 2 times or less.

[5]骨芽細胞製造方法及び骨芽細胞
(培養工程)
本発明の骨芽細胞製造方法における培地は、用いる間葉系幹細胞、例えば骨髄間葉系幹細胞、脂肪組織由来間葉系幹細胞、滑膜組織由来間葉系幹細胞、歯髄由来間葉系幹細胞、歯胚由来間葉系幹細胞、耳介軟骨膜由来間葉系幹細胞、末梢血由来間葉系幹細胞、臍帯血由来間葉系幹細胞、靭帯由来間葉系幹細胞、腱由来間葉系幹細胞、ES細胞由来間葉系幹細胞、又はiPS細胞由来間葉系幹細胞に合わせて、適宜選択することができる。例えば、骨髄間葉系幹細胞の場合、MEM培地、α−MEM培地、又はDMEM培地等を用いることができる。また、前記の培地には、抗生物質等を添加してもよい。
[5] Osteoblast production method and osteoblast (culture process)
The medium in the osteoblast production method of the present invention is a mesenchymal stem cell to be used, for example, bone marrow mesenchymal stem cell, adipose tissue-derived mesenchymal stem cell, synovial tissue-derived mesenchymal stem cell, dental pulp-derived mesenchymal stem cell, tooth Embryonic-derived mesenchymal stem cells, auricular perichondrium-derived mesenchymal stem cells, peripheral blood-derived mesenchymal stem cells, umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells, ligament-derived mesenchymal stem cells, tendon-derived mesenchymal stem cells, ES cells A mesenchymal stem cell or an iPS cell-derived mesenchymal stem cell can be appropriately selected. For example, in the case of bone marrow mesenchymal stem cells, MEM medium, α-MEM medium, DMEM medium, or the like can be used. Moreover, you may add antibiotics etc. to the said culture medium.

培養時間は、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化誘導が起きる限りにおいて、限定されないが、1日〜30日であり、好ましくは1日〜14日であり、より好ましくは3日〜10日である。
培養温度は、間葉系幹細胞の最適な培養温度に従って、適宜決定することができるが、哺乳類の間葉系幹細胞の場合、30℃〜40℃が好ましく、35℃〜37℃がより好ましい。しかしながら、変性温度が低い魚類由来コラーゲンを用いた場合、間葉系幹細胞の培養の最適温度よりも低い温度で培養することも可能である。また、培養は、3〜10%のCO存在下で行うことが好ましく、5%CO存在下で行うことがより好ましい。
The culture time is not limited as long as differentiation induction of mesenchymal stem cells into osteoblasts occurs, but it is 1 to 30 days, preferably 1 to 14 days, more preferably 3 to 10 days. Day.
The culture temperature can be appropriately determined according to the optimal culture temperature for mesenchymal stem cells, but in the case of mammalian mesenchymal stem cells, it is preferably 30 ° C to 40 ° C, more preferably 35 ° C to 37 ° C. However, when fish-derived collagen having a low denaturation temperature is used, it can be cultured at a temperature lower than the optimum temperature for culturing mesenchymal stem cells. The culture is preferably performed in the presence of 3 to 10% CO 2, and more preferably in the presence of 5% CO 2 .

通常、間葉系幹細胞の培養は、10〜15%程度の血清の存在下で行い、骨芽細胞を製造する。本発明の骨芽細胞製造方法においても、10〜15%程度の血清の存在下で骨芽細胞を製造することが可能であるが、低濃度の血清の存在下、又は血清の非存在下でも骨芽細胞の製造を行うことが可能である。間葉系幹細胞から骨芽細胞を製造する場合の、血清中の様々な因子の影響を排除するためには、低濃度の血清の存在下で製造するのが好ましい。例えば、10%以下の血清存在下が好ましく、5%以下の血清存在下がより好ましく、3%以下の血清存在下が更に好ましく、血清非存在下が最も好ましい。
骨芽細胞の製造において用いることのできる血清は、哺乳動物の血清であれば、特に限定されないが、ヒト、ウシ、ウマ、ヒツジ、又はヤギなどの血清を用いることができる。しかしながら、間葉系幹細胞を生体から分離した場合、その間葉系幹細胞を採取した個体の血清を用いることが最も好ましい。その個体自体の血清を用いることにより、ウシなどの血清に含まれる可能性のある人畜共通感染症の病原体との接触を防ぐことが可能である。
Usually, mesenchymal stem cells are cultured in the presence of about 10 to 15% serum to produce osteoblasts. In the osteoblast production method of the present invention, it is possible to produce osteoblasts in the presence of about 10 to 15% serum, but even in the presence of a low concentration of serum or in the absence of serum. It is possible to produce osteoblasts. In order to eliminate the influence of various factors in serum when producing osteoblasts from mesenchymal stem cells, it is preferable to produce them in the presence of a low concentration of serum. For example, the presence of 10% or less of serum is preferable, the presence of 5% or less of serum is more preferable, the presence of 3% or less of serum is more preferable, and the absence of serum is most preferable.
The serum that can be used in the production of osteoblasts is not particularly limited as long as it is mammalian serum, but serum from humans, cows, horses, sheep, goats, and the like can be used. However, when the mesenchymal stem cells are separated from the living body, it is most preferable to use the serum of the individual from which the mesenchymal stem cells are collected. By using the serum of the individual itself, it is possible to prevent contact with pathogens of zoonotic diseases that may be contained in the serum of cattle and the like.

(骨芽細胞分化誘導因子)
本発明の骨芽細胞製造方法において、培養用の培地に骨芽細胞分化誘導因子を含むことができる。骨芽細胞分化誘導因子は、培養の開始から添加してもよく、培養の途中で添加してもよい。
骨芽細胞分化誘導因子は、間葉系幹細胞を骨芽細胞に分化誘導できる限り、限定されるものではないが、例えば、デキサメタゾン、FK−506又はシクロスポリン等の免疫抑制剤、BMP2、BMP4、BMP5、BMP6、BMP7又はBMP9等の骨形成タンパク質(BMP:Bone Morphogenic Proteins)、TGFβ等の骨形成液性因子を挙げることができる。これらの骨芽細胞分化誘導因子から選択される1種又は2種以上を、培地に添加することにより、骨芽細胞分化誘導因子接触工程を行うことができる。
骨芽細胞分化誘導因子の濃度は、用いる骨芽細胞分化誘導因子の種類に応じて、適宜決めることができる。例えば、デキサメタゾンを用いる場合、1〜100nMの濃度で用いることができ、特には10nMが好ましい。
(Osteoblast differentiation factor)
In the osteoblast production method of the present invention, an osteoblast differentiation inducing factor can be included in the culture medium. The osteoblast differentiation inducing factor may be added from the start of the culture or may be added during the culture.
The osteoblast differentiation-inducing factor is not limited as long as it can induce differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts. For example, an immunosuppressant such as dexamethasone, FK-506 or cyclosporine, BMP2, BMP4, BMP5 , BMP6, BMP7, BMP9 and other bone morphogenetic proteins (BMP: Bone Morphogenic Proteins) and TGFβ and other osteogenic fluid factors. By adding one or more selected from these osteoblast differentiation inducing factors to the medium, the osteoblast differentiation inducing factor contact step can be performed.
The concentration of the osteoblast differentiation inducing factor can be appropriately determined according to the type of osteoblast differentiation inducing factor used. For example, when dexamethasone is used, it can be used at a concentration of 1 to 100 nM, and 10 nM is particularly preferable.

(骨芽細胞)
本発明の骨芽細胞は、本発明の製造方法により得ることのできる骨芽細胞であり、骨組織において骨形成を行うことができる。前記骨芽細胞は、間葉系幹細胞から、骨芽前駆細胞に分化し、更に骨芽細胞へと分化されたものである。また、骨芽細胞の細胞質は好塩基性を示し、アルカリホスファターゼ活性を有している。更に、本発明の骨芽細胞は、アンドロゲンとエストロゲンのレセプターを持っていてもよい。アンドロゲンは骨芽細胞の活動性を低下させ、エストロゲンは骨芽細胞を刺激するものである。
(Osteoblast)
The osteoblast of the present invention is an osteoblast that can be obtained by the production method of the present invention, and can perform bone formation in bone tissue. The osteoblasts are differentiated from mesenchymal stem cells into osteoprogenitor cells and further differentiated into osteoblasts. The cytoplasm of osteoblasts is basophil and has alkaline phosphatase activity. Furthermore, the osteoblasts of the present invention may have androgen and estrogen receptors. Androgens reduce osteoblast activity and estrogens stimulate osteoblasts.

《作用》
本発明のトランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲンが、骨芽細胞を分化誘導できる機構は、詳細には解明されていないが、以下のように考えることができる。しかしながら、本発明は、以下の説明によって限定されるものではない。
本発明に用いる魚類由来コラーゲンは配向性が優れているが、トランスグルタミナーゼ処理によって、更に配向性がよくなりその構造が長期間保持されるのではないかと考えられる。また、魚類由来コラーゲンはフレキシビリティーが優れており、トランスグルタミナーゼ処理によってフレキシビリティーが改善される、または長期間保持されるものと考えられる。
<Action>
The mechanism by which the fish-derived collagen treated with the transglutaminase of the present invention can induce osteoblast differentiation has not been elucidated in detail, but can be considered as follows. However, the present invention is not limited by the following description.
The fish-derived collagen used in the present invention is excellent in orientation, but it is considered that the orientation is further improved by the transglutaminase treatment and the structure is maintained for a long time. In addition, fish-derived collagen is excellent in flexibility, and it is considered that the flexibility is improved by the treatment with transglutaminase or is maintained for a long time.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention.

《実施例1》
本実施例では、テラピア鱗コラーゲンをトランスグルタミナーゼで酵素処理しながら、細胞培養用プレートに被覆し、細胞培養基材を作製した。
(A)細胞培養基材の作製
テラピア鱗コラーゲン(セルキャンパス(登録商標)AQ−03A;多木化学)を、pH3の0.01M塩酸溶液を用いて0.3重量%に希釈した。このテラピア鱗コラーゲン溶液に、放線菌(streptoverticillium)由来のトランスグルタミナーゼ(100U/g:アクティバ(登録商標)−GS;味の素)を5U/mLになるように混合した。トランスグルタミナーゼを添加したテラピア鱗コラーゲン溶液を、組織培養用ポリスチレン6ウエルプレートに、1mL分注した。室温で2時間放置した後、PBSで洗浄し、細胞培養基材を得た。
Example 1
In this example, tilapia scale collagen was coated on a cell culture plate while being enzymatically treated with transglutaminase to prepare a cell culture substrate.
(A) Preparation of Cell Culture Substrate Tapia scale collagen (Cell Campus (registered trademark) AQ-03A; Taki Chemical) was diluted to 0.3% by weight with a 0.01M hydrochloric acid solution at pH 3. To this tilapia scale collagen solution, a transglutaminase derived from streptoverticillium (100 U / g: Activa (registered trademark) -GS; Ajinomoto) was mixed at 5 U / mL. 1 mL of the tilapia scale collagen solution to which transglutaminase was added was dispensed into a polystyrene 6-well plate for tissue culture. After leaving it at room temperature for 2 hours, it was washed with PBS to obtain a cell culture substrate.

(B)ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の培養
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC;Lonza)を1.0×10cells/ウエルで、前記細胞培養プレートに播種した。培地は、10%FBS添加D−MEMを用い、37℃、5%CO雰囲気下で、24時間培養を行った。
(B) Culture of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC; Lonza) were seeded on the cell culture plate at 1.0 × 10 4 cells / well. As the medium, 10% FBS-added D-MEM was used and cultured at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere for 24 hours.

(C)アルカリホスファターゼ(ALP)活性の測定
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化を確認するため、アルカリホスファターゼを測定した。培養細胞をPBSで洗浄し、細胞懸濁まで−80℃で保存した。細胞をLysis buffer(100 mM Tris-HCl(pH 7.5)、5 mM塩化マグネシウム、及び0.2% TritonX-100)に懸濁し、そして超音波破砕した。6000gで10分間遠心分離し、上清を回収した。アルカリホスファターゼ活性は、測定キット(LabAssay ALP:和光純薬)を用い、メーカーの指示書に従って測定した。吸光度は450nmを用いた。結果を図1にT&ECとして、示す。
(C) Measurement of alkaline phosphatase (ALP) activity In order to confirm the differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells into osteoblasts, alkaline phosphatase was measured. The cultured cells were washed with PBS and stored at −80 ° C. until cell suspension. The cells were suspended in Lysis buffer (100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 5 mM magnesium chloride, and 0.2% Triton X-100) and sonicated. The supernatant was collected by centrifugation at 6000 g for 10 minutes. Alkaline phosphatase activity was measured using a measurement kit (LabAssay ALP: Wako Pure Chemical Industries) according to the manufacturer's instructions. Absorbance was 450 nm. The results are shown as T & EC in FIG.

《比較例1》
本比較例では、トランスグルタミナーゼで酵素処理されていないテラピア鱗コラーゲンを細胞培養用プレートに被覆し、細胞培養基材を作製した。
トランスグルタミナーゼを使用しなかったことを除いては、実施例1の操作を繰り返した。結果を図1にTCとして、示す。
<< Comparative Example 1 >>
In this comparative example, tilapia scale collagen that was not enzyme-treated with transglutaminase was coated on a cell culture plate to produce a cell culture substrate.
The procedure of Example 1 was repeated except that no transglutaminase was used. The results are shown as TC in FIG.

《比較例2》
本比較例では、ブタコラーゲンを用い、トランスグルタミナーゼで酵素処理しながら、細胞培養用プレートに被覆し、細胞培養基材を作製した。
テラピア鱗コラーゲンに代えて、ブタコラーゲン(Cellmatrix Type I-C:新田ゼラチン)を用いたことを除いては、実施例1の操作を繰り返した。結果を図1にP&ECとして、示す。
<< Comparative Example 2 >>
In this comparative example, porcine collagen was used to coat a cell culture plate while performing enzyme treatment with transglutaminase to produce a cell culture substrate.
The procedure of Example 1 was repeated except that porcine collagen (Cellmatrix Type IC: Nitta Gelatin) was used instead of tilapia scale collagen. The results are shown as P & EC in FIG.

《比較例3》
本比較例では、トランスグルタミナーゼで酵素処理されていないブタコラーゲンを細胞培養用プレートに被覆し、細胞培養基材を作製した。
トランスグルタミナーゼを使用しなかったことを除いては、比較例1の操作を繰り返した。結果を図1にPCとして示す。
<< Comparative Example 3 >>
In this comparative example, porcine collagen that was not enzyme-treated with transglutaminase was coated on a cell culture plate to produce a cell culture substrate.
The operation of Comparative Example 1 was repeated except that no transglutaminase was used. The results are shown as PC in FIG.

《比較例4》
本比較例では、コラーゲンの被覆されていない細胞培養用プレートを用いて、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞を培養し、アルカリホスファターゼ活性を測定した。
コラーゲンの被覆された細胞培養基材に代えて、コラーゲンの被覆されていない細胞培養用プレートを用いたことを除いては、実施例1の(B)及び(C)の操作を繰り返した。結果を図1にTCPSとして示す。
<< Comparative Example 4 >>
In this comparative example, human bone marrow-derived mesenchymal stem cells were cultured using a cell culture plate not coated with collagen, and alkaline phosphatase activity was measured.
The procedures of (B) and (C) of Example 1 were repeated except that a cell culture plate not coated with collagen was used instead of the cell culture substrate coated with collagen. The result is shown as TCPS in FIG.

図1に示したように、コラーゲンの被覆されていない細胞培養用プレート(比較例4:TCPS)、ブタコラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(比較例3;PC)、及びトランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(比較例2;P&EC)では、アルカリホスファターゼ活性が低かった。しかしながら、テラピア鱗コラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(比較例1;TC)では、ALP活性が上昇し、更にトランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲンの被覆された細胞培養用プレート(実施例1:T&EC)では、顕著なALP活性の上昇が認められた。   As shown in FIG. 1, a cell culture plate not coated with collagen (Comparative Example 4: TCPS), a cell culture plate coated with porcine collagen (Comparative Example 3; PC), and enzyme treatment with transglutaminase The cultured porcine collagen-coated cell culture plate (Comparative Example 2; P & EC) had low alkaline phosphatase activity. However, in the cell culture plate coated with tilapia scale collagen (Comparative Example 1; TC), the ALP activity increased, and the cell culture plate coated with tilapia scale collagen treated with transglutaminase (Example) 1: T & EC), a marked increase in ALP activity was observed.

《実施例2》
本実施例では、テラピア鱗コラーゲンを用いたコラーゲン多孔体を製造し、そのコラーゲン多孔体をトランスグルタミナーゼで酵素処理することによって、細胞培養基材を作製した。また、架橋度をTNBS法により測定することによって、トランスグルタミナーゼの、添加量の検討を行った。
(A)細胞培養基材の作製
0.3重量%のテラピア鱗コラーゲン(セルキャンパス(登録商標)AQ−03A;多木化学)溶液を、48時間凍結乾燥した。凍結乾燥されたコラーゲン多孔体を0.01M酢酸(pH3)3mLに添加し、4℃で24時間混合することによって1重量%テラピア鱗コラーゲン溶液を得た。テラピア鱗コラーゲン溶液を、24ウエル細胞培養プレートに分注し、凍結乾燥することによってテラピア鱗コラーゲンスポンジを得た。得られたテラピア鱗コラーゲン多孔体は10%塩化ナトリウムを含むPBSに浸漬し、陰圧にすることにより、細孔に含まれる空気を除いた。テラピア鱗コラーゲン多孔体を、1U/mL、3U/mL、5U/mL、又は7U/mLの放線菌(streptoverticillium)由来のトランスグルタミナーゼ(100U/g:アクティバ(登録商標)−GS;味の素)を含む10%塩化ナトリウム含有PBSに浸漬し、30℃で12時間、放置した。処理終了後、テラピア鱗コラーゲン多孔体はPBSで3回洗浄し、多孔体の細胞培養基材を得た。
Example 2
In this example, a collagen porous body using tilapia scale collagen was produced, and the collagen porous body was treated with transglutaminase to prepare a cell culture substrate. Further, the amount of transglutaminase added was examined by measuring the degree of crosslinking by the TNBS method.
(A) Preparation of Cell Culture Substrate A 0.3% by weight tilapia scale collagen (Cell Campus (registered trademark) AQ-03A; Taki Chemical) solution was lyophilized for 48 hours. The lyophilized collagen porous body was added to 3 mL of 0.01 M acetic acid (pH 3) and mixed at 4 ° C. for 24 hours to obtain a 1 wt% tilapia scale collagen solution. The tilapia scale collagen solution was dispensed into a 24-well cell culture plate and freeze-dried to obtain a tilapia scale collagen sponge. The obtained tilapia scale collagen porous body was immersed in PBS containing 10% sodium chloride and subjected to negative pressure to remove air contained in the pores. The tilapia scale collagen porous body contains 1 U / mL, 3 U / mL, 5 U / mL, or 7 U / mL of transglutaminase derived from streptoverticillium (100 U / g: Activa (registered trademark) -GS; Ajinomoto) It was immersed in PBS containing 10% sodium chloride and left at 30 ° C. for 12 hours. After the treatment, the tilapia-scale collagen porous body was washed with PBS three times to obtain a porous cell culture substrate.

(B)架橋度の測定
遊離のアミノ基の数を、トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)吸収によって定量した。凍結乾燥したコラーゲンスポンジの質量を測定し、1.5mLのチューブに入れた。200μLの4%NaHCO及び200μLのTNBS(シグマ)をそれぞれのチューブに添加し、37℃で3時間、暗所に放置した。その後、1mLの6MHClをそれぞれのチューブに加え、90℃で20分間インキュベートすることにより、加水分解し、完全に溶解させた。吸光度は、345nmで測定した。
(B) Measurement of the degree of crosslinking The number of free amino groups was quantified by trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS) absorption. The mass of the lyophilized collagen sponge was measured and placed in a 1.5 mL tube. 200 μL of 4% NaHCO 3 and 200 μL of TNBS (Sigma) were added to each tube and left in the dark at 37 ° C. for 3 hours. Thereafter, 1 mL of 6M HCl was added to each tube and incubated at 90 ° C. for 20 minutes to hydrolyze and dissolve completely. Absorbance was measured at 345 nm.

結果を図2aに示す。トランスグルタミナーゼが5U/mLで最も高い架橋度を示した。   The result is shown in FIG. Transglutaminase showed the highest degree of crosslinking at 5 U / mL.

《実施例3》
本実施例では、実施例2と同様に、トランスグルタミナーゼで酵素処理したテラピア鱗コラーゲン多孔体を製造し、酵素処理の温度の検討を行った。
トランスグルタミナーゼの濃度を5U/mLとし、酵素処理の温度を30℃、40℃、又は50℃としたことを除いては、実施例2の操作を繰り返した。
結果を図2bに示す。反応温度が50℃で最も高い架橋度を示した。
Example 3
In this example, in the same manner as in Example 2, a tilapia scale collagen porous material that was enzyme-treated with transglutaminase was produced, and the temperature of the enzyme treatment was examined.
The procedure of Example 2 was repeated except that the transglutaminase concentration was 5 U / mL and the enzyme treatment temperature was 30 ° C., 40 ° C., or 50 ° C.
The result is shown in FIG. The highest crosslinking degree was exhibited at a reaction temperature of 50 ° C.

《実施例4》
本実施例では、実施例2と同様に、トランスグルタミナーゼで酵素処理したテラピア鱗コラーゲン多孔体を製造し、酵素処理の時間の検討を行った。
トランスグルタミナーゼの濃度を5U/mLとし、酵素処理の時間を4時間、8時間又は12時間としたことを除いては、実施例2の操作を繰り返した。
結果を図2cに示す。反応時間が12時間で最も高い架橋度を示した。
Example 4
In this example, as in Example 2, a tilapia scale collagen porous material that was enzyme-treated with transglutaminase was produced, and the time for enzyme treatment was examined.
The procedure of Example 2 was repeated except that the concentration of transglutaminase was 5 U / mL and the enzyme treatment time was 4 hours, 8 hours, or 12 hours.
The result is shown in FIG. The reaction time of 12 hours showed the highest degree of crosslinking.

《実施例5》
本実施例では、トランスグルタミナーゼで酵素処理したテラピア鱗コラーゲン多孔体、及びトランスグルタミナーゼで酵素処理を行っていないテラピア鱗コラーゲン多孔体の電顕像を比較した。
5U/mLトランスグルタミナーゼを用い、実施例2(A)の操作を繰り返し、トランスグルタミナーゼで酵素処理したテラピア鱗コラーゲン多孔体を得た。また、酵素処理を行わないことを除いては、実施例2(A)の操作を繰り返し、トランスグルタミナーゼで酵素処理を行っていないテラピア鱗コラーゲン多孔体を得た。
得られたコラーゲン多孔体を、電子顕微鏡で観察した。結果を図3a(非酵素処理)、及び図3b(酵素処理)に示す。コラーゲン壁の変形又は細孔の閉塞は観察されなかった。
Example 5
In the present Example, the electron micrograph of the tilapia scale collagen porous body which was enzyme-treated with transglutaminase and the tilapia scale collagen porous body which was not enzyme-treated with transglutaminase were compared.
Using 5 U / mL transglutaminase, the operation of Example 2 (A) was repeated to obtain a tilapia scale collagen porous body treated with transglutaminase. Moreover, except not performing enzyme treatment, operation of Example 2 (A) was repeated and the tilapia scale collagen porous body which has not performed enzyme treatment with transglutaminase was obtained.
The obtained collagen porous body was observed with an electron microscope. The results are shown in FIG. 3a (non-enzymatic treatment) and FIG. 3b (enzymatic treatment). No deformation of the collagen wall or blockage of the pores was observed.

《比較例4》
本実施例では、トランスグルタミナーゼで酵素処理したブタコラーゲン多孔体、及びトランスグルタミナーゼで酵素処理を行っていないブタコラーゲン多孔体の電顕像を比較した。
5U/mLトランスグルタミナーゼを用いたこと、及びテラピア鱗コラーゲンに代えてブタコラーゲン(Cellmatrix Type I-C:新田ゼラチン)を用いたことを除いては、実施例2(A)の操作を繰り返し、トランスグルタミナーゼで酵素処理したブタコラーゲン多孔体を得た。また、同様に酵素処理を行わないことを除いて、実施例2(A)の操作を繰り返し、トランスグルタミナーゼで酵素処理を行っていないブタコラーゲン多孔体を得た。
得られたコラーゲン多孔体を、電子顕微鏡で観察した。結果を図3c(非酵素処理)、及び図3d(酵素処理)に示す。コラーゲン壁の変形又は細孔の閉塞は観察されなかった。
<< Comparative Example 4 >>
In this example, a comparison was made between electron microscopic images of porcine collagen porous bodies treated with transglutaminase and porcine collagen porous bodies not treated with transglutaminase.
Transglutaminase was repeated except that 5 U / mL transglutaminase was used and porcine collagen (Cellmatrix Type IC: Nitta Gelatin) was used instead of tilapia scale collagen. Porcine collagen porous material treated with enzyme was obtained. Similarly, except that the enzyme treatment was not performed, the procedure of Example 2 (A) was repeated to obtain a porcine collagen porous body that was not enzyme-treated with transglutaminase.
The obtained collagen porous body was observed with an electron microscope. The results are shown in FIG. 3c (non-enzyme treatment) and FIG. 3d (enzyme treatment). No deformation of the collagen wall or blockage of the pores was observed.

《実施例6》
本実施例、及び比較例5〜7では、トランスグルタミナーゼで酵素処理した細胞培養基材と、グルタルアルデヒドによる化学架橋された細胞培養基材との骨芽細胞の分化誘導能を比較した。本実施例では、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材を作製した。
5U/mLトランスグルタミナーゼを用いたことを除いては、実施例2(A)の操作を繰り返し細胞培養基材(テラピア鱗コラーゲン多孔体)を得た。
Example 6
In this example and Comparative Examples 5-7, the differentiation induction ability of osteoblasts was compared between a cell culture substrate treated with transglutaminase and a cell culture substrate chemically cross-linked with glutaraldehyde. In this example, a cell culture substrate of a tilapia scale collagen porous body that was enzymatically treated with transglutaminase was prepared.
Except for using 5 U / mL transglutaminase, the operation of Example 2 (A) was repeated to obtain a cell culture substrate (tilapia scale collagen porous body).

(B)ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の培養
得られたテラピア鱗コラーゲン多孔体は、70%エタノールで20分間滅菌し、滅菌PBSで5回洗浄した。ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC;Lonza)を、多孔体の細胞培養基材あたり、1.0×10cellsで播種した。培地は、10%FBS、及び1%抗生物質−抗真菌剤の添加されたD−MEMを用い、37℃、5%CO雰囲気下で、24時間培養した。
(B) Culture of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells The obtained tilapia scale collagen porous body was sterilized with 70% ethanol for 20 minutes and washed 5 times with sterile PBS. Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC; Lonza) were seeded at 1.0 × 10 4 cells per porous cell culture substrate. The medium was cultured for 24 hours at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere using D-MEM supplemented with 10% FBS and 1% antibiotic-antifungal agent.

(C)アルカリホスファターゼ(ALP)活性の測定
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化を確認するため、アルカリホスファターゼを測定した。培養細胞をPBSで洗浄し、培養細胞と細胞培養基材(多孔体)を回収した。回収した細胞及び細胞培養基材をLysis buffer(100 mM Tris-HCl(pH 7.5)、5 mM塩化マグネシウム、及び0.2% TritonX-100)に添加し、ボールミルで破砕した。6000gで20分間遠心分離し、上清を回収した。アルカリホスファターゼ活性は、測定キット(LabAssay ALP:和光純薬)を用い、メーカーの指示書に従って測定した。吸光度は450nmを用いた。
結果を図4にE−Tとして示す。
(C) Measurement of alkaline phosphatase (ALP) activity In order to confirm the differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells into osteoblasts, alkaline phosphatase was measured. The cultured cells were washed with PBS, and the cultured cells and the cell culture substrate (porous body) were collected. The collected cells and cell culture substrate were added to Lysis buffer (100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 5 mM magnesium chloride, and 0.2% Triton X-100), and crushed with a ball mill. The supernatant was collected by centrifugation at 6000 g for 20 minutes. Alkaline phosphatase activity was measured using a measurement kit (LabAssay ALP: Wako Pure Chemical Industries) according to the manufacturer's instructions. Absorbance was 450 nm.
The results are shown as ET in FIG.

《比較例5》
本比較例では、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲン多孔体の細胞培養基材を作製した。
テラピア鱗コラーゲンに代えて、ブタコラーゲン(Cellmatrix Type I-C:新田ゼラチン)を用いたことを除いては、実施例6の操作を繰り返した。結果を図4にE−Pとして示す。
<< Comparative Example 5 >>
In this comparative example, a cell culture substrate of porcine collagen porous material treated with transglutaminase was produced.
The procedure of Example 6 was repeated except that porcine collagen (Cellmatrix Type IC: Nitta Gelatin) was used instead of tilapia scale collagen. The results are shown as E-P in FIG.

《比較例6》
本比較例では、グルタルアルデヒドで架橋処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材を作製した。
(A)細胞培養基材の作製
0.3重量%のテラピア鱗コラーゲン(セルキャンパス(登録商標)AQ−03A;多木化学)溶液を、48時間凍結乾燥した。凍結乾燥されたコラーゲン多孔体を0.01M酢酸(pH3)3mLに添加し、4℃で24時間混合することによって1重量%テラピア鱗コラーゲン溶液を得た。テラピア鱗コラーゲン溶液を、24ウエル細胞培養プレートに分注し、凍結乾燥することによってテラピア鱗コラーゲン多孔体を得た。得られたテラピア鱗コラーゲン多孔体を2mLの25%グルタルアルデヒド溶液とともに、密閉した容器に入れ、37℃で1時間放置した。コラーゲン多孔体の架橋されていない未反応のサイトを0.1Mグリシンでブロックした。PBSで洗浄し、細胞培養基材とした。
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の培養、及びアルカリホスファターゼ(ALP)活性の測定は、前記実施例6(B)及び(C)の操作を繰り返した。結果を図4にGA−Tとして示す。
<< Comparative Example 6 >>
In this comparative example, a cell culture substrate of a tilapia scale collagen porous body cross-linked with glutaraldehyde was produced.
(A) Preparation of Cell Culture Substrate A 0.3% by weight tilapia scale collagen (Cell Campus (registered trademark) AQ-03A; Taki Chemical) solution was lyophilized for 48 hours. The lyophilized collagen porous body was added to 3 mL of 0.01 M acetic acid (pH 3) and mixed at 4 ° C. for 24 hours to obtain a 1 wt% tilapia scale collagen solution. The tilapia scale collagen solution was dispensed into a 24-well cell culture plate and freeze-dried to obtain a tilapia scale collagen porous body. The resulting tilapia scale collagen porous body was placed in a sealed container together with 2 mL of 25% glutaraldehyde solution and allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. Unreacted unreacted sites in the collagen porous body were blocked with 0.1 M glycine. The cell culture substrate was washed with PBS.
For the culture of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells and the measurement of alkaline phosphatase (ALP) activity, the procedures of Example 6 (B) and (C) were repeated. The results are shown as GA-T in FIG.

《比較例7》
本比較例では、グルタルアルデヒドで架橋処理されたブタコラーゲン多孔体の細胞培養基材を作製した。
テラピア鱗コラーゲンに代えて、ブタコラーゲン(Cellmatrix Type I-C:新田ゼラチン)を用いたことを除いては、比較例6の操作を繰り返した。結果を図4にGA−Pとして示す。
<< Comparative Example 7 >>
In this comparative example, a cell culture substrate of a porcine collagen porous body cross-linked with glutaraldehyde was produced.
The procedure of Comparative Example 6 was repeated except that porcine collagen (Cellmatrix Type IC: Nitta Gelatin) was used instead of tilapia scale collagen. The results are shown as GA-P in FIG.

図4に示すように、グルタルアルデヒドで架橋した細胞培養基材(比較例6:GA−T及び比較例7:GA−P)では、ALP活性の上昇は見られなかった。また、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲン多孔体(比較例5:E−P)でもALP活性の上昇は見られなかった。しかしながら、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材(実施例6:E−T)で培養した細胞は、高いALP活性を示し、骨芽細胞への分化が確認された。   As shown in FIG. 4, the cell culture substrate (Comparative Example 6: GA-T and Comparative Example 7: GA-P) crosslinked with glutaraldehyde did not show an increase in ALP activity. Also, no increase in ALP activity was observed in porcine collagen porous material (Comparative Example 5: E-P) treated with transglutaminase. However, cells cultured on a cell culture substrate of tilapia scale collagen porous body treated with enzyme with transglutaminase (Example 6: ET) showed high ALP activity, and differentiation into osteoblasts was confirmed. .

《実施例7》
本実施例では、テラピア鱗コラーゲン多孔体を用いて培養した培養細胞のオステオカルシン(osteocalcin)の発現を検討した。オステオカルシンは、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化における後期のステージで発現するタンパク質である。
5U/mLトランスグルタミナーゼを用いて、実施例2(A)の操作を繰り返して、テラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材を得た。
Example 7
In this example, the expression of osteocalcin in cultured cells cultured using a tilapia scale collagen porous body was examined. Osteocalcin is a protein expressed at a late stage in the differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells into osteoblasts.
Using 5 U / mL transglutaminase, the operation of Example 2 (A) was repeated to obtain a cell culture substrate of tilapia scale collagen porous body.

(B)ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の培養
得られたテラピア鱗コラーゲン多孔体は、70%エタノールで20分間滅菌し、滅菌PBSで5回洗浄した。ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC;Lonza)を、多孔体の細胞培養基材あたり、1.0×10cellsで播種した。培地は、10%FBS、及び1%抗生物質−抗真菌剤の添加されたD−MEMを用い、37℃、5%CO雰囲気下で、24時間培養した。その後、培地を3%FBS含有D−MEM培地(10nMデキサメサゾン(シグマ)、50μg/mLリン酸Lアスコルビン酸マグネシウム(和光純薬)、及び10mMβ−グリセロリン酸(シグマ)添加)に交換して、7日間又は28日間、37℃、5%CO雰囲気下で培養した。培地は、1週間に3回交換した。
(B) Culture of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells The obtained tilapia scale collagen porous body was sterilized with 70% ethanol for 20 minutes and washed 5 times with sterile PBS. Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC; Lonza) were seeded at 1.0 × 10 4 cells per porous cell culture substrate. The medium was cultured for 24 hours at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere using D-MEM supplemented with 10% FBS and 1% antibiotic-antifungal agent. Thereafter, the medium was replaced with D-MEM medium containing 3% FBS (added with 10 nM dexamethasone (Sigma), 50 μg / mL magnesium phosphate ascorbate (Wako Pure Chemical Industries), and 10 mM β-glycerophosphate (Sigma)). The cells were cultured for 1 day or 28 days at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere. The medium was changed three times a week.

(C)オステオカルシンの測定
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化を確認するため、オステオカルシンを測定した。培養細胞は穏やかにPBSで洗浄し、0.2%Triton X−100を含むPBSに入れた。細胞及び細胞培養基材は、ボールミルで破砕した。破砕物の一部をDNA量を測定するために回収し、残りを等量の20容量%ギ酸に混合し、4℃で2日以上、インキュベートした。14000rpmで、4℃、20分間遠心分離した。上清に含まれているカルシウムをNAP−5カラム(GEヘルスケア)で除去し、タンパク画分を10%ギ酸で溶出させた。バッファーを、Vivaspin(5,000MWCO)を用いて、TEバッファーに交換した。オステオカルシンのELISAキット(Human Gla-Osteocalcin High Sensitive EIA (宝酒造))を用いてメーカーの説明書に従って、オステオカルシンを測定した。結果を図5に、E−T/1w及びE−T/3wとして示す。
(C) Measurement of osteocalcin Osteocalcin was measured in order to confirm the differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells into osteoblasts. Cultured cells were gently washed with PBS and placed in PBS containing 0.2% Triton X-100. The cells and cell culture substrate were crushed with a ball mill. A portion of the disrupted material was collected to measure the amount of DNA, and the remainder was mixed with an equal amount of 20% by volume formic acid and incubated at 4 ° C. for 2 days or longer. Centrifugation was performed at 14,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C. Calcium contained in the supernatant was removed with a NAP-5 column (GE Healthcare), and the protein fraction was eluted with 10% formic acid. The buffer was exchanged for TE buffer using Vivaspin (5,000 MWCO). Osteocalcin was measured using an osteocalcin ELISA kit (Human Gla-Osteocalcin High Sensitive EIA (Takara Shuzo)) according to the manufacturer's instructions. The results are shown in FIG. 5 as ET / 1w and ET / 3w.

《比較例8》
本比較例では、ブタコラーゲン多孔体を用いて培養した培養細胞のオステオカルシン(osteocalcin)の発現を検討した。
テラピア鱗コラーゲンに代えて、ブタコラーゲン(Cellmatrix Type I-C:新田ゼラチン)を用いたことを除いては、実施例7の操作を繰り返した。結果を図5にE−P/1w及びE−P/3wとして示す。
<< Comparative Example 8 >>
In this comparative example, the expression of osteocalcin in cultured cells cultured with porcine collagen was examined.
The procedure of Example 7 was repeated except that porcine collagen (Cellmatrix Type IC: Nitta Gelatin) was used instead of tilapia scale collagen. The results are shown in FIG. 5 as EP / 1w and EP / 3w.

図5に示すように、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたテラピア鱗コラーゲン多孔体の細胞培養基材(実施例7:E−T/1w及びE−T/3w)で培養した細胞は、トランスグルタミナーゼで酵素処理されたブタコラーゲン多孔体(比較例8:E−P/1w及びE−P/3w)と比較して、高いオステオカルシンの発現を示した。特に、培養の3週間後に高い発現を示し、骨芽細胞の分化誘導の後期のステージであることが分かった。   As shown in FIG. 5, cells cultured on a cell culture substrate (Example 7: ET / 1w and ET / 3w) of a tilapia scale collagen porous material treated with transglutaminase were treated with transglutaminase. Compared with the porcine collagen porous body treated with the enzyme (Comparative Example 8: EP / 1w and EP / 3w), high expression of osteocalcin was shown. In particular, it showed high expression after 3 weeks of culture, and was found to be a late stage of osteoblast differentiation induction.

本発明のトランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲン、それを用いた細胞培養基材は、間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化誘導に用いることができる。また、本発明の骨芽細胞製造方法を用いて、間葉系幹細胞から骨芽細胞を製造することができ、骨疾患の治療に有効に用いることができる。特に骨芽細胞への分化誘導を長期間維持することが可能であり、有効な治療方法を提供することができる。また、本発明によれば、骨芽細胞分化誘導キット及び骨芽細胞製造装置を製造することができる。   The fish-derived collagen treated with the transglutaminase of the present invention and the cell culture substrate using the same can be used for inducing differentiation of mesenchymal stem cells into osteoblasts. In addition, osteoblasts can be produced from mesenchymal stem cells using the osteoblast production method of the present invention, and can be effectively used for the treatment of bone diseases. In particular, differentiation induction into osteoblasts can be maintained for a long period of time, and an effective treatment method can be provided. Moreover, according to this invention, an osteoblast differentiation induction kit and an osteoblast production apparatus can be manufactured.

Claims (10)

トランスグルタミナーゼによる酵素処理をされた魚類由来コラーゲン。   Fish-derived collagen that has been enzymatically treated with transglutaminase. 前記コラーゲンが、I型コラーゲン、II型コラーゲン、III型コラーゲン、IV型コラーゲン、V型コラーゲン、VI型コラーゲン、VII型コラーゲン、VIII型コラーゲン、及びその混合物からなる群から選択されるコラーゲンである、請求項1に記載の魚類由来コラーゲン。   The collagen is collagen selected from the group consisting of type I collagen, type II collagen, type III collagen, type IV collagen, type V collagen, type VI collagen, type VII collagen, type VIII collagen, and mixtures thereof. The fish-derived collagen according to claim 1. 前記コラーゲンが魚麟由来I型コラーゲンである、請求項1又は2に記載の魚類由来コラーゲン。   The fish-derived collagen according to claim 1 or 2, wherein the collagen is fish carp-derived type I collagen. 前記魚類が、テラピア、ゴンズイ、ラベオ・ロヒータ、カトラ、コイ、雷魚、ピラルク、タイ、ヒラメ、サメ、チョウザメ、及びサケからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の魚類由来コラーゲン。   4. The fish according to any one of claims 1 to 3, wherein the fish is selected from the group consisting of tilapia, gonzui, rabeo rojita, katra, carp, thunderfish, pirark, thailand, flounder, shark, sturgeon, and salmon. Fish-derived collagen. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材。   The cell culture substratum containing the fish origin collagen as described in any one of Claims 1-4. 間葉系幹細胞の培養用である、請求項5に記載の細胞培養基材。   The cell culture substrate according to claim 5, which is used for culturing mesenchymal stem cells. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の魚類由来コラーゲン、及び/又は請求項5又は6に記載の細胞培養基材を含む細胞培養キット。   A cell culture kit comprising the fish-derived collagen according to any one of claims 1 to 4 and / or the cell culture substrate according to claim 5 or 6. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材と、間葉系幹細胞とを接触させる工程を含む、骨芽細胞分化誘導方法。   The osteoblast differentiation induction method including the process of contacting the cell culture substratum containing the fish origin collagen as described in any one of Claims 1-4, and a mesenchymal stem cell. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の魚類由来コラーゲンを含む細胞培養基材と、間葉系幹細胞とを接触させる工程を含む、骨芽細胞製造方法。   An osteoblast production method comprising a step of contacting a cell culture substrate containing the fish-derived collagen according to any one of claims 1 to 4 with a mesenchymal stem cell. 請求項9に記載の骨芽細胞製造方法により得られる骨芽細胞。   An osteoblast obtained by the osteoblast production method according to claim 9.
JP2013178646A 2013-08-29 2013-08-29 Cell culture substrate, method for differentiation-inducing of osteoblasts using the same and method for producing osteoblasts Pending JP2015047076A (en)

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