JP2016135102A - Combinational use of mechanical manipulation and programin to generate pluripotent stem cells from somatic cells - Google Patents

Combinational use of mechanical manipulation and programin to generate pluripotent stem cells from somatic cells Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide methods and compositions for inducing pluripotency in differentiated mammalian cells.SOLUTION: The present invention relates to a method for producing a pluripotent stem cell (iPS cell) from differentiated cells, the method comprising: (a) culturing the differentiated cells in a vessel; (b) mechanically agitating the differentiated cells to form a cellular aggregate; (c) exposing the cellular aggregate to an effective amount of a compound having any one of compositions of compounds derived from programin which is a derivative of pyrimidine or purine; (d) detecting the expression level of Oct4, Sox2 or Nanog in the cells of the aggregate; (e) determining that any cell is a pluripotent stem cell if the expression level of Oct4, Sox2 or Nanog in the cell of the aggregate is higher than the corresponding expression level in a differentiated cell; and (f) isolating the pluripotent stem cell.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、胚様体様細胞体を形成するための体細胞の機械的凝集の利用、および、体細胞をリプログラミングして多能性幹細胞(embryoid−like cell body)を産生するためのプログラミンまたはその誘導体を用いたこれらの凝集体の処理に関する。そのようなリプログラミングされた細胞は再生医療の分野で有用である。   The present invention utilizes mechanical aggregation of somatic cells to form embryoid somatic cell bodies, and programming for reprogramming somatic cells to produce embryoid-like cell bodies Or it relates to the treatment of these aggregates with derivatives thereof. Such reprogrammed cells are useful in the field of regenerative medicine.

幹細胞は、移植用の組織および臓器の深刻な不足を軽減するための解決策として大々的に公表された。今日まで、多くの種類の天然および人工的に産生された幹細胞が同定および創出されている。しかし、それらのいずれにも欠点がある。皮膚線維芽細胞等の体細胞のリプログラミングにより作製された誘導多能性幹細胞(iPSC)(Takahashi and Yamanaka, Cell, 126(4):663-76 (2006))が現在、再生医療における使用の最有力候補と考えられている。しかし、iPSC作製はまだ、異種細胞集団を生じ且つヒト多能性細胞培養における特別な専門知識を必要とする、非常に遅く(約4週間)且つ非効率的(<0.01%)なプロセスである(Takahashi et al., Cell, 131, 861-72 (2007); Yu et al., Science, 318, 1917-20 (2007))。代替的なアプローチでは、多能性遺伝子Oct4、Sox2、およびNanogを直接活性化できる小化学分子を用いる。   Stem cells have been widely published as a solution to alleviate the serious shortage of tissues and organs for transplantation. To date, many types of natural and artificially produced stem cells have been identified and created. However, all of them have drawbacks. Induced pluripotent stem cells (iPSC) (Takahashi and Yamanaka, Cell, 126 (4): 663-76 (2006)) produced by reprogramming somatic cells such as dermal fibroblasts are currently being used in regenerative medicine It is considered the most promising candidate. However, iPSC production is still a very slow (about 4 weeks) and inefficient (<0.01%) process that results in heterogeneous cell populations and requires special expertise in human pluripotent cell culture (Takahashi et al., Cell, 131, 861-72 (2007); Yu et al., Science, 318, 1917-20 (2007)). An alternative approach uses small chemical molecules that can directly activate the pluripotency genes Oct4, Sox2, and Nanog.

プログラミンはChen et al. (J. Am. Chem. Soc., 2004 126: 410-411)によって最初に合成された。これは、C2C12筋原細胞を骨細胞および脂肪細胞に分化転換するために用いられた。その後、プロテオーム比較技術を用いて、C2C12中のポリコーム遺伝子がおそらく分化転換プロセスに関与していることが示された(Shen et al., Proteomics, 2007, 7(23): 4303-4316)。更に、リバーシンで線維芽細胞を処理することにより骨格筋細胞への分化転換を誘導できることが報告された(Luigi et al., 2007, Cell Death and Differentiation, 13(12): 2042-2051; Chiara et al., 2009, Electrophoresis, 30(12): 2193-2206)。Mandal et al. (Biochip Journal, 2013, 7(3): 278-287)は、NIH3T3線維芽細胞の骨芽細胞へのリバーシン媒介分化転換のトランスクリプトームプロファイルを調べた。研究は、リバーシンがOct4、Sox2、およびNanog等の多能性遺伝子の発現を活性化することを示さなかった。   Programin was first synthesized by Chen et al. (J. Am. Chem. Soc., 2004 126: 410-411). This was used to transdifferentiate C2C12 myogenic cells into bone cells and adipocytes. Later, using the proteome comparison technique, it was shown that the polycomb gene in C2C12 was probably involved in the transdifferentiation process (Shen et al., Proteomics, 2007, 7 (23): 4303-4316). Furthermore, it has been reported that transdifferentiation to skeletal muscle cells can be induced by treating fibroblasts with reversin (Luigi et al., 2007, Cell Death and Differentiation, 13 (12): 2042-2051; Chiara et al. al., 2009, Electrophoresis, 30 (12): 2193-2206). Mandal et al. (Biochip Journal, 2013, 7 (3): 278-287) examined the transcriptome profile of reversin-mediated transdifferentiation of NIH3T3 fibroblasts into osteoblasts. Studies have not shown that reversin activates the expression of pluripotent genes such as Oct4, Sox2, and Nanog.

iPSCを作製するための小分子化合物の使用に基づく簡便且つ効率的な方法に対するニーズが存在する。本発明はこのニーズおよび他のニーズを満たす。   There is a need for a simple and efficient method based on the use of small molecule compounds to make iPSCs. The present invention fulfills this and other needs.

ある態様では、本発明は、分化細胞から多能性幹細胞を作製する方法を提供する。方法は、(a)前記分化細胞を容器の中で培養すること、(b)前記分化細胞を機械的に撹拌して細胞凝集体を形成すること、(c)前記細胞凝集体を、有効量の、下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物に曝すこと、(d)前記凝集体の細胞中におけるOct4、Sox2、またはNanogの発現レベルを検出すること、(e)前記凝集体の細胞中におけるOct4、Sox2、またはNanogの発現レベルが分化細胞中における対応する発現レベルより高い場合に、細胞が多能性幹細胞であると決定すること、および(f)前記多能性幹細胞を単離すること、を含む。いくつかの実施形態では、工程(b)および(c)は同時に実施される。別の実施形態では、工程(b)および(c)は連続して実施される。例えば、工程(c)は、工程(b)の約24〜約96時間、またはそれ以上後、例えば約24時間、約36時間、約48時間、約60時間、約72時間、約84時間、約96時間、またはそれ以上後に実施され得る。   In one aspect, the present invention provides a method for producing pluripotent stem cells from differentiated cells. The method includes: (a) culturing the differentiated cells in a container; (b) mechanically stirring the differentiated cells to form cell aggregates; and (c) an effective amount of the cell aggregates. (D) detecting an expression level of Oct4, Sox2 or Nanog in the cells of the aggregate, (e) exposure to a compound having any one of the structures represented by the following formulas II to IX: Determining that the cell is a pluripotent stem cell if the expression level of Oct4, Sox2, or Nanog in the cell of the aggregate is higher than the corresponding expression level in the differentiated cell; and (f) the multiplicity Isolating competent stem cells. In some embodiments, steps (b) and (c) are performed simultaneously. In another embodiment, steps (b) and (c) are performed sequentially. For example, step (c) may comprise about 24 to about 96 hours, or more after step (b), such as about 24 hours, about 36 hours, about 48 hours, about 60 hours, about 72 hours, about 84 hours, It can be performed after about 96 hours or more.

工程(a)の分化細胞は、対象または細胞系から得ることができる。いくつかの実施形態では、対象は哺乳動物対象である。細胞系は哺乳動物細胞系であり得る。いくつかの実施形態では、分化細胞は線維芽細胞または前駆細胞である。工程(a)の分化細胞は、約1×10〜1×10細胞/cmの密度であり得る。 The differentiated cells of step (a) can be obtained from the subject or cell line. In some embodiments, the subject is a mammalian subject. The cell line can be a mammalian cell line. In some embodiments, the differentiated cell is a fibroblast or a progenitor cell. The differentiated cells of step (a) can be at a density of about 1 × 10 5 to 1 × 10 6 cells / cm 2 .

細胞凝集体は容器の内面に接着しない。いくつかの実施形態では、容器の内面は、非接着性物質(例えば、当該箇所への細胞の接着を防止又は妨害する基質)でコーティングされている。   Cell aggregates do not adhere to the inner surface of the container. In some embodiments, the inner surface of the container is coated with a non-adhesive material (eg, a substrate that prevents or prevents adhesion of cells to the site).

いくつかの実施形態では、機械的撹拌(mechanically agitating)は、例えば、細胞が維持されている培養容器をシェイクする(shaking)か又は回転することにより、分化細胞を摩擦すること(titurating)、撹拌すること(stirring)、または振とうするすこと(rocking)を含む。例えば、孔径の大きいピペットチップを用いて細胞をピペッティングして細胞または細胞凝集体に機械的力を加えて培養容器へのそれらの付着が防止されるまたは妨げられるようにすることができる。   In some embodiments, mechanical agitation is performed by rubbing differentiated cells, for example, by shaking or rotating the culture vessel in which the cells are maintained. Including stirring or rocking. For example, a pipette tip with a large pore size can be used to pipet the cells and apply mechanical force to the cells or cell aggregates to prevent or prevent their attachment to the culture vessel.

いくつかの実施形態では、上記方法の工程(d)は、増幅を基としたアッセイ、ハイブリダイゼーションを基としたアッセイ、イムノアッセイ、またはフローサイトメトリーアッセイを含む。工程(e)の後、方法は、多能性幹細胞を増殖(expand)(proliferate)させることを更に含み得る。更に、方法は、工程(e)の後に、多能性幹細胞の分化を誘導することを含み得る。   In some embodiments, step (d) of the above method comprises an amplification based assay, a hybridization based assay, an immunoassay, or a flow cytometry assay. After step (e), the method may further comprise expanding pluripotent stem cells (proliferate). Further, the method may comprise inducing differentiation of pluripotent stem cells after step (e).

場合によっては、前記Oct4、Sox2、またはNanogのより高い発現レベルが、前記分化細胞に比して少なくとも約20〜約200倍高い。   In some cases, the higher expression level of Oct4, Sox2, or Nanog is at least about 20 to about 200 times higher than the differentiated cell.

本発明の別の態様では、上記方法の実施形態例のいずれかにより得られる多能性の細胞または細胞系が提供される。   In another aspect of the invention, a pluripotent cell or cell line obtained by any of the above example embodiments of the method is provided.

更に別の態様では、本発明は、少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を含む細胞凝集体を、分化細胞から作製する方法を提供する。当該方法は、(a)前記分化細胞を約1×105〜約1×106細胞/mlの密度で容器中で培養すること、(b)前記分化細胞を機械的に撹拌して前記細胞凝集体を形成させること、および(c)少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を生じる条件下で前記細胞凝集体を培養すること、を含む。   In yet another aspect, the present invention provides a method of making a cell aggregate comprising a cell that expresses at least one pluripotent stem cell marker from a differentiated cell. The method comprises: (a) culturing the differentiated cells in a container at a density of about 1 × 10 5 to about 1 × 10 6 cells / ml; (b) mechanically agitating the differentiated cells to form the cell aggregate And (c) culturing the cell aggregate under conditions that yield cells expressing the at least one pluripotent stem cell marker.

いくつかの実施形態では、前記方法は、有効量の、下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物に曝す工程を更に含む。   In some embodiments, the method further comprises exposing to an effective amount of a compound having any one of the structures shown in Formulas II-IX below.

前記方法は、工程(c)の後に、前記少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を増殖させることを更に含み得る。所望であれば、前記方法は、工程(c)の後に、前記少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を分離することを含んでよい。前記少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーは、Oct4、Sox2、またはNanogであり得る。   The method may further comprise expanding cells expressing the at least one pluripotent stem cell marker after step (c). If desired, the method may comprise separating cells expressing the at least one pluripotent stem cell marker after step (c). The at least one pluripotent stem cell marker can be Oct4, Sox2, or Nanog.

別の態様では、本発明は、下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物を提供する。   In another aspect, the present invention provides a compound having any one of the structures shown in Formulas II-IX below.

場合によっては、化合物は、分化細胞を含む混合物中に存在する。例えば、式II、III、IV、V、VI、VII、VIII、またはIXの化合物および分化細胞が一緒に混合されて混合物を形成してもよい。いくつかの実施形態では、混合物の分化細胞は凝集体中に存在する。   In some cases, the compound is present in a mixture comprising differentiated cells. For example, a compound of formula II, III, IV, V, VI, VII, VIII, or IX and a differentiated cell may be mixed together to form a mixture. In some embodiments, the differentiated cells of the mixture are present in aggregates.

別の態様では、本明細書は、前述の化合物および医薬的に許容される塩を含む、分化細胞から多能性幹細胞を作製するための医薬組成物を提供する。   In another aspect, the present specification provides a pharmaceutical composition for generating pluripotent stem cells from differentiated cells, comprising the aforementioned compound and a pharmaceutically acceptable salt.

本発明者らは驚くべきことに、線維芽細胞が、機械的に胚様体様体(embryoid−like body)を形成させて非接着性培養ディッシュ上に4日間維持された時に、多能性遺伝子Oct4、Sox2、およびNanogを発現できることを発見した。更に、これらの凝集体が小分子化合物プログラミンまたはその誘導体で処理された場合、これら3つの多能性遺伝子の発現が非凝集非処理分化細胞と比べて25〜200倍増加した。   The inventors surprisingly found that pluripotency was observed when fibroblasts were mechanically formed into embryoid-like bodies and maintained on non-adherent culture dishes for 4 days. It has been discovered that the genes Oct4, Sox2, and Nanog can be expressed. Furthermore, when these aggregates were treated with the small molecule compound programin or derivatives thereof, the expression of these three pluripotency genes was increased 25-200 times compared to non-aggregated non-treated differentiated cells.

線維芽細胞から多能性を誘導する方法の例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of a method for inducing pluripotency from fibroblasts. 単層で培養したマウス線維芽細胞へのプログラミンの影響を示す図である。線維芽細胞は、Oct4−EGFPトランスジェニックマウスの尾に由来した。図2(A)は、CD34線維芽細胞を示している。図2(B)は、GFP線維芽細胞がないことを示している。図2(C)および図2(D)は、プログラミンに2日間曝した後の線維芽細胞を示している。It is a figure which shows the influence of programin on the mouse | mouth fibroblast cultured in a monolayer. Fibroblasts were derived from the tail of Oct4-EGFP transgenic mice. FIG. 2 (A) shows CD34 + fibroblasts. FIG. 2 (B) shows the absence of GFP + fibroblasts. FIG. 2 (C) and FIG. 2 (D) show fibroblasts after exposure to programin for 2 days. 凝集体または胚様体様体で培養したマウスOct4−EGFP線維芽細胞へのプログラミンの影響を示す図である。図3(A)は、非接着性培養プレート上での培養3日目の凝集体を示している。図3(B)は、プログラミンに24時間曝した後の凝集体を示している。GFPが顕微鏡で検出可能である。図3(C)は、プログラミンに48時間曝した後の凝集体を示している。図3(D)は、プログラミンに96時間曝した後の凝集体を示している。It is a figure which shows the influence of programin on the mouse Oct4-EGFP fibroblast cultured by the aggregate or the embryoid body-like body. FIG. 3 (A) shows an aggregate on the third day of culture on a non-adhesive culture plate. FIG. 3 (B) shows the aggregate after 24 hours exposure to programin. GFP + can be detected with a microscope. FIG. 3 (C) shows the aggregate after 48 hours exposure to programin. FIG. 3 (D) shows aggregates after 96 hours exposure to programin. 単層で培養したCD34マウス線維芽細胞がqPCRによる測定でOct4、Sox2、およびNanogを発現しないことを示す図である。これらの多能性マーカーの発現は、細胞凝集体でより高く、プログラミンで処理された凝集体で最大であった。FIG. 4 shows that CD34 + mouse fibroblasts cultured in a monolayer do not express Oct4, Sox2, and Nanog as measured by qPCR. The expression of these pluripotency markers was higher with cell aggregates and was greatest with aggregates treated with programin. プログラミン誘導体がCD34マウス線維芽細胞の細胞凝集体中におけるOct4、Sox2、およびNanog発現を増加させることができることを示すqPCRデータを示す図である。試験した小分子には、237(式II)、400(式III)、594(式IV)、648(式VIII)、668(式V)、957(式IX)、958(式VI)、959(式VII)、およびプログラミン(式I)が含まれる。FIG. 4 shows qPCR data showing that programin derivatives can increase Oct4, Sox2 and Nanog expression in cell aggregates of CD34 + mouse fibroblasts. The small molecules tested included 237 (Formula II), 400 (Formula III), 594 (Formula IV), 648 (Formula VIII), 668 (Formula V), 957 (Formula IX), 958 (Formula VI), 959 (Formula VII) and programin (Formula I) are included. ヒト臍帯血管周囲間葉系前駆(HUCPV)細胞の凝集体が、0〜5μMプログラミン処理後に、単層で培養された同様な細胞より高レベルのOct4、Sox2、およびNanogを発現することを示す図である。Diagram showing that human umbilical cord perivascular mesenchymal progenitor (HUCPV) cell aggregates express higher levels of Oct4, Sox2 and Nanog after treatment with 0-5 μM programin than similar cells cultured in monolayers. It is. 図6のqPCRデータをより高い分解能で示す図である。It is a figure which shows the qPCR data of FIG. 6 with higher resolution. 単層または凝集体(例えば、胚様体様体)として成長させ、5μMプログラミンで4日間処理された、ヒト皮膚線維芽細胞中でのOct4(図8(A))、Nanog(図8(B))、Sox2(図8(C))、c−Myc(図8(D))、およびKLF4(図8(E))のレベルを示すqPCRの結果を示す図である。Oct4 (FIG. 8 (A)), Nanog (FIG. 8 (B) in human skin fibroblasts grown as monolayers or aggregates (eg, embryoid bodies) and treated with 5 μM programin for 4 days. )), Sox2 (FIG. 8C), c-Myc (FIG. 8D) and KLF4 (FIG. 8E) showing the results of qPCR. 骨形成原(骨)細胞に分化したプログラミン処理凝集体(例えば、胚様体様体)を示す図である。図9(A)は、分化前の凝集体を示している。図9(B)は、10μMのWntアゴニストで処理した後の細胞を示している。Wntアゴニストに2日間曝した後に骨原性小結節(osteogenic nodule)が見えた。図9(C)は、小結節のAlizen Rad S染色を示している。図9(D)は、機械的に凝集体を形成させなかったプログラミン処理細胞で細胞死が起こったことを示している。It is a figure which shows the programin processing aggregate (for example, embryoid body-like body) differentiated into the osteogenic (bone) cell. FIG. 9A shows an aggregate before differentiation. FIG. 9 (B) shows the cells after treatment with 10 μM Wnt agonist. Osteogenic nodules were visible after 2 days of exposure to Wnt agonists. FIG. 9 (C) shows Alizen Rad S staining of nodules. FIG. 9 (D) shows that cell death occurred in programin-treated cells that did not mechanically form aggregates. 神経細胞に分化したプログラミン処理凝集体(例えば、胚様体様体)を示す図である。図10(A)は、分化前の凝集体を示している。図10(B)は、B27の補充により処理された細胞を示している。図10(C)および図10(D)は、分化細胞からの神経突起の成長を示している。It is a figure which shows the programin process aggregate (for example, embryoid body-like body) differentiated into the nerve cell. FIG. 10A shows an aggregate before differentiation. FIG. 10 (B) shows cells treated by supplementation with B27. FIG. 10 (C) and FIG. 10 (D) show neurite growth from differentiated cells.

I.イントロダクション
本発明は、一部、体細胞に由来する細胞凝集体(例えば、胚様体様体)を小分子化合物に曝すことにより、係る細胞における多能性誘導効率が大幅に向上するという驚くべき発見に基づく。したがって、本発明は、分化系列決定(lineage committed)哺乳動物細胞を多能性幹細胞へと分化させる(例えば、リプログラミングする)ための化合物、組成物、および方法を提供する。より具体的には、本発明は、分化系列決定細胞の分化または分化系列決定細胞からの多能性幹細胞の誘導に有用である、式I〜IXの化合物(例えば、プログラミンおよびその誘導体)を提供する。更に、本明細書に記載の方法は、機械的手段により細胞凝集体(例えば、胚様体様体)を形成させることを含む。この方法により作製された誘導多能性幹細胞は分化系列決定細胞へと分化し得る。
I. Introduction The present invention is surprising that, in part, by exposing cell aggregates derived from somatic cells (eg, embryoid bodies) to small molecule compounds, the pluripotency induction efficiency in such cells is greatly improved. Based on discovery. Accordingly, the present invention provides compounds, compositions, and methods for differentiating (eg, reprogramming) lineage committed mammalian cells into pluripotent stem cells. More specifically, the present invention provides compounds of formulas I-IX (eg, programin and derivatives thereof) that are useful for differentiation of differentiation lineage determining cells or induction of pluripotent stem cells from differentiation lineage determining cells. To do. Furthermore, the methods described herein include forming cell aggregates (eg, embryoid bodies) by mechanical means. Induced pluripotent stem cells produced by this method can differentiate into differentiation lineage-determining cells.

本発明は、分化細胞から多能性幹細胞を作製するためのプログラミンおよびその誘導体の使用を含む。プログラミン単独の使用は、体細胞中での多能性遺伝子Oct4、Sox2、Nanog、およびE−カドヘリンの発現を活性化できない。細胞、例えばヒトおよびマウス線維芽細胞は、プログラミンまたはその誘導体のリプログラミング活性に反応できるようになる前に、約4日間、最初に胚様体様細胞体へと機械的に凝集させなければならない。細胞凝集プロセスは単独で、線維芽細胞に基底レベルのOct4、Sox2、およびNanogを発現させる。更に、凝集により、線維芽細胞がプログラミンまたはその誘導体に反応できるようになる。2〜5μMのプログラミンに胚様体様細胞体を30時間曝すと、非処理対照線維芽細胞と比べてOct4、Sox2、およびNanog発現が25〜200倍増加した。   The present invention includes the use of programin and its derivatives to make pluripotent stem cells from differentiated cells. The use of programin alone cannot activate the expression of pluripotency genes Oct4, Sox2, Nanog, and E-cadherin in somatic cells. Cells, such as human and mouse fibroblasts, must first mechanically aggregate into embryoid body-like cell bodies for about 4 days before they can respond to the reprogramming activity of programin or its derivatives. . The cell aggregation process alone causes fibroblasts to express basal levels of Oct4, Sox2, and Nanog. In addition, aggregation allows the fibroblasts to react with programin or its derivatives. Exposure of embryoid body-like cell bodies to 2-5 μM programin for 30 hours increased Oct4, Sox2, and Nanog expression by 25-200 fold compared to untreated control fibroblasts.

II.一般的方法
本発明の実施には、分子生物学分野の通常の技術が用いられる。本発明に有用な一般的方法を開示している基本的なテキストとしては、Sambrook and Russell, Molecular Cloning, A Laboratory Manual (3rd ed. 2001); Kriegler, Gene Transfer and Expression: A Laboratory Manual (1990); およびCurrent Protocols in Molecular Biology (Ausubel et al., eds., 1994))が含まれる。
II. General Methods The practice of the present invention uses conventional techniques in the field of molecular biology. Basic texts disclosing general methods useful in the present invention include Sambrook and Russell, Molecular Cloning, A Laboratory Manual (3rd ed. 2001); Kriegler, Gene Transfer and Expression: A Laboratory Manual (1990) And Current Protocols in Molecular Biology (Ausubel et al., Eds., 1994)).

核酸のサイズはキロベース(kb)または塩基対(bp)のいずれかで示される。これらは、アガロースもしくはアクリルアミドゲル電気泳動、シークエンシングされた核酸、または公開DNA配列に由来する推定値である。タンパク質のサイズはキロダルトン(kDa)またはアミノ酸残基数で示される。タンパク質サイズは、ゲル電気泳動、シークエンシングされたタンパク質、由来アミノ酸配列、または公開タンパク質配列からの推定値である。   Nucleic acid sizes are indicated in either kilobases (kb) or base pairs (bp). These are estimates derived from agarose or acrylamide gel electrophoresis, sequenced nucleic acids, or public DNA sequences. Protein size is expressed in kilodaltons (kDa) or number of amino acid residues. Protein size is an estimate from gel electrophoresis, sequenced protein, derived amino acid sequence, or published protein sequence.

市販されていないオリゴヌクレオチドは、例えば、Van Devanter et. al., Nucleic Acids Res. 12:6159-6168 (1984)に記載されているように自動合成装置を用いて、Beaucage and Caruthers, Tetrahedron Lett. 22:1859-1862 (1981)により最初に報告された固相ホスホラミダイトトリエステル法に従い、化学的に合成することができる。オリゴヌクレオチドの精製は、任意の当該技術分野で公知の戦略、例えば未変性アクリルアミドゲル電気泳動、またはPearson and Reanier, J. Chrom. 255: 137-149 (1983)に記載されているように陰イオン交換高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて行われる。   Non-commercial oligonucleotides are described in, for example, Beaucage and Caruthers, Tetrahedron Lett. Using an automated synthesizer as described in Van Devanter et.al., Nucleic Acids Res. 12: 6159-6168 (1984). 22: 1859-1862 (1981) and can be synthesized chemically according to the solid phase phosphoramidite triester method first reported. Oligonucleotide purification can be accomplished by any art-known strategy such as native acrylamide gel electrophoresis or anion as described in Pearson and Reanier, J. Chrom. 255: 137-149 (1983). Performed using exchange high performance liquid chromatography (HPLC).

III.定義
本開示中、「または」、「もしくは」という用語は通常、本文中に明白にそうでないと述べていない限り、「および/または」を含む意味で使用される。
III. Definitions In this disclosure, the term “or” or “or” is generally used in its sense including “and / or” unless the content clearly dictates otherwise.

「Oct4」または「Oct−4」という用語は、POUファミリーに属する転写因子を指す。Oct4は未分化細胞のマーカーである(Okamoto et al., Cell 60:461-72, 1990)。Oct4は多能性の維持に関わることも報告されている(Nichols et al., Cell 95:379-91, 1998)。ヒトOct4ポリペプチド配列は、例えば、Genbankアクセッション番号NP_001167002、NP_001272915、NP_001272916、NP_002692、およびNP_0976034に示されている。ヒトOct4 mRNA(コード)配列は、例えば、Genbankアクセッション番号NM_001173531 NM_001285986、NM_001285987、NM_002701、およびNM_203289に示されている。当業者には、Oct4のバリアント、アイソフォーム、代替的配列も本発明において有用であることが理解されよう。   The terms “Oct4” or “Oct-4” refer to transcription factors belonging to the POU family. Oct4 is a marker for undifferentiated cells (Okamoto et al., Cell 60: 461-72, 1990). Oct4 has also been reported to be involved in maintaining pluripotency (Nichols et al., Cell 95: 379-91, 1998). Human Oct4 polypeptide sequences are shown, for example, in Genbank accession numbers NP_001167002, NP_001272915, NP_001272916, NP_002692, and NP_0976034. Human Oct4 mRNA (coding) sequences are shown, for example, in Genbank accession numbers NM_001173531 NM_001285986, NM_001285987, NM_002701, and NM_203289. Those skilled in the art will appreciate that Oct4 variants, isoforms, and alternative sequences are also useful in the present invention.

「Sox2」または「Sox−2」という用語は、胚発生の制御および細胞運命の決定に関わる転写因子のSRY関連HMGボックス(SOX)ファミリーのメンバーを指す。ヒトSox2ポリペプチド配列は、例えば、Genbankアクセッション番号NP_003097に示されている。ヒトSox2 mRNA(コード)配列は、例えば、Genbankアクセッション番号NM_003106に示されている。当業者には、Sox2のバリアント、アイソフォーム、代替的配列も本発明に有用であることが理解されよう。   The terms “Sox2” or “Sox-2” refer to members of the SRY-related HMG box (SOX) family of transcription factors involved in embryonic development control and cell fate determination. The human Sox2 polypeptide sequence is shown, for example, in Genbank accession number NP_003097. The human Sox2 mRNA (coding) sequence is shown, for example, in Genbank accession number NM_003106. Those skilled in the art will appreciate that variants, isoforms and alternative sequences of Sox2 are also useful in the present invention.

「Nanog」という用語は、胚性幹細胞および内部細胞塊の増殖および自己複製に関わる転写制御因子を指す。ヒトNanogポリペプチド配列は、例えば、Genbankアクセッション番号NP_0079141に示されている。ヒトNanog mRNA(コード)配列は、例えば、Genbankアクセッション番号NM_024865に示されている。当業者には、Nanogのバリアント、アイソフォーム、代替的配列も本発明に有用であることが理解されよう。   The term “Nanog” refers to a transcriptional regulator involved in the growth and self-renewal of embryonic stem cells and inner cell masses. The human Nanog polypeptide sequence is shown, for example, in Genbank accession number NP_0079141. The human Nanog mRNA (coding) sequence is shown, for example, in Genbank accession number NM_024485. Those skilled in the art will appreciate that Nanog variants, isoforms, and alternative sequences are also useful in the present invention.

「多能性(pluripotent)」または「多能性(pluripotency)」という用語は、3つの胚層(内胚葉、中胚葉、および外胚葉)全てに由来する細胞系統に関連する特性を集団的に示す細胞型へと適切な条件下で分化できる子孫細胞を生じる能力を有する細胞を指す。多能性幹細胞は、出生前、出生後、または成体動物の全ての胚由来組織に寄与し得る。8〜12週齢SCIDマウスにおいて奇形腫を形成する能力等の標準的な当該技術分野で受け入れられている試験を用いて細胞集団の多能性を証明することができるが、種々の多能性幹細胞の特性を同定することにより多能性細胞を検出することもできる。   The term “pluripotent” or “pluripotency” collectively refers to characteristics associated with cell lines derived from all three germ layers (endoderm, mesoderm, and ectoderm) A cell that has the ability to generate progeny cells that can differentiate under appropriate conditions into a cell type. Pluripotent stem cells can contribute to all embryonic tissues of prenatal, postnatal, or adult animals. Although standard art accepted tests such as the ability to form teratomas in 8-12 week old SCID mice can be used to demonstrate cell population pluripotency, various pluripotency Pluripotent cells can also be detected by identifying the characteristics of stem cells.

「多能性幹細胞の特性」とは、多能性幹細胞を他の細胞から区別する細胞の特性を指す。3つの胚層(内胚葉、中胚葉、および外胚葉)全てに由来する細胞系統に関連する特性を集団的に示す細胞型へと適切な条件下で分化できる子孫細胞を生じる能力は多能性幹細胞の特性である。特定の組合せの分子マーカーの発現も多能性幹細胞の特性である。例えば、ヒト多能性幹細胞は、以下の非限定的なリストのマーカーの少なくとも一部、いくつかの実施形態では全てを発現する:SSEA−3、SSEA−4、TRA−1 −60、TRA−1 −81、TRA−2−49/6E、ALP、Sox2、E−カドヘリン、UTF−1、Oct4、Rexl、およびNanog。多能性幹細胞に関連する細胞形態も多能性幹細胞の特性である。   “Characteristics of pluripotent stem cells” refers to the characteristics of cells that distinguish pluripotent stem cells from other cells. The ability to generate progeny cells that can differentiate under appropriate conditions into cell types that collectively display characteristics associated with cell lines derived from all three germ layers (endoderm, mesoderm, and ectoderm) are pluripotent stem cells It is a characteristic. Expression of specific combinations of molecular markers is also a characteristic of pluripotent stem cells. For example, human pluripotent stem cells express at least some of the following non-limiting list of markers, in some embodiments, all: SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA- 1-81, TRA-2-49 / 6E, ALP, Sox2, E-cadherin, UTF-1, Oct4, Rexl, and Nanog. Cell morphology associated with pluripotent stem cells is also a characteristic of pluripotent stem cells.

「非多能性細胞」という用語は、多能性細胞でない哺乳動物細胞を指す。そのような細胞の例としては、分化細胞および前駆細胞が含まれる。分化細胞の例としては、限定されるものではないが、骨髄、皮膚、骨格筋、脂肪組織、および末梢血液から選択される組織に由来する細胞が含まれる。細胞型の例としては、限定されるものではないが、線維芽細胞、肝細胞、筋芽細胞、ニューロン、骨芽細胞、破骨細胞、およびリンパ球が含まれる。   The term “non-pluripotent cell” refers to a mammalian cell that is not a pluripotent cell. Examples of such cells include differentiated cells and progenitor cells. Examples of differentiated cells include, but are not limited to, cells derived from tissue selected from bone marrow, skin, skeletal muscle, adipose tissue, and peripheral blood. Examples of cell types include, but are not limited to, fibroblasts, hepatocytes, myoblasts, neurons, osteoblasts, osteoclasts, and lymphocytes.

「分化系列決定細胞(lineage committed cell)」という用語は、特定の細胞型または関連する細胞型を示すまたはそれに分化する任意の細胞を指す。分化系列決定細胞としては、例えば、骨芽細胞、筋芽細胞、軟骨細胞、神経細胞、および脂肪細胞が含まれる。   The term “lineage committed cell” refers to any cell that exhibits or differentiates into a particular cell type or related cell type. Examples of differentiated lineage determining cells include osteoblasts, myoblasts, chondrocytes, nerve cells, and adipocytes.

本明細書において、「脱分化する」、「脱分化」、または「リプログラミング」という用語は、分化系列決定細胞(例えば、筋芽細胞または骨芽細胞)がその分化系列決定を逆転し、前駆体細胞、前駆細胞、多分化能(multipotent)幹細胞、または多能性幹細胞等の新たな細胞型の子孫を生じることができるようになるプロセスを指す。例えば、充分な増殖後、測定可能な割合の子孫が新たな細胞型の表現型的特性を示し得、この割合は、脱分化またはリプログラミング前より測定可能な程度に大きい。特定の条件下で、新たな細胞型の特性を有する子孫の割合は、好ましさが増す順に少なくとも約1%、5%、25%、またはそれ以上であり得る。脱分化細胞は、分化系列決定細胞に関連する遺伝子発現および細胞表面タンパク質発現のパターンの消失によって同定され得る。   As used herein, the terms “dedifferentiate”, “dedifferentiation”, or “reprogramming” mean that a differentiation line determining cell (eg, myoblast or osteoblast) reverses its lineage determination and progenitor Refers to a process that can give rise to progeny of new cell types such as somatic cells, progenitor cells, multipotent stem cells, or pluripotent stem cells. For example, after sufficient growth, a measurable proportion of progeny can exhibit the phenotypic characteristics of a new cell type, which is measurable above that before dedifferentiation or reprogramming. Under certain conditions, the proportion of progeny with new cell type characteristics can be at least about 1%, 5%, 25%, or more, in order of increasing preference. Dedifferentiated cells can be identified by the loss of the pattern of gene expression and cell surface protein expression associated with the lineage-determining cells.

「容器(vessel)」という用語は、細胞の培養、維持、または成長に用いることができる入れ物(container)、ディッシュ、プレート、フラスコ、ボトル、細胞培養チューブ等を指す。   The term “vessel” refers to containers, dishes, plates, flasks, bottles, cell culture tubes, and the like that can be used for culturing, maintaining, or growing cells.

「機械的撹拌」という用語は、細胞の集団または細胞凝集体等の対象に機械的な力を加えることを指す。   The term “mechanical agitation” refers to applying mechanical force to a subject, such as a population of cells or cell aggregates.

「細胞凝集体」という用語は、互いに接触しており且つ細胞の単一層(single layer)、例えば単層(monolayer)を形成しない、少なくとも3つの細胞の塊を指す。   The term “cell aggregate” refers to a mass of at least three cells that are in contact with each other and do not form a single layer of cells, eg, a monolayer.

本明細書において、「培養」という用語は、細胞が増殖、分化、および老化回避できる特定の条件下に細胞を維持することを指す。細胞は、適切な成長因子を含む成長培地中で培養することができる。   As used herein, the term “culture” refers to maintaining a cell under certain conditions that allow the cell to proliferate, differentiate, and avoid senescence. The cells can be cultured in a growth medium containing appropriate growth factors.

本明細書において、「促進する(promote)」もしくは「増加する・上昇する(increase)」または「促進する(promoting)」もしくは「増加する・上昇する(increasing)」は本明細書中で交換可能に用いられる。これらの用語は、非処理細胞(組織または対象)との比較で、処理された細胞(組織または対象)における測定パラメーター(例えば、活性、発現、解糖、解糖代謝、グルコース取込み、解糖の下流の生合成)の上昇を指す。比較は、処理の前後間で同じ細胞、組織、または対象で行われてもよい。上昇は充分に検出可能である。いくつかの実施形態では、処理細胞における上昇は、非処理細胞との比較で少なくとも約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、1倍、2倍、3倍、4倍、またはそれ以上である。   As used herein, “promote” or “increase / increase” or “promoting” or “increase / increase” are interchangeable herein. Used for. These terms refer to measured parameters (eg, activity, expression, glycolysis, glycolysis metabolism, glucose uptake, glycolysis in treated cells (tissue or subject) compared to untreated cells (tissue or subject). Refers to an increase in downstream biosynthesis. The comparison may be performed on the same cell, tissue, or subject before and after treatment. The rise is fully detectable. In some embodiments, the increase in treated cells is at least about 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 1% compared to untreated cells. Double, double, triple, quadruple or more.

本明細書において、「阻害する(inhibit)」、「防止する(prevent)」、もしくは「低減する(reduce)」または「阻害する(inhibiting)」、「防止する(preventing)」、もしくは「低減する(reducing)」は本明細書中で交換可能に用いられる。これらの用語は、非処理細胞(組織または対象)との比較で処理細胞(組織または対象)における測定パラメーター(例えば、活性、発現、ミトコンドリア呼吸、ミトコンドリア酸化、酸化的リン酸化)の低下を指す。比較は、処理の前後間で同じ細胞、組織、または対象で行われてもよい。低下は充分に検出可能である。いくつかの実施形態では、処理細胞における低下は非処理細胞と比べて少なくとも約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、または完全な阻害である。いくつかの実施形態では、測定されるパラメーターは、非処理細胞との比較において、処理細胞で検出不能である(すなわち、完全に阻害されている)。   As used herein, “inhibit”, “prevent”, or “reduce” or “inhibit”, “preventing”, or “reduce” (Reducing) "is used interchangeably herein. These terms refer to a decrease in measured parameters (eg, activity, expression, mitochondrial respiration, mitochondrial oxidation, oxidative phosphorylation) in treated cells (tissue or subject) compared to untreated cells (tissue or subject). The comparison may be performed on the same cell, tissue, or subject before and after treatment. The decrease is fully detectable. In some embodiments, the reduction in treated cells is at least about 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or complete compared to untreated cells. It is inhibition. In some embodiments, the parameter being measured is undetectable (ie, completely inhibited) in the treated cells as compared to untreated cells.

「医薬的に許容される塩」という用語は、本明細書に記載の化合物上に見られる特定の置換基に応じて比較的非毒性の酸または塩基を用いて製造される活性化合物の塩を指す。本発明の化合物が比較的酸性の官能基を含む場合、そのような化合物の中性形態を充分な量の所望の塩基とニート(neat)でまたは好適な不活性溶媒中で接触させることにより塩基付加塩を得ることができる。医薬的に許容される塩基付加塩の例としては、ナトリウム、カリウム、カルシウム、アンモニウム、有機アミノ、またはマグネシウム塩、または同様な塩が含まれる。本発明の化合物が比較的塩基性の官能基を含む場合、そのような化合物の中性形態を充分な量の所望の酸とニートでまたは好適な不活性溶媒中で接触させることにより酸付加塩を得ることができる。医薬的に許容される酸付加塩の例としては、塩酸、臭化水素酸、硝酸、炭酸、一水素炭酸(monohydrogencarbonic acid)、リン酸、一水素リン酸(monohydrogenphosphoric acid)、二水素リン酸(dihydrogenphosphoric acid)、硫酸、一水素硫酸、ヨウ化水素酸、または亜リン酸等の無機酸に由来するものおよび酢酸、プロピオン酸、イソ酪酸、マレイン酸、マロン酸、安息香酸、コハク酸、スベリン酸、フマル酸、マンデル酸、フタル酸、ベンゼンスルホン酸、p−トリルスルホン酸、クエン酸、酒石酸、メタンスルホン酸等の比較的非毒性の有機酸に由来する塩が含まれる。更に、アルギン酸塩(arginate)等のアミノ酸の塩およびグルクロン酸またはガラクツロン酸(galactunoric acid)等の有機酸の塩(例えば、Berge, S. M., et al, "Pharmaceutical Salts", Journal of Pharmaceutical Science, 1977, 66, 1-19参照)も含まれる。本発明の特定の具体的化合物は、塩基付加塩または酸付加塩への化合物の変換を可能にする塩基性官能基および酸性官能基の両方を含む。   The term “pharmaceutically acceptable salt” refers to a salt of an active compound prepared using a relatively non-toxic acid or base, depending on the particular substituents found on the compounds described herein. Point to. Where a compound of the present invention contains a relatively acidic functional group, the base is obtained by contacting the neutral form of such compound with a sufficient amount of the desired base neat or in a suitable inert solvent. Addition salts can be obtained. Examples of pharmaceutically acceptable base addition salts include sodium, potassium, calcium, ammonium, organic amino, or magnesium salt, or a similar salt. Where the compounds of the invention contain relatively basic functional groups, acid addition salts by contacting the neutral form of such compounds with a sufficient amount of the desired acid neat or in a suitable inert solvent. Can be obtained. Examples of pharmaceutically acceptable acid addition salts include hydrochloric acid, hydrobromic acid, nitric acid, carbonic acid, monohydrocarbonic acid, phosphoric acid, monohydrophosphoric acid, dihydrogenphosphoric acid ( derived from inorganic acids such as sulfuric acid, monohydrogen sulfate, hydroiodic acid, or phosphorous acid, and acetic acid, propionic acid, isobutyric acid, maleic acid, malonic acid, benzoic acid, succinic acid, suberic acid And salts derived from relatively non-toxic organic acids such as fumaric acid, mandelic acid, phthalic acid, benzenesulfonic acid, p-tolylsulfonic acid, citric acid, tartaric acid and methanesulfonic acid. Further, salts of amino acids such as alginate and organic acids such as glucuronic acid or galacturonic acid (see, for example, Berge, SM, et al, “Pharmaceutical Salts”, Journal of Pharmaceutical Science, 1977, 66, 1-19). Certain specific compounds of the present invention contain both basic and acidic functionalities that allow the compounds to be converted into base or acid addition salts.

化合物の中性形態は、塩を塩基または酸と接触させ、従来の方法で親化合物を単離することにより再生成し得る。化合物の親形態(parent form)は、極性溶媒中での溶解度等の特定の物理的性質において種々の塩形態と異なるが、その他の点では、本発明の目的のためには、塩は化合物の親形態と同等である。   The neutral forms of the compounds may be regenerated by contacting the salt with a base or acid and isolating the parent compound in the conventional manner. The parent form of the compound differs from the various salt forms in certain physical properties, such as solubility in polar solvents, but for other purposes the salt is the Equivalent to the parent form.

塩形態に加え、本発明は、プロドラッグ形態の化合物を提供する。本明細書に記載の化合物のプロドラッグは、生理的条件下で容易に化学的に変化して本発明の化合物を供給する化合物である。更に、プロドラッグは、エクスビボ環境で化学的または生化学的方法により本発明の化合物に変換され得る。例えば、プロドラッグは好適な酵素または化学的試薬と共に経皮パッチリザーバー中に置かれた場合、ゆっくりと本発明の化合物に変換され得る。   In addition to salt forms, the present invention provides compounds in prodrug form. Prodrugs of the compounds described herein are those compounds that readily undergo chemical changes under physiological conditions to provide the compounds of the present invention. In addition, prodrugs can be converted to the compounds of the present invention by chemical or biochemical methods in an ex vivo environment. For example, prodrugs can be slowly converted to the compounds of the present invention when placed in a transdermal patch reservoir with a suitable enzyme or chemical reagent.

IV.プログラミンおよびその誘導体
本発明は、リバーシン、プログラミン、または2−(4−モルホリノアニリノ)−6−シクロヘキシルアミノ−プリンとして知られる化合物に由来する化合物を提供する。ある態様では、化合物は式(I)で表される。
IV. Programin and its derivatives The present invention provides compounds derived from compounds known as reversin, programin, or 2- (4-morpholinoanilino) -6-cyclohexylamino-purine. In some embodiments, the compound is represented by Formula (I).

別の態様では、化合物は式(II)で表される。   In another embodiment, the compound is represented by formula (II).

別の態様では、化合物は式(III)で表される。   In another embodiment, the compound is represented by formula (III).

更に別の態様では、化合物は式(IV)で表される。   In yet another embodiment, the compound is represented by formula (IV).

別の態様では、化合物は式(V)で表される。   In another aspect, the compound is represented by formula (V).

別の態様では、化合物は式(VI)で表される。   In another embodiment, the compound is represented by formula (VI).

いくつかの態様では、化合物は式(VII)で表される。   In some embodiments, the compound is represented by Formula (VII).

別の態様では、化合物は式(VIII)で表される。   In another embodiment, the compound is represented by formula (VIII).

別の態様では、化合物は式(IX)で表される。   In another embodiment, the compound is represented by formula (IX).

化合物は、その全ての医薬的に許容される塩、異性体、溶媒和物、水和物、およびプロドラッグを含み得る。   The compound can include all pharmaceutically acceptable salts, isomers, solvates, hydrates, and prodrugs thereof.

当業者には、2−(4−モルホリノアニリノ)−6−シクロヘキシルアミノ−プリン(プログラミンまたはリバーシン)およびその誘導体が固相合成または液相合成のいずれかにより製造され得ることが理解される。そのような化合物の合成方法の詳細は例えば、あらゆる目的のためにその開示全体を参照により本明細書に援用するDing et al., J. Am. Chem. Soc., 124:1594 (2002);米国特許第7,176,312号;同第7,273,864号;および同第7,592,177号に見出される。   One skilled in the art will appreciate that 2- (4-morpholinoanilino) -6-cyclohexylamino-purine (programin or reversin) and its derivatives can be prepared by either solid phase synthesis or liquid phase synthesis. Details of how to synthesize such compounds can be found, for example, in Ding et al., J. Am. Chem. Soc., 124: 1594 (2002), the entire disclosure of which is incorporated herein by reference for all purposes. U.S. Pat. Nos. 7,176,312; 7,273,864; and 7,592,177.

簡潔に述べると、プログラミンの液相合成では、2−フルオロ−6−クロロプリンのn−ブタノール溶液にシクロヘキシルアミンおよびジイソプロピルエチルアミンが加えられ得る。混合物は、激しく撹拌しながら12時間80℃に加熱され得る。次いで、溶媒は減圧下で除去され得、クルードはそれ以上精製せずに次の工程の反応に直接用いられ得る。粗2−フルオロ−6−シクロヘキシルアミノ−プリンはエタノールに溶解され得、次いで、4−モルホリノアニリンが添加され得る。混合物は、密封チューブ中で激しく撹拌しながら24時間75℃に加熱され得る。次いで、溶媒は減圧下で除去され得、粗材料をフラッシュクロマトグラフィーにより直接精製して2−(4−モルホリノアニリノ)−6−シクロヘキシルアミノ−プリンを淡い白色の固体として得ることができる。式II〜IXの構造を有する化合物等の2−(4−モルホリノアニリノ)−6−シクロヘキシルアミノ−プリンの誘導体が液相合成または固相合成により製造され得ることは当業者に明らかであろう。   Briefly, in the liquid phase synthesis of programin, cyclohexylamine and diisopropylethylamine can be added to a solution of 2-fluoro-6-chloropurine in n-butanol. The mixture can be heated to 80 ° C. with vigorous stirring for 12 hours. The solvent can then be removed under reduced pressure and the crude can be used directly in the next step reaction without further purification. Crude 2-fluoro-6-cyclohexylamino-purine can be dissolved in ethanol and then 4-morpholinoaniline can be added. The mixture can be heated to 75 ° C. for 24 hours with vigorous stirring in a sealed tube. The solvent can then be removed under reduced pressure and the crude material can be purified directly by flash chromatography to give 2- (4-morpholinoanilino) -6-cyclohexylamino-purine as a pale white solid. It will be apparent to one skilled in the art that derivatives of 2- (4-morpholinoanilino) -6-cyclohexylamino-purine, such as compounds having the structure of Formula II-IX, can be prepared by liquid phase synthesis or solid phase synthesis. .

V.非多能性細胞において多能性を誘導するためのリプログラミング
非多能性哺乳動物細胞を誘導多能性幹細胞へと誘導するための複数の異なる方法およびプロトコールが確立されている。iPSCは、形態、増殖、および多能性の点でESCに類似しており、奇形腫形成およびキメラ寄与(chimera contribution)により判断される。リプログラミングのプロトコールは、Octポリペプチド(限定されるものではないが、例えばOct3/4)、Soxポリペプチド(限定されるものではないが、例えばSox2)、Klfポリペプチド(限定されるものではないが、例えばKlf4)、および/またはMycポリペプチド(限定されるものではないが、例えばc−Myc)から選択される1または複数のリプログラミング転写因子の導入を含む。
V. Reprogramming to induce pluripotency in non-pluripotent cells Several different methods and protocols have been established to induce non-pluripotent mammalian cells into induced pluripotent stem cells. iPSCs are similar to ESCs in terms of morphology, proliferation, and pluripotency, and are judged by teratoma formation and chimera contribution. Reprogramming protocols include Oct polypeptide (but not limited to, for example, Oct3 / 4), Sox polypeptide (but not limited to, for example, Sox2), Klf polypeptide (but not limited to Includes the introduction of one or more reprogramming transcription factors selected from, for example, Klf4), and / or Myc polypeptides (including but not limited to c-Myc).

研究により、ESC中で高度に発現する4つの転写因子(Oct−3/4、Sox2、KLF4、およびc−Myc)を用いたマウス線維芽細胞のレトロウイルス形質導入によりIPSCが作製されることが示されている。Takahashi, K. & Yamanaka, S. Cell 126, 663-676 (2006); Okita, K., Ichisaka, T. & Yamanaka, S. Nature 448, 313-317 (2007); Wernig, M. et al. Nature 448, 318-324 (2007); Maherali, N. et al. Cell Stem Cell 1, 55-70 (2007); Meissner, A., Wernig, M. & Jaenisch, R. Nature Biotechnol. 25, 1177-1181 (2007); Takahashi, K. et al. Cell 131, 861-872 (2007); Yu, J. et al. Science 318, 1917-1920 (2007); Nakagawa, M. et al. Nature Biotechnol. 26, 101-106 (2007); Wernig, M., Meissner, A., Cassady, J. P. & Jaenisch, R. Cell Stem Cell. 2, 10-12 (2008)参照。更に、研究により、ESCにおいて高度に発現している転写因子によるヒト体細胞のリプログラミングが示されている:Hockemeyer et al. Cell Stem Cell. 11;3(3):346-53 (2008); Lowry et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 105(8):2883-8 (2008); Park et al. Nature. 10;451(7175):141-6 (2008); Nakagawa et al. Nat Biotechnol. Jan;26(1):101-6 (2008); Takahashi et al. Cell. 131(5):861-72 (2007); およびYu et al. Science. 318(5858):1917-20 (2007)。   Studies have shown that IPSCs are generated by retroviral transduction of mouse fibroblasts using four transcription factors (Oct-3 / 4, Sox2, KLF4, and c-Myc) that are highly expressed in ESCs. It is shown. Takahashi, K. & Yamanaka, S. Cell 126, 663-676 (2006); Okita, K., Ichisaka, T. & Yamanaka, S. Nature 448, 313-317 (2007); Wernig, M. et al. Nature 448, 318-324 (2007); Maherali, N. et al. Cell Stem Cell 1, 55-70 (2007); Meissner, A., Wernig, M. & Jaenisch, R. Nature Biotechnol. 25, 1177- 1181 (2007); Takahashi, K. et al. Cell 131, 861-872 (2007); Yu, J. et al. Science 318, 1917-1920 (2007); Nakagawa, M. et al. Nature Biotechnol. 26 , 101-106 (2007); Wernig, M., Meissner, A., Cassady, JP & Jaenisch, R. Cell Stem Cell. 2, 10-12 (2008). In addition, studies have shown reprogramming of human somatic cells by transcription factors that are highly expressed in ESCs: Hockemeyer et al. Cell Stem Cell. 11; 3 (3): 346-53 (2008); Lowry et al. Proc Natl Acad Sci US A. 105 (8): 2883-8 (2008); Park et al. Nature. 10; 451 (7175): 141-6 (2008); Nakagawa et al. Nat Biotechnol. Jan; 26 (1): 101-6 (2008); Takahashi et al. Cell. 131 (5): 861-72 (2007); and Yu et al. Science. 318 (5858): 1917-20 (2007) .

例えばShi, Y., et al (2008) Cell-Stem Cell 2:525-528, Huangfu, D., et al (2008) Nature Biotechnology 26(7):795-797, Marson, A., et al (2008) Cell-Stem Cell 3:132-135により示されているように、種々の小分子の添加によりリプログラミングの効率(例えば、リプログラミングされた細胞の数)を高めることができる。本明細書に記載の方法は、リプログラミングされる細胞の生成の効率を高める追加的な単一小分子(または小分子の組合せ)と組み合わせても使用され得ると考えられる。いくつかの実施形態では、リプログラミング効率を高める薬剤のいくつかの非限定的な例として、とりわけ、可溶性Wnt、Wnt条件培地、BIX−01294(G9aヒストンメチルトランスフェラーゼ)、PD0325901(MEK阻害剤)、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤、バルプロ酸、5’−アザシチジン、デキサメタゾン、スベロイルアニリド、ヒドロキサム酸(SAHA)、およびトリコスタチン(TSA)が含まれる。更に、本明細書中、TGF−βシグナル伝達経路の阻害剤(例えば、Repsox、E−616451、またはSB431542、および抗TGFβ抗体またはRNAi薬剤)、SRCシグナル伝達の阻害剤、例えばEI−275、またはMEK/ERK細胞シグナル伝達のアゴニスト(例えば、プロスタグランジン2);Ca2+/カルモジュリンシグナル伝達の阻害剤またはEGF受容体型チロシンキナーゼ阻害剤;Na2+チャネルまたはATP依存性カリウムチャネルの阻害剤またはMAPKシグナル伝達経路のアゴニストが、単独でまたは別の小分子(または小分子の組合せ)と組み合わせて本明細書に開示されているように分化細胞からのリプログラミングされた細胞の生成効率を高めるまたは上昇させるために用いられ得ると考えられる。更なる薬剤としては、PDK1活性化因子、解糖代謝を促進する化合物、および/またはRho GTPアーゼ/ROCK阻害剤が含まれる。 For example, Shi, Y., et al (2008) Cell-Stem Cell 2: 525-528, Huangfu, D., et al (2008) Nature Biotechnology 26 (7): 795-797, Marson, A., et al ( 2008) As shown by Cell-Stem Cell 3: 132-135, the addition of various small molecules can increase the efficiency of reprogramming (eg, the number of reprogrammed cells). It is contemplated that the methods described herein can be used in combination with additional single small molecules (or combinations of small molecules) that increase the efficiency of production of reprogrammed cells. In some embodiments, some non-limiting examples of agents that increase reprogramming efficiency include, among others, soluble Wnt, Wnt conditioned medium, BIX-01294 (G9a histone methyltransferase), PD0325901 (MEK inhibitor), DNA methyltransferase inhibitors, histone deacetylase (HDAC) inhibitors, valproic acid, 5′-azacytidine, dexamethasone, suberoylanilide, hydroxamic acid (SAHA), and trichostatin (TSA). Further, as used herein, inhibitors of the TGF-β signaling pathway (eg, Repsox, E-616451, or SB431542, and anti-TGFβ antibody or RNAi agent), inhibitors of SRC signaling, eg, EI-275, or MEK / ERK cell signaling agonists (eg, prostaglandin 2); Ca 2+ / calmodulin signaling inhibitor or EGF receptor tyrosine kinase inhibitor; Na 2+ channel or ATP-dependent potassium channel inhibitor or MAPK signal Agonists of the transduction pathway alone or in combination with another small molecule (or combination of small molecules) enhance or increase the production efficiency of reprogrammed cells from differentiated cells as disclosed herein And can be used for Conceivable. Additional agents include PDK1 activators, compounds that promote glycolytic metabolism, and / or Rho GTPase / ROCK inhibitors.

本明細書に記載の小分子は、iPSCを作製するための基本的にあらゆる方法と組み合わせて用いることができ、それにより方法の効率を改善することができると考えられる。   It is believed that the small molecules described herein can be used in combination with essentially any method for making iPSCs, thereby improving the efficiency of the method.

A.非多能性細胞の獲得および培養
本明細書に記載の方法に従ってiPSCの作製に用いることができる非多能性哺乳動物細胞は、任意の好適な哺乳動物(例えば、齧歯類、例えば、マウス、ラット、モルモット、およびウサギ;非齧歯類哺乳動物、例えば、イヌ、ネコ、ブタ、ヒツジ、ウマ、雌ウシ、およびヤギ;霊長類、例えば、チンパンジーおよびヒト)に由来する分化細胞であり得る。
A. Non-pluripotent cell acquisition and culture Non-pluripotent mammalian cells that can be used to generate iPSCs according to the methods described herein can be any suitable mammal (eg, rodent, eg, mouse). , Rats, guinea pigs, and rabbits; differentiated cells derived from non-rodent mammals such as dogs, cats, pigs, sheep, horses, cows and goats; primates such as chimpanzees and humans) .

分化細胞は、生殖系列細胞(例えば、精子および卵子を含む配偶子)と対照的に、生物の体を形成する任意の細胞である。哺乳動物体中の他の全ての細胞型は(精子および卵子、生殖母細胞、および未分化幹細胞は別として)分化細胞である。   A differentiated cell is any cell that forms the body of an organism, in contrast to germline cells (eg, gametes including sperm and eggs). All other cell types in the mammalian body are differentiated cells (apart from sperm and eggs, germ cells and undifferentiated stem cells).

細胞は、例えば、培養物中、組織中、流体中等にあり得、且つ/または生物に由来するか生物中であり得る。いくつかの実施形態では、分化細胞は、初代細胞系であり、または初代もしくは第2世代の細胞系の子孫である。多能性に誘導され得る細胞としては、限定されるものではないが、線維芽細胞、血液細胞、例えば、T細胞、B細胞、単球、骨髄前駆細胞等、線維芽細胞、腫瘍細胞、骨髄細胞、胃細胞、肝臓細胞、上皮細胞、鼻粘膜上皮細胞、粘膜上皮細胞、濾胞細胞、結合組織細胞、筋細胞、骨細胞、軟骨細胞、胃腸細胞、脾細胞、腎細胞、肺細胞、精巣細胞、および神経組織細胞が含まれる。いくつかの実施形態では、ヒト細胞は線維芽細胞であり、これはパンチ生検により簡便に対象から得ることができる。別の実施形態では、ヒト細胞は、サンプル、例えば毛包、血液サンプル、スワブサンプル(例えば、口腔スワブサンプル)等から得られる。リプログラミングされた細胞(例えば、誘導多能性幹細胞)が疾患の治療的処置に用いられる場合、患者から単離された分化細胞(例えば、体細胞)を用いることが望ましい。   A cell can be, for example, in culture, tissue, fluid, etc. and / or derived from or in an organism. In some embodiments, the differentiated cell is a primary cell line or is a descendant of a primary or second generation cell line. Cells that can be induced pluripotently include, but are not limited to, fibroblasts, blood cells such as T cells, B cells, monocytes, bone marrow progenitor cells, fibroblasts, tumor cells, bone marrow Cells, gastric cells, liver cells, epithelial cells, nasal mucosal epithelial cells, mucosal epithelial cells, follicular cells, connective tissue cells, muscle cells, bone cells, chondrocytes, gastrointestinal cells, splenocytes, kidney cells, lung cells, testis cells , And neural tissue cells. In some embodiments, the human cell is a fibroblast, which can be conveniently obtained from a subject by punch biopsy. In another embodiment, the human cells are obtained from a sample, such as a hair follicle, a blood sample, a swab sample (eg, an oral swab sample) and the like. When reprogrammed cells (eg induced pluripotent stem cells) are used for therapeutic treatment of disease, it is desirable to use differentiated cells (eg somatic cells) isolated from the patient.

ヒトおよび哺乳動物細胞の単離および培養方法は当該技術分野で周知であり、例えば、Humason, ANIMAL TISSUE TECHNIQUES, 4th ed., W. H. Freeman and Company (1979); Freshney et al., CULTURE OF ANIMAL CELLS (3rd ed. 1994); およびRicciardelli et al., (1989) In Vitro Cell Dev. Biol. 25: 1016に記載されている。 Methods for isolating and culturing human and mammalian cells are well known in the art, for example, Humason, ANIMAL TISSUE TECHNIQUES, 4 th ed., WH Freeman and Company (1979); Freshney et al., CULTURE OF ANIMAL CELLS (3rd ed. 1994); and Ricciardelli et al., (1989) In Vitro Cell Dev. Biol. 25: 1016.

好適な細胞培養方法および条件は、公知の方法を用いて当業者に決定され得る(例えば、前述のFreshney et al., 1994参照)。一般的に、細胞培養環境としては、細胞成長のための基質、細胞密度、および細胞接触(cell contract)、気相、培地、および温度等の因子の考慮が含まれる。細胞のインキュベーションは通常、細胞成長に最適であることが知られている条件下で行われる。そのような条件は、例えば、約37℃の温度および約5%のCOを含む湿った大気を含み得る。インキュベーション期間は、所望の結果に応じて幅広く変わり得る。一般的に、インキュベーションは、好ましくは、細胞が好適な発現をするまで続けられる。増殖は好ましくはHチミジン取込みまたはBrdU標識化により測定される。本発明の方法に従って細胞を培養するためにプラスチック製のディッシュ、フラスコ、またはローラーボトルが用いられ得る。好適な培養容器としては、例えば、マルチウェルプレート、ペトリディッシュ、組織培養チューブ、フラスコ、ローラーボトル等が含まれる。 Suitable cell culture methods and conditions can be determined by those skilled in the art using known methods (see, for example, Freshney et al., 1994, supra). In general, the cell culture environment includes consideration of factors such as substrate for cell growth, cell density, and cell contact, gas phase, media, and temperature. Cell incubation is usually performed under conditions known to be optimal for cell growth. Such conditions may include, for example, a humid atmosphere containing a temperature of about 37 ° C. and about 5% CO 2 . The incubation period can vary widely depending on the desired result. In general, the incubation is preferably continued until the cells have a suitable expression. Proliferation is preferably measured by 3 H thymidine incorporation or BrdU labeling. Plastic dishes, flasks, or roller bottles can be used to culture cells according to the method of the present invention. Suitable culture vessels include, for example, multiwell plates, petri dishes, tissue culture tubes, flasks, roller bottles and the like.

限定(defined)細胞培地が、パッケージングされた、予め混合された粉末または予め滅菌された溶液として利用可能である。一般的に用いられる培地の例としては、MEM−α DME、RPMI 1640、DMEM、Iscoveの完全培地、またはMcCoyの培地(例えば、ギブコBRL社(GibcoBRL)/ライフテクノロジーズ社(Life Technologies)のカタログおよび参照ガイド;シグマ社のカタログ参照)が含まれる。典型的には、MEM−αまたはDMEMが本発明の方法で使用される。限定細胞培養培地はしばしば、5〜20%血清、典型的には非働化血清、例えばヒト、ウマ、仔ウシ、およびウシ胎児血清が補われる。典型的には、10%ウシ胎児血清が本発明の方法で使用される。培養培地は通常、細胞が好ましくは約7.2〜約7.4のpHに維持されるように緩衝化される。培地へのその他の補充物質としては、例えば、抗生物質、アミノ酸、糖、および成長因子が含まれる。   A defined cell culture medium is available as a packaged, pre-mixed powder or pre-sterilized solution. Examples of commonly used media include MEM-α DME, RPMI 1640, DMEM, Iscove complete media, or McCoy media (eg, Gibco BRL / Life Technologies catalog and Reference guide; see Sigma catalog). Typically, MEM-α or DMEM is used in the method of the present invention. Limited cell culture media is often supplemented with 5-20% serum, typically inactivated serum such as human, horse, calf, and fetal bovine serum. Typically, 10% fetal calf serum is used in the methods of the present invention. The culture medium is usually buffered so that the cells are preferably maintained at a pH of about 7.2 to about 7.4. Other supplements to the medium include, for example, antibiotics, amino acids, sugars, and growth factors.

B.細胞凝集体の形成
多能性を誘導するために、体細胞を懸濁液中で培養して胚様体様体を形成する。いくつかの実施形態では、体細胞は、約1×10〜約1×10細胞/cmの密度で懸濁される。別の実施形態では、細胞は、約30,000〜約500,000細胞/mlの密度である。細胞は、非組織培養処理容器または低細胞結合容器(low cell binding vessel)等の非接着性培養容器中で培養され得る。細胞は、細胞による単層形成を防止する任意の容器中で成長され得る。
B. Formation of cell aggregates To induce pluripotency, somatic cells are cultured in suspension to form embryoid bodies. In some embodiments, somatic cells are suspended at a density of about 1 × 10 5 to about 1 × 10 6 cells / cm 2 . In another embodiment, the cells are from about 30,000 to about 500,000 cells / ml. The cells can be cultured in a non-adherent culture vessel such as a non-tissue culture treatment vessel or a low cell binding vessel. The cells can be grown in any vessel that prevents monolayer formation by the cells.

凝集体または胚様体様体を形成するために、体細胞または非多能性細胞を、細胞がゆるくまとまった(loosely compact)細胞塊を形成できる条件下で懸濁液中で培養する。場合によっては、細胞懸濁液を機械的に操作、例えば混合、撹拌、振とう、スピン、摩擦、およびピペッティングして、細胞同士が凝集して別個の3次元凝集体を形成するようにする。細胞は、容器、例えばローラーボトルまたは撹拌ボトル中で培養され得、凝集体形成を促進するために定期的または連続的に撹拌され得る。   To form aggregates or embryoid bodies, somatic or non-pluripotent cells are cultured in suspension under conditions that allow the cells to form a loosely packed cell mass. In some cases, the cell suspension is mechanically manipulated, eg, mixed, agitated, shaken, spun, rubbed, and pipetted so that the cells aggregate to form separate three-dimensional aggregates. . Cells can be cultured in containers, such as roller bottles or agitation bottles, and can be agitated periodically or continuously to promote aggregate formation.

細胞が培養容器表面に接着するのを防止する又は妨げるために、体細胞に機械的力が加えられ得る。機械的力の大きさは、細胞の完全性を変化させるべきではなく、または細胞死を誘導するべきではない。しかし、力は、分離した細胞および凝集体を非接着性培養容器の表面から剥がすのに充分であるべきである。   Mechanical forces can be applied to the somatic cells to prevent or prevent the cells from adhering to the culture vessel surface. The magnitude of the mechanical force should not change cell integrity or induce cell death. However, the force should be sufficient to detach the detached cells and aggregates from the surface of the non-adhesive culture vessel.

凝集体は、凝集開始の後および小分子処理の前に約2〜約5日間、例えば、約2日間、約3日間、約4日間、または約5日間形成および培養され得る。   Aggregates can be formed and cultured for about 2 to about 5 days, for example, about 2 days, about 3 days, about 4 days, or about 5 days after initiation of aggregation and prior to small molecule treatment.

C.プログラミン化合物中での凝集体の培養
多能性を誘導するために、凝集体はプログラミン(式Iの化合物)の誘導体で処理(例えば、暴露またはその中で培養)され得る。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMのプログラミンの誘導体を用いて凝集体を処理して多能性幹細胞を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式IIの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式IIIの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式IVの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式Vの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式VIの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式VIIの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式VIIIの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。いくつかの実施形態では、約0〜約10μM、例えば、約0μM、約1μM、約2μM、約3μM、約4μM、約5μM、約6μM、約7μM、約8μM、約9μM、または約10μMの式IXの小分子化合物を用いて凝集体を処理して多能性を誘導する。
C. Cultivation of aggregates in programin compounds To induce pluripotency, aggregates can be treated (eg, exposed or cultured therein) with a derivative of programin (compound of formula I). In some embodiments, from about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM The derivatives are treated with aggregates to induce pluripotent stem cells. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with a small molecule compound of II to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with III small molecule compounds to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with IV small molecule compounds to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with small molecule compounds of V to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with small molecule compounds of VI to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with small molecule compounds of VII to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. Aggregates are treated with small molecule compounds of VIII to induce pluripotency. In some embodiments, a formula of about 0 to about 10 μM, such as about 0 μM, about 1 μM, about 2 μM, about 3 μM, about 4 μM, about 5 μM, about 6 μM, about 7 μM, about 8 μM, about 9 μM, or about 10 μM. IX small molecule compounds are used to treat aggregates to induce pluripotency.

いくつかの実施形態では、式II〜IXの化合物を凝集体に少なくとも8時間、例えば、約8時間、12時間、24時間、36時間、48時間、60時間、72時間、84時間、96時間、またはそれ以上曝す。凝集体は、式I〜IXの化合物のいずれか1つで少なくとも1日、例えば、1日、2日、3日、4日、5日 6、日、7日、8日、9日、10日、またはそれ以上処理され得る。   In some embodiments, the compounds of Formulas II-IX are aggregated into the aggregate for at least 8 hours, such as about 8 hours, 12 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 60 hours, 72 hours, 84 hours, 96 hours. , Or more. Aggregates are at least 1 day, such as 1 day, 2 days, 3 days, 4 days, 5 days 6, 7 days, 8 days, 9 days, any one of compounds of formulas I-IX, 10 Can be processed for days or more.

凝集体は、式I〜IXの化合物のいずれか1つまたは1もしくは複数の式I〜IXの化合物の組合せで処理され得る。例えば、2つの式I〜IXの化合物、例えば式IおよびII、式IおよびIII、式IおよびIV、式IおよびV、式IおよびVI、式IおよびVII、式IIおよびIII、式IIおよびIV、式IおよびV、式IIおよびVI、式IIおよびVII、式IIおよびVIII、式IIおよびIXの化合物等を用いることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも2、例えば、2、3、4、5、6、7、8、または9個の異なる式I〜IXの化合物が、凝集体における多能性の誘導に有用である。   The aggregate may be treated with any one or a combination of one or more compounds of formulas I-IX. For example, two compounds of Formulas I-IX, such as Formulas I and II, Formulas I and III, Formulas I and IV, Formulas I and V, Formulas I and VI, Formulas I and VII, Formulas II and III, Formulas II and Compounds of formula IV and formulas I and V, formulas II and VI, formulas II and VII, formulas II and VIII, formulas II and IX, etc. can be used. In some embodiments, at least 2, for example 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 different compounds of Formulas I-IX are useful for inducing pluripotency in aggregates. is there.

リプログラミング効率は、従来の方法と比べて5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、300%、400%、500%、またはそれ以上上昇し得る。場合によっては、リプログラミング効率は、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%または50%(例えば、開始体細胞の総数と比べた誘導多能性細胞のパーセント)という高さであり得る。   Reprogramming efficiency is 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, 150%, 200% compared to the conventional method It can be increased by 300%, 400%, 500%, or more. In some cases, the reprogramming efficiency is 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 20%, 30%, 40% or 50% (Eg, the percentage of induced pluripotent cells compared to the total number of starting somatic cells).

本発明において作製される誘導多能性幹細胞の培養では、米国特許第7,442,548号に記載されているように霊長類多能性幹細胞、より具体的には胚性幹細胞を培養するために開発された種々の培地および技術を用いることができる。当業者に知られるように、ヒト多能性幹細胞を培養および維持するための更なる方法が本発明と共に用いられ得ると理解される。特定の実施形態では、非限定(undefined)条件が用いられ得、例えば、多能性細胞は、幹細胞を未分化状態に維持するために線維芽細胞フィーダー細胞上または線維芽細胞フィーダー細胞に曝した培地上で培養され得る。あるいは、多能性細胞は、限定された(defined)フィーダーが関係しない(feeder−independent)培養系、例えばTeSR培地(Ludwig et al., 2006a; Ludwi g et al., 2006b)を用いて本質的に未分化状態で培養および維持され得る。フィーダーが関係しない培養系および培地を用いて多能性細胞が培養および維持され得る。本明細書に記載されているように、望まれるようにコストを下げるためにこれらの方法に種々の改変がなされ得る。   In culturing induced pluripotent stem cells produced in the present invention, primate pluripotent stem cells, more specifically embryonic stem cells, are cultured as described in US Pat. No. 7,442,548. Various media and techniques developed in the past can be used. It will be appreciated that additional methods for culturing and maintaining human pluripotent stem cells can be used with the present invention, as is known to those skilled in the art. In certain embodiments, undefined conditions may be used, for example, pluripotent cells are exposed on or to fibroblast feeder cells to maintain stem cells in an undifferentiated state. It can be cultured on a medium. Alternatively, pluripotent cells are essentially produced using a feeder-independent culture system such as TeSR medium (Ludwig et al., 2006a; Ludwig et al., 2006b). Can be cultured and maintained in an undifferentiated state. Pluripotent cells can be cultured and maintained using culture systems and media that do not involve feeders. As described herein, various modifications can be made to these methods to reduce costs as desired.

例えば、ヒト胚性幹細胞同様、iPS細胞は、80%DMEM(ギブコ社、#10829−018または#11965−092)、20%限定ウシ胎児血清(FBS)(またはヒトAB血清)、1%非必須アミノ酸、1mM L−グルタミン、および0.1mM β−メルカプトエタノール中に維持され得る。あるいは、iPS細胞は、80%Knock−Out DMEM(ギブコ社、#10829−018)、20%血清代替物(ギブコ社、#10828−028)、1%非必須アミノ酸、1mM L−グルタミン、および0.1mM βメルカプトエタノールで構成される無血清培地中に維持され得る。ヒトbFGFが、約4ng/mLの終濃度で添加されてもよく、または代わりにゼブラフィッシュbFGFが用いられてもよい。   For example, like human embryonic stem cells, iPS cells are 80% DMEM (Gibco, # 10829-018 or # 11965-092), 20% limited fetal bovine serum (FBS) (or human AB serum), 1% non-essential It can be maintained in amino acids, 1 mM L-glutamine, and 0.1 mM β-mercaptoethanol. Alternatively, iPS cells may contain 80% Knock-Out DMEM (Gibco, # 10829-018), 20% serum replacement (Gibco, # 10828-028), 1% non-essential amino acids, 1 mM L-glutamine, and 0 Can be maintained in serum-free medium composed of 1 mM β-mercaptoethanol. Human bFGF may be added at a final concentration of about 4 ng / mL, or zebrafish bFGF may be used instead.

D.多能性幹細胞の特徴解析方法
本明細書に開示されているように化学的に誘導されたリプログラム細胞は、形態、増殖、遺伝子発現、および奇形腫形成の点で胚性幹細胞または他の多能性細胞と区別できない。例えば、化学的に誘導されたヒトリプログラム細胞は、形態および増殖の点でヒト胚性幹細胞と区別できず、増殖可能である。更に、これらの化学的に誘導されたリプログラム細胞は、インビトロおよび奇形腫において3つの胚葉の細胞型に分化することができる。
D. Methods for characterizing pluripotent stem cells Chemically induced reprogrammed cells as disclosed herein are embryonic stem cells or other multipotents in terms of morphology, proliferation, gene expression, and teratoma formation. Indistinguishable from competent cells. For example, chemically induced human reprogrammed cells are indistinguishable from human embryonic stem cells in terms of morphology and proliferation and can proliferate. Furthermore, these chemically induced reprogrammed cells can differentiate into three germ layer cell types in vitro and in teratomas.

リプログラム細胞の多能性特性を評価するための分析が行われ得る。細胞は、種々の成長特性および胚性幹細胞様形態について分析され得る。本明細書に記載の方法に従う由来する多能性幹細胞は、SSEA−1、SSEA−3、およびSSEA−4(Developmental Studies Hybridoma Bank, National Institute of Child Health and Human Development, Bethesda Md..)、ならびにTRA−1−60およびTRA−1−81(Andrews et al., 1987)に対する抗体を用いた免疫組織化学またはフローサイトメトリーにより同定または確認できる特徴的な抗原を有する。8〜12週齢の雄SCIDマウスの後ろ足の筋肉に約0.5〜10×10細胞を注射することにより幹細胞の多能性を確認することもできる。奇形腫の出現により、幹細胞が分化して3つの胚葉のそれぞれの少なくとも1つの細胞型になることが示される。 Analysis can be performed to assess the pluripotency characteristics of reprogrammed cells. Cells can be analyzed for various growth characteristics and embryonic stem cell-like morphology. Pluripotent stem cells derived according to the methods described herein include SSEA-1, SSEA-3, and SSEA-4 (Developmental Studies Hybridoma Bank, National Institute of Child Health and Human Development, Bethesda Md.), And It has characteristic antigens that can be identified or confirmed by immunohistochemistry or flow cytometry using antibodies against TRA-1-60 and TRA-1-81 (Andrews et al., 1987). The pluripotency of stem cells can also be confirmed by injecting about 0.5-10 × 10 6 cells into the muscles of the hind legs of 8-12 week old male SCID mice. The appearance of teratomas indicates that the stem cells differentiate into at least one cell type for each of the three germ layers.

多能性に関連する個々の遺伝子の発現プロファイルも調べ得る。更に、胚性幹細胞表面マーカーの発現を分析し得る。多能性幹細胞に関連することが当該技術分野で知らている種々の遺伝子または遺伝子産物の検出および分析としては、遺伝子または遺伝子産物、例えば、限定されるものではないが、Oct4、Nanog、Sox2、Klf4、c−Myc、ABCG2、E−カドヘリン、β−チューブリンIII、α−平滑筋アクチン(α−SMA)、線維芽細胞成長因子4(FGF4)、Cripto、Dax1、ジンクフィンガータンパク質296(Zfp296)、N−アセチルトランスフェラーゼ−1(Nat1)、ES細胞関連転写産物1(ECAT1)、ESG1/DPPA5/ECAT2、ECAT3、ECAT6、ECAT7、ECAT8、ECAT9、ECAT10、ECAT15−1、ECAT15−2、Fthll7、Sall4、未分化胚細胞転写因子(Utf1)、Rex1、p53、G3PDH、テロメラーゼ、例えばTERT、サイレントなX染色体遺伝子、Dnmt3a、Dnmt3b、TRIM28、Fボックス含有タンパク質15(Fbx15)、Esrrb、TDGF1、GABRB3、Zfp42、FoxD3、GDF3、CYP25A1、developmental pluripotency−associated 2(DPPA2)、T cell lymphoma breakpoint 1(Tcl1)、DPPA3/Stella、DPPA4、および多能性のその他の一般的マーカー、例えば細胞のリプログラム誘導中に使用される任意の遺伝子または遺伝子産物の分析が含まれ得る。   The expression profiles of individual genes associated with pluripotency can also be examined. In addition, the expression of embryonic stem cell surface markers can be analyzed. Detection and analysis of various genes or gene products known in the art to be associated with pluripotent stem cells include, but are not limited to, Oct4, Nanog, Sox2, Klf4, c-Myc, ABCG2, E-cadherin, β-tubulin III, α-smooth muscle actin (α-SMA), fibroblast growth factor 4 (FGF4), Cripto, Daxl, zinc finger protein 296 (Zfp296) , N-acetyltransferase-1 (Nat1), ES cell-related transcript 1 (ECAT1), ESG1 / DPPA5 / ECAT2, ECAT3, ECAT6, ECAT7, ECAT8, ECAT9, ECAT10, ECAT15-1, ECAT15-2, Fthll7, Sall4 , Differentiated germ cell transcription factor (Utf1), Rex1, p53, G3PDH, telomerase such as TERT, silent X chromosome gene, Dnmt3a, Dnmt3b, TRIM28, F box-containing protein 15 (Fbx15), Esrrb, TDGF1, GABRB3, Zfp42, FoxD3 , GDF3, CYP25A1, developmental pluripotency-associated 2 (DPPA2), T cell lymphoma breakpoint 1 (Tcl1), DPPA3 / Stella, DPPA4, and other pluripotent markers Analysis of any gene or gene product may be included.

細胞は、多能性細胞が誘導される分化細胞に特徴的なマーカーの減少によっても特徴付けることができる。内胚葉細胞のマーカーの非限定的な例としては、Gata4、FoxA2、PDX1、Noda1、Sox7、およびSox17が含まれ、中胚葉細胞のマーカーとしては、Brachycury、GSC、LEF1、Mox1、およびTie1が含まれ、外胚葉細胞のマーカーとしては、Cripto1、EN1、GFAP、Islet 1、LIM1、およびネスチンが含まれる。3つの胚葉のマーカーに対する抗体は、例えばアブカム社(Abcam)、EMDミリポア社、サンタクルーズバイオテクノロジー社等から市販されている。   Cells can also be characterized by a decrease in markers characteristic of differentiated cells from which pluripotent cells are derived. Non-limiting examples of endoderm cell markers include Gata4, FoxA2, PDX1, Noda1, Sox7, and Sox17, and mesoderm cell markers include Brachycury, GSC, LEF1, Mox1, and Tie1 Examples of markers of ectoderm cells include Cripto1, EN1, GFAP, Islet 1, LIM1, and nestin. Antibodies against the three germ layer markers are commercially available from, for example, Abcam, EMD Millipore, Santa Cruz Biotechnology, and the like.

いくつかの実施形態では、リプログラム細胞におけるOct4、Nanog、およびSox2の発現レベル(例えば、量)は、リプログラム細胞が由来する分化細胞における同じ遺伝子または遺伝子産物の発現レベル(量)より、少なくとも約少なくとも約2倍、少なくとも約4倍、少なくとも約6倍、少なくとも約8倍、少なくとも約10倍、少なくとも約15倍、少なくとも約20倍、少なくとも約40倍、少なくとも約80倍、少なくとも約100倍、少なくとも約150倍、少なくとも約200倍、少なくとも約500倍、またはそれ以上高い。   In some embodiments, the expression level (eg, amount) of Oct4, Nanog, and Sox2 in the reprogrammed cell is at least greater than the expression level (amount) of the same gene or gene product in the differentiated cell from which the reprogrammed cell is derived. About at least about 2 times, at least about 4 times, at least about 6 times, at least about 8 times, at least about 10 times, at least about 15 times, at least about 20 times, at least about 40 times, at least about 80 times, at least about 100 times At least about 150 times, at least about 200 times, at least about 500 times, or more.

E.リプログラム細胞の濃縮および/または単離方法
本発明の別の態様は、リプログラム細胞とリプログラム細胞が由来した分化細胞とを含む混合細胞集団等の異種細胞集団からのリプログラム細胞集団の単離に関する。本明細書に記載の方法のいずれかにより生産されたリプログラム細胞の集団は、リプログラム細胞が由来した分化細胞上に存在せずリプログラム細胞上に存在する任意の細胞表面マーカーを用いて、濃縮、増殖、単離、および/または精製することができる。そのような細胞表面マーカーは、リプログラム細胞に特異的なアフィニティータグとも呼ばれる。リプログラム細胞に特異的なアフィニティータグの例としては、リプログラム細胞の細胞表面上に存在するが他の細胞型の上(例えば、分化細胞上)には実質的に存在しないポリペプチド等のマーカー分子に特異的な抗体、リガンド、または他の結合剤が挙げられる。いくつかの方法では、リプログラム細胞(例えば、ヒトリプログラム細胞)上の細胞表面抗原に結合する抗体が、本明細書に記載の方法により作製された化学的に誘導されたリプログラム細胞の濃縮、単離、または精製のためのアフィニティータグとして使用される。いくつかの実施形態では、リプログラム細胞は、蛍光標示式細胞分取(FACS)、アフィニティーに基づく方法、およびその組合せにより分化細胞から単離することもできる。
E. Methods for enriching and / or isolating reprogrammed cells Another aspect of the present invention is the reprogramming cell population from a heterogeneous cell population, such as a mixed cell population comprising reprogrammed cells and differentiated cells from which the reprogrammed cells are derived. About separation. A population of reprogrammed cells produced by any of the methods described herein can be used with any cell surface marker present on reprogrammed cells that is not present on differentiated cells from which the reprogrammed cells are derived. It can be concentrated, grown, isolated, and / or purified. Such cell surface markers are also referred to as affinity tags specific for reprogrammed cells. Examples of affinity tags specific to reprogrammed cells include markers such as polypeptides that are present on the cell surface of reprogrammed cells but are not substantially present on other cell types (eg, on differentiated cells). Examples include molecules specific antibodies, ligands, or other binding agents. In some methods, an antibody that binds to a cell surface antigen on a reprogrammed cell (eg, a human reprogrammed cell) is enriched for chemically induced reprogrammed cells produced by the methods described herein. Used as an affinity tag for isolation or purification. In some embodiments, reprogrammed cells can also be isolated from differentiated cells by fluorescence activated cell sorting (FACS), affinity-based methods, and combinations thereof.

化学的に誘導されたリプログラム細胞は、細胞単離のための他の技術によって単離されてもよい。更に、リプログラム細胞は、リプログラム細胞の選択的生存または選択的増殖を促進する成長条件での連続継代培養法によって濃縮または単離することもできる。そのような方法は当業者に公知である。   Chemically induced reprogrammed cells may be isolated by other techniques for cell isolation. Furthermore, reprogrammed cells can be enriched or isolated by continuous subculture methods in growth conditions that promote selective survival or selective proliferation of the reprogrammed cells. Such methods are known to those skilled in the art.

いくつかの実施形態では、リプログラム細胞を含む細胞培養物または細胞集団は、少なくとも約1〜100%、例えば、少なくとも約少なくとも約1%、少なくとも約2%、少なくとも約3%、少なくとも約4%、少なくとも約5%、少なくとも約6%、少なくとも約7%、少なくとも約8%、少なくとも約90%、少なくとも約9%、少なくとも約10%、少なくとも約11%、少なくとも約12%、少なくとも約13%、少なくとも約14%、少なくとも約15%、少なくとも約16%、少なくとも約17%、少なくとも約18%、少なくとも約19%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約91%、少なくとも約92%、少なくとも約93%、少なくとも約94%、少なくとも約95%、少なくとも約96%、少なくとも約97%、少なくとも約98%、少なくとも約99%、または100%の多能性幹細胞を含む。   In some embodiments, the cell culture or cell population comprising the reprogrammed cells is at least about 1-100%, such as at least about at least about 1%, at least about 2%, at least about 3%, at least about 4%. At least about 5%, at least about 6%, at least about 7%, at least about 8%, at least about 90%, at least about 9%, at least about 10%, at least about 11%, at least about 12%, at least about 13% At least about 14%, at least about 15%, at least about 16%, at least about 17%, at least about 18%, at least about 19%, at least about 20%, at least about 25%, at least about 30%, at least about 35% At least about 40%, at least about 45%, at least about 50%, at least about 55%, low At least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, at least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 91%, at least about 92%, at least about 93%, At least about 94%, at least about 95%, at least about 96%, at least about 97%, at least about 98%, at least about 99%, or 100% of pluripotent stem cells.

F.リプログラム細胞の分化方法
誘導幹細胞の多能性を評価するもう1つの方法は、インビトロで細胞を特定の体細胞型に分化させることである。例えば、特定の細胞型への分化を駆動(drive)することが知られている特定の成長因子が用いられ得る。
F. Differentiation Methods for Reprogrammed Cells Another way to assess the pluripotency of induced stem cells is to differentiate the cells into specific somatic cell types in vitro. For example, specific growth factors known to drive differentiation into specific cell types can be used.

いくつかの実施形態では、本発明の方法に従って作製された幹細胞は、その後、例えば造血(幹/前駆)細胞、神経(幹/前駆)細胞(および所望により、更に分化した細胞、例えばサブタイプ特異的ニューロン、オリゴデンドロサイト等)、膵臓細胞(例えば、内分泌前駆細胞または膵臓ホルモン発現細胞)、肝細胞、心血管(幹/前駆)細胞(例えば、心筋細胞、内皮細胞、平滑筋細胞)、網膜細胞等を形成するように誘導される。所望の細胞型への多能性幹細胞の分化を誘導する種々の方法が知られている。種々の細胞運命への幹細胞の分化を誘導する方法の非限定的な例は、例えば、米国特許第8,187,878号;同第7,781,214号;同第7,757,762号;同第7,541,186号;Kaiming Ye and Sha Jin, eds., Human Embryonic and Induce Pluripotent Stem Cells: Lineage-specific Differentiation Protocols, New York: Humana Press, 2011; およびSchlaeger et al., Current Protocols in Stem Cell Biology, New York: Wiley, 2014に記載されている。   In some embodiments, stem cells generated according to the methods of the invention are then treated with, for example, hematopoietic (stem / progenitor) cells, neural (stem / progenitor) cells (and optionally further differentiated cells such as subtype specific Neurons, oligodendrocytes, etc.), pancreatic cells (eg, endocrine precursor cells or pancreatic hormone-expressing cells), hepatocytes, cardiovascular (stem / progenitor) cells (eg, cardiomyocytes, endothelial cells, smooth muscle cells), retina Induced to form cells and the like. Various methods are known for inducing differentiation of pluripotent stem cells into a desired cell type. Non-limiting examples of methods for inducing stem cell differentiation to various cell fates include, for example, US Pat. Nos. 8,187,878; 7,781,214; 7,757,762. No. 7,541,186; Kaiming Ye and Sha Jin, eds., Human Embryonic and Induce Pluripotent Stem Cells: Lineage-specific Differentiation Protocols, New York: Humana Press, 2011; and Schlaeger et al., Current Protocols in Stem Cell Biology, New York: Wiley, 2014.

G.医薬製剤
医薬的用途で使用される場合、本発明の小分子化合物は通常、好適なバッファー中に製剤化され、そのようなバッファーは、リン酸緩衝食塩水またはリン酸ナトリウム/硫酸ナトリウム、トリスバッファー、グリシンバッファー、滅菌水、およびGood et al. Biochemistry 5:467 (1966)に記載されているもの等の当業者に公知の他のバッファー等の任意の医薬的に許容されるバッファーであり得る。
G. Pharmaceutical Formulations When used in pharmaceutical applications, the small molecule compounds of the present invention are typically formulated in a suitable buffer, such as phosphate buffered saline or sodium phosphate / sodium sulfate, Tris buffer. Can be any pharmaceutically acceptable buffer, such as glycine buffer, sterile water, and other buffers known to those skilled in the art such as those described in Good et al. Biochemistry 5: 467 (1966).

組成物は、安定剤、エンハンサー、または他の医薬的に許容されるキャリアもしくは媒体(vehicle)を更に含んでよい。医薬的に許容される塩またはキャリアは、例えば小分子化合物を安定化するように作用する、生理学的に許容される化合物を含み得る。生理学的に許容される化合物は、例えば、炭水化物、例えばグルコース、スクロース、またはデキストラン、抗酸化剤、例えばアスコルビン酸またはグルタチオン、キレート化剤、低分子量タンパク質、または他の安定剤もしくは補形剤を含み得る。他の生理学的に許容される化合物としては、微生物の成長または作用の防止に特に有用な湿潤剤、乳化剤、分散剤、または保存剤が含まれる。種々の保存剤が周知であり、例えばフェノールおよびアスコルビン酸が含まれる。キャリア、安定剤、または補助剤(adjuvant)の例はRemington’s Pharmaceutical Sciences, Mack Publishing Company, Philadelphia, PA, 17th ed. (1985)に見出すことができる。   The composition may further comprise a stabilizer, enhancer, or other pharmaceutically acceptable carrier or vehicle. Pharmaceutically acceptable salts or carriers can include physiologically acceptable compounds that act, for example, to stabilize small molecule compounds. Physiologically acceptable compounds include, for example, carbohydrates such as glucose, sucrose, or dextran, antioxidants such as ascorbic acid or glutathione, chelating agents, low molecular weight proteins, or other stabilizers or excipients. obtain. Other physiologically acceptable compounds include wetting agents, emulsifying agents, dispersing agents, or preserving agents that are particularly useful for preventing microbial growth or action. Various preservatives are well known and include, for example, phenol and ascorbic acid. Examples of carriers, stabilizers, or adjuvants can be found in Remington's Pharmaceutical Sciences, Mack Publishing Company, Philadelphia, PA, 17th ed. (1985).

VI.実施例
以下の実施例は、特許請求される発明を説明するために提供されるものであって、限定する趣旨のものではない。
VI. Examples The following examples are provided to illustrate the claimed invention and are not intended to be limiting.

実施例1:マウス体細胞中で多能性遺伝子発現を活性化するためのプロトコール
本発明者らは、EGFPレポーターに連結した導入遺伝子Oct4プロモーター(Oct4−EGFP)を保有する線維芽細胞から作った胚様体様体のハイスループットスクリーニングにより小分子を同定した。本発明者らが「プログラミン」(例えば、リバーシン)と名付けたこの合成異種環状(heterocyclic)分子は、マウス体細胞でOct4、Sox2、およびNanogの25〜200倍強い発現を誘導することができた。更に、E−カドヘリン(胚細胞の多能性維持に重要な細胞接着遺伝子)の発現が誘導され、最初の線維芽細胞と比べて5倍増加した。リプログラミング効率は約20%であり、達成までに7日かかる。線維芽細胞を単層として通常の接着性培養ディッシュ上で従来法により成長させた場合にはOct4、Sox2、およびNanogの発現は誘導(活性化)されなかった。
Example 1: Protocol for activating pluripotent gene expression in mouse somatic cells We made from fibroblasts carrying the transgene Oct4 promoter (Oct4-EGFP) linked to an EGFP reporter Small molecules were identified by high-throughput screening of embryoid bodies. This synthetic heterocyclic molecule, which we named “programin” (eg, reversin), was able to induce 25-200-fold stronger expression of Oct4, Sox2, and Nanog in mouse somatic cells. . Furthermore, the expression of E-cadherin (a cell adhesion gene important for maintaining pluripotency of embryonic cells) was induced and increased by a factor of 5 compared to the first fibroblast. Reprogramming efficiency is about 20% and takes 7 days to achieve. When fibroblasts were grown as a monolayer by a conventional method on a normal adhesive culture dish, the expression of Oct4, Sox2 and Nanog was not induced (activated).

これらの体の形成プロセス自体が、低い基底レベルのOct4、Sox2、およびNanog発現を活性化する(成長中の培養ディッシュ接着性線維芽細胞より2倍高い)。この機械的に誘導される生物活性はqPCR分析により確認された。細胞凝集体をプログラミンで処理すると、これら3つの多能性遺伝子の発現が更に例えば対照と比べて20〜200倍増加した。これらの結果は更に多数回再現され、ヒト線維芽細胞を用いても再現された。要約すると、プログラミンまたはその誘導体は単独では、体細胞が凝集するように機械的に誘導されて培養ディッシュへの接着が防止されない限り、Oct4、Sox2、およびNanog発現を活性化できない。   These body formation processes themselves activate low basal levels of Oct4, Sox2, and Nanog expression (2 times higher than growing cultured dish-adherent fibroblasts). This mechanically induced biological activity was confirmed by qPCR analysis. Treatment of cell aggregates with programin further increased the expression of these three pluripotency genes by 20-200 fold compared to, for example, controls. These results were reproduced many more times and were also reproduced using human fibroblasts. In summary, programin or its derivatives alone cannot activate Oct4, Sox2, and Nanog expression unless they are mechanically induced so that somatic cells aggregate to prevent adherence to culture dishes.

プログラミン誘導多能性(PIP)幹細胞は、骨形成誘導性培地により誘導された時に骨細胞を形成することができ、神経誘導性補充物質で処理された時に神経細胞を形成することができる。多能性幹細胞を作製するためのこの新規なアプローチは、簡便、迅速、効率的であり、費用対効果が高い。したがって、PIP幹細胞は、再生医療に用いるための臓器および組織移植片の作製に用いるための価値ある多用途の細胞源を提供する。更に、ヒトPIP幹細胞は、医薬業界による薬物の毒性および生物活性試験のために、肝臓、心臓、および神経細胞等の特異的細胞型への分化を誘導することができる。   Programin-induced pluripotent (PIP) stem cells can form bone cells when induced by an osteogenesis-inducing medium and can form nerve cells when treated with a nerve-inducing supplement. This novel approach for generating pluripotent stem cells is simple, rapid, efficient and cost effective. Thus, PIP stem cells provide a valuable and versatile cell source for use in making organs and tissue grafts for use in regenerative medicine. Furthermore, human PIP stem cells can induce differentiation into specific cell types such as liver, heart, and nerve cells for drug toxicity and bioactivity studies by the pharmaceutical industry.

本実施例は、多能性幹細胞マーカーを発現する誘導多能性幹細胞(iPSC)へのマウス体細胞のリプログラミングを可能にする新規化合物の使用を説明するものである。   This example illustrates the use of novel compounds that allow reprogramming of mouse somatic cells into induced pluripotent stem cells (iPSCs) that express pluripotent stem cell markers.

必要な材料:10%FBS、1%PSを含むDMEM(インビトロジェン社)を補った培養培地;1×B27(インビトロジェン社)、1,000U/mLのマウス白血病抑制因子(LIF)を含むDMEM/F12培養培地(インビトロジェン社)を補ったマウスESC培地;プログラミン(DMSOに溶解した凍結ストック);作用濃度=1〜5μM;滅菌35mm非接着性培養ディッシュ(SPL;11035)。   Required Materials: Culture medium supplemented with DMEM (Invitrogen) containing 10% FBS, 1% PS; DMEM / F12 containing 1 × B27 (Invitrogen), 1,000 U / mL mouse leukemia inhibitory factor (LIF) Mouse ESC medium supplemented with culture medium (Invitrogen); programin (frozen stock dissolved in DMSO); working concentration = 1-5 μM; sterile 35 mm non-adhesive culture dish (SPL; 11035).

手順
PIP幹細胞作製の1日目:
Procedure Day 1 of PIP stem cell production:

1.マウス尾線維芽細胞(第2〜6継代且つ成長対数期)を調達する。培養培地中の細胞懸濁液を得るための標準的なプロトコールを用いて線維芽細胞をトリプシン処理する。   1. Mouse tail fibroblasts (passage 2-6 and growth log phase) are procured. Fibroblasts are trypsinized using a standard protocol to obtain a cell suspension in culture medium.

2.線維芽細胞または他の体細胞を滅菌35mm非接着性培養ディッシュ上に3mLの培養培地中1×10〜1×10細胞/cmの密度で播種する。 2. Fibroblasts or other somatic cells are seeded onto sterile 35 mm non-adherent culture dishes at a density of 1 × 10 5 to 1 × 10 6 cells / cm 2 in 3 mL culture medium.

3.細胞インキュベーター中で細胞を37℃および5%COでインキュベートする。 3. Incubate the cells in a cell incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 .

4.培養ディッシュ表面に細胞が接着するのを防止するために培養培地を穏やかにピペッティングする。1日2回、それぞれ2分間、行わねばならない。標準的な1mLピペットおよびプラスチック製のチップを培養物のピペッティングに用いた。ピペッティングは非常にゆっくりと行う必要がある(およそ0.5〜1mL/秒で、非接着性培養ディッシュ表面から細胞を剥がすのに充分な力が生じる)。   4). Gently pipet the culture medium to prevent cells from adhering to the culture dish surface. Must be done twice a day for 2 minutes each. Standard 1 mL pipettes and plastic tips were used for pipetting cultures. Pipetting needs to be done very slowly (approx. 0.5-1 mL / sec produces enough force to detach the cells from the non-adherent culture dish surface).

PIP幹細胞作製の2日目。   Day 2 of PIP stem cell production.

1.細胞は1日目の後に胚様体様体へと凝集し始める。培養期間中、これらの体の数およびサイズが増える。   1. Cells begin to aggregate into embryoid bodies after the first day. During the culture period, the number and size of these bodies increase.

2.培養ディッシュ表面に胚様体様細胞体が付着するのを防止するために培養培地を穏やかにピペッティングする。   2. Gently pipet the culture medium to prevent embryoid body-like cell bodies from attaching to the surface of the culture dish.

3.1mLの新鮮な培養培地を加える。   3. Add 1 mL of fresh culture medium.

PIP幹細胞作製の4日目。   Day 4 of PIP stem cell production.

1.800rpmで5分間の遠心により細胞懸濁液およびペレット細胞を回収する。穏やかな遠心およびピペッティングは胚様体様体を脱凝集しない。マウスESC培地およびプログラミン(1〜5μM)またはプログラミン誘導体で細胞を1回洗浄する。   1. Collect cell suspension and pellet cells by centrifugation at 800 rpm for 5 minutes. Gentle centrifugation and pipetting does not disaggregate embryoid bodies. Cells are washed once with mouse ESC medium and programin (1-5 μM) or programin derivative.

2.胚様体様体を再度ペレット化し、それらを3mLマウスESC培地およびプログラミンまたはその誘導体に再懸濁する。   2. Embryoid bodies are pelleted again and they are resuspended in 3 mL mouse ESC medium and programin or derivatives thereof.

3.胚様体様細胞体を滅菌35mm非接着性培養ディッシュに播種する。細胞インキュベーター中で胚様体様体を37℃、5%COで2〜3日インキュベートする。 3. Embryoid somatic cell bodies are seeded in sterile 35 mm non-adherent culture dishes. Embryoid bodies are incubated at 37 ° C., 5% CO 2 for 2-3 days in a cell incubator.

4.1日2回のピペッティングを毎日行って培養ディッシュに胚様体様細胞体が固着するのを防止する。   4. Perform pipetting twice a day daily to prevent embryoid body-like cell bodies from sticking to the culture dish.

5.5日目(プログラミン処理後2日目)に1mLの新鮮なマウスESC培地を加える。   5.5 Add 1 mL of fresh mouse ESC medium on day 5 (day 2 after programin treatment).

PIP幹細胞作製の6〜7日目。   Days 6-7 of PIP stem cell production.

1.共焦点分析のためのPIおよびHoechst染色用に胚様体様細胞体を回収する。細胞中の緑色蛍光およびHoechst染色の存在が、Oct4−EGFPを発現している生きたPIP細胞の存在を示す。   1. Embryoid somatic cell bodies are harvested for PI and Hoechst staining for confocal analysis. The presence of green fluorescence and Hoechst staining in the cells indicates the presence of live PIP cells expressing Oct4-EGFP.

2.多能性遺伝子の発現、すなわちOct4、Sox2、およびNanogの発現、また更に、他の主要な幹細胞関連遺伝子の発現を検証するため、qPCR分析用に胚様体様細胞体を回収する。   2. To verify the expression of pluripotency genes, ie, Oct4, Sox2, and Nanog, as well as the expression of other major stem cell-related genes, embryoid somatic cell bodies are collected for qPCR analysis.

結果
本発明の方法例の模式図を図1に示す。Oct4−EGFPトランスジェニックマウスの尾から抽出されてCD34で染色された尾線維芽細胞(図2)。表面マーカーCD34を発現する細胞だけをフローサイトメトリーにより分取した。図2(B)は、接着性培養ディッシュ上で3日間成長させたCD34線維芽細胞を示している。接着性培養ディッシュ上で成長させて5μMプログラミンで3日間処理したCD34線維芽細胞は死滅し、Oct4を発現しなかった(図2(C)および図2(D))。
Results A schematic diagram of an example method of the present invention is shown in FIG. Tail fibroblasts extracted from the tail of Oct4-EGFP transgenic mice and stained with CD34 (FIG. 2). Only cells expressing the surface marker CD34 were sorted by flow cytometry. FIG. 2 (B) shows CD34 + fibroblasts grown for 3 days on adherent culture dishes. CD34 + fibroblasts grown on adherent culture dishes and treated with 5 μM programin for 3 days died and did not express Oct4 (FIGS. 2C and 2D).

Oct4−EGFPトランスジェニックマウスの尾から回収されたCD34線維芽細胞を機械的にピペッティングし、非接着性培養プレート上に維持して、細胞が凝集して胚様体様体を形成するようにした(図3(A))。本実験中の胚様体様体をPI色素で染色して死細胞の存在(赤い矢印)を決定し、Hoechst色素で染色して生細胞の存在(青い矢印)を決定した(図3(A)〜(D))。共焦点顕微鏡下で、Oct4−EGFP発現(緑色の矢印)は、非処理胚様体様体の生細胞中では検出不能であった(図3(A))。5μMのプログラミンで24時間(図3(B))、48時間(図3(C))、および69時間(図3(D))処理された胚様体様細胞体はOct4−EGFPを発現した。プログラミンは、処理の24〜69時間後のCD34線維芽細胞においてOct4−EGFP発現を活性化することができた(緑色の矢印)。 CD34 + fibroblasts recovered from the tail of Oct4-EGFP transgenic mice are mechanically pipetted and maintained on non-adherent culture plates so that the cells aggregate to form embryoid bodies. (FIG. 3A). The embryoid bodies in this experiment were stained with PI dye to determine the presence of dead cells (red arrow) and stained with Hoechst dye to determine the presence of live cells (blue arrow) (FIG. 3A ) To (D)). Under confocal microscopy, Oct4-EGFP expression (green arrow) was undetectable in living cells of untreated embryoid bodies (FIG. 3 (A)). Embryoid body-like cell bodies treated with 5 μM programin for 24 hours (FIG. 3 (B)), 48 hours (FIG. 3 (C)), and 69 hours (FIG. 3 (D)) expressed Oct4-EGFP. . Programin was able to activate Oct4-EGFP expression in CD34 + fibroblasts 24-69 hours after treatment (green arrow).

qPCRの結果は、CD34マウス線維芽細胞が単層として培養された時にOct4、Sox2、およびNanogを発現しないことを示している(図4)。対照的に、胚様体様細胞体を形成するように線維芽細胞を機械的に操作した場合、これらはOct4、Sox2、およびNanog等の多能性遺伝子を低い基底レベルで発現するように誘導される。これらの胚様体様細胞体を5μMのプログラミンで処理すると、Oct4、Sox2、およびNanog発現が有意に高まる。 The qPCR results indicate that CD34 + mouse fibroblasts do not express Oct4, Sox2, and Nanog when cultured as a monolayer (FIG. 4). In contrast, when fibroblasts are mechanically engineered to form embryoid somatic cell bodies, they induce pluripotent genes such as Oct4, Sox2, and Nanog to be expressed at low basal levels. Is done. Treatment of these embryoid somatic cell bodies with 5 μM programin significantly increases Oct4, Sox2, and Nanog expression.

qPCRの結果は、Oct4、Sox2、およびNanog発現を高める種々のプログラミン誘導体の有効性を示している(図5)。誘導体237、400、594、648、668、957、958、および959は、CD34マウス線維芽細胞の胚様体様細胞体中でOct4、Sox2、およびNanog発現を有意に増加させた。多能性幹細胞マーカーのレベルは、プログラミンまたはその誘導体で処理された胚様体様細胞体中で、単層として培養されたCD34マウス線維芽細胞および非処理胚様体様細胞体と比べて高かった。 The qPCR results show the effectiveness of various programin derivatives that enhance Oct4, Sox2 and Nanog expression (FIG. 5). Derivatives 237, 400, 594, 648, 668, 957, 958, and 959 significantly increased Oct4, Sox2, and Nanog expression in embryoid-like cell bodies of CD34 + mouse fibroblasts. The level of pluripotent stem cell markers is compared to CD34 + mouse fibroblasts and untreated embryoid body-like cell bodies cultured as monolayers in embryoid body-like cell bodies treated with programin or its derivatives it was high.

実施例2:ヒト臍帯血管周囲間葉系前駆細胞において多能性遺伝子発現を活性化するためのプロトコール
本実施例では、多能性幹細胞マーカーを発現するiPSCへのヒト前駆細胞、例えばヒト臍帯血管周囲間葉系前駆細胞のリプログラミングを促進する新規化合物の使用が説明される。
Example 2: Protocol for activating pluripotency gene expression in human umbilical cord perivascular mesenchymal progenitor cells In this example, human progenitor cells to iPSCs expressing pluripotent stem cell markers, such as human umbilical cord blood vessels The use of novel compounds that promote reprogramming of surrounding mesenchymal progenitor cells is described.

必要な材料:プログラミンまたはその誘導体(DMSOに溶解した凍結ストック)、100ng/mL塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)(インビトロジェン社)を補ったEssential 6(インビトロジェン社)、15%ESQ−FBS(インビトロジェン社)および1%PSを含むMEM/F12(インビトロジェン社)からなるHUCPV培地;作用濃度=1〜5μM;滅菌非接着性24ウェル培養プレート(SPL;32024)。   Necessary materials: programin or derivatives thereof (frozen stock dissolved in DMSO), Essential 6 (Invitrogen) supplemented with 100 ng / mL basic fibroblast growth factor (bFGF) (Invitrogen), 15% ESQ-FBS ( HUCPV medium consisting of Invitrogen) and MEM / F12 (Invitrogen) containing 1% PS; working concentration = 1-5 μM; sterile non-adherent 24-well culture plate (SPL; 32024).

手順
1.初代ヒト臍帯血管周囲(HUCPV)細胞をHUCPV培養培地中に維持し、トリプシン処理により継代した。第6細胞継代未満のHUCPV細胞のみを用いた。
Procedure 1. Primary human umbilical cord perivascular (HUCPV) cells were maintained in HUCPV culture medium and passaged by trypsinization. Only HUCPV cells below the sixth cell passage were used.

2.HUCPV培養をトリプシン処理し、単一細胞に解離させる。   2. HUCPV cultures are trypsinized and dissociated into single cells.

3.解離させたHUCPV細胞を、600μLのHUCPV培地中に3×10細胞で再懸濁し、非接着性24ウェル培養プレートの各ウェルに播種する。 3. Dissociated HUCPV cells are resuspended at 3 × 10 5 cells in 600 μL of HUCPV medium and seeded into each well of a non-adherent 24-well culture plate.

4.細胞を細胞インキュベーター中で37℃および5%COでインキュベートする。 4). Cells are incubated in a cell incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 .

5.翌日、実験の最後まで、細胞が培養プレート上に付着しないように細胞を1日2回ピペッティングしてHUCPV細胞を胚様体様細胞体へと凝集させた。   5. The next day, until the end of the experiment, HUCPV cells were aggregated into embryoid body-like cell bodies by pipetting the cells twice a day so that the cells did not adhere on the culture plate.

6.2日毎に200μLの新鮮なHUCPV培地を培養液に加えた。   6. Every 2 days, 200 μL of fresh HUCPV medium was added to the culture.

7.4日間の培養後、胚様体様細胞体を800rpmで5分間遠心して培養培地を取り除いた。遠心およびピペッティングは胚様体様体が脱凝集しないように穏やかにするようにする。   After culturing for 7.4 days, the embryoid body-like cell body was centrifuged at 800 rpm for 5 minutes to remove the culture medium. Centrifugation and pipetting should be gentle so that the embryoid bodies do not disaggregate.

8.Essential 6および1〜5μMのプログラミンまたはその誘導体を補ったHUCPV培地で胚様体様細胞体を1回洗浄する。遠心により培地を除去する。   8). The embryoid body-like cell bodies are washed once with HUCPV medium supplemented with Essential 6 and 1-5 μM programin or derivatives thereof. Remove the medium by centrifugation.

9.滅菌非接着性24ウェル培養プレートの各ウェル中のEssential 6および1〜5μMプログラミンまたはその誘導体で補った600μLのHUCPV培地中に胚様体様体を再懸濁する。   9. Resuspend embryoid bodies in 600 μL HUCPV medium supplemented with Essential 6 and 1-5 μM programin or derivatives thereof in each well of a sterile non-adherent 24-well culture plate.

10.プログラミン処理の30時間後、多能性遺伝子Oct4、Sox2、およびNanogの発現を検証するためのqPCR分析用にプログラミン処理胚様体様細胞体を回収した。他の主要な幹細胞関連遺伝子も分析した。   10. Thirty hours after programin treatment, programin-treated embryoid body-like cell bodies were collected for qPCR analysis to verify the expression of pluripotency genes Oct4, Sox2, and Nanog. Other major stem cell related genes were also analyzed.

結果
ヒト臍帯血管周囲間葉系前駆(HUCPV)細胞を培養ディッシュに接着させた後、0〜5μMのプログラミンで30時間処理した。qPCR分析により、単層として培養された細胞中でプログラミンがOct4、Sox2、KLF4、c−Myc、およびNanog発現を活性化しないことが示された。
Results Human umbilical cord perivascular mesenchymal progenitor (HUCPV) cells were adhered to a culture dish and then treated with 0-5 μM programin for 30 hours. qPCR analysis showed that programin did not activate Oct4, Sox2, KLF4, c-Myc, and Nanog expression in cells cultured as monolayers.

胚様体様体に凝集させたHUCPV細胞は、単層として培養された細胞と比べてより高いOct4、Sox2、およびNanogの発現を示した(図6)。しかし、Klf4およびc−Myc発現は活性化されなかった。   HUCPV cells aggregated into embryoid bodies showed higher Oct4, Sox2 and Nanog expression compared to cells cultured as monolayers (FIG. 6). However, Klf4 and c-Myc expression was not activated.

HUCPV細胞から形成された胚様体様体を1〜5μMのプログラミンで30時間処理した。試験された全ての濃度でプログラミンに曝した胚様体様体は非処理胚様体様体対照(0μM)と比べてOct4、Sox2、KLF4、c−Myc、およびNanog発現の有意な増大を示した(図6および7)。4μMプログラミンは、他の濃度と比べて、最高レベルのOct4、Sox2、Klf4、およびNanogを誘導した。   Embryoid bodies formed from HUCPV cells were treated with 1-5 μM programin for 30 hours. Embryoid bodies exposed to programin at all concentrations tested showed a significant increase in Oct4, Sox2, KLF4, c-Myc, and Nanog expression compared to untreated embryoid body controls (0 μM). (FIGS. 6 and 7). 4 μM programin induced the highest levels of Oct4, Sox2, Klf4, and Nanog compared to other concentrations.

データは、HUCPV細胞が、物理的に胚様体様体へと凝集された時に、細胞中でOct4、Sox2、Klf4、c−Myc、およびNanog発現を活性化することによりプログラミンに反応することを示している。最初HUCPV細胞から形成された胚様体様体は、非接着性培養ディッシュ上で成長させてディッシュ表面への固着が防止された時に、多能性幹細胞に分化する。   The data show that HUCPV cells respond to programin by activating Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, and Nanog expression in the cells when physically aggregated into embryoid bodies. Show. Embryoid bodies initially formed from HUCPV cells differentiate into pluripotent stem cells when grown on non-adhesive culture dishes and prevented from sticking to the dish surface.

実施例3:ヒト皮膚線維芽細胞中で多能性遺伝子発現を活性化するためのプロトコール
本実施例では、ヒト皮膚線維芽細胞からのiPSCの形成を誘導する方法が説明される。方法は、ヒト線維芽細胞に細胞凝集体を形成させ、次いで凝集体を化合物プログラミンまたはその誘導体、例えばプログラミン2〜9に暴露することを含む。
Example 3: Protocol for activating pluripotent gene expression in human dermal fibroblasts This example describes a method for inducing the formation of iPSCs from human dermal fibroblasts. The method includes causing human fibroblasts to form cell aggregates and then exposing the aggregates to the compound programin or a derivative thereof, such as programins 2-9.

必要な材料:15%FBS、1%非必須アミノ酸、1%PSを含むイーグルMEM培地(インビトロジェン社)を補った線維芽細胞培地、20%ノックアウト血清代替物(インビトロジェン社)、2mM L−グルタミン、0.1mM非必須アミノ酸、0.1mMメルカプトエタノール、10ng/mL線維芽細胞成長因子−塩基性(bFGF)、1%PSを含むDMEM/F12(インビトロジェン社)、プログラミンまたはその誘導体(DMSOに溶解した凍結ストック)を補ったヒトESC培地;作用濃度=5μM、および滅菌35mm非接着性培養ディッシュ(SPL;11035)。   Necessary materials: Fibroblast medium supplemented with Eagle MEM medium (Invitrogen) containing 15% FBS, 1% non-essential amino acid, 1% PS, 20% knockout serum replacement (Invitrogen), 2 mM L-glutamine, 0.1 mM non-essential amino acid, 0.1 mM mercaptoethanol, 10 ng / mL fibroblast growth factor-basic (bFGF), DMEM / F12 (Invitrogen) containing 1% PS, programin or a derivative thereof (dissolved in DMSO) Human ESC medium supplemented with (frozen stock); working concentration = 5 μM, and sterile 35 mm non-adherent culture dish (SPL; 11035).

手順
1.初代ヒト皮膚線維芽細胞を線維芽細胞培地中で培養し、トリプシン処理により継代した。第5継代の線維芽細胞を実験に用いた。
Procedure 1. Primary human dermal fibroblasts were cultured in fibroblast medium and passaged by trypsinization. Passage 5 fibroblasts were used in the experiments.

2.トリプシンを用いて培養物を単一細胞に解離させた後、2×10細胞を非接着性35mmディッシュ中の3mLの線維芽細胞培地に再懸濁し、37℃のインキュベーター中5%COで維持した。 2. After dissociating the culture into single cells using trypsin, 2 × 10 6 cells were resuspended in 3 mL fibroblast medium in a non-adherent 35 mm dish and 5% CO 2 in a 37 ° C. incubator. Maintained.

3.数時間後、凝集体が形成された。過度に大きな凝集体をピペッティングにより穏やかに壊す。   3. After several hours, aggregates formed. Gently break overly large aggregates by pipetting.

4.翌日、緻密な(compact)凝集体が形成された。再度、ピペッティングにより凝集体をより小さなサイズ(直径100〜120μm)に穏やかに壊す。   4). The next day compact aggregates were formed. Again, gently break the aggregate to smaller sizes (100-120 μm diameter) by pipetting.

5.細胞凝集体/胚様体様細胞体形成の3日後、5μMプログラミンまたはその誘導体を補ったヒトESC培地に培地を変換する。   5. Three days after cell aggregate / embryoid body-like cell body formation, the medium is converted to human ESC medium supplemented with 5 μM programin or a derivative thereof.

6.2日後、培地に新鮮なプログラミンまたはその誘導体を補充する。   6.2 After two days, the medium is supplemented with fresh programin or a derivative thereof.

7.プログラミンまたはその誘導体による4日間の処理後、細胞を回収する。トータルRNAをTrizol試薬を用いて抽出し、カラムを用いて精製する。   7). Cells are harvested after 4 days of treatment with programin or its derivatives. Total RNA is extracted using Trizol reagent and purified using a column.

8.主要な幹細胞関連遺伝子について逆転写およびqPCRを行う。   8). Reverse transcription and qPCR are performed on major stem cell associated genes.

結果:
4日間の化合物処理後、Oct4、Nanog、Sox2、c−Myc、およびKLF4等の幹細胞関連遺伝子が、プログラミンで処理された胚様体様体において、媒体で処理された胚様体様体、プログラミンで処理されたヒト線維芽細胞の単層、および媒体で処理されたヒト皮膚線維芽細胞の単層より高いレベルで発現されている(図8(A)〜(E))。したがって、プログラミンは、Oct4、Sox2、Nanog、KLF4、およびc−Mycを含む多能性関連遺伝子を強く発現するように、凝集体で培養された線維芽細胞は活性化するが、単層で培養された線維芽細胞は活性化しない。
result:
After 4-day compound treatment, stem cell-related genes such as Oct4, Nanog, Sox2, c-Myc, and KLF4 are treated with programin in an embryoid body that has been treated with medium. Is expressed at higher levels than human fibroblast monolayers treated with, and human skin fibroblast monolayers treated with vehicle (FIGS. 8 (A)-(E)). Thus, programin activates fibroblasts cultured in aggregates to strongly express pluripotency-related genes including Oct4, Sox2, Nanog, KLF4, and c-Myc, but cultured in monolayers The activated fibroblasts are not activated.

実施例4:上記実施例に従って作製された胚様体様体の発生可能性の試験方法
本実施例では、実施例1〜3に記載の方法に従って作製されたiPSCを骨形成原細胞または神経細胞へと分化させる方法が説明される。
Example 4: Method for testing the feasibility of embryoid bodies produced according to the above examples In this example, iPSCs produced according to the methods described in Examples 1 to 3 were used as osteogenic or neuronal cells. A method of differentiating into is described.

骨形成(骨)誘導の方法
プログラミン処理胚様体様細胞体(1×10細胞/10cm)を、非接着性培養ディッシュ上のDMEM/F12、1000U/mL LIF、および1×B27中に懸濁培養物として4日間維持した。その後、0.1%ゼラチンでコーティングされた培養ディッシュに胚様体様細胞体を移した(図9(A))。10μM Wntアゴニスト(カタログ番号681665、カルビオケム社)を培養培地(DMEM/F12、1000U/mL LIFおよび1×B27)に加えた。2〜3日後の培養物中に骨様の小結節が見られた(図9(B))。小結節のAlizen Red染色により、分化細胞が骨細胞であることが確認された(図9(C))。凝集しなかったプログラミン処理細胞はWntアゴニストに曝した後に細胞死した(図9(D))。
Bone formation (bone) induction method Programin-treated embryoid body-like cell bodies (1 × 10 6 cells / 10 cm 2 ) were placed in DMEM / F12, 1000 U / mL LIF, and 1 × B27 on non-adhesive culture dishes. Maintained as a suspension culture for 4 days. Thereafter, the embryoid body-like cell body was transferred to a culture dish coated with 0.1% gelatin (FIG. 9A). 10 μM Wnt agonist (catalog number 681665, Calbiochem) was added to the culture medium (DMEM / F12, 1000 U / mL LIF and 1 × B27). Bone-like nodules were observed in the cultures after 2-3 days (FIG. 9B). The differentiated cells were confirmed to be bone cells by Alizen Red staining of the nodules (FIG. 9C). The programin-treated cells that did not aggregate died after exposure to Wnt agonist (FIG. 9 (D)).

神経細胞の誘導方法
プログラミン処理胚様体様細胞体(1×10細胞/10cm)を、非接着性培養ディッシュ上のDMEM/F12、1000U/mL LIF、および1xB27中の懸濁培養物として4日間維持した。その後、0.1%ゼラチンでコーティングされた培養ディッシュに胚様体様細胞体を移した(図10(A))。培養培地中のB27は神経新生を誘導できるので、神経誘導小分子は培地に添加しなかった(図10(B))。3日間の培養後、0.1%ゼラチンコーティング培養プレート上にニューロンが見られ、これは7日後にはより明らかであった(図10(C)および(D))。
Method for Inducing Neurons Programin-treated embryoid body-like cell bodies (1 × 10 6 cells / 10 cm 2 ) were used as suspension cultures in DMEM / F12, 1000 U / mL LIF, and 1 × B27 on non-adhesive culture dishes. Maintained for 4 days. Thereafter, the embryoid body-like cell body was transferred to a culture dish coated with 0.1% gelatin (FIG. 10 (A)). Since B27 in the culture medium can induce neurogenesis, the nerve-inducing small molecule was not added to the medium (FIG. 10B). After 3 days of culture, neurons were seen on 0.1% gelatin-coated culture plates, which were more apparent after 7 days (FIGS. 10 (C) and (D)).

本願で引用される全ての特許、全ての特許、特許出願、およびGenBankアクセッション番号を含む他の出版物の全体をあらゆる目的のために参照により援用する。   All patents, all patents, patent applications, and other publications, including GenBank accession numbers cited in this application, are incorporated by reference for all purposes.

Claims (24)

分化細胞から多能性幹細胞を作製する方法であって、
(a)前記分化細胞を容器の中で培養すること、
(b)前記分化細胞を機械的に撹拌して細胞凝集体を形成すること、
(c)前記細胞凝集体を、有効量の、下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物に曝すこと、
(d)前記凝集体の細胞中におけるOct4、Sox2、またはNanogの発現レベルを検出すること、
(e)前記凝集体の細胞中におけるOct4、Sox2、またはNanogの発現レベルが分化細胞中における対応する発現レベルより高い場合に、細胞が多能性幹細胞であると決定すること、および
(f)前記多能性幹細胞を単離すること
を含む方法:

A method of producing pluripotent stem cells from differentiated cells,
(A) culturing the differentiated cells in a container;
(B) mechanically stirring the differentiated cells to form cell aggregates;
(C) exposing the cell aggregate to an effective amount of a compound having any one of the structures represented by the following formulas II to IX;
(D) detecting the expression level of Oct4, Sox2 or Nanog in the cells of the aggregate;
(E) determining that the cell is a pluripotent stem cell if the expression level of Oct4, Sox2, or Nanog in the cell of the aggregate is higher than the corresponding expression level in the differentiated cell; and (f) Isolating said pluripotent stem cells:

.
前記工程(a)の分化細胞が対象または細胞系から得られる、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the differentiated cells of step (a) are obtained from a subject or cell line. 前記対象が哺乳動物対象である、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the subject is a mammalian subject. 前記細胞系が哺乳動物細胞系である、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the cell line is a mammalian cell line. 前記分化細胞が線維芽細胞である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the differentiated cell is a fibroblast. 前記分化細胞が前駆細胞である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the differentiated cell is a progenitor cell. 前記工程(a)の分化細胞が約1×10〜1×10細胞/cmの密度である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the differentiated cells of step (a) have a density of about 1 × 10 5 to 1 × 10 6 cells / cm 2 . 前記細胞凝集体が前記容器の内面に接着しない、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the cell aggregate does not adhere to the inner surface of the container. 前記容器の内面が非接着性基質でコーティングされている、請求項8に記載の方法。   The method of claim 8, wherein the inner surface of the container is coated with a non-adhesive substrate. 機械的撹拌が、前記分化細胞を摩擦(titurate)すること、撹拌すること、または振とうすることを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein mechanical agitation comprises rubbing, agitating, or shaking the differentiated cells. 工程(d)が、増幅を基としたアッセイ、ハイブリダイゼーションを基としたアッセイ、イムノアッセイ、またはフローサイトメトリーアッセイを含む、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein step (d) comprises an amplification based assay, a hybridization based assay, an immunoassay, or a flow cytometry assay. 前記Oct4、Sox2、またはNanogのより高い発現レベルが、前記分化細胞に比して少なくとも約20〜約200倍高い、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the higher expression level of Oct4, Sox2, or Nanog is at least about 20 to about 200 times higher than the differentiated cell. 工程(e)の後に、前記多能性幹細胞を増殖させることを更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising expanding the pluripotent stem cells after step (e). 工程(e)の後に、前記多能性幹細胞が分化するように誘導することを更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising inducing the pluripotent stem cell to differentiate after step (e). 請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載の方法により得られる、多能性細胞または細胞系。   A pluripotent cell or cell line obtained by the method according to any one of claims 1 to 14. 少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を含む細胞凝集体を、分化細胞から作製する方法であって、
(a)前記分化細胞を約1×10〜約1×10細胞/mlの密度で容器中で培養すること、
(b)前記分化細胞を機械的に撹拌して前記細胞凝集体を形成させること、および
(c)少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を生じる条件下で前記細胞凝集体を培養すること
を含む方法。
A method for producing a cell aggregate comprising cells expressing at least one pluripotent stem cell marker from differentiated cells, comprising:
(A) culturing the differentiated cells in a vessel at a density of about 1 × 10 5 to about 1 × 10 6 cells / ml;
(B) mechanically agitating the differentiated cells to form the cell aggregates; and (c) culturing the cell aggregates under conditions that produce cells expressing at least one pluripotent stem cell marker. Method.
(d)前記細胞凝集体を、有効量の、下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物に曝す工程を更に含む、請求項16に記載の方法:

The method according to claim 16, further comprising the step of (d) exposing the cell aggregate to an effective amount of a compound having any one of the structures represented by the following formulas II to IX:

.
前記少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーがOct4、Sox2、またはNanogである、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein the at least one pluripotent stem cell marker is Oct4, Sox2, or Nanog. 工程(c)の後に、前記少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を増殖させることを更に含む、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, further comprising expanding cells expressing the at least one pluripotent stem cell marker after step (c). 工程(c)の後に、前記少なくとも1つの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞を単離することを更に含む、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, further comprising isolating cells that express the at least one pluripotent stem cell marker after step (c). 下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物:

A compound having any one of the structures represented by the following formulas II to IX:

.
請求項21に記載の化合物および医薬的に許容される塩を含む、分化細胞から多能性幹細胞を作製するための医薬組成物。   A pharmaceutical composition for producing pluripotent stem cells from differentiated cells, comprising the compound of claim 21 and a pharmaceutically acceptable salt. 分化細胞と、下記式II〜IXに示される構造のうちいずれか一つを有する化合物と、を含む混合物:

A mixture comprising differentiated cells and a compound having any one of the structures represented by the following formulas II to IX:

.
前記分化細胞が細胞凝集体である、請求項23に記載の混合物。   24. A mixture according to claim 23, wherein the differentiated cells are cell aggregates.
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