JP2016202164A - 造血幹細胞/前駆細胞の製造方法、及び、造血幹細胞/前駆細胞の組成物 - Google Patents

造血幹細胞/前駆細胞の製造方法、及び、造血幹細胞/前駆細胞の組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】生体外で培養を行い、高度に精製されており、かつ直ちに使用可能な造血幹細胞/前駆細胞の製造方法を提供する。【解決手段】製造方法は、造血幹細胞/前駆細胞を含む血液を解凍し、密度勾配遠心分離により単球の精製を行い、得られた高純度の単球を一夜培養する。一夜培養を行った単球を精製し、高純度の造血幹細胞/前駆細胞を分離する。分離された高純度の造血幹細胞/前駆細胞を、サイトカインおよびTAT−HOXB4を含むIMDM/5%HABS培養液で4から7日培養する。培養後の造血幹細胞/前駆細胞を収穫する。本発明の別の実施例による製造方法では、一夜培養は、IMDM/5%HABS培養液を用いて、5x105−6x106cells/mLの細胞密度範囲内で、単球を16〜18時間培養することである。【選択図】図1

Description

本発明は高純度に精製され直ちに使用できる造血幹細胞/前駆細胞の生体外における増幅培養の製造方法及びその組成物に関する。特に、本発明は密度勾配遠心分離により精製した単球を予め一晩培養してから造血幹細胞/前駆細胞の精製および生体外における増幅培養を行う造血幹細胞/前駆細胞の製造方法に関する。
造血幹細胞(Hematopoietic stem cells;HSCs)はすべての成熟血球の母細胞となり、自己複製し各造血細胞系に分化する能力をもつ(非特許文献1の記載を参照)。従来、造血幹細胞移植(Hematopoietic stem cells transplantation;HSCT)は血液疾患や先天性遺伝性疾患などの治療に幅広く利用されている。一般的に言えば、臨床的に適切な造血幹細胞には、骨髄(Bone marrow)、末梢血(Peripheral blood)及び臍帯血(Umbilical cord blood)が含まれる。最初の骨髄幹細胞採取方法では極度の痛みや不快感に伴うステップを経る場合が多いため、末梢血を造血幹細胞移植に使用してきた。しかし、移植ペアリングが困難であることから、近年、臍帯血を造血幹細胞移植に使用している。
CD34はヒト造血幹細胞における表面抗原であり、通常は造血幹細胞の指標とする。臨床研究により、移植CD34+細胞数の多少が移植後の生存率および成功率に正比例することは証明されている(非特許文献2の記載を参照)。さらなる研究により、細胞表面にCD34抗原をもつがCD38抗原をもたない細胞(CD34+CD38-細胞)が実際に主に機能する造血幹細胞であることを見出した。
臍帯血を用いた造血幹細胞移植は臨床応用において良好な効果が得られたが、臨床で移植する造血幹細胞数として、総有核細胞(Total nuclear cells;TNC)が少なくとも2×107個細胞/kgに、または、CD34+細胞が2×105個細胞/kgに達する必要がある。しかし、臍帯血から採取した造血幹細胞数が極めて少ないという問題がある。従って、造血幹細胞の生体外における増幅に関する研究が鋭意検討されている。
例えば、特許文献1には、各種細胞ホルモンを有効量で加えて造血幹細胞を培養する造血幹細胞の生体外における増幅及びその解析方法、並びに、造血幹細胞の分離同定用キットが開示されている。特許文献2には、培養液に増幅試薬を加えて造血幹細胞数を増幅させる造血幹細胞の製造方法が開示されている。また、特許文献3には、血管内皮細胞へタゲットするNotchリガンドの可溶性融合タンパク質であるヒトD111−RGD(hD111−RGD)により生体外において造血幹細胞を増幅させる方法が開示されている。なお、培養段階において造血幹細胞の増殖を促進しその数を増やす方法に加えて、特許文献4には、造血幹細胞を迅速に分離し生体外増幅を行うことで造血幹細胞の収穫効率を向上する、分離、生体外増幅および造血幹細胞の収穫に用いられる方法および装置が開示されている。
従来、生体外において造血幹細胞を増幅させる方法として、主に培養液に例えば細胞ホルモンや化合物、組換えタンパク質など種々の物質を添加することで造血幹細胞を増殖させることが知られている。しかし、造血幹細胞の培養時間が7日乃至2週間以上かかることは多く、短時間で臨床的に有効な造血幹細胞(CD34+CD38-細胞)の個体群を得ることができない。造血幹細胞は極めて貴重で脆弱であることから、造血幹細胞の回収率および収率を効率良く向上させることや取得困難な造血幹細胞を効率良く保存することは、造血幹細胞の生体外における増幅に対して極めて重要なことである。
米国特許出願US11/255,191号明細書 日本特許出願JP2012050537号明細書 中国特許出願CN2012100087227号明細書 台湾特許出願098115726号明細書
Blood,Vol.89,No.12,1997:pp4337−4347 Moore KA,et al.B1ood.1997;89:4337−434
本発明の目的は、生体外で培養を行い、高度に精製されており、かつ直ちに使用可能な造血幹細胞/前駆細胞の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様による製造方法は、造血幹細胞/前駆細胞を含む血液を解凍し、密度勾配遠心分離により単球の精製を行い、得られた高純度の単球を一夜培養する。一夜培養を行った単球を精製し、高純度の造血幹細胞/前駆細胞を分離する。分離された高純度の造血幹細胞/前駆細胞を、サイトカインおよびTAT−HOXB4を含むIMDM/5%HABS培養液で4から7日培養する。培養後の造血幹細胞/前駆細胞を収穫する。本発明の別の実施例による製造方法では、一夜培養は、IMDM/5%HABS培養液を用いて、5x105−6x106cells/mLの細胞密度範囲内で、単球を16〜18時間培養することである。また、本発明の別の実施例による製造方法では、造血幹細胞/前駆細胞を含む血液は、臍帯血(Umbilical cord blood)または末梢血(Peripheral blood)である。
本発明の製造方法は、従来の密度勾配遠心分離により単球を精製した後、一夜培養を行い単球の活性を回復させ、翌日に造血幹細胞/前駆細胞を精製し、造血幹細胞/前駆細胞の回収率を大幅に高めることができる。
本発明の製造方法によって製造された高純度の造血幹細胞/前駆細胞は、高い比率で臨床的に有効な造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)を含むことのみならず、その精製及び製造過程において動物由来の成分を含有する試薬を使用しないため、得られた造血幹細胞/前駆細胞の培養物は臨床へ直接に応用することができる。
本発明の別の態様による製造方法では、サイトカインおよびTAT−HOXB4を含むIMDM/5%HABS培養液を用いて、高純度の造血幹細胞/前駆細胞を、1x104−5x105cells/mLの細胞密度範囲内で、4から7日培養してから、造血幹細胞/前駆細胞の培養物を収穫する。本発明の別の実施例による製造方法では、サイトカインは、インターロイキン−3(IL−3)、インターロイキン−6(IL−6)、幹細胞因子(SCF)、FLT−3ゲニン(FLT−3L)、および、トロンボポエチン(TPO)を含む。
本発明の製造方法は、24−80%のAlbuminar・(登録商標)−25、および、6−20%の人アルブミンを含む20%のCryoSure−DEX40を含む保存材で、収穫した造血幹細胞/前駆細胞を冷凍保存するステップをさらに含む。
本発明の製造方法により製造された組成物であって、臨床で有効な造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)を15〜40%含む。本発明の好ましい実施例では、臨床で有効な造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)を25〜30%含む。造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)の含有量は、生体外の培養を行っていない造血幹細胞/前駆細胞個体群に比べ3から5倍高まる。本発明の別の好ましい実施例では、組成物は、造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)を27%含み、生体外の培養を行っていない造血幹細胞/前駆細胞個体群に比べ、造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)の含有量が3.8倍高まる。
フローサイトメトリーを用いて、異なる精製ステップでの造血幹細胞/前駆細胞の回収率の分析結果を示す図である。 三種類の異なる細胞培養液を用いて、高純度の造血幹細胞/前駆細胞を四日培養した後の増殖倍率を比較した図であり、図2Aは、全部の有核細胞(Total nuclear cell,TNC)の増幅倍率を示し、図2Bは、CD34+細胞の増幅倍率を示す。 フローサイトメトリーを用いて、異なる成分を含む細胞培養液および異なる細胞密度を有する培養条件で増殖した造血幹細胞/前駆細胞個体群の比率を分析する結果を示す図である。 異なる培養密度が造血幹細胞/前駆細胞の増幅へ与える影響を比較した図であり、図4Aは、全部の有核細胞(Total nuclear cell,TNC)の増幅倍率を示し、図4Bは、CD34+細胞の増幅倍率を示す。 異なる保存材が造血幹細胞/前駆細胞個体群の安定性に与える影響を比較した図であり、図5Aは、細胞生存率の分析であり、図5Bは、フローサイトメトリーを用いて造血幹細胞/前駆細胞個体群の比率を分析した結果を示す。
以下、実施例を用いて本発明の特徴及び長所について説明する。実施例は発明を説明するためであり発明の範囲を制限しない。
実施例一、造血幹細胞/前駆細胞の精製および回収。
本発明の特徴は、単球を精製および一夜培養することにより、造血幹細胞/前駆細胞の回収率を高める。本実施例で行う実験は二つの組に分けて処理する。第一組は、造血幹細胞/前駆細胞を含む血液を解凍する。血液は臍帯血または末梢血である。遠心分離によりDMSOを除去し、Ficoll−Paqueを加え、密度勾配遠心分離により、単球を精製する。当日、造血幹細胞/前駆細胞を精製分離する。造血幹細胞/前駆細胞を精製分離する方法は、以下の通りである。精製された単球を、300μlの1XPBSまたは0.5%の人アルブミンを含む生理食塩水の中に入れる。100μlのFcR blocking buffer及び100μlのCD34フェライトビーズを混合し、4℃で30分間状態反転を行う。4℃の5mLの1XPBSまたは0.5%の人アルブミンを含む生理食塩水で希釈し、4−12℃で、300gで10分間遠心分離を行い沈殿させる。3mLの1XPBSまたは0.5%の人アルブミンを含む生理食塩水で細胞を再浮遊させ、得られた細胞液を、磁性座に設けられているカラム入れる。5mLの1XPBSまたは0.5%の人アルブミンを含む生理食塩水でカラムを三回洗う。磁性座からカラムを離し、5mLの1XPBSまたは0.5%の人アルブミンを含む生理食塩水を加える。ピストンを用いて、CD34フェライトビーズにより免疫沈殿された細胞をカラム中から押し出し、造血幹細胞/前駆細胞を精製分離する。
第二組は、密度勾配遠心分離により精製された単球に、赤血球溶解バッファーを入れるまたは入れないことで、赤血球溶解を行い、単球を獲得する。5x105−6x106cells/mLの細胞密度で、IMDM/5%HABS培養液に再浮遊させ、シャーレにいれ、5%の二酸化炭素を有する37℃の培養器で16〜18時間培養する。培養の翌日に造血幹細胞/前駆細胞を精製分離する。
フローサイトメトリーを用いて第一組および第二組を分析し、単球群集および分離かつ精製された造血幹細胞/前駆細胞群集の分析結果が得られる。分析結果は図1に示す通りである。図1に示すように、第一組と第二組の間の単球の精製率に差がない。血液を解凍した当日に造血幹細胞/前駆細胞を分離且つ精製した組では、造血幹細胞/前駆細胞の純度が13.5%である。単球
を一夜培養した組では、造血幹細胞/前駆細胞の純度が76.2%である。また、本発明の好ましい実施例では、造血幹細胞/前駆細胞の純度が92%である。上述の実験が説明した通り、本発明の単球を一夜培養する方法は、解凍により損傷された単球の活性を回復することができる。よって、造血幹細胞/前駆細胞の収穫純度を高めることができる。
実施例二、造血幹細胞/前駆細胞の生体外の増幅培養。
精製方法を改良することで細胞を精製する回収率をたかめることができる。特殊の細胞培養液成分および/または細胞培養の密度は、造血幹細胞/前駆細胞の生体外の増幅培養に影響を与える重要な要素である。本発明では上述の要素についても実験を行う。上述の実施例で精製された造血幹細胞/前駆細胞を、異なるサイトカイン成分を含むIMDM/5%HABS培養液で4日培養し、細胞の増殖倍率を分析かつ比較する。実験では、細胞培養液の成分に基づいて、以下の三つの組に分ける。
(1)第一組:5ng/mLのIL−3、10ng/mLのIL−6、50ng/mLのSCF、20ng/mLのFLT−3L、15nMのTAT−HOXB4を含む;
(2)第二組:5ng/mLのIL−3、10ng/mLのIL−6、100ng/mLのSCF、20ng/mLのFLT−3L、15nMのTAT−HOXB4を含む;
(3)第三組:5ng/mLのIL−3、10ng/mLのIL−6、100ng/mLのSCF、20ng/mLのFLT−3L、25ng/mLのTPO、15nMのTAT−HOXB4を含む。
細胞培養の分析結果を図2に示す。図2Aに示す全部の有核細胞(Total nuclear cell,TNC)の増幅倍率に関する結果、および、図2Bに示すCD34+細胞の増幅倍率に関する結果が示すように、細胞サンプル1および細胞サンプル2は、各組の培養液による培養で細胞数が倍になる。第三組のIMDM/5%HABS培養液による培養の増幅倍率が最も著しい。上述の結果から、サイトカインの組成および含有量は、造血幹細胞/前駆細胞の増幅に与える影響がきわめて大きいことが分かる。
細胞培養液成分が造血幹細胞/前駆細胞の増幅に影響を与える他、細胞培養密度も細胞増幅に影響を与える。5ng/mLのIL−3、10ng/mLのIL−6、100ng/mLのSCF、20ng/mLのFLT−3L、25ng/mLのTPO、0.1%のBSAを含む培養液、または、上述の三組のIMDM/5%HABS細胞培養液を用いて、前述の実施例での高純度の造血幹細胞/前駆細胞を、それぞれ5x104、1x105、および5x105cells/mLの細胞密度で4日培養する。そして、フローサイトメトリーを用いて細胞群集を分析する。結果を下記の表1および図3に示す。
Figure 2016202164
表1および図3に示すように、成分および細胞密度が異なる培養条件において、いずれも細胞を増殖させることができるが、細胞個体群の増殖比率が異なる。まず、細胞培養液が異なる組を比較すると、前述の実施例の実験結果と一致する結果が得られる。いずれの細胞密度で培養しても、BSA培養液に比べ、前述の三組の細胞培養液成分を有するIMDM/5%HABS培養液で4日培養することで得られた造血幹細胞/前駆細胞(CD34+細胞及びCD34+CD38-細胞を含む)の比率が高い。
また、細胞密度が異なる組を比較する。5x104cells/mLの細胞密度で4日培養することで得られた有効な造血幹細胞/前駆細胞の個体群の比率は72.5−77.2%まで達する。上記の比較のように、元の有効な造血幹細胞/前駆細胞の個体群(CD34+CD38-細胞)がわずか7%であるが、第三組のIMDM/5%HABS培養液を用いて、5x104cells/mLの細胞密度で培養後、27.2%まで増幅される。また、全部の有核細胞(Total nuclear cell,TNC)の増幅倍率は13.52倍である。
5x104cells/mLの細胞密度を基準とし、造血幹細胞/前駆細胞の最適な培養条件を調整する。以下の四組の異なる細胞密度で培養を行い、細胞数分析を行う。
(1)第一組:1x104cells/mLの細胞密度で7日培養する。
(2)第二組:5x104cells/mLの細胞密度で3日培養し、第4日目から、細胞密度を1.5x104cells/mLに変更し、第7日まで培養する。
(3)第三組:5x104cells/mLの細胞密度で3日培養し、第4日目から、細胞密度を3x104cells/mLに変更し、第7日まで培養する。
(4)第四組:5x104cells/mLの細胞密度で7日培養する。
分析結果を図4に示す。他の組に比べ、第一組の培養条件において、図4Aに示す全部の有核細胞(Total nuclear cell,TNC)の増幅倍率は141.5倍であり、図4BにしめすCD34+細胞の増幅倍率は18.5倍であり、いずれも著しく増幅されている。本実施例から、細胞密度は造血幹細胞/前駆細胞の生体外の増幅培養に影響を与える重要な要素であることが分かる。
実施例三、生体外で増幅培養された造血幹細胞/前駆細胞の冷凍保存。
上述の実施例に基づいて、生体外で造血幹細胞/前駆細胞を有効に増幅培養することができる。また、得られた細胞をどのように冷凍保存すれば、解凍する時、有効な造血幹細胞/前駆細胞の個体群の生存率を維持することができるかも重要である。本実施例では、三種類の保存剤調合法で実験を行う。
(1)調合法1:80%のAlbuminar・−25,20%のCryoSure−DEX40(20%の人アルブミンを含む);
(2)調合法2:48%のAlbuminar・−25,20%のCryoSure−DEX40,生理食塩水(12%の人アルブミンを含む);
(3)調合法3:24%のAlbuminar・−25,20%のCryoSure−DEX40,生理食塩水(6%の人アルブミンを含む)。
前述の4日培養で得られた造血幹細胞/前駆細胞を、上述の三種類の保存剤調合法で作られた冷凍保存材で保存する。そして、BioArchiveシステムを用いて一ヶ月間冷凍保存する。解凍テストを行い、異なる保存材が細胞個体群に与える影響を比較する。結果を図5に示す。図5Aに示す細胞生存率の分析が示すように、三種類の異なる保存剤調合法で作られた冷凍保存材で保存した造血幹細胞/前駆細胞は、解凍後の細胞生存率の差が著しくない。さらに、フローサイトメトリーを用いて有効な造血幹細胞/前駆細胞の個体群(CD34+細胞およびCD34+CD38-細胞)を分析した結果、図5Bに示すように、調合法3で作られた冷凍保存材を使用する場合、解凍後の有効な造血幹細胞/前駆細胞の個体群の比率が他の調合法で作られた冷凍保存材を使用する場合に比べ良好であることを観察することができる。これにより、生体外の増幅培養で得られた有効な血幹細胞/前駆細胞を適切な冷凍保存材で冷凍保存し、解凍後、比較的に高い比率の細胞個体群純度および良好な細胞生存率を維持することができることを証明することができる。
上述の実施例の結果は、本発明の製造方法が、高純度の造血幹細胞/前駆細胞を有効に獲得することができ、特殊成分を有する細胞培養液で特定の密度で培養し短期間(4から7日)内で比率が高くかつ臨床上で有効な造血幹細胞/前駆細胞の数を得ることができ、特殊の調合法で作られた保存材で細胞を冷凍保存し有効な血幹細胞/前駆細胞の個体群の比率および細胞生存率を維持することができることを実証する。
また、本発明の製造方法は、各過程において、細胞の精製、生体外の増幅、または冷凍保存のいずれも、他の動物有来の成分を有する試薬を使用していない。本発明の製造方法により得られた組成物は、他の加工又は処理を加えず、直接に臨床へ応用することができる。

Claims (11)

  1. 生体外で培養を行い、高度に精製されており、かつ直ちに使用可能な造血幹細胞/前駆細胞の製造方法であって、
    造血幹細胞/前駆細胞を含む血液を解凍し、密度勾配遠心分離により単球の精製を行い、高純度の単球を得るステップと、
    得られた高純度の単球を一夜培養し、造血幹細胞/前駆細胞を分離するステップと、
    分離された造血幹細胞/前駆細胞を、サイトカインおよびTAT−HOXB4を含むIMDM/5%HABS培養液で4から7日培養するステップと、
    造血幹細胞/前駆細胞の培養物を収穫するステップと、を含むことを特徴とする造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  2. 24−80%のAlbuminar(登録商標)・−25、および、6−20%の人アルブミンを含む20%のCryoSure(登録商標)−DEX40を含む保存材で、収穫した造血幹細胞/前駆細胞を冷凍保存するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  3. 前記一夜培養は、IMDM/5%HABS培養液を用いて、5x105−6x106cells/mLの細胞密度範囲内で、単球を16〜18時間培養することであることを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  4. 前記サイトカインは、インターロイキン−3、インターロイキン−6、幹細胞因子、FLT−3ゲニン、および、トロンボポエチンを含むことを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  5. 前記サイトカインは、5〜10ng/mLのIL−3、10〜20ng/mLのIL−6、50〜100ng/mLのSCF、20〜40ng/mLのFLT−3L、および25〜50ng/mLのTPOを含むことを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  6. 分離された造血幹細胞/前駆細胞を、サイトカインおよびTAT−HOXB4を含むIMDM/5%HABS培養液を用いて、1x104−5x105cells/mLの細胞密度範囲内で培養することを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  7. 前記保存材は、80%のAlbuminar・−25、および、20%の人アルブミンを含む20%のCryoSure−DEX40からなることを特徴とする請求項2に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  8. 請求項1に記載の製造方法により製造された造血幹細胞/前駆細胞の組成物であって、
    臨床で有効な造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)を15〜40%含むことを特徴とする組成物。
  9. 臨床で有効な造血幹細胞/前駆細胞(CD34+CD38-細胞)を25〜30%含むことを特徴とする請求項8に記載の組成物。
  10. 造血幹細胞/前駆細胞を含む前記血液は、臍帯血であることを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
  11. 造血幹細胞/前駆細胞を含む前記血液は、末梢血であることを特徴とする請求項1に記載の造血幹細胞/前駆細胞の製造方法。
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