JP2018110548A - 血管内皮前駆細胞の調製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]以下の工程(1)〜(3)を含む、血管内皮前駆細胞の調製方法:
(1)人工多能性幹細胞を培養し、嚢状構造物を形成させる工程、
(2)前記嚢状構造物を構成する細胞集団を分離する工程、
(3)分離した細胞集団を、基底膜成分を含む材料でコートした培養面上に播種し、血管内皮増殖因子の存在下、培養面に接着性を示す細胞を培養する工程。
[2]工程(1)の培養が、フィーダー細胞の存在下で行われる、[1]に記載の調製方法。
[3]工程(1)の培養が、フィーダー細胞の非存在下で行われる、[1]に記載の調製方法。
[4]工程(1)の培養期間が8日間〜20日間である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の調製方法。
[5]前記基底膜成分が、フィブロネクチン、コラーゲンタイプIV、コラーゲンタイプI、ビトロネクチン、ラミニン、エンタクチン及びバーレクチンからなる群より選択される一以上の物質である、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の調製方法。
[6]前記基底膜成分がフィブロネクチンとコラーゲンタイプIVである、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の調製方法。
[7]工程(3)の培養期間が5日間〜30日間である、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の調製方法。
[8]工程(3)において、少なくとも1回の継代培養が行われる、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の調製方法。
[9]前記継代培養の回数が1回〜7回である、[8]に記載の調製方法。
[10]工程(3)の前、及び/又は工程(3)の途中で不要成分が除去される、[1]〜[9]のいずれか一項に記載の調製方法。
[11]人工多能性幹細胞がヒト人工多能性幹細胞である、[1]〜[10]のいずれか一項に記載の調製方法。
[12][1]〜[11]のいずれか一項に記載の調製方法で得られた血管内皮前駆細胞。
[13][12]に記載の血管内皮前駆細胞を含む、細胞製剤。
[14][12]に記載の血管内皮前駆細胞の、in vitroでの血管の構築又はヒト血液脳関門モデルの構築への使用。
本発明は人工多能性幹細胞(iPS細胞)から血管内皮前駆細胞(EPC)を調製する方法(以下、「本発明の調製方法」とも呼ぶ。)に関する。本発明によれば、血管内皮細胞(EC)への分化能を有するEPCが得られる。EPCを適切な条件で分化誘導するか、或いはEPCを分化誘導に適した環境に置けば(典型的には、生体においてECが存在する部位又はその近傍などへの移植/投与)、ECが生じることになる。EPCは、冠動脈疾患や下肢虚血性疾患などの重傷虚血性疾患に対する再生療法や血管再生実験などに利用されている。本発明の調製方法は、このように有用性の高いEPCを簡便且つ安価に調製することを可能にする。尚、本明細書において「分化誘導する」とは、特定の細胞系譜に沿って分化するように働きかけることをいう。
(1)人工多能性幹細胞を培養し、嚢状構造物を形成させる工程
(2)前記嚢状構造物を構成する細胞集団を分離する工程
(3)分離した細胞集団を、基底膜成分を含む材料でコートした培養面上に播種し、血管内皮増殖因子の存在下、培養面に接着性を示す細胞を培養する工程
この工程ではiPS細胞を培養し、嚢状構造物(iPS-sac)を形成させる。即ち、iPS-sac法を利用して目的の細胞集団を含む構造体を得る。iPS細胞を培養し、嚢状構造物(iPS-sac)を形成するための操作、条件などは、既報(上掲の非特許文献2、3など)に準じればよい。例えば、フィーダー細胞の存在下、iPS細胞を造血系細胞の分化誘導に適した条件で培養し、iPS-sacを形成させる。フィーダー細胞にはマウス胚由来線維芽細胞株(具体例はC3H10T1/2)、マウス骨髄由来間質細胞株(具体例はOP9などを用いることができる。フィーダー細胞は、通常、使用に先立って細胞の増殖を抑制する処理(例えばマイトマイシンC処理やγ線照射処理)に供される。一方、臨床応用を視野に入れた場合等、安全性の高い細胞を提供することが望まれる場合には、フィーダー細胞の非存在下でiPS細胞を培養(無フィーダー細胞培養)し、iPS-sacを形成させるとよい。
工程(1)によって形成されたiPS-sacはEPC及び/又はEPCへの分化能を有する細胞を含む細胞集団によって構成されている。工程(1)に続く工程(2)では、iPS-sacを構成する細胞集団を分離する。ここでの「分離」はiPS-sacから細胞を取り出すことを意味し、分離後の各細胞は独立して存在している状態(解離した状態)になっていなくてもよい。但し、好ましくは、いわゆる「細胞懸濁液」が得られるように、例えばピペッティング操作によって細胞が分散した状態(解離状態)にする。尚、細胞集団の分離の際、セルストレーナーなどを利用して不要成分を除去することにしてもよい。
工程(3)では、工程(2)で分離した細胞集団を出発材料として、EPCが選択的に維持・増殖する条件下で培養する。具体的には、工程(2)で分離した細胞集団を、基底膜成分を含む材料でコートした培養面上に播種した後、血管内皮増殖因子(VEGF)の存在下、培養面に接着性を示す細胞を培養する。尚、本明細書では、ここでの培養を「選択培養」と呼称することがある。
本発明の別の局面は、本発明の調製方法で得られた血管内皮前駆細胞(説明の便宜上、以下、「本発明のEPC」と呼ぶ)の用途に関する。第1の用途として、本発明のEPCを含有する細胞製剤が提供される。上記の通り、EPCは冠動脈疾患や下肢虚血疾患(バージャー病や閉塞性動脈硬化症など)などの治療への適用が期待されている。実際、EPCを用いた臨床試験も行われており、良好な成績が報告されている。本発明の細胞製剤は、EPCの投与/移植が有効とされる各種疾患の治療(再生医療)に利用され得る。
1.方法
(1)細胞
ヒトの繊維芽細胞にエピソーマルベクター(pCXLE)を用いて6因子(Oct3/4,Sox2,Klf4,L-Myc,Lin28,p53 shRNA)を導入することで樹立された409B2株(理化学研究所より購入)を用いて実験を行った。フィーダー細胞はマウス胎仔線維芽細胞(MEF)を使用した。iPS-sac分化に用いるフィーダー細胞はマウス骨髄間質細胞(C3H10T1/2)を使用した。また、リアルタイムPCR法を用いた解析におけるポジティブコントロールとしてヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を用いた。
MEFの培養には10%ウシ胎仔血清(FBS)、2 mmol/L L-グルタミン(L-Glu)、1%非必須アミノ酸(NEAA)、100 units/mLペニシリンG、100 μg/mLストレプトマイシンを含むダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)を用いた。MEFの剥離液には0.05%トリプシン-エチレンジアミン四酢酸(EDTA)を、MEFの保存液にはセルバンカー1を用いた。C3H10T1/2の培養には10%ウシ胎仔血清(FBS)、2 mmol/L L-グルタミン(L-Glu)、1%非必須アミノ酸(NEAA)を含むイーグル最小必須培地(EMEM)を用いた。C3H10T1/2の剥離液には0.05%トリプシン-エチレンジアミン四酢酸(EDTA)を、C3H10T1/2の保存液にはセルバンカー1を用いた。HUVECの培養にはEGM2培地(Lonza)を用いた。HUVECの剥離液には0.25%トリプシン-エチレンジアミン四酢酸(EDTA)を、HUVECの保存液にはセルバンカー1を用いた。ヒトiPS細胞の維持培養には20%ノックアウト血清代替物(KSR)、0.8% NEAA、2 mmol/L L-Glu、0.1 mmol/L 2-メルカプトエタノール(2-MeE)、5 ng/mL線維芽細胞増殖因子(bFGF)を含むDMEM Ham’s F-12 (DMEM/F12)を用いた。ヒトiPS細胞の剥離液には1 mg/mLコラゲナーゼ IV、0.25%トリプシン、20% KSR、1 mmol/L塩化カルシウムを含むダルベッコリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を用いた。ヒトiPS細胞の保存液にはセルリザーバーワン(ナカライテスク)を用いた。
ヒトiPS細胞はマイトマイシンC処理を施したMEF(5×105 cells/100 mm ディッシュ)上に播種し、5% CO2/95% air条件下、CO2インキュベーター中37℃にて培養した。ヒトiPS細胞の継代は、3〜5日培養後、1:4〜1:6のスプリット比で行った。ヒトiPS細胞は解凍48時間後に培地を交換し、それ以降は毎日交換した。
ヒトiPS細胞を、マイトマイシンC処理を施したC3H10T1/2(1.2×106 cells/100 mm ディッシュ)上に播種し、5% CO2/95% air条件下、CO2インキュベーター中37℃にて培養した。ヒトiPS細胞の播種は培養ディッシュに対し、未分化コロニーの占める割合が約50%になった状態で開始した。分化培地(iPS-sac培地)は15%ウシ胎仔血清(FBS)、1×ITS-G サプリメント、2 mmol/L L-グルタミン(L-Glu)、100 units/mLペニシリンG、100μg/mLストレプトマイシン、450 mmol/Lモノチオグリセロール、50μg/mL L-アスコルビン酸リン酸エステルマグネシウム塩n水和物を含むIscove's Modified Dulbecco's Medium(IMDM)を用いた。培地交換は分化開始から3、6、9、11、13、15、17、19、21日目に行った。培地交換時にVEGFを終濃度20 ng/mLになるよう添加した。なお、iPS-sacの作製にはIMDM培地の他、MEMα培地、無血清血管内皮細胞用培地(HE-SFM, Thermo)等の培地でも作製することが可能である。
基底膜成分コートディッシュ: フィブロネクチンとコラーゲンタイプIVをそれぞれ終濃度25μg/mL、100μg/mLになるようD-PBS(-)を用いて希釈し、ディッシュに分注し、4℃で一晩静置した。翌日37℃で2時間以上静置し、D-PBS(-)で1回洗った後、細胞を播種した。
ゼラチンコートディッシュ: ゼラチンを0.1%になるようD-PBS(-)を用いて希釈し、ディッシュに分注し、4℃で一晩以上静置した後、細胞を播種した。
分化開始から14日目のiPS-sacをピペット(p-1000)で吸い上げ、ピペッティング操作でバラバラにした後、セルストレーナー(孔径40μm)に通し50 mLチューブに回収した後、1000 rpmで5分間遠心した。上清を可能な限り除去し、沈殿した細胞を1 mLの培地に再懸濁させ、フィブロネクチンとコラーゲンタイプIVがコートしてあるディッシュに播種した。翌日、HE-SFMで2回洗った後HE-SFMを再度加え、培養を継続した。培地は、HE-SFMの他iPS-sac培地やEGM2培地(Lonza)等の培地でも培養可能であるが、HE-SFMで培養するのが好ましい。尚、sac-EPCの分離にはフィブロネクチンとコラーゲンタイプIVによるコーティングの他、コラーゲンタイプI、ビトロネクチン、ラミニン、エンタクチン、バーレクチン等のような基底膜成分を含む細胞接着成分にて分離することが可能である。基底膜成分にD-リジン(D-Lysine)を併用することにしてもよい。
基底膜成分コートディッシュに播種後2日経過したsac-EPCをD-PBS(-)で2回洗浄し、TrypLETM Select(Thermo)を37℃で8分間作用させ、細胞を剥離した後、iPS-sac培地を用いて50mLチューブに回収した。培地をD-PBS(-)に置換し、細胞をセルストレイナー(40μm)に通すことで、細胞以外の不純物を除去した。D-PBS(-)から染色バッファーに置換し、抗原抗体反応を4℃で一時間行なった。抗体を反応させたサンプルをBD FACS VERSETMを用いて取り扱い説明書に従って解析した。
Agencourt(登録商標)RNAdvanceTM Tissue Kitの添付マニュアルに従い抽出した。
相補的DNA(cDNA)の合成は、ReverTra Ace(登録商標)qPCR RT Master Mixを使用し、添付マニュアルに従い行った。
RT-q PCRはKAPA SYBR Fast qPCR Kitを用い、cDNAを鋳型にして、反応は添付マニュアルに従い行った。結果は内在性コントロールとしてグリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)を用いて補正した。
基底膜成分コートディッシュに播種後2日経過したsac-EPCを剥離し、150μLのマトリゲルがコートされた48wellプレートに7.5×104個播種した。培養には50ng/mLのVEGFを添加したEGM2培地を使用した。その後、10時間経過後における細胞形態を顕微鏡にて観察した。
CD31:血管内皮細胞マーカー
CD34:造血系細胞、血管内皮(前駆)細胞マーカー
CD133:未成熟造血幹細胞および前駆細胞を含む多能性前駆細胞マーカー
CD144:カドヘリンファミリーに属する接着分子であり、血管内皮細胞に発現する
vWF:血液凝固因子であり、血管内皮細胞に発現する
FLK1:血管内皮(前駆)細胞に発現し、血管新生を促進する
(1)iPS-sacにおける血管内皮細胞(EC)及びEPCマーカーの経時的変化の解析
iPS-sacからEPCを単離するため、分化開始から7日目、14日目、21日目の時点のiPS-sac(図1A)のECマーカー及びEPCマーカーの発現量をリアルタイムPCR法によって解析した。その結果、分化開始から14日目においてEC及びEPCマーカーとして知られているvWF、CD144、CD31のmRNA の発現量がコントロール(409B2)と比較して上昇していることが認められた(図1B)。分化21日目の細胞においてはvWFの発現量が分化14日目の細胞と比較して低下しており、コントロールと比較して差が認められなかった(図1B)。
EC及びEPCマーカーの遺伝子発現量が高いことが認められた分化開始14日目のiPS-sacをピペット及びセルストレイナー(孔径40μm)を用いてバラバラにした後、ゼラチンもしくは基底膜成分(フィブロネクチンとコラーゲンタイプIV)をコートしたディッシュに播種し、培地交換を行った。その結果、造血幹細胞を含む丸型の浮遊細胞が取り除かれ、iPS-sacとは形態的に異なる細胞を単離することができた(図2A)。単離された細胞群のECマーカー/EPCマーカーの発現量をFACS分析法を用いて解析したところ、ゼラチンコート群と比較して基底膜成分コート群においてCD31・CD34保持細胞の割合が高くなることがわかった(図2B)。また、単離された細胞の総数も基底膜成分を用いた場合の方が多かった(データ示さず)。
基底膜成分によって単離された細胞群のEC及びEPCマーカーの遺伝子発現量をRT-qPCR法によって解析した。その結果、4つのEC及びEPCマーカーの遺伝子発現量がコントロールと比較して上昇した。また、未分化性の指標であるCD133も成熟血管内皮細胞であるHUVECと比較して高い発現量を示した(図3A)。続いて、sac-EPCの血管形成能を評価するため、マトリゲルコートした48wellプレートにsac-EPCを播種したところ、血管様構造物が観察された(図3B)。
iPS-sac法は造血幹細胞と血管内皮様細胞を含む細胞塊を簡便かつ安価に分化誘導する方法であるが、これまでにiPS-sacから血管内皮様細胞を単離した報告はない。そこで我々は、iPS-sacを基底膜成分上に播種することにより血管内皮(前駆)細胞を単離することを試みた。まず、iPS-sacの血管内皮(前駆)細胞マーカーの遺伝子発現量をRT-qPCR法によって経時的に解析したところ、分化14日目、21日目で顕著に上昇していることがわかった。そこで、分化開始14日目のiPS-sacをピペット操作で物理的に砕き、基底膜成分上に播種したところ、sac-EPCが得られた。また、FACS分析によってsac-EPCの単離にはゼラチンと比較してフィブロネクチンとコラーゲンタイプIVを混合した基底膜成分の方がより適していることがわかった。
Claims (14)
- 以下の工程(1)〜(3)を含む、血管内皮前駆細胞の調製方法:
(1)人工多能性幹細胞を培養し、嚢状構造物を形成させる工程、
(2)前記嚢状構造物を構成する細胞集団を分離する工程、
(3)分離した細胞集団を、基底膜成分を含む材料でコートした培養面上に播種し、血管内皮増殖因子の存在下、培養面に接着性を示す細胞を培養する工程。 - 工程(1)の培養が、フィーダー細胞の存在下で行われる、請求項1に記載の調製方法。
- 工程(1)の培養が、フィーダー細胞の非存在下で行われる、請求項1に記載の調製方法。
- 工程(1)の培養期間が8日間〜20日間である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の調製方法。
- 前記基底膜成分が、フィブロネクチン、コラーゲンタイプIV、コラーゲンタイプI、ビトロネクチン、ラミニン、エンタクチン及びバーレクチンからなる群より選択される一以上の物質である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の調製方法。
- 前記基底膜成分がフィブロネクチンとコラーゲンタイプIVである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の調製方法。
- 工程(3)の培養期間が5日間〜30日間である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の調製方法。
- 工程(3)において、少なくとも1回の継代培養が行われる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の調製方法。
- 前記継代培養の回数が1回〜7回である、請求項8に記載の調製方法。
- 工程(3)の前、及び/又は工程(3)の途中で不要成分が除去される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の調製方法。
- 人工多能性幹細胞がヒト人工多能性幹細胞である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の調製方法。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の調製方法で得られた血管内皮前駆細胞。
- 請求項12に記載の血管内皮前駆細胞を含む、細胞製剤。
- 請求項12に記載の血管内皮前駆細胞の、in vitroでの血管の構築又はヒト血液脳関門モデルの構築への使用。
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