JP2018534934A - ヒト誘導多能性幹細胞からライディッヒ細胞への分化誘導方法及びその用途 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、幹細胞及び組織工学の技術分野に関し、具体的には、ヒト誘導多能性幹細胞からライディッヒ細胞(LCs)への分化誘導方法及びその用途に関する。
本発明は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)からライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)への分化誘導方法を提供する。
ステップ(1)において、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)をヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)に分化誘導する。
ステップ(2)において、ステップ(1)で得られたヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)をライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)に分化誘導する。
1)細胞懸濁液を調製する。具体的には、ヒトiPS細胞系(hiPSCs)を小塊状に消化した後、懸濁させる。
ここで、ROCK阻害剤を含有するmTeSR培養液を用いて細胞を再懸濁させる。
2)分化誘導を行う。具体的には、懸濁細胞を低接着性培養皿に接種し、神経分化培養液を用いて培養して胚体構造を形成する。
ここで、神経分化培養液には、例えば、80%のKnockout DMEM、18%のKnockout SR、1%の二重抗体、1mMのL−グルタミン酸、及び0.1mMのβ−メルカプトエタノールが含まれ得る。
3)接着培養を行う。具体的には、形成した胚体をフィブロネクチンでコーティングした培養プレートに接種し、接着培養を行う。
ここで、接種のタイミングは胚体形成の5日後であってもよい。培養プレートは、ポリリジン/ゼラチン/フィブロネクチンでコーティングできる。培養プレートに神経堤幹細胞培養液を添加してもよい。上記神経堤幹細胞培養液は、1:1の割合でDMEM/F12培地とNeurobasal培地を混合し、1%(V/V)のN2、2%(V/V)のB27、1%(V/V)のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン酸及び0.1mMのβ−メルカプトエタノールを加え、さらに、10ng/mLのbFGF及び10ng/mLのEGFを加えることによって得られてもよい。
4)フローソーティングを行う。具体的には、フローサイトメーターを用いて神経堤幹細胞(hNCSCs又はhiPS−hNCSCs)であるP75+/HNK1+の細胞を選別する。
上記神経堤幹細胞培養液は、1:1の割合でDMEM/F12培地とNeurobasal培地を混合し、1%(V/V)のN2、2%(V/V)のB27、1%(V/V)のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン酸、及び0.1mMのβ−メルカプトエタノールを加え、さらに、10ng/mLのbFGF及び10ng/mLのEGFを加えることによって得られてもよい。
ステップ(2)において、ステップ(1)で得られた神経堤幹細胞(hNCSCs)を増幅させ、ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液中で14日分化誘導することにより、ライディッヒ細胞(hNCSCs−LCs)を得る。
1)細胞懸濁液の調製
構築されたヒトiPS細胞系(hiPSCs,Hum Mol Genet. 2013,22(11): 2221 −33)を使用した。hiPSCs細胞は、図1Aに示すように、マトリゲル上に増幅培養されるときに呈偏平なクローン様に成長し、細胞の配列が緊密である。hiPSCs細胞を0.5 mmol/LのEDTAにより小塊状に消化し、ROCK阻害剤を含有するmTeSR培養液で細胞を再懸濁させた。ここで、用いられるROCK阻害剤は、Y27632 (Calbiochem , San Diego, CA)である。
2)分化誘導
懸濁細胞を回収し、ペトリ皿に接種し、神経分化培養液(80% Knockout DMEM、18% Knockout SR、1%(V/V)のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン酸、0.1mMのβ−メルカプトエタノール)で浮遊培養し、明るい球状の胚体を形成した(図1Bを参照)。本実施例において、上記神経分化培養液は、上記の処方に限られない。上記神経分化培養液として、本発明に記載の神経分化培養液に体積百分率が50−80%のKnockout DMEM、体積百分率が5−20%のKnockout SR、体積百分率が0.5−5%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、0.5−5mMのL−グルタミン、0.05−0.5mMのβ−メルカプトエタノールのうちのいずれか1種を含むものを採用する場合にも、図1Bに示す効果を達成することができた。ここで、Knockout DMEM及びKnockout SRは、いずれもInvitrogen, Carlsbad,CAから購入できる。
3)接着培養
浮遊培養により胚体を形成してから5日後、球状胚体をポリリジン/ゼラチン/フィブロネクチンでコーティングした培養プレートに接種し、接着培養を行った。神経堤幹細胞培養液(1:1の割合でDMEM−F12培地とNeurobasal培地とを混合し、1%(V/V)のN2、2%(V/V)のB27、1%(V/V)のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン酸及び0.1mMのβ−メルカプトエタノールを加え、さらに、10ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子bFGF(Invitrogen,13256029)及び10ng/mLの上皮細胞成長因子EGF(PeproTech,NO.62253−63−8)を加えることによって得られたもの)を使用し、培養液を一日おきに交換した。細胞が容器に付着してから2日後、図1Cに示すように、細胞集団の中央部位に明らかな神経花環構造が認められ、細胞が外へ遊走することが観察された。本実施例において、上記神経堤幹細胞培養液は、上記の処方に限られない。上記神経堤幹細胞培養液として、1:0.1−1の割合でDMEM−F12培地とNeurobasal培地とを混合し、体積百分率が0.1−5%のN2、体積百分率が0.5−10%のB27、体積百分率が0.5−5%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、0.5−5mMのL−グルタミン、0.05−0.5mMのβ−メルカプトエタノールを加え、さらに、1−100ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)及び1−100ng/mLの上皮成長因子(EGF)のうちのいずれか1種を加えることによって得られた本発明に記載の神経堤幹細胞培養液を採用する場合にも、図1Cに示す効果を達成することができた。
接着培養された細胞を免疫蛍光染色により検出した結果、図1Dに示すように、Pax6、Sox2等のマーカーが主に神経花環の中央部位の細胞で発現し、神経堤幹細胞特異的マーカーであるAP2α、Sox10、P75、HNK1等が主に外へ遊走する細胞で発現することを発見しており、それは、胚体培養段階を経てさらに接着培養することにより、hiPSCsをhNCSCsに分化誘導できることを示している。
4)フローソーティング
容器に付着してから5日後、胚体を単一の細胞を消化し、抗P75及びHNK1のフローサイトメトリー用抗体で細胞を標識した後、P75+/HNK1+二重陽性細胞のフローソーティングを行った。選別するときにピペットで培養液を吸い出した後、PBSで2回洗浄し、Accutaseを加えて分化したhiPSCsを消化し、37℃で3−5分間作用して細胞が丸く、透明になったことが観察された後、培地を加えて消化を停止させ、ピペットチップで細胞を分散させ、次いで、ナイロン篩で細胞を篩にかけ、1500rmpで5min遠心分離し、上清を捨て、1mLのPBSを加え均一に混合させた後、20μLの細胞懸濁液を吸い取り、細胞をカウントした。残りの細胞をIgG陰性対照群、P75抗体単一標識群、HNK1抗体単一標識群、及びP75+/HNK1+抗体サンプル群の4群に分けて抗体で標識した(20μL抗体/106細胞)。フローサイトメーター(BD influx cell sorter)を用いてIgG陰性対照群の細胞懸濁液をフローソーティングすることにより、陰性蛍光信号領域を陰性対照として選別し、蛍光強度が陰性対照の10倍以上である細胞を収集した。フロー検出分析により、分化誘導後に約80−90%のhiPSCs細胞がNCSC特異的マーカーHNK1及びP75を発現することが発見され(図2A)、それは、誘導により多くの細胞がhNCSCsに分化することを示している。
増幅して得られたhNCSCs細胞が60%の密度に達したときにライディッヒ細胞(LCs)分化培養液(DMEM−F12培地(Hyclone,SH30023.018)に体積百分率が2%の子牛血清(FCS)、1nMのトリヨードサイロニン(T3)(Sigma,T2877)、1ng/mlの黄体形成ホルモン(LH)(Sigma,L6420)、70ng/mlインスリン様成長因子(IGF−I)(PeproTech,100−11)、10ng/mlの血小板由来成長因子BB(PDGF−BB)(PeproTech,500−P47)を加えたもの)に交換して14日誘導することで細胞を分化した後、細胞上清を収集し、細胞を固定した。免疫蛍光により成熟LCs関連マーカーの発現(LCsマーカー3β−HSD、P450c17、ステロイド産生急性調節タンパク質(StAR)、及びステロイド生成因子1 (SF−1))を検出した結果、図5に示すように、免疫染色分析より、hNCSCsから分化誘導した細胞(hNCSCs−LCs)が3β−HSD、P450C17、StAR、SF−1を発現することが明らかになった。テストステロンELISA検出により培養液におけるテストステロンレベルを測定した。図6に示すように、体外で分化したhNCSCs−LCsのテストステロン分泌が徐々に増加することを示し、それは、hNCSCsが成熟したライディッヒ細胞に分化できることを実証している。なお、本実施例において、上記ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液は、上記の処方に限られない。上記ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液として、本発明に記載のライディッヒ細胞(LCs)分化培養液(DMEM−F12培地に体積百分率が0.1%−20%の子牛血清(FCS)、0.1−10nMのトリヨードサイロニン(T3)、0.1−20ng/mlの黄体形成ホルモン(LH)、5−100ng/mlのインスリン様成長因子(IGF−I)、1−50ng/mlの血小板由来成長因子BB(PDGFBB)のうちのいずれか1種を加えたもの)を採用する場合にも、図5、6に示す効果を達成することができる。
前の研究より明らかなように、ラットライディッヒ細胞の特異的アポトーシス誘導因子であるエタンジメタンスルホナート(EDS)で4日処理することでライディッヒ細胞を消耗し切ることができる。従って、ラットにEDSを腹腔内注射してEDSモデルを構築した。3群の成体ラットをそれぞれ正常対照群、EDS−対照群、細胞移植群として選択した。正常対照群は、0日目及び4日目にそれぞれ同じ体積の生理食塩水を腹腔内注射した。EDS−対照群ラットは、0日目にEDS(75mg/kg体重)を腹腔内注射し、4日目に精巣内に20μlの生理食塩水(10μl/片側精巣)を注射した。細胞群のラットは、0日目にEDS(75mg/kg体重)を腹腔内注射し、4日目に、LC培養液中で5−7日培養したhNCSCs−LCs(1.5x106を10μlのPBS/片側精巣に再懸濁)をラット精巣内に移植した。移植後の10日目に血清テストステロン濃度を測定した。図7に示すように、hNCSCs−LCs移植により血清テストステロンのレベルを向上させることができる。
Claims (19)
- ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)からライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)への分化誘導方法。
- 以下のステップ(1)とステップ(2)を含むヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)からライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)への分化誘導方法であって、
ステップ(1)において、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)をヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)に分化誘導し、
ステップ(2)において、ステップ(1)で得られたヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)をライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)に分化誘導する、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステップ(1)は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を低接着性培養皿に接種して培養することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記ステップ(1)は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を神経分化培養液中でヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)に分化誘導することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記ステップ(1)は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を神経分化培養液中で培養し、胚体形成後に、神経堤幹細胞培養液で接着培養することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記ステップ(1)は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を消化した後、再懸濁させ、懸濁細胞を低接着性培養皿に接種し、神経分化培養液で浮遊培養し、胚体を形成した後、胚体をフィブロネクチンでコーティングした培養プレートに接種し、神経堤幹細胞培養液で接着培養し、接着培養された細胞をフローサイトメーターを通してヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)であるP75+/HNK1+二重陽性細胞を選別することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記低接着性培養皿は、ペトリ皿であることを特徴とする請求項3又は6に記載の方法。
- 前記神経分化培養液に、体積百分率が50−80%のKnockout(登録商標)DMEM、体積百分率が5−20%のKnockout SR、体積百分率が0.5−5%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、0.5−5mMのL−グルタミン、0.05−0.5mMのβ−メルカプトエタノールが含まれることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記神経分化培養液に、体積百分率が80%のKnockout DMEM、体積百分率が18%のKnockout SR、体積百分率が1%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン、0.1mMのβ−メルカプトエタノールが含まれることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記神経堤幹細胞培養液に、体積百分率が0.1−5%のN2、体積百分率が0.5−10%のB27、体積百分率が0.5−5%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、0.5−5mMのL−グルタミン、0.05−0.5mMのβ−メルカプトエタノールが含まれ、そこに、1−100ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)及び1−100ng/mLの上皮成長因子(EGF)をさらに加えることを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。
- 前記神経堤幹細胞培養液に、体積百分率が1%のN2、体積百分率が2%のB27、体積百分率が1%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン、0.1mMのβ−メルカプトエタノールが含まれ、そこに、10ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)及び10ng/mLの上皮成長因子(EGF)をさらに加えることを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。
- 前記神経堤幹細胞培養液は、1:0.1−1の割合でDMEM−F12培地とNeurobasal培地とを混合し、体積百分率が0.1−5%のN2、体積百分率が0.5−10%のB27、体積百分率が0.5−5%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、0.5−5mMのL−グルタミン、0.05−0.5mMのβ−メルカプトエタノールを加え、1−100ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)及び1−100ng/mLの上皮成長因子(EGF)をさらに加えることによって得られることを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。
- 前記神経堤幹細胞培養液は、1:1の割合でDMEM−F12培地とNeurobasal培地とを混合し、体積百分率が1%のN2、体積百分率が2%のB27、体積百分率が1%のストレプトマイシン−ペニシリン混合液、1mMのL−グルタミン、0.1mMのβ−メルカプトエタノールを加え、10ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)及び10ng/mLの上皮成長因子(EGF)をさらに加えることによって得られることを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。
- 前記ステップ(2)は、ステップ(1)で得られたhiPS−hNCSCsを増幅した後、ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液に交換して分化誘導することにより、ライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)を得ることを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液は、DMEM−F12培地に体積百分率が0.1%−20%の子牛血清(FCS)、0.1−10nMのトリヨードサイロニン(T3)、0.1−20ng/mlの黄体形成ホルモン(LH)、5−100ng/mlのインスリン様成長因子(IGF−I)、1−50ngの血小板由来成長因子BB(PDGF−BB)を加えることによって得られることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液は、DMEM−F12培地に体積百分率が2%の子牛血清(FCS)、1nMのトリヨードサイロニン(T3)、1ng/mlの黄体形成ホルモン(LH)、70ng/mlのインスリン様成長因子(IGF−I)、10ng/mlの血小板由来成長因子BB(PDGF−BB)を加えることによって得られることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- テストステロンレベルを向上させる薬物の製造における、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法により得られたライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)の使用。
- テストステロンレベル低下に関連する疾患の治療薬の製造における、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法により得られたライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)の使用。
- 前記テストステロンレベルは、血清テストステロンレベルである請求項15又は16に記載の方法。
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