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

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 Download PDF

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Abstract

ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)から神経堤幹細胞(NCSCs)を経由してライディッヒ細胞(LCs)へと分化する体外指向性分化誘導方法を提供する。

Description

本願は、2015年11月27日に出願された中国特許出願CN201510845021.8の優先権を主張し、その内容が参照によりすべて本明細書に組み込まれる。
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。
ライディッヒ細胞(Leydig cells, LCs)は、精巣の曲精細管間の疎性結合組織に分布しており、それが分泌するテストステロンは、成人男性の体内のテストステロンの主要な供給源である。現在、LOH(加齢男性性腺機能低下症候群)の主要な治療法は外因性アンドロゲン補充療法とされているが、この治療法には、補充用量を把握することが困難であること、生理的テストステロンの分泌特性をシミュレーションすることができないこと、長期投与の必要があり、それに伴い様々な合併症及び副作用が発生することなどの欠点がある。外因性アンドロゲンには、多くの欠点があることから、現在、僅かなアンドロゲン低下疾患の患者が外因性アンドロゲン薬物による治療を受けている。そのため、アンドロゲン低下疾患を治療するための新規な方法の開発が切望されている。LC移植は、LOH等のテストステロン欠乏関連疾患を治療する最適な治療法であり、人体のテストステロン分泌の生理学的特性をより良好にシミュレーションすることにより、血清テストステロン濃度及び精巣局所テストステロン濃度を効果的に増加させ、より良好な治療効果を得ることができると共に、治療過程で発生する不良な結果をできるだけ避けることができる。しかし、LCは、由来源が不明であり、また、入手が困難で、数が少なく、増幅が困難であるなどの欠点があるので、その臨床応用に制限がある。現在、ライディッヒ細胞の一般的な分離方法は、密度勾配遠心分離法である(Ge RS, Dong Q, Sottas CM, Papadopoulos V, Zirkin BR, Hardy MP. In search of rat stem Leydig cells: identification, isolation, and lineage−specific development. Proc Natl Acad Sci U S A 2006; 103: 2719−2724;Stanley E, Lin CY, Jin S, Liu J, Sottas CM, Ge R, et al. Identification, proliferation, and differentiation of adult Leydig stem cells. Endocrinology 2012; 153: 5002−5010.)。
誘導多能性幹細胞(induced pluripotent stem cell,iPS細胞)は、胚性幹細胞と類似する自己複製能及び多分化能を持つと共に、自己の成体細胞に由来することができるため、胚性幹細胞に存在する倫理的問題及び免疫原性等の問題を克服でき、ヒト疾患の発症メカニズムの研究、組織細胞補充療法の展開を行うための重要な細胞源となっている。個体由来の成体細胞が転写因子(KLF4、SOX2、OCT4及びc−MYC)導入により多能幹細胞にリプログラミングされることで、自家移植を可能にする。iPS細胞を「種」とする細胞は、それを体外で大量に増幅させ、特定の組織細胞に分化誘導することができる。
LCの可能な由来源は、副腎性腺原基(adrenal−gonadal primordium)、神経堤(neural crest)、中腎(mesonephros)又は体腔上皮(coelomic epithelium)を含む[Barsoum, I.B. and H.H. Yao, Fetal Leydig cells: progenitor cell maintenance and differentiation. J Androl, 2010. 31(1): p. 11−5.]。Davidoffの研究により、精巣間葉系前駆細胞が神経幹細胞マーカーNestin及び周皮細胞マーカーNG2を発現することが発見され、それはLC細胞が神経堤に由来する可能性があることをさらに実証している[Davidoff, M.S., Middendorff, R., Enikolopov, G., Riethmacher, D., Holstein, A.F., Muller, D., Progenitor cells of the testosterone−producing Leydig cells revealed. J Cell Biol, 2004. 167(5): p. 935−44.]。
本発明者は、誘導多能性幹細胞(induced pluripotent stem cell,iPS)が体外で神経堤幹細胞(neural crest stem cells,NCSCs)を経由して成熟したライディッヒ細胞(Leydig cells, LCs)へと分化できることを発見した。本発明は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)から神経堤幹細胞(NCSCs)を経由してライディッヒ細胞(LCs)へと分化する体外指向性分化誘導方法を提供し、動物モデルによりhiPS細胞由来のLCsが老化又は損傷したLCsを再生する能力を有することを実証し、性腺機能低下症患者、特にLOH患者に新たなテストステロン補充方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の解決策により実現される。
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。
さらなる実施形態において、上記方法では、主にヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を「種」細胞とし、まず、hiPS細胞を特定の組織細胞に分化誘導する。この特定の組織細胞は、体外でライディッヒ細胞(Leydig cells, LCs)へさらに指向性分化することができる。上記特定の組織細胞は、ヒト神経堤幹細胞であることが好ましい。
さらなる実施形態において、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)からライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)への分化誘導方法は、以下のステップ(1)〜(2)を含む。
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。
さらなる実施形態において、上記ステップ(1)は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を低接着性培養皿、好ましくは、ペトリ皿に接種して培養することを含む。
さらなる実施形態において、上記ステップ(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。
さらなる実施形態において、上記ステップ(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、胚体を形成した後、神経堤幹細胞培養液で接着培養することを含む。
具体的な実施形態において、本発明のヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)からライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)への分化誘導方法のステップ(1)には、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を消化して再懸濁させ、懸濁細胞を低接着性培養皿、好ましくは、ペトリ皿に接種し、神経分化培養液を用いて浮遊培養することで胚体を形成し、次いで、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を用いて接着培養し、接着培養された細胞からフローサイトメーターによりP75+/HNK1+二重陽性細胞を選別することを含む。該P75+/HNK1+二重陽性細胞は、ヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)である。
具体的な実施形態において、ROCK阻害剤を含有するmTeSR培養液を用いてヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)を再懸濁させる。
当分野で既知の神経分化培養液を用いることができる。好ましい実施形態において、神経分化培養液には、50−80%(V/V)のKnockout(登録商標)DMEM、5−20%(V/V)のKnockoutSR、0.5−5%(V/V)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。さらなる好ましい実施形態において、神経分化培養液には、80%(V/V)のKnockout DMEM、18%のKnockoutSR、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、及び0.1mMのβ−メルカプトエタノールが含まれる。
当分野で既知の神経堤幹細胞培養液を用いることができる。好ましい実施形態において、神経堤幹細胞培養液には、1:0.1−1の割合でDMEM−F12培地とNeurobasal培地が混合されている。さらなる好ましい実施形態において、神経堤幹細胞培養液には、1:1の割合でDMEM−F12培地とNeurobasal培地が混合されている。
さらなる好ましい実施形態において、神経堤幹細胞培養液には、0.1−5%(V/V)のN2、0.5−10%(V/V)のB27、0.5−5%(V/V)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、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の上皮細胞成長因子(EGF)を加える。好ましくは、上記神経堤幹細胞培養液には、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、0.1mMのβ−メルカプトエタノールが含まれ、さらに、10ng/mLの塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)及び10ng/mLの上皮細胞成長因子(EGF)を加える。
さらなる好ましい実施形態において、上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培地を混合し、0.1−5%(V/V)のN2、0.5−10%(V/V)のB27、0.5−5%(V/V)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)を加えることによって得られる。
具体的な実施形態において、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、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、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)及び10ng/mLの上皮細胞成長因子(EGF)を加えることによって得られる。
具体的な実施形態において、胚体形成の5日後、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する。好ましい実施形態において、上記フィブロネクチンでコーティングした培養プレートは、ポリリジン/ゼラチン/フィブロネクチンでコーティングしたものである。
具体的な実施形態において、接着培養されている細胞が容器に付着してから5−7日後、フローサイトメーターにより選別する。
具体的な実施形態において、本発明のヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)からライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)への分化誘導方法のステップ(2)には、ステップ(1)で得られたヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)を増幅させ、次いで、ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液に交換し、分化誘導を行うことにより、ライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)を得ることを含む。
具体的な実施形態において、上記ステップ(2)では、ヒト神経堤幹細胞(hiPS−hNCSCs)を60%の密度に増幅させたときに、LC分化培養液に交換する。
好ましい実施形態において、ライディッヒ細胞(LCs)LCs分化培養液は、DMEM−F12培地に体積百分率が0.1%−20%(V/V)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)を加えることによって得られる。
好ましい実施形態において、ライディッヒ細胞(LCs)分化培養液は、DMEM−F12培地に2%(V/V)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。
具体的な実施形態において、上記ステップ(2)の誘導時間は、14日である。
本発明は、テストステロンレベル向上薬物の製造、及びテストステロンレベル低下による関連疾患の治療薬の製造における、本発明のライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)の使用をさらに提供する。
具体的な実施形態において、本発明のライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)は、血清テストステロンレベルを向上させることができる。
本発明で用いられる「hNCSCs」又は「hiPS−hNCSCs」は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)から分化誘導して得られたヒト神経堤幹細胞(hNCSCs)である。
本発明で用いられる「hiPS−hNCSCs−LCs」又は「hNCSCs−LCs」は、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)から分化誘導して得られたヒト神経堤幹細胞(hNCSCs)から分化誘導して得られたライディッヒ細胞(LCs)である。
本発明の解決策は、ヒトiPS細胞系を神経堤幹細胞(hNCSCs)に分化誘導し、さらに、ライディッヒ細胞(LCs)に分化誘導することである。その具体的な手順は、以下のようである。
ステップ(1):ヒトiPS細胞系(hiPSCs)から神経堤幹細胞(hNCSCs又はhiPS−hNCSCs)への分化誘導
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):ステップ(1)で得られた神経堤幹細胞(hNCSCs又はhiPS−hNCSCs)をライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs又はhNCSCs−LCs)へと分化誘導する。
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。
ここで、神経堤幹細胞培養液中で得られた神経堤幹細胞(hNCSCs)を増幅させることができる。さらに、hNCSCsを60%の密度に増幅させたときにLCs分化培養液に交換することができる。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/mlの血小板由来成長因子BB(PDGFBB)を加えたものであってもよい。得られたhNCSCs−LCsは、3β−HSD、P450C17、StAR、SF−1を発現し、テストステロンを分泌する。
本発明の方法により得られたライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)を、ライディッヒ細胞を除去したラット動物モデル(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)を用いて構築したライディッヒ細胞のアポトーシスモデル、即ち、EDSモデル)に移植し、該細胞の精巣微環境における作用を評価する。その結果、該細胞を移植することにより、血清テストステロンの濃度を向上できることを発見した。従って、本発明の方法により得られたライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)は、テストステロンレベル低下関連疾患の治療薬の製造に使用することができる。
本発明は、ヒトiPS細胞を分化誘導及び細胞選別することにより神経堤幹細胞を取得し、体外誘導培地で神経堤幹細胞を分化誘導することにより、ライディッヒ細胞を取得し、テストステロンを分泌する。本発明のライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs)を、EDSでライディッヒ細胞を除去したラットモデルに移植することにより、モデル動物の血清テストステロンレベルを向上させることができる。
本明細書での「V/V」は、各成分が培養液又は培地に占める体積百分率を指す。
本発明者らは、長期的で詳細な研究により、LOH等のテストステロン欠乏症の治療に新しいアイデアを提供した。即ち、ヒト誘導多能性幹細胞(hiPS)をライディッヒ細胞(Leydig cells, LCs)の由来源とし、実験によりhiPS細胞由来のLCは老化又は損傷したLC細胞を再生する能力を有し、人体がテストステロンを分泌する生理学的特性をより良くシミュレーションすることができ、血清テストステロン濃度及び精巣局所テストステロン濃度を共に効果的に向上させ、より良好な治療効果を得るとともに、治療過程で発生する不良な結果を最大限に避けることができる。それによって、従来の外因性アンドロゲン薬物治療法が体内テストステロンの生理学的状況をシミュレーションすることができず、補充用量を把握することが困難であること、長期投薬の必要があり、それに伴い様々な合併症及び副作用が発生することなどの欠点を克服する一方、LCの由来源が不明であることによる、入手が困難で、数が少なく、増幅が困難であるなどの欠点を解決する。
図1は、hiPSCsからhNCSCsへの分化誘導過程における胚体形成及び浮遊培養後の白色光写真、並びに分化後のNCSCsマーカーの免疫蛍光染色図である。図1A−Cは、白色光写真であり、ここで、図1Aは増幅培養されるhiPSCsであり、図1Bは浮遊培養される胚体であり、図1Cは接着培養される胚体であり、神経花環構造を形成し、外へ遊走する。図1Dは、分化後の細胞におけるNCSCs特異的マーカーの発現(免疫蛍光染色)である。ここで、Scale bar=100μmである。 図2は、hNCSCsに生物学的特性分析を行った白色光及び蛍光染色写真である。図2Aは、フローサイトメーターによりNCSCsマーカーであるHNK1及びP75のhiPSCsにおける発現を検出する図である。図2Bは、フローサイトメーターによる選別後に接着培養されるhNCSCsの白色光写真である。図2Cは、浮遊培養後のhNCSCsの白色光写真である。図2Dは、増幅培養されるhNCSCsにおけるNCSCs特異的マーカーであるP75及びSox10の発現図である。ここで、Scale bar=100μmである。 図3は、hNCSCsから末梢ニューロン及びシュワン細胞への分化の白色光及び免疫蛍光染色写真である。図3Aは、白色光レンズで観察されたhNCSCから末梢ニューロンへの分化前後の細胞形態である。図3B−Dは、免疫蛍光染色結果である。図3Bは、hNCSCsが分化してペリフェリン+/Tuj1+末梢ニューロンを形成することを示す。図3Cは、hNCSCsからTH+/Tuj1+末梢交感神経ニューロンへの分化を示す。図3Dは、hNCSCsが分化してGFAP+/S100B+シュワン細胞を形成することを示す。ここで、Scale bar=100μmである。 図4は、hNCSCsからhNCSCs−MSCへと分化誘導する白色光及び組織化学染色写真である。図4Aは、白色光レンズで観察されたhNCSCsからhNCSCs−MSCへの分化誘導の前後の細胞形態である。図4Bは、化学染色方法によりhNCSCs−MSCを適切な分化誘導液中で一定の時間培養した後のアリザリンレッドS染色図、トルイジンブルー染色図、及びオイルレッドO染色図である。図4Cは、hNCSCs−MSCを適切な分化誘導液中で一定の時間培養した後のαSMA染色図である。ここで、Scale bar=100μmである。 図5は、hNCSCs−LCsにおけるLCマーカーが発現する図である。 図6は、hNCSCs−LCsが体外培養条件下でテストステロンを分泌する図である。 図7は、hNCSCs−LCs移植の、EDSモデルラットの血清テストステロンレベルに対する影響を説明する図である。
理解できるように、本明細書で述べる実施形態は、例示的なものであり、本発明を制限しない。本発明の範囲を逸脱しない限り、本発明の主要な特徴は種々の実施形態に適用できる。通常の実験だけにより、多くの均等物が本明細書で述べる特定のステップに適用できることは、当業者にとって、想到又は確認できるものである。これらの均等物は、本発明の範囲内にあり、且つ添付される特許請求の範囲に含まれると考えられる。
本発明の目的、技術解決策、及び利点をより明らかにするために、以下、図面及び実施例を結合して本発明をさらに詳細に説明する。本明細書で述べる具体的な実施例は本発明を解釈するものに過ぎず、本発明を限定しないことが理解されるべきである。また、以下に述べる本発明の各実施形態に係る技術特徴は、互いに矛盾がない限り、組み合わせることができる。
実施例1 hiPS細胞系からhNCSCsへの分化
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/10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。
フローソーティングにより、精製したhNCSCsを得ることができる。5×10 −1×10細胞/cmで接着培養を行った。図2Bに示すように、接着培養される細胞の形態は比較的均一である。hNCSCsを消化して継代した後、低接着性培養プレートに接種した。図2Cに示すように、細胞は、サイズが比較的均一な神経球体を形成した。選別して得られたhNCSCs細胞に対し免疫蛍光検出を行った結果、図2Dに示すように、細胞がNCSCs特異的マーカーであるP75、Sox10等の発現を維持した。これは、既存の培養増幅条件下では、細胞がNCSCsの特性を維持できることを示している。
hNCSCsに対し生物学的特性を同定した。具体的には、hNCSCs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マルチウェルプレートに接種した後、対応する細胞の誘導培地を交換して分化誘導した。図3Aに示すように、末梢ニューロンが分化誘導して2週間後に、細胞体が丸くなり、細長い糸状突起が生じたような細胞形態の顕著な変化が観察された。3−4週後に、細胞を染色して同定した結果、図3B及び3Cに示すように、ペリフェリン+/Tuj1+の末梢ニューロン、TH+/Tuj1+の交感神経ニューロンの出現が見られた。シュワン細胞誘導液を用いてhNCSCsを分化誘導し、4週後に染色した結果、図3Dに示すように、GFAP+/S100b+のシュワン細胞の出現が見られた。
hNCSCsをMSC細胞培養液(低糖DMEM,10%FBS)中で分化誘導して7日後に、MSC(mesenchymal stem cells, 間葉系幹細胞)に分化し、図4Aに示すように、細胞形態が紡錘状となり、渦巻き状に成長することが観察された。hNCSCsから誘導したMSC(hNCSCs−MSC)に対しさらに多方向分化能を同定した。具体的には、適切な分化誘導液中で一定の時間培養した後、図4Bに示すように、アリザリンレッドS染色により石灰化結節形成が見られ、hNCSCs−MSCが骨芽細胞に分化したことが実証され、トルイジンブルー染色によりhNCSCs−MSCが軟骨細胞に分化したことが実証され、オイルレッドO染色により脂肪滴形成が見られ、hNCSCs−MSCが脂肪細胞に分化したことが実証された。適切な分化誘導液中で一定の時間培養した後、図4Cに示すように、αSMA染色によりhNCSCs−MSCが平滑筋細胞に分化したことを示した。それによって、培養されたhNCSCsは、多方向分化能を有することを示している。
実施例2 hNCSCsからライディッヒ細胞(hiPS−hNCSCs−LCs又はhNCSCs−LCs)への分化誘導
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。
実施例3 hiPS−hNCSCs−LCs(又はhNCSCs−LCs)の体内での作用
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(1.5x10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。
本発明の上記実施形態は本発明の原理を例示的に説明又は解釈するためのものに過ぎず、本発明を制限しないことが理解されるべきである。従って、本発明の趣旨及び範囲内で行われるいずれの変更、均等な置換え、改善などはすべて本発明の保護範囲に含まれるべきである。また、本発明に添付される特許請求の範囲は、その範囲及び境界、又は個の範囲及び境界の等価形式内のすべての変形例及び修正例を含むことが意図される。

Claims (19)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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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