JP2021069345A - 副甲状腺細胞の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、副甲状腺細胞を生体から単離し、長期培養することは困難である。これまでに、ヒト胚性幹(ES)細胞からPTHを産生する副甲状腺細胞様の細胞を分化誘導したとの報告は一応あるが(非特許文献1及び2)、副甲状腺疾患に対する移植療法の材料としては全く満足できるものではない。また、人工多能性幹(iPS)細胞から副甲状腺細胞を分化誘導したとの報告は皆無である。
[1]以下の工程:
(1)胚体内胚葉を、レチノイン酸の存在下で培養し、第3咽頭嚢様細胞へ誘導する工程、及び
(2)(1)で得られた細胞を、ソニックヘッジホッグ(SHH)作動薬の存在下で培養し、副甲状腺細胞へ誘導する工程
を含む、胚体内胚葉から副甲状腺細胞を作製する方法。
[2]工程(2)がSHHの共存下で行われる、[1]に記載の方法。
[3]工程(1)及び(2)が無血清培地中で行われる、[1]又は[2]に記載の方法。
[4]工程(1)及び(2)がフィーダー細胞の非存在下で行われる、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]胚体内胚葉が、多能性幹細胞をアクチビンAの存在下で培養することにより得られたものである、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]以下の工程:
(A)多能性幹細胞を、アクチビンAの存在下で培養し、胚体内胚葉へ誘導する工程、及び
(B)工程(1)で得られた細胞を、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法により副甲状腺細胞へ誘導する工程
を含む、多能性幹細胞から副甲状腺細胞を作製する方法。
[7]工程(A)が、
(A1)多能性幹細胞を、アクチビンA及びWntシグナル活性化剤の存在下で培養する工程、及び
(A2)工程(A1)で得られた細胞を、アクチビンA及びBMPシグナル阻害剤の存在下で培養する工程
を含む、[6]に記載の方法。
[8]工程(A)が無血清培地中で行われる、[6]又は[7]に記載の方法。
[9]工程(A)がフィーダー細胞の非存在下で行われる、[6]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10][1]〜[9]のいずれかに記載の方法により得られるin vitro副甲状腺細胞。
[11][10]に記載のin vitro副甲状腺細胞を含有してなる移植療法剤。
[12]副甲状腺の機能異常を伴う疾患の治療用である、[11]に記載の剤。
(I)多能性幹細胞から胚体内胚葉を作製する方法(以下、「本発明の方法(I)」ともいう。)、及び
(II)胚体内胚葉から副甲状腺細胞を作製する方法(以下、「本発明の方法(II)」ともいう。)を含む。
本発明の方法(I)は、多能性幹細胞を、アクチビンAの存在下で培養し、胚体内胚葉へ誘導する工程を含む。ここで「胚体内胚葉(DE)」とは、副甲状腺や胸腺をはじめとする内胚葉系列の種々の組織、器官に分化し得る細胞であり、Sox17、FoxA2、CXCR4、CER1等の1以上の胚体内胚葉マーカー遺伝子を発現する細胞を意味する。
(i)ES細胞
多能性幹細胞は自体公知の方法により取得することができる。例えば、ES細胞の作製方法としては、哺乳動物の胚盤胞ステージにおける内部細胞塊を培養する方法(例えば、Manipulating the Mouse Embryo:A Laboratory Manual,Second Edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1994)を参照)、体細胞核移植によって作製された初期胚を培養する方法(Wilmut et al., Nature, 385, 810(1997);Cibelli et al.,Science, 280, 1256(1998);入谷明ら, 蛋白質核酸酵素, 44, 892(1999);Baguisi etal., Nature Biotechnology, 17, 456(1999);Wakayama et al., Nature, 394, 369(1998);Wakayama et al., Nature Genetics, 22, 127(1999);Wakayama et al., Proc.Natl. Acad. Sci. USA, 96, 14984(1999);RideoutIII et al., Nature Genetics, 24,109(2000))などが挙げられるが、これらに限定されない。また、ES細胞は、所定の機関より入手でき、さらには市販品を購入することもできる。例えば、ヒトES細胞株であるH1及びH9は、ウィスコンシン大学のWiCell Instituteより入手可能であり、KhES-1、KhES-2及びKhES-3は、京都大学再生医科学研究所より入手可能である。ES細胞を体細胞核移植により作製する場合、体細胞の種類や体細胞を採取するソースは下記iPS細胞作製の場合に準ずる。
iPS細胞は、特定の初期化因子を、DNA又はタンパク質の形態で体細胞に導入することによって作製することができる、ES細胞とほぼ同等の特性、例えば分化多能性と自己複製による増殖能、を有する体細胞由来の人工の幹細胞である(K. Takahashi and S. Yamanaka (2006) Cell, 126:663-676; K. Takahashi et al. (2007), Cell, 131:861-872; J. Yu et al. (2007), Science, 318:1917-1920; Nakagawa, M.ら,Nat. Biotechnol. 26:101-106 (2008);国際公開WO 2007/069666)。初期化因子は、ES細胞に特異的に発現している遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-coding RNA、またはES細胞の未分化維持に重要な役割を果たす遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-coding RNA、あるいは低分子化合物によって構成されてもよい。初期化因子に含まれる遺伝子として、例えば、Oct3/4、Sox2、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Klf4、Klf2、c-Myc、N-Myc、L-Myc、Nanog、Lin28、Fbx15、ERas、ECAT15-2、Tcl1、beta-catenin、Lin28b、Sall1、Sall4、Esrrb、Nr5a2、Tbx3またはGlis1等が例示され、これらの初期化因子は、単独で用いても良く、組み合わせて用いても良い。初期化因子の組み合わせとしては、WO2007/069666、WO2008/118820、WO2009/007852、WO2009/032194、WO2009/058413、WO2009/057831、WO2009/075119、WO2009/079007、WO2009/091659、WO2009/101084、WO2009/101407、WO2009/102983、WO2009/114949、WO2009/117439、WO2009/126250、WO2009/126251、WO2009/126655、WO2009/157593、WO2010/009015、WO2010/033906、WO2010/033920、WO2010/042800、WO2010/050626、WO 2010/056831、WO2010/068955、WO2010/098419、WO2010/102267、WO 2010/111409、WO 2010/111422、WO2010/115050、WO2010/124290、WO2010/147395、WO2010/147612、Huangfu D, et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26: 795-797、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528、Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. 26:2467-2474、Huangfu D, et al. (2008), Nat Biotechnol. 26:1269-1275、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574、Zhao Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3:475-479、Marson A, (2008), Cell Stem Cell, 3, 132-135、Feng B, et al. (2009), Nat Cell Biol. 11:197-203、R.L. Judson et al., (2009), Nat. Biotech., 27:459-461、Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:8912-8917、Kim JB, et al. (2009), Nature. 461:649-643、Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:491-503、Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. 6:167-74、Han J, et al. (2010), Nature. 463:1096-100、Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28:713-720、Maekawa M, et al. (2011), Nature. 474:225-9.に記載の組み合わせが例示される。
DE分化誘導用の基本培地としては、例えば、Neurobasal培地、Neural Progenitor Basal培地、NS-A培地、BME培地、BGJb培地、CMRL 1066培地、最小必須培地(MEM)、Eagle MEM培地、αMEM培地、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、Glasgow MEM培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地、Medium 199培地、DMEM/F12培地、ハム培地、RPMI 1640培地、Fischer’s培地、及びこれらの混合培地などが挙げられるが、これらに限定されない。
し、従って、精製された血液由来成分又は動物組織由来成分(増殖因子など)を含有する培地が挙げられ得る。血清(例えば、ウシ胎児血清(FBS)、ヒト血清など)の濃度は、0〜20%、好ましくは0〜5%、より好ましくは0〜2%、最も好ましくは0%(すなわち、無血清)であり得る。血清を用いる場合、血清濃度を徐々に増加させてもよい(例、0→0.2→2→5%)。SFMは任意の血清代替物を含んでよく、又は含まなくてもよい。血清代替物としては、例えば、アルブミン(例えば、脂質リッチアルブミン、組換えアルブミン等のアルブミン代替物、植物デンプン、デキストラン及びタンパク質加水分解物等)、トランスフェリン(又は他の鉄輸送体)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2−メルカプトエタノール、3’−チオグリセロールあるいはこれらの均等物などを適宜含有する物質が挙げられ得る。かかる血清代替物は、例えば、WO 98/30679に記載の方法により調製できる。また、より簡便にするため、市販のものを利用できる。かかる市販の物質としては、Knockout(商標)Serum Replacement(KSR)、Chemically−defined Lipid concentrated、及びGlutamax(Invitorogen)が挙げられる。
従って、好ましい一実施態様において、本発明の方法(I)は、以下の工程:
(A1)多能性幹細胞を、アクチビンA及びWntシグナル活性化剤の存在下で培養する工程、及び
(A2)工程(A1)で得られた細胞を、アクチビンA及びBMPシグナル阻害剤の存在下で培養する工程
を含むことができる。
工程(A1)と(A2)との間に、アクチビンの存在下で、かつWntシグナル活性化剤及びBMPシグナル阻害剤の非存在下で、細胞を培養する工程をさらに含んでもよい。
培地AにWntシグナル活性化剤を添加する場合(工程(A1))、例えば最初の1〜2日間添加することができる。また、培地AにBMPシグナル阻害剤を添加する場合(工程(A2)、例えば、最後の2〜4日間添加することができる。
本発明はまた、胚体内胚葉から副甲状腺細胞を作製する方法(本発明の方法(II))を提供する。当該方法は、以下の工程:
(1)胚体内胚葉を、レチノイン酸の存在下で培養し、第3咽頭嚢様細胞へ誘導する工程、及び
(2)(1)で得られた細胞を、ソニックヘッジホッグ(SHH)作動薬の存在下で培養し、副甲状腺細胞へ誘導する工程
を含む。
ここで「第3咽頭嚢様細胞」とは、胚体内胚葉から分化した副甲状腺又は胸腺に分化し得る細胞を意味し、Hoxa3陽性により特徴づけられる。当該細胞は、Pax1、Eya1、Pax9、Six1及びPbx1等の1以上の転写因子をさらに発現しているものが好ましい。
工程(1)では、胚体内胚葉(DE)(好ましくは、上記本発明の方法(I)により得られたDE)を、レチノイン酸の存在下で培養する。本培養に使用される培地の基本培地としては、上記本発明の方法(I)において使用するために例示した基本培地が同様に好ましく使用される。培地は、DEから3rd PPEへの分化に好ましくない影響を及ぼさない限り、本発明の方法(I)で使用するために例示した添加物と同じ添加物を含有してよい。
培養液に含まれるレチノイン酸またはその誘導体の濃度は、例えば、1 nM〜10 μM、好ましくは、100 nM〜5 μM、より好ましくは、250 nM〜2 μMである。
工程(2)では、(1)で得られた3rd PPEを、SHH作動薬の存在下で培養する。本培養に使用される培地の基本培地としては、上記本発明の方法(I)において使用するために例示した基本培地が同様に好ましく使用される。培地は、3rd PPEから副甲状腺細胞への分化に好ましくない影響を及ぼさない限り、本発明の方法(I)で使用するために例示した添加物と同じ添加物を含有してよい。
上記のようにしてin vitro培養により得られた副甲状腺細胞(本明細書において「本発明のin vitro副甲状腺細胞」ともいう。)は、生体中の副甲状腺細胞と同等レベル又はそれ以上の高濃度でPTHを分泌生産することができるので、従来のPTH製剤の代替品として、PTH製剤が治療上有効な種々の疾患、例えば、副甲状腺の機能異常を伴う疾患の治療の目的で、移植療法剤として使用することができる。副甲状腺細胞は、(1)各細胞が副甲状腺の完全な機能を有し、必要な細胞数が少ない;(2)機能を発現するのに副甲状腺細胞の立体的配置を必要としない;(3)副甲状腺細胞の自家移植が正常な副甲状腺機能を再構成することが実証されている;等の理由から、細胞移植療法に最適な細胞種の1つである。
ヒトES細胞から副甲状腺細胞様の細胞を分化誘導したとの報告(Bingham protocol:非特許文献1)を改良した。ヒトiPS細胞にaccutaseを加えて単一細胞に分散し、マトリゲルでコートしたプレートに播種した。2% B27およびPenicillin/Streptomycinを含有するRPMI培地に100ng/mL アクチビンAおよび3μM CHIR99021を加えて、1日間培養した。2日目に、100ng/mL アクチビンAおよび2μM Dorsomorphinを含む培地に交換した。5日目に、1μM レチノイン酸および 2.5μM IWR-1を含む培地へ交換した。6日目に、100ng/mL Activin、1μM レチノイン酸および 2.5μM IWR1を含む培地に、0から250ng/mL SHHおよび0から500nM SAGを加えて4日間培養した。次に細胞を回収して、副甲状腺細胞マーカーGCM2遺伝子の発現をRT-PCRで調べた。SHHおよびSAGを加えた培養で、副甲状腺細胞マーカーGCM2遺伝子が発現していたことから、Bingham protocolを改良して、本発明の培養プロトコルを決定した(図1、図2)。
本発明の培養プロトコルを示す(図3上)。単一細胞にしたヒトiPS細胞を、マトリゲルでコートしたプレートに播種した。2% B27およびPenicillin/Streptomycinを含有するRPMI培地に100ng/mL アクチビンAおよび3μM CHIR99021を加えて、1日間培養した。2日目に、100ng/mL アクチビンAを含む培地に交換し、4日間培養した。6日目に、100ng/mL アクチビンAおよび2μM Dorsomorphinを含む培地に交換した。9日目に、1μM レチノイン酸を含む培地に交換し、4日間培養した。13日目に、100ng/mL SHHおよび100nM SAGを加えて10日間培養した。次に、分化誘導された副甲状腺細胞がPTHを産生および分泌するかを確認した。分化誘導された副甲状腺細胞はPTHを培養液中に分泌し、その濃度は分化誘導していない細胞に比較して高値であった(図3中)。分化誘導された副甲状腺細胞はPTHおよびCaSRをmRNAレベルで発現していた(図3下)。
本発明の培養プロトコルにおけるマーカー遺伝子の発現を示す(図4)。未分化細胞のマーカーであるOCT4は誘導の過程で減少し、それぞれ分化の過程に合致して胚体内胚葉のマーカーであるFOXA2、第3咽頭嚢様細胞のマーカーであるTBX1、HOXA3、副甲状腺細胞の分化に必須のGCM2が増加していた。培養分化プロトコルにおいて、発生過程と同様に各タイムポイントのマーカー遺伝子が発現していることを確認した。
Claims (12)
- 以下の工程:
(1)胚体内胚葉を、レチノイン酸の存在下で培養し、第3咽頭嚢様細胞へ誘導する工程、及び
(2)(1)で得られた細胞を、ソニックヘッジホッグ(SHH)作動薬の存在下で培養し、副甲状腺細胞へ誘導する工程
を含む、胚体内胚葉から副甲状腺細胞を作製する方法。 - 工程(2)がSHHの共存下で行われる、請求項1に記載の方法。
- 工程(1)及び(2)が無血清培地中で行われる、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 工程(1)及び(2)がフィーダー細胞の非存在下で行われる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 胚体内胚葉が、多能性幹細胞をアクチビンAの存在下で培養することにより得られたものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 以下の工程:
(A)多能性幹細胞を、アクチビンAの存在下で培養し、胚体内胚葉へ誘導する工程、及び
(B)工程(1)で得られた細胞を、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法により副甲状腺細胞へ誘導する工程
を含む、多能性幹細胞から副甲状腺細胞を作製する方法。 - 工程(A)が、
(A1)多能性幹細胞を、アクチビンA及びWntシグナル活性化剤の存在下で培養する工程、及び
(A2)工程(A1)で得られた細胞を、アクチビンA及びBMPシグナル阻害剤の存在下で培養する工程
を含む、請求項6に記載の方法。 - 工程(A)が無血清培地中で行われる、請求項6又は7に記載の方法。
- 工程(A)がフィーダー細胞の非存在下で行われる、請求項6〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法により得られるin vitro副甲状腺細胞。
- 請求項10に記載のin vitro副甲状腺細胞を含有してなる移植療法剤。
- 副甲状腺の機能異常を伴う疾患の治療用である、請求項11に記載の剤。
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