JP2021145646A - Cell culture body and production method thereof - Google Patents

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Abstract

To reflect an original feature of a cancer tissue derived from a patient such as a three dimensional organoid, and exhibit growth rate excellent relative to growth rate of the three-dimensional organoid.SOLUTION: A production method of a cell culture body comprises: a step for culturing a three-dimensional organoid on a medium for an animal cell; and a step for leaving cells adhered to a culture vessel, out of cells comprising migration function derived from the three-dimensional organoid, and removing a component other than the cells from the culture vessel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、三次元オルガノイドを用いて製造された細胞培養体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cell culture produced using a three-dimensional organoid and a method for producing the same.

三次元オルガノイド培養法(非特許文献1:Sato et al., Nature, 2009)は、様々な臓器から単離した上皮細胞をマトリゲルと混合し、Wnt, Noggin, R-spondinなどの幹細胞性を高める因子を含む特殊な培地で培養することで三次元の上皮組織構造を培養ディッシュ上で再現できる方法として開発された。近年、ヒトの大腸がんや膵臓がんなど患者の手術検体を用いたオルガノイド培養法が確立され、摘出直後の組織との構造の類似性、遺伝子変異の相関が示され(非特許文献2:Wetering et al., Cell, 2015及び非特許文献3:Boj et al., Cell, 2015)、個別化医療にとって有用なツールとなることも期待されている。 The three-dimensional organoid culture method (Non-Patent Document 1: Sato et al., Nature, 2009) mixes epithelial cells isolated from various organs with Matrigel to enhance stem cell properties such as Wnt, Noggin, and R-spondin. It was developed as a method that can reproduce the three-dimensional epithelial tissue structure on a culture dish by culturing in a special medium containing a factor. In recent years, an organoid culture method using surgical specimens of patients such as human colon cancer and pancreatic cancer has been established, and structural similarity with the tissue immediately after excision and correlation with gene mutation have been shown (Non-Patent Document 2: Non-Patent Document 2: Wetering et al., Cell, 2015 and Non-Patent Document 3: Boj et al., Cell, 2015) are also expected to be useful tools for personalized medicine.

また、膀胱がん罹患犬の尿サンプルを用いて非侵襲的に膀胱がんオルガノイドを培養する技術が開発され、作製したオルガノイドが生体内の膀胱がんの特徴を三次元的に再現し、免疫不全マウス体内での腫瘍の再形成能試験や、患畜個々の抗がん剤感受性試験へ応用可能であることが明らかにされている(非特許文献4:Elbadawy and Usui et al., Cancer Sci. 2019)。 In addition, a technique for non-invasively culturing bladder cancer organoids using urine samples from dogs suffering from bladder cancer has been developed, and the produced organoids reproduce the characteristics of bladder cancer in vivo in three dimensions and immunize. It has been clarified that it can be applied to a tumor remodeling ability test in a defective mouse body and an anticancer drug susceptibility test for individual patients (Non-Patent Document 4: Elbadawy and Usui et al., Cancer Sci. 2019).

一方、がんの基礎研究においては、二次元のがん細胞株が使用されている。イヌの膀胱がんにおいても細胞株が市販され利用可能となっている。細胞株は、培養の容易さや、低コスト、増殖スピードの速さなどの利点があるため細胞内シグナル経路の検討などの研究に頻繁に使用されてきたものの、オルガノイドのような個々の特徴や細胞の多様性、極性などを反映できないといった問題があった。 On the other hand, two-dimensional cancer cell lines are used in basic cancer research. Cell lines are also commercially available and available for canine bladder cancer. Although cell lines have been frequently used in studies such as the study of intracellular signal pathways due to their advantages such as ease of culture, low cost, and high growth speed, individual characteristics and cells such as organoids have been used. There was a problem that it could not reflect the diversity and polarity of the cells.

また、がん幹細胞は、がんの発生、術後の再発及び治療抵抗性の原因となることが示唆されている。がん幹細胞マーカーの同定方法としては、フローサイトメトリー解析やソーティング法によって分離した細胞を免疫不全マウスに移植して腫瘍形成能を示すことや、in vitroの実験系でのスフェア形成能が指標とされてきた。しかしながら、各がん種での特異的ながん幹細胞マーカーは未だにはっきりとしていないため、治療や診断への応用の障壁となっている。 It has also been suggested that cancer stem cells contribute to the development of cancer, postoperative recurrence and treatment resistance. As a method for identifying cancer stem cell markers, the ability to form tumors by transplanting cells isolated by flow cytometry analysis or sorting method into immunodeficient mice and the ability to form spheres in an in vitro experimental system are used as indicators. It has been. However, specific cancer stem cell markers for each cancer type are still unclear, which poses a barrier to therapeutic and diagnostic applications.

Sato et al., Nature, 459(7244):262-5, 2009Sato et al., Nature, 459 (7244): 262-5, 2009 Wetering et al., Cell, 161(4):933-45, 2015Wetering et al., Cell, 161 (4): 933-45, 2015 Boj et al., Cell, 160(1-2):324-38, 2015Boj et al., Cell, 160 (1-2): 32-38, 2015 Elbadawy and Usui et al., Cancer Sci. 110(9):2806-2821, 2019Elbadawy and Usui et al., Cancer Sci. 110 (9): 2806-2821, 2019

従来の三次元オルガノイドは、患者由来のがん組織等のオリジナルの特徴を反映可能であるが、細胞の増殖速度が遅いといった問題があった。一方、不死化して無限増殖能を獲得した細胞株は、増殖速度は速いものの、患者由来のがん組織等を構成する細胞の多様性を維持できないため、得られた結果を臨床現場等に還元していくことが困難である。また、細胞株として樹立可能な系統が限られており、特定の生体試料に含まれる細胞から細胞株を樹立するには膨大な時間と手間がかかるといった問題もある。 Conventional three-dimensional organoids can reflect original characteristics such as patient-derived cancer tissue, but have a problem of slow cell growth rate. On the other hand, cell lines that have acquired infinite proliferative capacity by immortalization have a high growth rate, but cannot maintain the diversity of cells that make up patient-derived cancer tissues, etc., so the obtained results are returned to clinical practice. It is difficult to do. In addition, the strains that can be established as a cell line are limited, and there is also a problem that it takes an enormous amount of time and labor to establish a cell line from cells contained in a specific biological sample.

そこで、本発明は、上述したような実情に鑑み、三次元オルガノイドのように患者由来のがん組織等のオリジナルの特徴を反映しつつ、細胞株のように増殖速度が速いといった特徴を有する細胞培養体及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-mentioned circumstances, the present invention reflects the original characteristics of patient-derived cancer tissues such as three-dimensional organoids, and at the same time, cells having a characteristic of high growth rate such as cell lines. It is an object of the present invention to provide a culture body and a method for producing the same.

上述した目的を達成するために本発明者らが鋭意検討した結果、三次元オルガノイドを培養する際に生ずる遊走能を有する細胞が二次元化するといった独自の発想に到達し、三次元オルガノイドが有する特徴を維持し、且つ三次元オルガノイドよりも速い増殖速度を示す細胞培養体を作製できること見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies by the present inventors in order to achieve the above-mentioned object, a unique idea such as the two-dimensionalization of cells having a migration ability generated when culturing a three-dimensional organoid has been reached, and the three-dimensional organoid has. We have found that it is possible to prepare a cell culture that maintains its characteristics and exhibits a growth rate faster than that of a three-dimensional organoid, and has completed the present invention.

本発明は以下を包含する。
[1]生体試料から作製した三次元オルガノイドを動物細胞用培地にて培養する工程と、上記三次元オルガノイド由来の遊走能を有する細胞のうち培養容器に接着した細胞を残し、当該細胞以外の成分を当該培養容器から取り除く工程とを含み、上記培養容器の底面上に細胞培養体を形成することを特徴とする細胞培養体の製造方法。
[2]上記動物細胞用培地は、EGF及びTGFβ阻害剤を含むことを特徴とする[1]記載の細胞培養体の製造方法。
[3]上記動物細胞用培地は、Wntアゴニスト及びBMP阻害剤の一方又は両方を含有しないことを特徴とする[1]記載の細胞培養体の製造方法。
[4]上記培養容器に接着した細胞を継代培養する工程を更に含むことを特徴とする上記[1]記載の細胞培養体の製造方法。
[5]上記成分は、三次元オルガノイドに含まれる非接着性の細胞、三次元オルガノイド用培地を含む成分であることを特徴とする上記[1]記載の細胞培養体の製造方法。
[6]上記生体試料は、動物由来のがん細胞を含む試料であることを特徴とする上記[1]記載の細胞培養体の製造方法。
[7]上記[1]乃至[6]いずれか記載の製造方法により製造された細胞培養体。
[8]上記[1]乃至[6]いずれか記載の製造方法により製造された細胞培養体における遺伝子発現パターンを解析する、バイオアッセイ方法。
[9]がん関連遺伝子の遺伝子発現パターンを解析する上記[8]記載のバイオアッセイ方法。
The present invention includes the following.
[1] A step of culturing a three-dimensional organoid prepared from a biological sample in a medium for animal cells, and leaving the cells having a migration ability derived from the three-dimensional organoid that adhere to a culture vessel, and components other than the cells. A method for producing a cell culture, which comprises forming a cell culture on the bottom surface of the culture container, which comprises a step of removing the cells from the culture container.
[2] The method for producing a cell culture according to [1], wherein the animal cell medium contains an EGF and a TGFβ inhibitor.
[3] The method for producing a cell culture according to [1], wherein the animal cell medium does not contain one or both of a Wnt agonist and a BMP inhibitor.
[4] The method for producing a cell culture according to the above [1], further comprising a step of subculturing the cells adhered to the culture vessel.
[5] The method for producing a cell culture according to the above [1], wherein the above-mentioned component is a component containing a non-adhesive cell contained in a three-dimensional organoid and a medium for a three-dimensional organoid.
[6] The method for producing a cell culture according to the above [1], wherein the biological sample is a sample containing cancer cells derived from animals.
[7] A cell culture produced by the production method according to any one of the above [1] to [6].
[8] A bioassay method for analyzing a gene expression pattern in a cell culture produced by the production method according to any one of the above [1] to [6].
[9] The bioassay method according to [8] above, which analyzes the gene expression pattern of a cancer-related gene.

本発明に係る細胞培養体は、三次元オルガノイドの特徴や性質を維持しながら、三次元オルガノイドと比較して細胞増殖速度が亢進するといった優れた特徴を有する。したがって、本発明に係る細胞培養体を使用することで、三次元オルガノイドを使用する場合と同じ各種バイオアッセイを行うことができ、また、三次元オルガノイドを培養するよりも効率よく増殖することができる。 The cell culture according to the present invention has an excellent feature that the cell proliferation rate is enhanced as compared with the three-dimensional organoid while maintaining the characteristics and properties of the three-dimensional organoid. Therefore, by using the cell culture body according to the present invention, it is possible to perform the same various bioassays as when using the three-dimensional organoid, and it is possible to proliferate more efficiently than culturing the three-dimensional organoid. ..

また、本発明に係る細胞培養体の製造方法は、三次元オルガノイドの特徴や性質を維持しながら、三次元オルガノイドと比較して細胞増殖速度が亢進するといった優れた特徴を有する細胞培養体を三次元オルガノイドから製造することができる。 In addition, the method for producing a cell culture according to the present invention is a tertiary cell culture having excellent characteristics such as an increase in cell proliferation rate as compared with a three-dimensional organoid while maintaining the characteristics and properties of the three-dimensional organoid. It can be manufactured from the original organoid.

本発明に係る細胞培養体の作製及び解析の工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the process of preparation and analysis of the cell culture body which concerns on this invention. 本実施例で作製した2.5D膀胱がんオルガノイドを示す位相差顕微鏡像である。It is a phase contrast microscope image which shows the 2.5D bladder cancer organoid prepared in this Example. 異なる系統の三次元膀胱がんオルガノイドから作製した2.5D膀胱がんオルガノイドを示す位相差顕微鏡像である。It is a phase-contrast microscope image showing a 2.5D bladder cancer organoid prepared from three-dimensional bladder cancer organoids of different strains. 組成の異なる培養液を用いて2.5D膀胱がんオルガノイドを作製したときの位相差顕微鏡像である。It is a phase-contrast microscope image when a 2.5D bladder cancer organoid was prepared using culture solutions having different compositions. 作製した2.5D膀胱がんオルガノイドにおける尿路上皮細胞マーカー発現を示す蛍光顕微鏡写真である。It is a fluorescence micrograph showing the expression of the urothelial cell marker in the prepared 2.5D bladder cancer organoid. 2.5D膀胱がんオルガノイド及び三次元オルガノイドの細胞増殖速度を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows cell proliferation rate of 2.5D bladder cancer organoid and three-dimensional organoid. 2.5D膀胱がんオルガノイドにおける各種がん幹細胞マーカー発現を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the expression of various cancer stem cell markers in 2.5D bladder cancer organoid. 2.5D膀胱がんオルガノイドのin vivoにおける腫瘍形成能を示す写真である。It is a photograph showing the tumorigenicity of 2.5D bladder cancer organoid in vivo. 摘出した2.5D膀胱がんオルガノイド由来腫瘍の病理組織像を示す写真である。It is a photograph which shows the histopathological image of the excised 2.5D bladder cancer organoid-derived tumor. 摘出した2.5D膀胱がんオルガノイド由来腫瘍における尿路上皮細胞マーカー発現を示す蛍光顕微鏡写真である。FIG. 3 is a fluorescence micrograph showing urothelial cell marker expression in an excised 2.5D bladder cancer organoid-derived tumor. 各種抗がん剤を処置した後の2.5D膀胱がんオルガノイドを示す位相差顕微鏡像である。It is a phase-contrast microscope image showing 2.5D bladder cancer organoid after treatment with various anticancer agents. 各種抗がん剤を処置した後の2.5D膀胱がんオルガノイドの生存率を示す特性図である。It is a characteristic diagram which shows the survival rate of 2.5D bladder cancer organoid after treatment with various anticancer agents. ヒト大腸がん三次元オルガノイドを用いて作製した2.5Dオルガノイドを示す位相差顕微鏡像である。It is a phase-contrast microscope image showing a 2.5D organoid prepared using a human colorectal cancer three-dimensional organoid.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る細胞培養体は、生体試料から作製された三次元オルガノイドから作製され、当該三次元オルガノイドの特性・性質を維持しつつ、当該三次元オルガノイドよりも増殖速度が速いといった特徴を有する細胞集団である。一般に、生体試料から作製された細胞株(不死化、無限増殖能)は培養容器の底面に広がり二次元培養される。すなわち、当該細胞株の培養体は面方向の広がりを有する二次元培養体である。本発明に係る細胞培養体は、上述のように三次元オルガノイドの特性・性質を有するが、二次元培養体のように面方向に広がりを有する培養体である。よって、本発明に係る細胞培養体を2.5次元オルガノイド(2.5Dオルガノイド)と称することもできる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The cell culture according to the present invention is prepared from a three-dimensional organoid prepared from a biological sample, and has a characteristic that the growth rate is faster than that of the three-dimensional organoid while maintaining the characteristics and properties of the three-dimensional organoid. It is a group. Generally, a cell line (immortalized, infinite proliferation ability) prepared from a biological sample spreads on the bottom surface of a culture vessel and is two-dimensionally cultured. That is, the culture of the cell line is a two-dimensional culture having a spread in the plane direction. The cell culture according to the present invention has the characteristics and properties of a three-dimensional organoid as described above, but is a culture having a spread in the plane direction like a two-dimensional culture. Therefore, the cell culture according to the present invention can also be referred to as a 2.5-dimensional organoid (2.5D organoid).

ここで、生体試料とは、三次元オルガノイドの作製に必要な、多能性幹細胞(PSC)や成体幹細胞(ASC)或いはがん幹細胞を含む試料を意味する。生体試料としては、例えば、癌組織、癌に罹患した個体から採取した血液や尿の試料、肝臓、脳、腸など各種組織から得られた生検試料等を挙げることができる。これら生体試料は、特に限定されず、哺乳動物から得ることができる。哺乳動物としては、限定されないが、例えば、ウサギ、マウス、ラット、ウシ、ヒツジ、ネコ、イヌ、ウマ、サル及びヒトが挙げられる。 Here, the biological sample means a sample containing pluripotent stem cells (PSC), adult stem cells (ASC), or cancer stem cells, which are necessary for producing a three-dimensional organoid. Examples of biological samples include cancer tissues, blood and urine samples collected from individuals suffering from cancer, biopsy samples obtained from various tissues such as liver, brain, and intestine. These biological samples are not particularly limited and can be obtained from mammals. Mammals include, but are not limited to, rabbits, mice, rats, cows, sheep, cats, dogs, horses, monkeys and humans.

三次元オルガノイドは、Wntシグナルを活性化するWntアゴニスト、BMPシグナルを阻害するBMP阻害剤、上皮成長因子(Epidermal Growth Factor; EGF)を含むオルガノイド作製用培地を使用し、細胞外マトリックス等の足場支持体に包埋された幹細胞を培養することで作製される。オルガノイド作製用培地は、上記成分により、臓器に特異的な幹細胞やがん幹細胞を維持することができる。 For the three-dimensional organoid, a medium for producing organoids containing a Wnt agonist that activates Wnt signaling, a BMP inhibitor that inhibits BMP signaling, and epidermal growth factor (EGF) is used to support a scaffold such as an extracellular matrix. It is produced by culturing stem cells embedded in the body. The organoid preparation medium can maintain organ-specific stem cells and cancer stem cells by the above-mentioned components.

Wntアゴニストとしては、例えば、Wnt、Wnt-3a、Noggin、GSK阻害剤、R-スポンジン1、R-スポンジン2、R-スポンジン3及びR-スポンジン4等のR-スポンジンを挙げることができる。 Examples of Wnt agonists include R-spondins such as Wnt, Wnt-3a, Noggin, GSK inhibitors, R-spondin 1, R-spondin 2, R-spondin 3 and R-spondin 4.

BMP阻害剤としては、ノギン(Noggin)、コーディン(Chordin)、コーディンドメインを含むコーディン様タンパク質、ホリスタチン(Follistatin)、ホリスタチンドメインを含むホリスタチン関連タンパク質、DAN、DANシステイン-ノットドメインを含むDAN様タンパク質、スクレロスチン/SOST、デコリン及びα-2マクログロブリン等を挙げることができる。 BMP inhibitors include Noggin, Chordin, chordin-like proteins containing chordin domains, hollistatin, holistatin-related proteins including hollistatin domains, DAN, DAN cysteine-DAN-like proteins including knot domains. , Sclerostin / SOST, decorin and α-2 macroglobulin and the like.

三次元オルガノイドを作製する培養条件等については、特に限定されず、例えばSato T et al., Gastroenterology. 2011 Nov;141(5):1762-72等を参照することができる。なお、がん罹患犬の尿サンプルを用いた膀胱がんオルガノイドの作製については、参考文献1:Elbadawy and Usui et al., Cancer Sci. 110(9):2806-2821, 2019を参照することができる。 The culture conditions for producing the three-dimensional organoid are not particularly limited, and for example, Sato T et al., Gastroenterology. 2011 Nov; 141 (5): 1762-72 and the like can be referred to. For the preparation of bladder cancer organoids using urine samples of cancer-affected dogs, refer to Reference 1: Elbadawy and Usui et al., Cancer Sci. 110 (9): 2806-2821, 2019. can.

また、三次元オルガノイドを作製する際に使用される足場支持体としては、コラーゲンやアガロース等の水を吸収及び保持できる重合体、多孔質ポリスチレン等のスポンジ様メンブレンを挙げることができる。より具体的に、足場支持体としては、コラーゲンを含むマトリゲル(コーニングライフサイエンス社製)を使用することができる。 Examples of the scaffolding support used when producing a three-dimensional organoid include a polymer capable of absorbing and retaining water such as collagen and agarose, and a sponge-like membrane such as porous polystyrene. More specifically, as the scaffolding support, a collagen-containing matrigel (manufactured by Corning Life Science Co., Ltd.) can be used.

本発明に係る細胞培養体を作製する際には、先ず、以上のように作製された三次元オルガノイドを動物細胞用培地(以下、2.5Dオルガノイド用培地)にて培養する。ここで2.5Dオルガノイド用培地は、三次元オルガノイドに由来する遊走能を有する細胞を培養できる組成であれば特に限定されないが、例えば、EGF及びTGFβ阻害剤を含む動物細胞用培地を使用することができる。なお、この2.5Dオルガノイド用培地は、三次元オルガノイド作製用培地とは異なる組成の培地である。すなわち、三次元オルガノイド作製用培地は、細胞外マトリックスに包埋された組織特異的幹細胞やがん幹細胞を維持する組成であるのに対して、2.5Dオルガノイド用培地は当該幹細胞を維持する組成とは異なる。具体的に、2.5Dオルガノイド用培地は、Wntアゴニスト及びBMP阻害剤の一方又は両方を含有しない点で、三次元オルガノイド作製用の培地とは組成が異なっている。 When preparing the cell culture according to the present invention, first, the three-dimensional organoids prepared as described above are cultured in a medium for animal cells (hereinafter referred to as a medium for 2.5D organoids). Here, the medium for 2.5D organoid is not particularly limited as long as it has a composition capable of culturing cells having migration ability derived from a three-dimensional organoid, and for example, a medium for animal cells containing an EGF and a TGFβ inhibitor may be used. can. The 2.5D organoid medium has a composition different from that of the three-dimensional organoid production medium. That is, the medium for producing three-dimensional organoids has a composition for maintaining tissue-specific stem cells and cancer stem cells embedded in the extracellular matrix, whereas the medium for 2.5D organoid has a composition for maintaining the stem cells. Is different. Specifically, the medium for 2.5D organoids is different in composition from the medium for producing three-dimensional organoids in that it does not contain one or both of Wnt agonists and BMP inhibitors.

EGFは、53アミノ酸残基及び3つの分子内ジスルフィド結合から成る6045Daのタンパク質であり、細胞表面に存在する上皮成長因子受容体 (EGFR) にリガンドとして結合する。2.5Dオルガノイド用培地培地に含まれるEGFの濃度は、特に限定されないが、例えば、2ng/mL〜500ng/mLとすることができ、5ng/mL〜500ng/mLとすることが好ましく、10ng/mL〜400ng/mLとすることがより好ましく、20ng/mL〜300ng/mLとすることがより好ましく、30ng/mL〜200ng/mLとすることがより好ましく、40ng/mL〜100ng/mLとすることがより好ましい。より具体的に、2.5Dオルガノイド用培地に含まれるEGFの濃度は50ng/mLとすることができる。 EGF is a 6045 Da protein consisting of 53 amino acid residues and three intramolecular disulfide bonds that bind as a ligand to the epidermal growth factor receptor (EGFR) present on the cell surface. The concentration of EGF contained in the medium for 2.5D organoid is not particularly limited, but can be, for example, 2 ng / mL to 500 ng / mL, preferably 5 ng / mL to 500 ng / mL, and 10 ng / mL. It is more preferably ~ 400 ng / mL, more preferably 20 ng / mL to 300 ng / mL, more preferably 30 ng / mL to 200 ng / mL, and more preferably 40 ng / mL to 100 ng / mL. More preferred. More specifically, the concentration of EGF contained in the 2.5D organoid medium can be 50 ng / mL.

TGFβ(transforming growth factor β)阻害剤としては、例えば、A83-01(3-(6-メチルピリジン-2-イル)-1-フェニルチオカルバモイル-4-キノリン-4-イルピラゾール)、ALK5 Inhibitor I(3-(ピリジン-2-イル)-4-(4-キノニル)-1H-ピラゾール)、LDN193189(4-(6-(4-(ピペラジン-1-イル)フェニル)ピラゾロ[1,5-a]ピリミジン-3-イル)キノリン)、SB431542(4-[4-(1,3-ベンゾジオキソール-5-イル)-5-ピリジン-2-イル-1H-イミダゾール-2-イル]ベンズアミド)、SB-505124(2-(5-ベンゾ[1,3]ジオキソール-5-イル-2-tert-ブチル-3H-イミダゾール-4-イル)-6-メチルピリジン塩酸塩水和物)、SD-208((2-(5-クロロ-2-フルオロフェニル)プテリジン-4-イル)ピリジン-4-イル-アミン)、SB-525334(6-[2-(1,1-ジメチルエチル)-5-(6-メチル-2-ピリジニル)-1H-イミダゾール-4-イル]キノキサリン)、LY-364947(4-[3-(2-ピリジニル)-1H-ピラゾール-4-イル]-キノリン)、LY2157299(4-[2-(6-メチル-ピリジン-2-イル)-5,6-ジヒドロ-4H-ピロロ[1,2-b]ピラゾール-3-イル]-キノリン-6-カルボン酸アミド)、TGF-β RI Kinase Inhibitor II 616452(2-(3-(6-メチルピリジン-2-イル)-1H-ピラゾール-4-イル)-1,5-ナフチリジン)、TGF-β RI Kinase Inhibitor III 616453(2-(5-ベンゾ[1,3]ジオキソール-4-イル-2-tert-ブチル-1H-イミダゾール-4-イル)-6-メチルピリジン, HCl)、TGF-β RI Kinase Inhibitor IX 616463(4-((4-((2,6-ジメチルピリジン-3-イル)オキシ)ピリジン-2-イル)アミノ)ベンゼンスルホンアミド)、TGF-β RI Kinase Inhibitor VII 616458(1-2-((6,7-ジメトキシ-4-キノリル)オキシ)-(4,5-ジメチルフェニル)-1-エタノン)、ナフチリジン(6-(2-tert-ブチル-5-(6-メチル-ピリジン-2-イル)-1H-イミダゾール-4-イル)-キノキサリン)、AP12009(TGF-β2アンチセンス化合物“Trabedersen”)、Belagenpumatucel-L(TGF-β2アンチセンス遺伝子修飾同種異系腫瘍細胞ワクチン)、CAT-152(Glaucoma-lerdelimumab(抗-TGF-β-2モノクローナル抗体))、CAT-192(Metelimumab(TGFβ1を中和するヒトIgG4モノクローナル抗体))、GC-1008(抗TGF-βモノクローナル抗体)等が挙げられる。 Examples of TGFβ (transforming growth factor β) inhibitors include A83-01 (3- (6-methylpyridin-2-yl) -1-phenylthiocarbamoyl-4-quinoline-4-ylpyrazol) and ALK5 Inhibitor I. (3- (Pyridine-2-yl) -4- (4-quinonyl) -1H-pyrazol), LDN193189 (4- (6- (4- (piperazin-1-yl) phenyl) pyrazolo [1,5-a ] Pyrimidine-3-yl) quinoline), SB431542 (4- [4- (1,3-benzodioxol-5-yl) -5-pyridin-2-yl-1H-imidazol-2-yl] benzamide) , SB-505124 (2- (5-benzo [1,3] dioxol-5-yl-2-tert-butyl-3H-imidazol-4-yl) -6-methylpyridin hydrochloride hydrate), SD-208 ((2- (5-Chloro-2-fluorophenyl) pteridine-4-yl) pyridine-4-yl-amine), SB-525334 (6- [2- (1,1-dimethylethyl) -5-( 6-Methyl-2-pyridinyl) -1H-imidazole-4-yl] quinoline), LY-364947 (4- [3- (2-pyridinyl) -1H-pyrazol-4-yl] -quinoline), LY2157299 (4) -[2- (6-Methyl-pyridin-2-yl) -5,6-dihydro-4H-pyrrolo [1,2-b] pyrazole-3-yl] -quinoline-6-carboxylic acid amide), TGF- β RI Kinase Inhibitor II 616452 (2- (3- (6-methylpyridin-2-yl) -1H-pyrazole-4-yl) -1,5-naphthylidine), TGF-β RI Kinase Inhibitor III 616453 (2-yl) (5-Benzo [1,3] dioxol-4-yl-2-tert-butyl-1H-imidazol-4-yl) -6-methylpyrididine, HCl), TGF-β RI Kinase Inhibitor IX 616463 (4-( (4-((2,6-Dimethylpyridin-3-yl) oxy) Pyridine-2-yl) amino) benzenesulfonamide), TGF-β RI Kinase Inhibitor VII 616458 (1-2-((6,7-yl)) Dimethoxy-4-quinolyl) oxy)-(4,5-dimethylphenyl) -1-etanone), naphthylidine (6- (2-tert-butyl-5- (6-methyl-pyridine-2-yl) -1H-imidazol-4-yl) -quinoxalin), AP12009 (TGF-β2 antisense compound "Trabedersen"), Belagenpumatucel -L (TGF-β2 antisense gene-modified allogeneic tumor cell vaccine), CAT-152 (Glaucoma-lerdelimumab (anti-TGF-β-2 monoclonal antibody)), CAT-192 (Metelimumab (human who neutralizes TGFβ1) IgG4 monoclonal antibody)), GC-1008 (anti-TGF-β monoclonal antibody) and the like.

2.5Dオルガノイド用培地培地に含まれるTGF-β阻害剤の濃度は、その種類によって異なり、特に限定されるものではない。例えば、TGF-β阻害剤としてA83-01を使用する場合、0.1μM〜5μMとすることができ、0.2μM〜3μMとすることが好ましく、0.3μM〜1μMとすることがより好ましく、0.4μM〜0.8μMとすることがより好ましい。より具体的に、2.5Dオルガノイド用培地に含まれるA83-01の濃度は0.5μMとすることができる。 2.5D Organoid Medium The concentration of the TGF-β inhibitor contained in the medium varies depending on the type and is not particularly limited. For example, when A83-01 is used as a TGF-β inhibitor, it can be 0.1 μM to 5 μM, preferably 0.2 μM to 3 μM, more preferably 0.3 μM to 1 μM. It is more preferably 0.4 μM to 0.8 μM. More specifically, the concentration of A83-01 contained in the 2.5D organoid medium can be 0.5 μM.

また、2.5Dオルガノイド用培地は、EGF及びTGF-β阻害剤以外に、通常の動物細胞の培養に使用される培地に含まれる各種成分を含有することができる。各種成分としては、抗酸化作用を有するN-アセチル-L-システイン、L-グルタミン酸やL-グルタミン等のアミノ酸類、ニコチンアミド等、ビタミン類、無機塩を挙げることができる。EGF、TGF-β阻害剤及びこれら各種成分を、一般に動物細胞に使用される基本培地に添加することで2.5Dオルガノイド用培地を作製することができる。なお、2.5Dオルガノイド用培地は、ウシ胎仔血清(fetal bovine serum(FBS)又はfetal calf serum)等を含んでいても良い。 In addition to EGF and TGF-β inhibitors, the 2.5D organoid medium can contain various components contained in the medium used for normal animal cell culture. Examples of various components include amino acids such as N-acetyl-L-cysteine and L-glutamic acid and L-glutamine having an antioxidant effect, vitamins such as nicotinamide, and inorganic salts. A medium for 2.5D organoids can be prepared by adding EGF, TGF-β inhibitor and various components thereof to a basal medium generally used for animal cells. The medium for 2.5D organoid may contain fetal bovine serum (FBS) or fetal calf serum.

基本培地となる細胞培養培地は、動物細胞用又はヒト細胞用であることが好ましい。基本培地としては、例えば、pH7.0〜7.6の合成培地等が挙げられる。より具体的には、ダルベッコ改変イーグル培地/ハムF-12混合培地(Dulbecco’s Modified Eagle Medium:Nutrient Mixture F-12;DMEM/F12)、RPMI1640培地(Roswell Park Memorial Institute 1640 medium)を使用することができる。また、基本培地としては、アドバンスト-DMEM/F12やアドバンストRPMI培地等も使用することができる。 The cell culture medium used as the basal medium is preferably for animal cells or human cells. Examples of the basal medium include a synthetic medium having a pH of 7.0 to 7.6. More specifically, Dulbecco's Modified Eagle Medium (Nutrient Mixture F-12; DMEM / F12) and RPMI1640 medium (Roswell Park Memorial Institute 1640 medium) can be used. .. Further, as the basal medium, Advanced-DMEM / F12, Advanced RPMI medium and the like can also be used.

三次元オルガノイドを2.5Dオルガノイド用培地で培養する際、その培養温度は30〜40℃とすることができ、37℃程度が最も好ましい。培養時間は用いる三次元オルガノイドによって適宜調整することができる。培養開始からから数日経過すると、細胞遊走が誘導され、遊走能を有する細胞が培養容器の底面等に接着することなる。より具体的に、2.5Dオルガノイド用培地を用いて三次元オルガノイドを約3〜14日培養する、好ましくは約5〜10日培養する、より好ましくは約6〜8日培養することで、遊走能を有する細胞が培養容器の底面等に接着した状態を形成できる。 When culturing a three-dimensional organoid in a medium for 2.5D organoids, the culturing temperature can be 30 to 40 ° C, most preferably about 37 ° C. The culture time can be appropriately adjusted depending on the three-dimensional organoid used. A few days after the start of the culture, cell migration is induced, and the cells having the migration ability adhere to the bottom surface of the culture vessel or the like. More specifically, the migration ability is achieved by culturing the three-dimensional organoid using a medium for 2.5D organoids for about 3 to 14 days, preferably for about 5 to 10 days, and more preferably for about 6 to 8 days. It is possible to form a state in which the cells having the above are adhered to the bottom surface of the culture vessel or the like.

その後、培養容器の底面等に接着した細胞を除く成分を培養容器から除去する。ここで、除去する成分としては、細胞外マトリックス、細胞マトリックスに形成された三次元オルガノイド、接着していない遊走能を有する細胞等である。培養容器の底面等に接着した細胞を除く成分を培養容器から除去することによって、培養容器の底面等に三次元オルガノイド由来の細胞培養体を形成することができる。 Then, the components excluding the cells adhered to the bottom surface of the culture vessel and the like are removed from the culture vessel. Here, the components to be removed include extracellular matrix, three-dimensional organoids formed in the cell matrix, cells having non-adherent migration ability, and the like. By removing the components other than the cells adhering to the bottom surface of the culture vessel from the culture vessel, a cell culture derived from a three-dimensional organoid can be formed on the bottom surface of the culture vessel or the like.

得られた細胞培養体は、三次元オルガノイドの特性・性質を維持しながら、三次元オルガノイドよりも速い増殖速度を示すという特徴を有する。三次元オルガノイドの特性・性質とは、三次元オルガノイドの元となる組織やがんの性質の全部又はその一部を意味し、例えば、オルガノイドの元となる組織やがんに特異的な遺伝子発現パターンの全部又はその一部が保存されていることを意味する。したがって、上述のように作製された細胞培養体においても、元の組織やがんに特異的な遺伝子発現パターンの全部又はその一部が保存されている。 The obtained cell culture has a characteristic that it exhibits a faster growth rate than the three-dimensional organoid while maintaining the characteristics and properties of the three-dimensional organoid. The characteristics / properties of a three-dimensional organoid mean all or part of the properties of the tissue or cancer that is the source of the three-dimensional organoid, and for example, gene expression specific to the tissue or cancer that is the source of the organoid. It means that all or part of the pattern is preserved. Therefore, even in the cell culture prepared as described above, all or a part of the original tissue or cancer-specific gene expression pattern is preserved.

また、上述のようにして得られた細胞培養体は、通常の細胞株と同様に継代培養することができる。得られた細胞培養体を継代培養する際には、上述した2.5Dオルガノイド用培地を使用することが好ましい。 In addition, the cell culture obtained as described above can be subcultured in the same manner as a normal cell line. When the obtained cell culture is subcultured, it is preferable to use the above-mentioned 2.5D organoid medium.

本発明に係る細胞培養体は、上述のように2.5Dオルガノイド用培地を使用することで三次元オルガノイドから簡便に作製することができ、また、三次元オルガノイドの特性・性質を維持している。これに対して、臓器やがん組織から細胞株を樹立する場合、突然変異的に不死化した細胞をクローニングするという膨大な時間と手間が必要となる。このように、本発明に係る細胞培養体は、通常の細胞株と比較して、非常に簡便に作製できるという特徴がある。 The cell culture according to the present invention can be easily prepared from three-dimensional organoids by using the medium for 2.5D organoids as described above, and maintains the characteristics and properties of the three-dimensional organoids. On the other hand, when establishing a cell line from an organ or cancer tissue, it takes a huge amount of time and effort to clone a mutantly immortalized cell. As described above, the cell culture according to the present invention is characterized in that it can be produced very easily as compared with a normal cell line.

また、本発明に係る細胞培養体は、その増殖速度が三次元オルガノイドよりも速いため、継代培養に要する時間が短くて済み、三次元オルガノイドと比べて効率的に取得することができる。さらに、本発明に係る細胞培養体を作製する際に使用する培地や、継代培養に使用する培地は、三次元オルガノイドを作製する際に使用する培地や継代する際に使用する培地と比較して非常に安価に調製することができる。 Further, since the cell culture according to the present invention has a higher growth rate than the three-dimensional organoid, the time required for subculture is short, and the cell culture can be obtained more efficiently than the three-dimensional organoid. Further, the medium used for preparing the cell culture according to the present invention and the medium used for subculture are compared with the medium used for preparing the three-dimensional organoid and the medium used for subculturing. It can be prepared very cheaply.

さらに、本発明に係る細胞培養体は、通常の細胞株と同様に培地交換をするだけで継代培養することができる。これに対して三次元オルガノイドは、ゲル状の細胞外マトリクスを溶融し、新たな細胞外マトリクスを形成するといった作業が必要となり、継代培養に非常に繁雑な作業が必要である。このように、本発明に係る細胞培養体は、三次元オルガノイドと比較して、継代培養に際して取り扱いが非常に簡便であるといえる。 Furthermore, the cell culture according to the present invention can be subcultured simply by exchanging the medium in the same manner as a normal cell line. On the other hand, three-dimensional organoids require work such as melting a gel-like extracellular matrix to form a new extracellular matrix, and very complicated work is required for subculture. As described above, it can be said that the cell culture body according to the present invention is very easy to handle in subculture as compared with the three-dimensional organoid.

したがって、本発明に係る細胞培養体を利用することで、三次元オルガノイドを用いたバイオアッセイと同様なバイオアッセイを行うことができる。すなわち、本発明に係る細胞培養体をバイオアッセイに使用することで、元となる臓器やがん組織における遺伝子発現パターンに基づく各種バイオアッセイを、三次元オルガノイドを用いた場合と比較して簡便且つ低コストに実施することができる。 Therefore, by using the cell culture according to the present invention, it is possible to perform a bioassay similar to the bioassay using a three-dimensional organoid. That is, by using the cell culture according to the present invention for the bioassay, various bioassays based on the gene expression pattern in the original organ or cancer tissue can be performed more easily and easily as compared with the case where the three-dimensional organoid is used. It can be implemented at low cost.

具体的には、本発明に係る細胞培養体を利用することで、例えば、がんマーカーの発現解析、in vivoにおける腫瘍形成能の解析及び抗がん剤に対する反応性解析を三次元オルガノイドと同様に実施することができる。例えば、本発明に係る細胞培養体を用いて公知の抗がん剤に対する感受性試験を行うことができる。詳細には、患者等の検査対象動物から作製した三次元オルガノイドを用いて細胞培養体を作製し、当該細胞培養体で感受性試験を行うことで、検査対象動物毎に試験結果を得ることができる。これにより、癌患者や癌に罹患した動物に対して最適な治療を個別に検討することができる。 Specifically, by using the cell culture according to the present invention, for example, the expression analysis of cancer markers, the analysis of tumorigenicity in vivo, and the analysis of responsiveness to anticancer agents can be performed in the same manner as for three-dimensional organoids. Can be carried out. For example, a susceptibility test to a known anticancer agent can be performed using the cell culture according to the present invention. Specifically, by preparing a cell culture using a three-dimensional organoid prepared from an animal to be tested such as a patient and performing a susceptibility test on the cell culture, the test result can be obtained for each animal to be tested. .. This makes it possible to individually consider the optimal treatment for cancer patients and animals suffering from cancer.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the technical scope of the present invention is not limited to the following Examples.

〔実施例1〕
[尿サンプル由来三次元膀胱がんオルガノイドの作製]
膀胱がん罹患犬の尿をカテーテルを用いて採取し、尿中に含まれる細胞を洗浄後、マトリゲルに混合して三次元オルガノイド培養を実施した。培養開始後3〜14日ほどで三次元的に増殖する三次元膀胱がんオルガノイドが観察された(参考文献1:Elbadawy & Usui et al., Cancer Science. 110(9):2806-2821, 2019)。参考文献1と同様に、形成した三次元膀胱がんオルガノイドは、H&E染色による上皮構造解析、免疫組織化学染色による尿路上皮細胞マーカー発現の観察、アラマブルーアッセイによる各種抗がん剤に対する反応性の解析および免疫不全マウスへの皮下移植による腫瘍再形成能の評価を行い、生体内の膀胱がん組織の特徴を再現することを確認した。
[Example 1]
[Preparation of three-dimensional bladder cancer organoid derived from urine sample]
The urine of a dog suffering from bladder cancer was collected using a catheter, the cells contained in the urine were washed, and then mixed with Matrigel for three-dimensional organoid culture. Three-dimensional bladder cancer organoids that proliferate three-dimensionally were observed about 3 to 14 days after the start of culture (Reference 1: Elbadawy & Usui et al., Cancer Science. 110 (9): 2806-2821, 2019. ). Similar to Reference 1, the formed three-dimensional bladder cancer organoid is analyzed for epithelial structure by H & E staining, observation of urinary tract epithelial cell marker expression by immunohistochemical staining, and reactivity to various anticancer agents by Alamablue assay. And evaluated the tumor remodeling ability by subcutaneous transplantation into immunodeficient mice, and confirmed that the characteristics of bladder cancer tissue in vivo can be reproduced.

[細胞培養体、2.5D膀胱がんオルガノイドの作製]
次に、膀胱がんの特徴を再現した各患畜由来の三次元膀胱がんオルガノイドを用いて2.5Dオルガノイド(本発明に係る細胞培養体)の作製を試みた。まず、三次元膀胱がんオルガノイド培養に用いる培養液を改変した培養液(2.5Dオルガノイド培養液)を作製した(表1)。
[Cell culture, preparation of 2.5D bladder cancer organoid]
Next, an attempt was made to prepare a 2.5D organoid (cell culture according to the present invention) using a three-dimensional bladder cancer organoid derived from each patient that reproduced the characteristics of bladder cancer. First, a culture solution (2.5D organoid culture solution) was prepared by modifying the culture solution used for three-dimensional bladder cancer organoid culture (Table 1).

Figure 2021145646
Figure 2021145646

この培養液は従来の3Dオルガノイド培養法で用いられるWnt 3a, Noggin及びR-spondinという高価な幹細胞シグナルのサプリメントを含まないため3Dオルガノイド培養液に比べて安価に準備することができる。この培養液を用いて三次元膀胱がんオルガノイドを3〜14日培養すると、三次元膀胱がんオルガノイドからの細胞遊走が誘導され、徐々に培養ディッシュ上に接着し、増殖することが観察された(図1及び図2の矢頭)。接着細胞を2.5D膀胱がんオルガノイドとして分離培養し、継代を重ねた(図2)。継代方法としてはPBS溶液で細胞を洗浄したのちに、5mM EDTA/PBS溶液を処置し、10分間CO2インキュベーターに静置した。その後、トリプシンを5分間処置して細胞を回収し、上清を吸引後に新たな培養液と混合し、ディッシュに細胞溶液を加えた。なお、図2においてPassege 1は、1度継代した2.5Dオルガノイド細胞であり、Passege 3は、3度継代した2.5Dオルガノイド細胞であり、Passege 13は、13度継代した2.5Dオルガノイド細胞である。 Since this culture medium does not contain the expensive stem cell signal supplements Wnt 3a, Noggin and R-spondin used in the conventional 3D organoid culture method, it can be prepared at a lower cost than the 3D organoid culture medium. It was observed that when the three-dimensional bladder cancer organoid was cultured for 3 to 14 days using this culture medium, cell migration from the three-dimensional bladder cancer organoid was induced, and gradually adhered to the culture dish and proliferated. (The arrowheads in FIGS. 1 and 2). Adherent cells were isolated and cultured as 2.5D bladder cancer organoids, and passages were repeated (Fig. 2). As a subculture method, cells were washed with PBS solution, treated with 5 mM EDTA / PBS solution, and allowed to stand in a CO 2 incubator for 10 minutes. Then, trypsin was treated for 5 minutes to collect the cells, the supernatant was aspirated, mixed with a new culture medium, and the cell solution was added to the dish. In FIG. 2, Passege 1 is a 2.5D organoid cell that has been passaged once, Passege 3 is a 2.5D organoid cell that has been passaged three times, and Passege 13 is a 2.5D organoid cell that has been passaged 13 times. Is.

[2.5D膀胱がんオルガノイドの作製効率]
2.5D膀胱がんオルガノイドの作製は、図3に示すように、さまざまな系統(BC1〜BC3)の3D膀胱がんオルガノイドから分離および培養が可能であることが示された。
[Efficiency of 2.5D bladder cancer organoid production]
It was shown that the production of 2.5D bladder cancer organoids can be isolated and cultured from 3D bladder cancer organoids of various strains (BC1 to BC3), as shown in FIG.

[2.5Dオルガノイド培養液の有用性の検討]
2.5Dオルガノイド培養液の有用性を検討するために、通常の細胞株の培養液(ダルベッコ改変イーグル培地(表1参照))との比較を行った。表1に組成を示した2.5Dオルガノイド培養液を用いた場合、三次元膀胱がんオルガノイドから継代後にも細胞の接着及び増殖が観察されたが、ダルベッコ改変イーグル培地を使用した場合には継代を重ねることで細胞の接着が困難となり培養が不能になることがわかった(図4)。この結果から、表1に示した組成の培養液が、2.5Dオルガノイドの継代培養に必須であることを示している。
[Examination of usefulness of 2.5D organoid culture solution]
In order to examine the usefulness of the 2.5D organoid culture medium, a comparison was made with the culture medium of a normal cell line (Dulbecco-modified Eagle's medium (see Table 1)). When the 2.5D organoid culture medium shown in Table 1 was used, cell adhesion and proliferation were observed even after passage from the three-dimensional bladder cancer organoid, but when using Dalbecco's modified Eagle medium, the cells were subcultured. It was found that the cells became difficult to adhere to each other and culture became impossible due to repeated generations (Fig. 4). From this result, it is shown that the culture medium having the composition shown in Table 1 is essential for the subculture of 2.5D organoids.

[2.5D膀胱がんオルガノイドにおける尿路上皮細胞マーカー発現]
本実施例で作製した2.5D膀胱がんオルガノイドに含まれる細胞の構成を検討するために、尿路上皮細胞マーカー発現を確認した。2.5D膀胱がんオルガノイドは、浅い継代数(early passage:4〜8継代)でも継代を重ねても(late passage: 10〜20継代)、尿路上皮細胞マーカーの発現が認められた(図5)。なお、図5は、尿路上皮細胞マーカーであるCK7、CK20及びUPK3Aについて免疫蛍光染色の結果を示している(実験プロトコルについては参考文献1参照)。
[Expression of urothelial cell markers in 2.5D bladder cancer organoids]
In order to investigate the composition of cells contained in the 2.5D bladder cancer organoid prepared in this example, the expression of urothelial cell markers was confirmed. 2.5D bladder cancer organoids showed expression of urothelial cell markers in both shallow passages (early passages: 4-8 passages) and multiple passages (late passages: 10-20 passages). (Fig. 5). FIG. 5 shows the results of immunofluorescent staining for the urothelial cell markers CK7, CK20 and UPK3A (see Reference 1 for the experimental protocol).

[2.5D膀胱がんオルガノイドの細胞増殖スピードの評価]
2.5D膀胱がんオルガノイド及び三次元膀胱がんオルガノイドの細胞増殖スピードを、プレストブルーアッセイを用いて比較検討した。具体的には、early passage及びlate passageの2.5Dオルガノイド細胞とその同系統の3Dオルガノイド細胞を同時に96 well plateに播種して、培養1, 3, 5日目の生細胞数をプレストブルーアッセイを用いて測定し、比較した。その結果を、図6に示した。図6に示すように、三次元膀胱がんオルガノイドと比較して、early passage及びlate passageの2.5D膀胱がんオルガノイドには、増殖スピードの有意な亢進が認められた。
[Evaluation of cell proliferation speed of 2.5D bladder cancer organoid]
The cell proliferation rates of 2.5D bladder cancer organoids and three-dimensional bladder cancer organoids were compared and examined using the Prestoblue assay. Specifically, 2.5D organoid cells in early passage and late passage and 3D organoid cells of the same strain were simultaneously seeded on a 96-well plate, and the number of viable cells on days 1, 3 and 5 of culture was subjected to a presto blue assay. Used to measure and compare. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the 2.5D bladder cancer organoids in the early passage and the late passage showed a significant increase in the growth rate as compared with the three-dimensional bladder cancer organoids.

[2.5D膀胱がんオルガノイドにおけるがん幹細胞マーカー発現の検討]
2.5D膀胱がんオルガノイドにおける膀胱がん幹細胞マーカーの発現レベルを、三次元膀胱がんオルガノイド及び細胞株と比較して検討した。具体的には、early passage及びlate passageの2.5Dオルガノイド細胞とその同系統の三次元オルガノイド細胞と二次元細胞株からNucleoSpin kit (タカラバイオ)を用いてRNAを抽出して、QuantiTect Reverse Transcription Kit(QIAGEN)を用いてcDNAに変換したのちに、QuantiTect SYBR I Kit (QIAGEN)とStepOnePlus Real-Time PCR System (Applied Biosystems)を用いてPCR法を行い、幹細胞マーカーであるCD44とSOX2発現を比較検討した。なお、本実験において細胞株としては、犬尿路上皮がん細胞株(コスモバイオ社製)を使用した。また、本実験では、三次元膀胱がんオルガノイド及び2.5D膀胱がんオルガノイドとして2系統(BC1及びBC2)を使用した。
[Examination of cancer stem cell marker expression in 2.5D bladder cancer organoids]
The expression levels of bladder cancer stem cell markers in 2.5D bladder cancer organoids were examined in comparison with three-dimensional bladder cancer organoids and cell lines. Specifically, RNA was extracted from 2.5D organoid cells of early passage and late passage, three-dimensional organoid cells of the same lineage, and two-dimensional cell lines using the Nucleo Spin kit (Takarabio), and the QuantiTect Reverse Transcription Kit (QuantiTect Reverse Transcription Kit) After conversion to cDNA using QIAGEN), PCR was performed using QuantiTect SYBR I Kit (QIAGEN) and StepOnePlus Real-Time PCR System (Applied Biosystems) to compare and examine the expression of stem cell markers CD44 and SOX2. .. In this experiment, a canine urothelial cancer cell line (manufactured by Cosmo Bio Co., Ltd.) was used as the cell line. In this experiment, two strains (BC1 and BC2) were used as a three-dimensional bladder cancer organoid and a 2.5D bladder cancer organoid.

その結果を図7に示した。図7に示すように、early passage及びlate passageの2.5D膀胱がんオルガノイドにおけるSOX2発現量は、元となる三次元膀胱がんオルガノイドと比較してある程度維持されていることがわかる。これに対して、通常の細胞株では、SOX2の発現は著しく減少していた。また、CD44の発現量は、early passage及びlate passageともに2.5D膀胱がんオルガノイドにおいて三次元膀胱がんオルガノイドと同様に低値を示したが、通常の細胞株では顕著に高い値を示した。これらの結果から、2.5Dオルガノイドは、三次元オルガノイドに近い幹細胞マーカー発現の分布パターンを示すことや、SOX2遺伝子が膀胱がん細胞の幹細胞マーカーの指標として最も有用である可能性が示唆された。 The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, it can be seen that the SOX2 expression level in the 2.5D bladder cancer organoids of early passage and late passage is maintained to some extent as compared with the original three-dimensional bladder cancer organoid. In contrast, in normal cell lines, SOX2 expression was significantly reduced. In addition, the expression level of CD44 was as low as that of the three-dimensional bladder cancer organoid in the 2.5D bladder cancer organoid in both the early passage and the late passage, but was remarkably high in the normal cell line. These results suggest that 2.5D organoids show a distribution pattern of stem cell marker expression close to that of three-dimensional organoids, and that the SOX2 gene may be the most useful index for stem cell markers in bladder cancer cells.

[2.5D膀胱がんオルガノイドのin vivoにおける腫瘍再形成能の評価]
2.5D膀胱がんオルガノイドが、3D膀胱がんオルガノイド同様にマウス体内での腫瘍再形成能を持つかを検討した。具体的には、免疫不全マウスの背部皮下に2.5Dオルガノイド細胞を移植して、8週間後に形成した腫瘍を摘出し、各種解析を行った。
その結果を図8に示した。図8に示すように、免疫不全マウスへの背部皮下への移植(1×106個、N=4)によって8週間後にどの個体においても腫瘍を形成することが観察された。
[Evaluation of tumor remodeling ability of 2.5D bladder cancer organoids in vivo]
We investigated whether 2.5D bladder cancer organoids have the same tumor remodeling ability in mice as 3D bladder cancer organoids. Specifically, 2.5D organoid cells were transplanted under the skin of the back of immunodeficient mice, and the tumor formed 8 weeks later was excised and various analyzes were performed.
The result is shown in FIG. As shown in FIG. 8, it was observed that tumor formation was formed in all individuals after 8 weeks by subcutaneous transplantation (1 × 10 6 cells, N = 4) into immunodeficient mice.

[2.5D膀胱がんオルガノイド由来摘出腫瘍の病理組織像]
上記実験で摘出した2.5D膀胱がんオルガノイド由来腫瘍組織を用いて病理学的に組織を観察した。具体的には、摘出組織をパラフィン包埋後、H&E染色を行った。
その結果を図9に示した。図9に示すように、2.5D膀胱がんオルガノイド由来腫瘍組織において、典型的な尿路上皮がんの病理学的特徴が観察された。
[Histopathological image of 2.5D bladder cancer organoid-derived excised tumor]
The tissue was pathologically observed using the 2.5D bladder cancer organoid-derived tumor tissue excised in the above experiment. Specifically, the excised tissue was embedded in paraffin and then H & E stained.
The result is shown in FIG. As shown in FIG. 9, pathological features of typical urothelial cancer were observed in 2.5D bladder cancer organoid-derived tumor tissue.

[2.5D膀胱がんオルガノイド由来摘出腫瘍における尿路上皮細胞マーカー発現]
上記実験で摘出した2.5D膀胱がんオルガノイド由来腫瘍組織における尿路上皮細胞マーカー(CK7、CK20及びUPK3A)の発現を上記と同様に確認した。結果を図10に示した。図10に示すように、2.5D膀胱がんオルガノイド由来腫瘍組織においても、尿路上皮細胞マーカーの発現が認められた。
[Expression of urothelial cell markers in 2.5D bladder cancer organoid-derived excised tumors]
The expression of urothelial cell markers (CK7, CK20 and UPK3A) in the 2.5D bladder cancer organoid-derived tumor tissue excised in the above experiment was confirmed in the same manner as above. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 10, expression of the urothelial cell marker was also observed in the 2.5D bladder cancer organoid-derived tumor tissue.

[2.5D膀胱がんオルガノイドへの各種抗がん剤処置による細胞死の誘導]
2.5D膀胱がんオルガノイドを1000個づつ96 wellプレートに播種した後に、抗がん剤であるVinblastine、Mitoxantrone及びCarboplatinをそれぞれ72時間処置した。その後、細胞形態への変化を観察するとともにプレストブルーアッセイを用いて生存率を測定した。
[Induction of cell death by treatment with various anticancer drugs for 2.5D bladder cancer organoids]
After inoculating 1000 2.5D bladder cancer organoids into 96-well plates, they were treated with the anti-cancer agents Vinblastine, Mitoxantrone and Carboplatin for 72 hours each. After that, the change to cell morphology was observed and the viability was measured using the Prestoblue assay.

細胞形態観察の結果を図11に示し、プレストブルーアッセイの結果を図12に示した。図11に示すように、公知の抗がん剤vinblastine, mitoxantrone及びcarboplatinの処置により、2.5D膀胱がんオルガノイドは濃度依存的に増殖抑制され、高濃度において細胞死が誘導する像が観察された。また、図12に示すように、2.5D膀胱がんオルガノイドは、オリジナルの三次元オルガノイドと比較して、ほぼ同等の抗がん剤に対する反応性を示した。この結果は、2.5D膀胱がんオルガノイドの継代数に関わらず観察された。 The results of cell morphology observation are shown in FIG. 11, and the results of the presto blue assay are shown in FIG. As shown in FIG. 11, treatment with known anticancer agents vinblastine, mitoxantrone and carboplatin suppressed the growth of 2.5D bladder cancer organoids in a concentration-dependent manner, and an image was observed in which cell death was induced at high concentrations. .. In addition, as shown in FIG. 12, the 2.5D bladder cancer organoid showed almost the same reactivity to the anticancer drug as compared with the original three-dimensional organoid. This result was observed regardless of the number of passages of the 2.5D bladder cancer organoid.

[ヒト大腸がん3Dオルガノイド由来2.5Dオルガノイドの作製]
山口大学医学部消化器外科学研究室で行われた大腸がん手術検体を用いて作製したヒト大腸がん患者由来の三次元オルガノイドから、同様に2.5D大腸がんオルガノイドを作製した。大腸がん三次元培養オルガノイドについては、エアリキッドインターフェース培養法を用いて作製をおこなった(Usui et al., stem cells international, 7053872 2016)。具体的には、3D大腸がんオルガノイドに2.5Dオルガノイド培養液を処置して7日後に遊走してきた細胞を分離し、継代を重ねた。なお、本例においても、表1に示した組成の2.5Dオルガノイド培養液を使用し、2.5D膀胱がんオルガノイドを作製したときと同条件で2.5D大腸がんオルガノイドを作製した。
[Preparation of 2.5D organoids derived from human colorectal cancer 3D organoids]
A 2.5D colorectal cancer organoid was also prepared from a three-dimensional organoid derived from a human colorectal cancer patient prepared using a colorectal cancer surgical sample performed at the Department of Gastroenterology, Yamaguchi University School of Medicine. Colorectal cancer three-dimensional culture organoids were prepared using the air liquid interface culture method (Usui et al., Stem cells international, 7053872 2016). Specifically, the 3D colorectal cancer organoid was treated with a 2.5D organoid culture solution, and 7 days later, the migrating cells were isolated and passaged repeatedly. In this example as well, the 2.5D organoid culture solution having the composition shown in Table 1 was used to prepare a 2.5D colorectal cancer organoid under the same conditions as when the 2.5D bladder cancer organoid was prepared.

結果を図13に示した。図13に示すように、ヒト大腸がんからも2.5D大腸がんオルガノイドを作製できることが明らかとなった。 The results are shown in FIG. As shown in FIG. 13, it was clarified that a 2.5D colorectal cancer organoid can be produced from human colorectal cancer.

Claims (9)

生体試料から作製した三次元オルガノイドを動物細胞用培地にて培養する工程と、
上記三次元オルガノイド由来の遊走能を有する細胞のうち培養容器に接着した細胞を残し、当該細胞以外の成分を当該培養容器から取り除く工程とを含み、
上記培養容器の底面上に細胞培養体を形成することを特徴とする細胞培養体の製造方法。
A process of culturing a three-dimensional organoid prepared from a biological sample in a medium for animal cells, and
Among the cells having migration ability derived from the above-mentioned three-dimensional organoid, the step of leaving the cells adhered to the culture vessel and removing the components other than the cells from the culture vessel is included.
A method for producing a cell culture, which comprises forming a cell culture on the bottom surface of the culture container.
上記動物細胞用培地は、EGF及びTGFβ阻害剤を含むことを特徴とする請求項1記載の細胞培養体の製造方法。 The method for producing a cell culture according to claim 1, wherein the animal cell medium contains an EGF and a TGFβ inhibitor. 上記動物細胞用培地は、Wntアゴニスト及びBMP阻害剤の一方又は両方を含有しないことを特徴とする請求項1記載の細胞培養体の製造方法。 The method for producing a cell culture according to claim 1, wherein the animal cell medium does not contain one or both of a Wnt agonist and a BMP inhibitor. 上記培養容器に接着した細胞を継代培養する工程を更に含むことを特徴とする請求項1記載の細胞培養体の製造方法。 The method for producing a cell culture according to claim 1, further comprising a step of subculturing the cells adhered to the culture vessel. 上記成分は、三次元オルガノイドに含まれる非接着性の細胞、三次元オルガノイド用培地を含む成分であることを特徴とする請求項1記載の細胞培養体の製造方法。 The method for producing a cell culture according to claim 1, wherein the component is a component containing a non-adhesive cell contained in a three-dimensional organoid and a medium for a three-dimensional organoid. 上記生体試料は、動物由来のがん細胞を含む試料であることを特徴とする請求項1記載の細胞培養体の製造方法。 The method for producing a cell culture according to claim 1, wherein the biological sample is a sample containing cancer cells derived from animals. 請求項1乃至6いずれか一項記載の製造方法により製造された細胞培養体。 A cell culture produced by the production method according to any one of claims 1 to 6. 請求項1乃至6いずれか一項記載の製造方法により製造された細胞培養体における遺伝子発現パターンを解析する、バイオアッセイ方法。 A bioassay method for analyzing a gene expression pattern in a cell culture produced by the production method according to any one of claims 1 to 6. がん関連遺伝子の遺伝子発現パターンを解析する、請求項8記載のバイオアッセイ方法。 The bioassay method according to claim 8, wherein the gene expression pattern of a cancer-related gene is analyzed.
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