JP2021151269A - 多能性幹細胞スフェロイドの製造方法、多能性幹細胞マーカーを発現させる方法、および多能性幹細胞スフェロイド - Google Patents
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Abstract
Description
前記スフェロイドを構成する細胞の95%以上に、OCT3/4、SOX2、NANOG、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4、およびALPの多能性幹細胞マーカーを発現させることを特徴とする、多能性幹細胞スフェロイドの製造方法を提供するものである。
前記スフェロイドを構成する細胞の95%以上に、OCT3/4、SOX2、NANOG、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4、およびALPの多能性幹細胞マーカーを発現させる方法を提供するものである。
(1)接着系細胞用細胞培養シャーレ(住友ベークライト株式会社、商品名「細胞培養用シャーレ90φ(深型)」)を使用し、1.5×106個のヒト皮膚線維芽細胞(HDF、クラボウ社より購入)を、D−MEM培地(High Glucose、和光純薬工業株式会社、10%ウシ胎児血清、1%ペニシリン/ストレプトマイシン含有)10ml、37℃、5%CO2の条件で80%コンフルエントになるまで48時間培養した。
(2)前記シャーレ内の同D−MEM培地をアスピレーターで除去し、0.01Mのリン酸緩衝液(PBS)を15ml入れて撹拌し、残存するウシ胎児血清成分を含むD−MEM培地を取り除き、接着するヒト皮膚線維芽細胞の洗浄を行った。
(3)同PBS洗浄細胞にトリプシンを500μl加え、37℃、3分処理し、接着していた細胞を剥がし個々に分離した。次いで、同D−MEM培地を5ml加えトリプシン反応を停止させた後、15ml遠沈管に移して1,000rpmで5分間遠心し、沈殿した3.9×106個の個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞を得た。
(4)遠沈して得られた個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞に同D−MED培地3mlを加え、その1.5ml(2×106個)の細胞懸濁液を、ガラスボトムディッシュ(株式会社FPI社製、ノンコーティング、ホール径1.4mm、培養面積9.6cm2)に移し、37℃、5%CO2の条件下で静置培養した。なお、培養面積当たりの細胞密度は、2.1×105/cm2である。培養開始後24時間において殆ど全ての前記ヒト皮膚線維芽細胞から直径約0.1mmのスフェロイドが無数に形成された。結果を図1に示す。図1は、培養開始時、培養5時間後、培養14時間後、および培養26時間後の微分干渉顕微鏡像である。死細胞はほとんど観察されなかった。
(1)接着系細胞用細胞培養シャーレ(住友ベークライト株式会社、商品名「細胞培養用シャーレ90φ(深型)」)2枚と接着系細胞用細胞培養シャーレ(住友ベークライト株式会社、商品名「細胞培養用シャーレ60φ」)1枚とを使用し、それぞれ2×106個と0.6×106個のヒト皮膚線維芽細胞(HDF、クラボウ社より購入)をD−MEM培地(High Glucose、和光純薬工業株式会社、10%ウシ胎児血清、1%ペニシリン/ストレプトマイシン含有)10mlと3mlを用いて、37℃、5%CO2の条件下で48時間培養した。実施例1の工程(2)および(3)に準じて細胞の洗浄とトリプシン処理を行い、これを合一して、1.87×107個の個々に分離されたヒト皮膚線維芽細胞を得た。
(2)遠心操作(1,000rpm、5分間)にて得られたヒト皮膚線維芽細胞沈渣に同D−MEM培地5mlを加えて細胞懸濁液を調製し、その1.5mlを96ウェルプレート用の蓋部(greiner bio−one社製、商品名「LID FOR MICROPLATE、ノンコーティング」、蓋部面積4.84cm2)に同細胞懸濁液を乗せた。これを、37℃、5%CO2の条件で24時間、静置培養した。細胞密度は、3.7×106個/ml、約1.2×106個/cm2であった。上記蓋上部におけるヒト皮膚線維芽細胞の殆ど全てから多数のスフェロイドが形成された。
(3)スフェロイドを含む浮遊液を0.5mlのマイクロチューブ9本に150μlづつ分注し、多能性幹細胞のマーカータンパク質に特異的な抗体を用いた免疫細胞化学染色法にて、OCT3/4、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA3、SSEA4、ALP、SOX2、NANOG等のタンパク質の発現を確認した。その結果、全ての細胞においてOCT3/4、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA3、SSEA4、ALP、SOX2、NANOGの全てが陽性であることが判明した。結果を図2〜図10に示す。なお、各幹細胞マーカーを検出した図において、左上は微分干渉顕微鏡像(DIC像)、左下は4’,6−diamidino−2−phenylindoleで染色し、蛍光顕微鏡で観察した像(DAPI像)、右下は各多能性幹細胞のマーカータンパク質を蛍光色素(Alexa488)にて染色し、蛍光顕微鏡で観察した像(蛍光色素像)、右上はDAPI像と蛍光色素像を重ね合わせた像である。
(1)4枚の接着系細胞用細胞培養シャーレ(住友ベークライト株式会社製、商品名「細胞培養用シャーレ90φ(深型)」)を用いて、実施例1の(1)〜(3)と同様に操作して1.1×107個の個々に分離されたヒト皮膚線維芽細胞を得た。得られたヒト皮膚線維芽細胞にD−MEM培地(High Glucose、和光純薬工業株式会社、10%ウシ胎児血清、1%ペニシリン/ストレプトマイシン含有)10mlを加えて細胞懸濁液を調製し、その500μl(5.5×105個)を浮遊培養用マルチプレート(住友ベークライト株式会社製、商品名「浮遊培養用プレート12F(独立ウェル)フタ付」、ノンコーティング、平底、1ウェル底面積:3.6cm2)に移し、37℃、5%CO2で9時間、静置培養した。細胞密度は、1.1×106個/ml、1.5×105個/cm2である。培養により、ヒト皮膚線維芽細胞からスフェロイドが形成された。
(2)工程(1)で調製した細胞懸濁液200μlを、チャンバースライド(AGCテクノグラス社IWAKI製、商品名「チャンバースライドII」、コラーゲンコーチィング、1ウェル底面積:9cm2)に移し、同D−MEM培地を1ml加えて37℃、5%CO2で9時間、静置培養した。細胞密度は、1.8×105個/ml、2.4×104個/cm2である。培養されたヒト皮膚線維芽細胞は、スライドグラスに接着した通常のヒト皮膚線維芽細胞の形態をとった。
(3)実施例3の工程(1)で得たスフェロイドを1.5mlマイクロチューブに回収し、6,200rpmで10秒間遠心し、スフェロイドのペレットを得た。
(4)実施例3の工程(2)で得た通常のヒト皮膚線維芽細胞に、実施例3の工程(3)で回収したスフェロイドのペレットを加えて、26時間共培養した。共培養により、通常形態のヒト皮膚線維芽細胞と接したスフェロイドは、経時的に通常のヒト皮膚線維芽細胞に変化した。結果を図11に示す。図11は、共培養開始時、2時間後、4時間後、26時間後の微分干渉顕微鏡像である。
(1)実施例2と同様に操作して、1.25×107個の個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞を得た。これを1mlのD−MEM培地に懸濁した。
(2)懸濁液を1.5mlの遠沈管に、30μl(3.8×105個)、60μl(7.5×105個)、125μl(1.6×106個)、250μl(3.1×106個)、500μl(6.3×106個)移して、1,000rpmで5分間遠心し、上清を除去した。最終容量が90μlとなるようにD−MEM培地を各試験管に添加し、37℃、5%CO2の条件で15時間静置培養した。いずれの試験管でも1個のスフェロイドが形成され、その直径は、それぞれ1mm、1.4mm、1.8mm、2.8mm、4mmであった。結果を図13、図14に示す。
(1)実施例1と同様に操作して、3×106個の個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞を得た。これを1mlのD−MEM培地に懸濁し細胞懸濁液を調製した。
(2)96ウェルプレート用の蓋部(greiner bio−one社製、商品名「L ID FOR MICROPLATE、ノンコーティング」に、同細胞懸濁液を、1μl、2μl、3μl、5μl(1.5×104個)、8μl(2.4×104個)、10μl(3×104個)滴下し、37℃、5%CO2の条件で液滴状で静置培養を行った。結果を図15、図16に示す。図15および図16は、各液滴の培養開始時、培養後15時間後、培養後24時間後の細胞の各液滴、およびある1液滴の実体顕微鏡像である。1液滴の画像は、同じ液滴を継時的に観察した結果である。なお、図16の1〜5μlの各ウェルプレートの図面は、下から上に向かって1μl、2μl、3μl、5μlの液滴を静置培養した図であり、1液滴の画像は、5μlの液滴の結果である。
実施例1と同様に操作して、7.5×106個の個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞の細胞懸濁液を得た。これにD−MEM培地(High Glucose、和光純薬工業株式会社、10%ウシ胎児血清、1%ペニシリン/ストレプトマイシン含有)15mlを添加して5×105個/mlの細胞懸濁液を得た。その25μlを、浮遊細胞培養用96ウェルプレート(住友ベークライト株式会社製、商品名「マルチプレート96Uフタ付」、ウェル容量0.3ml)の1ウェル内に播種し、37℃、5%CO2の条件下で17時間、36時間、67時間、94時間静置培養した。同一ウェル画像の結果を図17に示す。培養開始から経時的に複数個のスフィアが形成され、67時間後には融合した大型のスフェロイドが形成されていた。ただし、94時間後のスフェロイドのサイズは、67時間時のものと同等であった。
ヒト皮膚線維芽細胞(HDF、クラボウ社より購入)に代えてヒト正常皮膚繊維芽細胞(CCD−1079SK)を使用した以外は、実施例1と同様に操作した。9時間の培養で、スフェロイドの形成が確認された。結果を図18に示す。図18は、最大直径約0.1〜0.3mmのスフェロイドの実体顕微鏡像である。
実施例1の工程(3)で得た個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞3.7×106個にD−MEM培地(High Glucose、和光純薬工業株式会社、10%ウシ胎児血清、1%ペニシリン/ストレプトマイシン含有)15mlを加えて細胞密度を2.5×105/mlとし、その1.1mlをスライドチャンバー(AGCテクノグラス社製、タイプIコラーゲンコーティング、1ウェルの面積8.36cm2)に入れ、37℃、5%CO2の条件下で静置培養した。培養面積当たりの細胞密度は、3.3×104/cm2である。15時間の培養でも、スフェロイドは形成されなかった。結果を図20に示す。図20は光学顕微鏡像である。
実施例1の工程(3)で得た個々に分離したヒト皮膚線維芽細胞1.2×107個にD−MEM培地(High Glucose、和光純薬工業株式会社、10%ウシ胎児血清、1%ペニシリン/ストレプトマイシン含有)10mlを加えて細胞密度を1.2×106/mlとし、その20μlと前記D−MED培地1mlとをガラスボトムディッシュ(株式会社FPI社製、ノンコーティング、ホール径1.4mm、培養面積9.6cm2)に入れ、37℃、5%CO2の条件下で静置培養した。培養面積当たりの細胞密度は、2.5×103/cm2である。19時間の培養を行うと微弱ながら接着生存するが、スフェロイドは形成しなかった。培養開始および19時間後の微分干渉顕微鏡像を図21に示す。
(1)実施例1、図1に示すように、個々に単離されたヒト皮膚線維芽細胞を高密度、浮遊状態で静置培養すると、経時的に近傍にある細胞が凝集してスフェロイドを形成した。形成されたスフェロイドは、1つの細胞が増殖する事より形成されるものではなく、近位細胞同士の凝集により派生するものであった。したがって、複数の細胞が集合して形成される多クローン性のスフェロイドである。なお、実施例7に示すように、同細胞種他細胞株のヒト正常皮膚繊維芽細胞でも同様にスフェロイドが形成された。
(2)実施例2、図2〜図10に示すように、スフェロイドを構成する細胞は、多能性幹細胞マーカーを発現した。しかも、スフェロイドを構成する細胞の約100%が多能性幹細胞マーカーを発現するものであり、極めて高率に、生体細胞が多能性様細胞へ変化するものであった。
(3)実施例3に示すように、多能性幹細胞様スフェロイドを通常のヒト皮膚線維芽細胞と共培養すると通常のヒト皮膚線維芽細胞に変化するが、ヒト皮膚線維芽細胞が存在しないと接着細胞用培養器を用いて培養しても、通常の線維芽細胞に形質転換することなく、そのままスフェロイドの形態を維持した。ヒト皮膚線維芽細胞の分泌成分や細胞間相互作用による刺激が、多能性幹細胞から分化細胞へ誘導する可能性が示唆された。
(4)実施例6から、本発明の多能性幹細胞様スフェロイドは細胞増殖性が無いことが示された。このことは、本発明の多能性幹細胞様スフェロイドは癌化作用が無いことを示すものといえる。癌化細胞であれば、倍加時間は約24時間であるため24時間培養後に2倍になり、4日間の培養で16倍になる。なお、4日間の培養によっても癌化細胞にみられる増殖性並びに癌化細胞は検出されていない。
(5)実施例5に示すように、同じ細胞密度の細胞懸濁液を使用し、液滴量を変えて浮遊状態で静置培養すると、図15、図16に示されるように、液滴量、すなわち細胞量に対応してスフェロイド量が増大した。細胞数を増大させることで多数のスフェロイドを調製できることが示された。また、培養開始後24時間の全ての液滴においてスフィロイドが形成されている事より、その再現性が確認された。
(6)実施例4に示すように、浮遊状態で静置培養する際に、遠沈管などの細胞が集合しやすい形状の培養容器を使用することで直径の大きなスフェロイドが形成されることが判明した。実施例5と総合すれば、培養細胞数および培養容器の形状を選択することで、スフェロイドの数やサイズを調整することができる。
(7)比較例1、比較例2に示すように、細胞密度2.5×105/mlを下回るとスフェロイドの形成はない。この際の培地面積当たりの細胞密度は、3.3×104個/cm2であるから、3.3×104個/cm2を下回ると、スフェロイドの形成はないといえる。なお、2×106個/mlの細胞密度、培地面積当たりの細胞密度2.1×105個/cm2 という細胞密度で培養する実施例1と比較すると、本発明は、3×105個/ml〜7×108個/mlの細胞密度、または1×105個/cm2〜7×106個/cm2の細胞密度で浮遊状態で静置培養するという簡便な方法で多能性幹細胞様スフェロイドを形成できる方法といえる。
[付記1]
分化した生体細胞を酵素処理して前記生体細胞を個々に分離し、
個々に分離された前記生体細胞を、3×105個/ml〜7×108個/mlの細胞密度で細胞非接着性細胞培養容器中で静置培養することを特徴とする、多能性幹細胞様スフェロイドの製造方法。
前記酵素処理は、前記分化した生体細胞をトリプシン濃度0.1〜1%の溶液で1〜60分処理するものである、付記1記載の多能性幹細胞様スフェロイドの製造方法。
前記分化した生体細胞は、線維芽細胞である、付記1または2のいずれかに記載の多能性幹細胞様スフェロイドの製造方法。
前記多能性幹細胞様スフェロイドは、OCT3/4、SOX2およびNANOGからなる群から選択される少なくとも1種の多能性幹細胞マーカーと、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4、およびALPからなる群から選択される少なくとも1種の多能性幹細胞マーカーとを発現することを特徴とする、付記1〜3のいずれかに記載の多能性幹細胞様スフェロイドの製造方法。
前記分離した生体細胞を、3×105個/ml〜7×108個/mlの細胞密度で細胞非接着性細胞培養容器中で静置培養し、前記細胞数に対応する直径0.1〜4mmのスフェロイドを形成することを特徴とする、付記1〜4のいずれかに記載の多能性幹細胞様スフェロイドの製造方法。
OCT3/4、SOX2およびNANOGからなる群から選択される少なくとも1種の多能性幹細胞マーカーと、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4およびALPからなる群から選択される少なくとも1種の多能性幹細胞マーカーとを発現する細胞で構成される、直径0.1〜4mm、多クローン性の多能性幹細胞様スフェロイド。
分化した生体細胞を酵素処理して前記生体細胞を個々に分離し、
個々に分離された前記生体細胞を、培地面積当たり1×105個/cm2〜7×106個/cm2の細胞密度で平底の細胞非接着性細胞培養容器中で静置培養することを特徴とする、多能性幹細胞様スフェロイドの製造方法。
分化した生体細胞を酵素処理して前記生体細胞を個々に分離し、
個々に分離された前記生体細胞を、3×105個/ml〜7×108個/mlの細胞密度で細胞非接着性細胞培養容器中で静置培養してスフェロイドを形成させることを特徴とする、多能性幹細胞マーカーの発現方法。
Claims (4)
- 分化した線維芽細胞をセリンプロテアーゼ処理して個々に分離された前記線維芽細胞を、1×106個/ml〜2×107個/ml、または1×105個/cm2〜7×106個/cm2の高い細胞密度で、ホルモン、増殖因子、多能性誘導タンパク質、および多能性細胞誘導因子からなる群から選択されるいずれか1種以上の刺激因子を使用せず、細胞非接着性細胞培養容器中、グルコース及びウシ胎児血清を含有するD−MEM培地又はその等価培地において、CO2を供給しつつ、30〜40℃で静置培養してスフェロイドを形成させ、
前記スフェロイドを構成する細胞の95%以上に、OCT3/4、SOX2、NANOG、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4、およびALPの多能性幹細胞マーカーを発現させることを特徴とする、多能性幹細胞スフェロイドの製造方法。 - 前記スフェロイドの直径が0.5〜3mmであることを特徴とする、請求項1に記載の多能性幹細胞スフェロイドの製造方法。
- 分化した線維芽細胞をセリンプロテアーゼ処理して個々に分離された前記線維芽細胞を、1×106個/ml〜2×107個/ml、または1×105個/cm2〜7×106個/cm2の高い細胞密度で、ホルモン、増殖因子、多能性誘導タンパク質、および多能性細胞誘導因子からなる群から選択されるいずれか1種以上の刺激因子を使用せず、細胞非接着性細胞培養容器中、グルコース及びウシ胎児血清を含有するD−MEM培地又はその等価培地において、CO2を供給しつつ、30〜40℃で静置培養してスフェロイドを形成させることを特徴とする、
前記スフェロイドを構成する細胞の95%以上に、OCT3/4、SOX2、NANOG、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4、およびALPの多能性幹細胞マーカーを発現させる方法。 - OCT3/4、SOX2、NANOG、PAR4、TRA−1−60、TRA−1−81、SSEA−3、SSEA−4、およびALPの多能性幹細胞マーカーを発現する細胞で構成される、線維芽細胞由来の多クローン性の多能性幹細胞スフェロイド。
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