JP2021153596A - 老化色素形成細胞の製造方法、その方法によって製造された細胞、及びその細胞を用いた老化改善物質のスクリーニング方法 - Google Patents

老化色素形成細胞の製造方法、その方法によって製造された細胞、及びその細胞を用いた老化改善物質のスクリーニング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】老化メラノサイトの製造方法と、該製造方法によって製造された老化細胞、及び老化細胞を用いて老化改善又は皮膚美白用物質をスクリーニングする方法を提供する。【解決手段】紫外線を、10〜30mJ/cm2の強さで、1〜12回継代培養したヒト初代メラノサイト(human primary melanocyte)に2回以上照射する段階を含む、老化したメラノサイトの製造方法である。【選択図】図1

Description

本明細書には、繰り返しの紫外線への露出及び一定期間の培養による色素形成細胞の老化現象の研究及び老化性色素沈着の研究に用いることができる老化色素形成細胞を製造する方法、その方法によって製造された老化したメラノサイト細胞と、その細胞を用いて老化改善又は皮膚美白用物質をスクリーニングする方法が開示される。
近年、生活水準の向上につれ、現代人は健康な身体の保持に加えて健康な皮膚の保持にも多くの関心を傾けている。したがって、皮膚の美容や皮膚老化改善に関する関心が高まってきている。
皮膚は、人体における最も大きな器官であって、人体の全体積の略16%を占め、外部環境と直に接しており、且つ人体中へ侵入しようとする致命的な多くの有害因子、例えば、温度、湿度、及び紫外線などから人体を保護する重要な保護膜の役割を担う。しかし、各種の汚染物質、強い紫外線のような外部環境によって皮膚細胞が損傷を受け、細胞増殖が正常になされなくなることで、皮膚にしわ、弾力損失及び角質化、不規則な色素沈着などが発生する。
皮膚老化は、自然老化(又は、内因性老化)と外因性老化とに大別され、自然老化は遺伝的な要素に影響を受けることから人為的な調節が難しいのに対し、外因性老化は環境的な要素に影響を受けることから人為的な調節が比較的容易である。代表的な外因性老化因子としては、紫外線、活性酸素種(reactive oxygen species)及びストレスなどが知られている。
したがって、近年、外因性老化を改善するための方法が活発に研究されており、特に老化の防止又は改善のための物質を究明するための努力が続いている。
特表2014−520166号公報 特開2014−112073号公報
一側面において、本発明の目的は、老化性色素沈着の研究に用いることができる老化した色素形成細胞(メラノサイト)を製造する方法を提供することである。
他の側面において、本発明の目的は、繰り返しの紫外線への露出及び一定期間の培養によって得られた老化したメラノサイトを提供することである。
他の側面において、本発明の目的は、メラノサイトの老化を誘導して老化改善又は美白効果のある物質をスクリーニングする方法を提供することである。
他の側面において、本発明の目的は、メラノサイトの老化を誘導して老化改善効果と美白効果とを併せ持つ物質をスクリーニングする方法を提供することである。
一側面において、本発明は、紫外線を、10〜30mJ/cmの強さで、1〜12回継代培養したヒト初代メラノサイト(human primary melanocyte)に2回以上照射する段階を含む、老化したメラノサイトの製造方法を提供する。
他の側面において、本発明は、老化したメラノサイトに皮膚老化改善用又は皮膚美白用候補物質を処理する段階;及び前記候補物質の処理前後の老化指標又は美白指標を検出する段階を含む、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質のスクリーニング方法を提供する。
他の側面において、本発明は、老化したメラノサイト及び指示書を含み、前記指示書には、老化メラノサイトに候補物質の処理前後の老化指標又は美白指標の発現量を測定して、該発現量が、候補物質の処理後において候補物質を処理していない対照群に比べて減少又は増加した場合、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質と判断する内容を含む、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質のスクリーン用キットを提供する。
一側面において、本発明の製造方法によって製造された老化したメラノサイトは、紫外線刺激の累積による細胞老化現象と色素沈着機転を研究するのに用いることができる。また、前記細胞を用いて老化改善又は皮膚美白効果のある物質をスクリーニングすることができ、有用である。
紫外線の強さに応じた細胞生存率を示す図である。 紫外線の強さに応じた細胞表現型を観察した図である:老化細胞を矢印で示している。 紫外線の強さに応じた2週経過後のβ-ガラクトシダーゼの活性を測定した図である(*;p<0.05)。 20mJ/cmの紫外線を2回照射してから2週経過時のβ-ガラクトシダーゼの活性を染色して示した図である。 20mJ/cmの紫外線を2回照射してから2週経過時のp53とp21の発現を示す図である。 色素形成細胞を破壊し、その沈殿物の色を比較した図である。 紫外線の強さに応じたメラニンの含量を確認した図である(*;p<0.05)。 美白用物質Aを処理した後のβ-ガラクトシダーゼの活性変化を示す図である(*;p<0.05)。 美白用物質Aを処理した後のメラニンの含量変化を示す図である(*;p<0.05)。 美白用物質Aを処理した場合における、p16及びp21の発現変化を示す図である(*;p<0.05、**;p<0.01)。 美白用物質Bを処理した場合における、p16及びp21の発現変化を示す図である(*;p<0.05、**;p<0.01)。 美白用物質Cを処理した場合における、p16及びp21の発現変化を示す図である(*;p<0.05、**;p<0.01)。 美白用物質A、B及びCをそれぞれ処理した場合における、メラニン含量の変化を示す図である。
以下、本発明を詳しく説明する。
一側面において、本発明は、老化したメラノサイトを製造する方法であって、紫外線を、10〜30mJ/cmの強さで、1〜12回継代培養したヒト初代メラノサイト(human primary melanocyte)に2回以上照射する段階を含む、老化したメラノサイトの製造方法である。
紫外線は、一般的に波長によって紫外線A(UVA)、紫外線B(UVB)及び紫外線C(UVC)に分けられ、通常、320nm〜400nmの波長は紫外線A、280nm〜320nmの波長は紫外線B、100nm〜280nmは紫外線Cという。
前記のような側面において、前記紫外線は紫外線Bであってよいが、これに制限されるものではない。例えば、紫外線A又は紫外線Cであってもよい。
一具現例において、細胞に紫外線Bを照射した場合、最適化した状態の老化したメラノサイトを得ることができる。なお、照射する紫外線が紫外線Bの領域に含まれるものであれば、波長に応じた大きな効果の差はないはずである。
また、前記のような側面において、前記紫外線の強さは、10〜30mJ/cmであってよく、15〜25mJ/cmであってもよいが、これに制限されず、15mJ/cm以上、16mJ/cm以上、17mJ/cm以上、18mJ/cm以上、19mJ/cm以上、20mJ/cm以上、21mJ/cm以上、22mJ/cm以上、23mJ/cm以上、24mJ/cm以上であってよく、25mJ/cm以下、24mJ/cm以下、23mJ/cm以下、22mJ/cm以下、21mJ/cm以下、20mJ/cm以下、19mJ/cm以下、18mJ/cm以下、17mJ/cm以下、16mJ/cm以下であってよいが、これらに制限されるものではない。
一具現例において、紫外線Bを20mJ/cmの強さで照射するとき、最適化した状態の老化したメラノサイトを得ることができる。
本明細書において最適化された状態の老化したメラノサイトとは、例えば、細胞群集のうち老化が進行していない正常細胞及び既に細胞死滅が起きて生きていない細胞を除いた代謝活動が低下した細胞であって、老化改善或いは防止物質の処理時に、老化が遅延し又は生じないことがある細胞を意味していてよい。すなわち、さらなる細胞増殖を誘導せず、且つ許容可能な生存率を示す状態のメラノサイトを意味していてよい。
また、本明細書において老化性色素沈着モデルとは、老化によって色素沈着が生じた細胞を意味していてよく、さらなる色素誘発刺激源がないにも関わらず、老化指標の増加とともに色素沈着が増加しているメラノサイトと意味が混用されることがある。
また、前記老化進行程度は、例えば、老化指標と知られている、p16、p21、p53などの発現増加、β-ガラクトシダーゼの活性増加、細胞増殖率低下、及び細胞の表現
型変化から観察して確認することができる。
本明細書において紫外線Bは、例えば、280nm〜320nmの波長を有する紫外線領域を意味していてよい。
前記のような側面において、前記老化したメラノサイトの製造方法は、前記紫外線が照射されたメラノサイトを24時間以上培養させる段階をさらに含んでいてよい。
例えば、前記紫外線が照射された細胞を、紫外線の照射から24時間以上、1日以上、
2日以上、3日以上、5日以上、7日以上、9日以上、11日以上、12日以上、13日以上、14日以上、15日以上、又は16日以上間培養させていてよい。
前記のような側面において、前記紫外線の照射は、18時間〜30時間置きに2回以上実施していてよい。紫外線の照射回数は制限されず、1回、2回、3回、又はそれ以上であってよい。
また、紫外線の照射の間隔は、18時間〜30時間であってよいが、これに制限されるものではない。例えば、紫外線の2回目の照射は、紫外線の1回目の照射から17時間経過後、18時間経過後、19時間経過後、20時間経過後、21時間経過後、22時間経過後、23時間経過後、23時間30分経過後、23時間45分経過後、24時間経過後、24時間10分経過後、24時間15分経過後、24時間30分経過後、25時間経過後、26時間経過後、27時間経過後、28時間経過後、29時間経過後、30時間経過後、又は31時間経過後に実施されていてよい。
また、一具現例において、紫外線Bを20mJ/cmの強さでメラノサイトに1回照射してから24時間経過後、1回目の紫外線の照射時と同じ条件で2回目の紫外線を照射した場合、最適化した状態の老化したメラノサイトを得ることができる。
前記のような側面において、前記紫外線の照射を受ける細胞は、ヒト初代色素形成細胞(human primary melanocyte)であってよい。
本発明は、他の側面において、前記方法によって製造された、分離された、老化したメラノサイトである。
本発明は、また他の側面において、老化改善用又は皮膚美白用物質をスクリーニングするための老化したメラノサイトの用途に関するものであってよい。
本発明は、また他の側面において、老化改善または皮膚美白物質スクリーン用の老化したメラノサイトに関するものであってよい。
他の側面において、本発明は、皮膚老化改善用又は皮膚美白用候補物質を処理する段階;及び前記候補物質の処理前後の老化指標又は美白指標を検出する段階を含む、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質のスクリーニング方法である。
本明細書において老化指標とは、老化した細胞で特異的に発現量が増加し又は減少して、細胞の老化程度を確認することができる遺伝子、該遺伝子の発現産物を意味していてよい。老化指標は、例えば、β-ガラクトシダーゼ(β-galactosidase)の活性、p16、p21、又はp53遺伝子若しくはそのタンパク質であってよいが、これらに制限されるものではなく、当業界における周知の老化指標を含む。
また、本明細書において美白指標とは、細胞内色素沈着の有無を確認することができる遺伝子、該遺伝子の発現産物を意味していてよい。例えば、メラニンであってよい。
前記のような側面において、前記皮膚老化改善用又は皮膚美白用候補物質のスクリーニング方法は、前記候補物質の処理後における老化指標又は美白指標の発現量が、候補物質を処理していない対照群に比べて減少又は増加すると、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質と決める段階をさらに含んでいてよい。
前記のような側面において、皮膚老化改善用候補物質と皮膚美白用候補物質の処理後に
前記老化指標とメラニンの蓄積量がいずれも減少又は増加すると、皮膚老化改善と皮膚美白の効果とを併せ持つ物質と決めていてよい。
他の側面において、本発明は、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質のスクリーン用キットである。前記キットは、前記老化したメラノサイト及び指示書を含んでいてよく、前記指示書には、老化メラノサイトに候補物質の処理前後の老化指標又は美白指標の発現量を測定して、該発現量が、候補物質を処理していない対照群に比べて減少又は増加した場合、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質と判断する内容を含んでいてよい。
前記のような側面において、正常又は前記老化したメラノサイトは、冷凍保存又は担体保存した状態のものであってよい。前記キット内に含まれる老化したメラノサイトは、さらなる細胞増殖や老化を最小化するために、前記挙げられた技術の他、当業界における周知の技術によって、最適の老化状態が保存されたままキット内に含まれていてよい。
前記のような側面において、前記老化指標は、β-ガラクトシダーゼ(β-galactosidase)、p16、p21、及びp53からなる群から選択された一つ以上であってよいが、これらに制限されるものではない。また、前記美白指標はメラニンであってよいが、これに制限されるものではない。
以下、下記の実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。なお、下記の実施例は本発明に関する理解を助けるための目的から例示したものに過ぎず、本発明の範疇及び範囲がこれに限定されるものではない。
[実施例1]色素形成細胞の培養及び紫外線Bの照射
ヒト初代色素形成細胞(human primary melanocyte、Life Technologies、CA、USA)をヒト色素形成細胞成長補充物(human melanocyte growth supplement(HMGS)、Gibco BRL、NY、USA)を添加したM-254培地(Gibco BRL、NY
、USA)を利用して、常温、5%のCO培養器で培養した後、細胞数が2×10になるように100mm培養皿に敷いて、一晩中細胞が器壁にくっ付くことを待った後、11mJ/cm、20mJ/cm、30mJ/cmの強さの紫外線Bを24時間置きに2回照射した。
前記メラニン細胞を3日に一度ずつ培地を交換するとともに最大2週間培養しながら細胞毒性、表現型、老化指標などを観察した。
[実施例2]色素形成細胞への紫外線Bの照射後の細胞増殖及び生存の観察
さらなる細胞増殖を誘導することなく、許容可能な生存率を示す紫外線Bの照射条件を見出すために、wst-1(Roche Applied Science、Germa
ny)溶液を用いて細胞の増殖及び生存率を調査した。実施例1の細胞と、紫外線Bを照射せずに培養した細胞(対照群)の48時間、1週間、2週間後の生存率を観察した(図1)。
その結果、紫外線Bを処理していない対照群の場合、経時的にその数が急増することが分かる。これに対し、11mJ/cm、20mJ/cm、30mJ/cmの紫外線Bの照射を受けた細胞は、処理から48時間経過したとき、対照群の細胞数に比べてそれぞれ約93%、85%、75%の生存率を示した。また、紫外線Bの照射から2週経過したとき、対照群に対してそれぞれ約71%、40%、23%の生存率を示した。これは、紫外線Bの強さに依存して細胞の増殖が低下し、特に20mJ/cm以上の紫外線Bの強さではその増殖率が有意に抑制されることを示す。細胞の増殖低下は代表的な老化(s
enescent)細胞の特性である。
[実施例3]紫外線Bの照射から2週経過後の色素形成細胞の表現型の観察
実施例1の条件で紫外線Bを照射した後、色素形成細胞の変化を光学顕微鏡で観察した。細胞の表現型は、培地中の生きている状態で、光学顕微鏡下で40倍拡大して観察された。
その結果、紫外線Bを照射した場合、メラニン細胞の中にはその模様が初期に比べて扁平になり、細胞体(cell body)の大きさが増加し、樹状突起(dendrite)の個数が増加した、すなわち、老化した細胞が増加し、このような細胞の数が紫外線Bの強さに依存して増加することで、全体的に細胞間異質性(heterogeneity)が増加したことが分かった。なお、11mJ/cmの強さで紫外線を照射した群では、紫外線を照射していない群と類似した表現型を示す、老化していない細胞が多く存在しており、30mJ/cmの強さで紫外線を照射した群では、生きている細胞が比較的に少なく観察されることを確認した。
[実施例4]紫外線Bの照射から2週経過後の色素形成細胞のβ-ガラクトシダーゼ活
性とp53、p21タンパク質発現の調査
実施例1の条件で紫外線Bを照射した後、細胞の代表的老化指標であるβ-ガラクトシ
ダーゼ活性を測定した結果、照射した紫外線Bの強さに比例してその活性が増加することを確認した(図3a)。なお、11mJ/cmの強さの紫外線Bを照射した場合、一部の細胞で老化による表現型の変化が確かに観察されるものの、正常細胞が多量で存在することから、β-ガラクトシダーゼの活性が対照群に比べて有意差がみられなかった。また
、図2で示された老化性表現型をみせる細胞は、正常細胞に比べて確然とβ-ガラクトシ
ダーゼ活性を示すことを発色実験から確認した(図3b)。
また、老化した細胞で多量発現すると知られた、p53とp21のタンパク質の発現量を確認するために、細胞に各強さの紫外線Bを照射してから2週間培養し、細胞を培養皿から引き剥がした後、RIPA溶解バッファー(Radioimmunoprecipitation assay buffer、Millipore、20-188)を入れ
て細胞を壊し、13,500rpmで30分間遠心分離し、上層液を分離して、総タンパ
ク質を抽出した。p53特異的抗体(Dako、#M7001)とp21特異的抗体(c
ell signaling #2947)を用いてウェスタンブロットを行った結果、
20mJ/cmの紫外線Bの照射後にp53とp21タンパク質の発現が増加したことを確認した(図3c)。
[実施例5]紫外線Bの照射から2週経過後の細胞内メラニン蓄積の観察
色素形成細胞にそれぞれ11mJ/cm、20mJ/cm、30mJ/cmの強さの紫外線Bを2回照射し2週間培養した後、その細胞を培養皿から引き剥がしてその数を数え、次いで、同数の細胞をマイクロチューブに集めた後、RIPA溶解バッファー(Millipore、20-188)を入れて細胞を壊し、13,500rpmで30分
間遠心分離して、沈殿物を得た。沈殿物を1Nの水酸化ナトリウム(NaOH)に溶解させ、その色を比較し(図4a)、450nmにおける吸光度を測定して、メラニンの含有量を比較した(図4b)。
その結果、色素形成細胞のメラニンの含有量は、20mJ/cm、30mJ/cmの紫外線Bの照射時、その強さが増すにつれて有意に増加することを確認した。これは、色素形成細胞に特定の強さ以上の紫外線Bを繰り返し照射した後、特定の期間に亘って培養した場合、老化性指標の発現が増加するとともに、メラニンの含量が増加することを意味する。
[実施例6]紫外線Bの照射から2週経過後のp16、p21のmRNA発現量の観察
20mJ/cmの強さの紫外線Bを24時間置きに2回照射してから2週後の細胞からRNAを収得してcDNAを製作し、p16、p21特異的プライマーを用いてQ-P
CR(Applied biosystems、7500Fast)にてmRNA量の変化を測定した。Q-PCRの実験では、95℃で15秒、60℃で60秒のサイクルを総
40回繰り返し行い、対照群に比べて当該遺伝子の発現がどの程度増加したかの相対的な値を測定した。用いたプライマーは、Applied Biosystems製の商品名TaqManであって、それぞれ次のとおりである:p16(製品番号:Hs00923894_m1)、p21(製品番号:Hs00355782_m1)
その結果、対照群に比べて、老化性色素沈着モデルにおいてp16とp21のmRNA発現が大きく増加することを確認した(図6)。
[実施例7]老化性色素沈着を改善する美白用物質のスクリーニング:美白用物質の処
理後のメラニン含量変化の確認
前記実施例を通じて、最も適合した老化状態を保持すると判断された細胞、すなわち、色素形成細胞に20mJ/cmの強さの紫外線Bを24時間置きに2回照射して得た細胞を、紫外線の照射後48時間から代表的美白機能素材である物質A(melasolv、30μM)を含む培地で3日置きに該培地を交換しながら培養した(総4回)。2週後、β-ガラクトシダーゼの活性とメラニン含量を対照群(ビヒクル(DMSO)処理)と
比較した(図5)。その結果、紫外線Bの処理によって増加していたβ-ガラクトシダー
ゼの活性が減少する(図5a;*、p<0.05)とともに、メラニン含量が物質Aの処
理によって対照群の水準に確然と減少することを確認した(図5b;*、p<0.05)
。このことから、前記老化細胞は、色素形成細胞の老化に起因した色素沈着を改善する物質を有用にスクリーニングすることができることを確認した。
[実施例8]老化性色素沈着を改善する美白用物質のスクリーニング:美白用物質の処理後のp16、p21の発現変化の観察
色素形成細胞に20mJ/cmの強さの紫外線Bを24時間置きに2回照射して得た細胞に、既存に美白効果があると報告された物質A、物質B、物質Cを、紫外線Bの最終照射後48時間から2週間、3日置きに、総4回処理したとき、増加していた前記遺伝子発現が顕著に抑え込まれることを確認した(図6;*、p<0.05、**、p<0.01
)。特に、一般の色素沈着誘導条件では美白効能を示さなかった物質Cを処理した場合でも美白効果が観察されたが、これは、前記老化性色素沈着モデル細胞が色素細胞老化に起因した色素沈着をスクリーニングするのに有効であることを示す。

Claims (17)

  1. 老化したメラノサイトを製造する方法であって、
    当該方法は、
    紫外線を、10〜30mJ/cmの強さで、1〜12回継代培養したヒト初代メラノサイト(human primary melanocyte)に2回以上照射する段階を含む、老化したメラノサイトの製造方法。
  2. 前記紫外線が照射されたメラノサイトを24時間以上培養させる段階をさらに含む、請求項1に記載の老化したメラノサイトの製造方法。
  3. 前記紫外線が照射されたメラノサイトを7日以上培養させる、請求項2に記載の老化したメラノサイトの製造方法。
  4. 前記紫外線は、紫外線Bである、請求項1に記載の老化したメラノサイトの製造方法。
  5. 前記紫外線の強さは、15〜25mJ/cmである、請求項1に記載の老化したメラノサイトの製造方法。
  6. 前記紫外線の照射は、18〜30時間置きに実施する、請求項1に記載の老化したメラノサイトの製造方法。
  7. 前記紫外線の照射は、2回実施する、請求項1に記載の老化したメラノサイトの製造方法。
  8. 請求項1〜7の何れか一項に記載の方法によって製造された、分離された、老化したメラノサイト。
  9. 請求項1に記載の細胞に、皮膚老化改善用又は皮膚美白用候補物質を処理する段階;及び前記候補物質の処理前後の老化指標又は美白指標を検出する段階を含む、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質のスクリーニング方法。
  10. 前記候補物質の処理後における老化指標又は美白指標の発現量が、候補物質を処理していない対照群に比べて減少又は増加すると、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質と決める段階をさらに含む、請求項9に記載のスクリーニング方法。
  11. 前記老化指標及び美白指標の発現量がいずれも減少又は増加すると、皮膚老化改善と皮膚美白の効果とを併せ持つ物質と決める、請求項10に記載のスクリーニング方法。
  12. 前記老化指標は、β-ガラクトシダーゼ(β-galactosidase)、p16、p21、及びp53からなる群から選択された一つ以上である、請求項9に記載のスクリーニング方法。
  13. 前記美白指標はメラニンである、請求項9に記載のスクリーニング方法。
  14. 請求項8に記載の細胞;及び
    指示書を含み、
    前記指示書には、候補物質の処理前後の老化指標又は美白指標を測定して、発現量が、候補物質の処理後において候補物質を処理していない対照群に比べて減少又は増加した場合、皮膚老化改善用又は皮膚美白用物質と判断する内容を含む、皮膚老化改善用又は皮膚
    美白用物質のスクリーン用キット。
  15. 前記細胞は、冷凍保存又は担体保存した状態のものである、請求項14に記載のキット。
  16. 前記老化指標は、β-ガラクトシダーゼ(β-galactosidase)、p16、p21、及びp53からなる群から選択された一つ以上である、請求項14に記載のキット。
  17. 前記美白指標は、メラニンである、請求項14に記載のキット。
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