JP2022184021A - Skin model and method for producing the same, and method for evaluating factor for treating or preventing skin pigmentation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、皮膚モデルおよびそれを製造する方法に関する。また、本発明は、皮膚モデルを用いた皮膚の色素沈着を治療または予防するための因子の評価方法に関する。 SKIN MODEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME The present invention relates to a skin model and a method for producing the same. The present invention also relates to methods for evaluating factors for treating or preventing skin pigmentation using skin models.
皮膚は生体内と生体外の環境を分ける体表を覆う器官である。皮膚は、物理的なバリアとして働き、乾燥や有害物質が生体内へ侵入することから守り、生命の維持に不可欠な役割を果たしている。 The skin is an organ covering the body surface that separates the in-vivo and in-vitro environments. The skin acts as a physical barrier to protect against dryness and entry of harmful substances into the body, and plays an essential role in sustaining life.
高等脊椎動物の皮膚は、最外層から大別すると表皮、真皮、皮下組織の層から形成されている。表皮は、主にケラチノサイト(角化細胞)と呼ばれる細胞から構成されており、表皮の最深部(基底層)でケラチノサイトが分裂しながら、上層に向かって有棘層、顆粒層、そして角層へと分化しながら表面へと移動し、やがて垢となって脱落する。 The skin of higher vertebrates is composed of layers of epidermis, dermis, and subcutaneous tissue, roughly divided from the outermost layer. The epidermis is mainly composed of cells called keratinocytes (keratinocytes), and while keratinocytes divide in the deepest part of the epidermis (basal layer), they divide into the stratum spinosum, stratum granulosum, and stratum corneum in the upper layers. As it differentiates, it moves to the surface and eventually falls off as dirt.
表皮の基底層にはメラノサイト(色素細胞)が存在し、メラノサイト内のメラノソームにおいてメラニンが生成される。生成されたメラニンは、周囲のケラチノサイトに取り込まれる。取り込まれたメラニンはケラチノサイトのターンオーバーとともに角層まで移行し約40日かけて生体外へと排出される。 Melanocytes (pigment cells) exist in the basal layer of the epidermis, and melanin is produced in melanosomes within the melanocytes. The produced melanin is taken up by surrounding keratinocytes. The taken-in melanin migrates to the stratum corneum with the turnover of keratinocytes and is excreted from the body over about 40 days.
皮膚のしみ・そばかすなどの色素沈着は、ホルモンの異常や紫外線曝露、局所の炎症等により、メラノサイトでメラニンが過剰に形成されることや、メラニン顆粒が表皮基底層のケラチノサイト内に沈着することなどが原因であると考えられている。色素沈着、例えば、加齢による老人性色素斑などを治療または予防する方法や、治療剤(美白剤)が開発されているが、期待された効果が得られなかったり、一時的な効果が得られるが、効果が持続せず再発するなどの課題があり、新たな治療法または予防法や、治療剤を開発するニーズが存在し続けている。 Pigmentation such as spots and freckles on the skin is caused by the excessive formation of melanin in melanocytes and the deposition of melanin granules in keratinocytes in the basal layer of the epidermis due to hormonal abnormalities, UV exposure, local inflammation, etc. is thought to be the cause. Although methods and therapeutic agents (whitening agents) for treating or preventing pigmentation, such as senile pigment spots due to aging, have been developed, the expected effects are not obtained or the effects are temporary. However, there are problems such as recurrence due to lack of long-lasting effects, and there continues to be a need to develop new treatment or preventive methods and therapeutic agents.
そのような状況の下、新たな治療法を開発するために、従来の動物モデルに代わって、近年では皮膚の構造およびその機能を模倣した皮膚モデルが開発されており、利用されている(例えば、特許文献1及び2)。
Under such circumstances, skin models that mimic the structure and functions of the skin have been developed and used in recent years instead of conventional animal models to develop new therapeutic methods (e.g., ,
本発明の目的は、安定的かつ品質にばらつきが少なく、短期~中長期(例えば、3日~21日程度)の実験系においても評価可能な新たな皮膚モデルおよびそれを製造する方法を提供することである。また、本発明の目的は、新たな皮膚モデルを用いた皮膚の色素沈着を治療または予防するための候補因子を評価する方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a new skin model that is stable, has little variation in quality, and can be evaluated even in a short- to medium-term (for example, about 3 to 21 days) experimental system, and a method for producing the same. That is. It is also an object of the present invention to provide methods of evaluating candidate agents for treating or preventing skin pigmentation using new skin models.
本発明者らが鋭意検討を行った結果、第1細胞培養基材の上に播種されたケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群と;
前記第1細胞群の上方に配置され、多孔膜を有する第2細胞培養基材に播種された線維芽細胞を含む第2細胞群と;を含む、皮膚モデルが、安定的かつ品質にばらつきが少なく、短期~中長期(例えば、3日~21日程度)の実験系においても評価可能な皮膚モデルとなり得ることを見出した。すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
As a result of extensive studies by the present inventors, a first cell group containing keratinocytes and / or melanocytes seeded on the first cell culture substrate;
A second cell group containing fibroblasts arranged above the first cell group and seeded on a second cell culture substrate having a porous membrane; It has been found that it can be a skin model that can be evaluated even in a short- to medium- and long-term (for example, about 3 to 21 days) experimental system. That is, the present invention includes the following inventions.
[1] 第1細胞培養基材の上に播種されたケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群と;
前記第1細胞群の上方に配置され、多孔膜を有する第2細胞培養基材に播種された線維芽細胞を含む第2細胞群と;
を含む、皮膚モデルであって、
前記線維芽細胞は、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞であり、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、
皮膚モデル。
[2] 前記光照射により損傷が与えられた線維芽細胞が、光増感剤の存在下で、紫外光の照射により損傷が与えられた線維芽細胞である、項目1に記載の皮膚モデル。
[3] 前記光増感剤が、ソラレン、NAD、リボフラビン、トリプトファン、葉酸、ポルフィリン、メチレンブルー、チオール基で保護された金ナノクラスター(AUxSRy)からなる群から選択される、項目2に記載の皮膚モデル。
[4] 前記光照射が、UVAの光照射である、項目1~3のいずれか1項に記載の皮膚モデル。
[5] 前記第2細胞群は、さらに、評価対象の線維芽細胞を含む、項目1~4のいずれか1項に記載の皮膚モデル。
[6] 前記第1細胞群は、色素取込評価物質が添加されたものである、項目1~5のいずれか1項に記載の皮膚モデル。
[1] a first cell group comprising keratinocytes and/or melanocytes seeded on a first cell culture substrate;
a second cell group containing fibroblasts arranged above the first cell group and seeded on a second cell culture substrate having a porous membrane;
A skin model comprising
The fibroblasts are fibroblasts that have been damaged by light irradiation,
soluble components are exchanged between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane;
skin model.
[2] The skin model according to
[3] The skin according to item 2, wherein the photosensitizer is selected from the group consisting of psoralen, NAD, riboflavin, tryptophan, folic acid, porphyrin, methylene blue, and thiol group-protected gold nanoclusters (AUxSRy). model.
[4] The skin model according to any one of
[5] The skin model according to any one of
[6] The skin model according to any one of
[7] 皮膚モデルの製造方法であって、
ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群が播種された第1細胞培養基材の上方に、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞を含む第2細胞群が播種された多孔膜を有する第2細胞培養基材を配置して、前記第1細胞群と前記第2細胞群とを共培養する工程であって、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、工程
を含む、方法。
[8] 前記光照射により損傷が与えられた線維芽細胞が、光増感剤の存在下で、紫外光の照射により損傷が与えられた線維芽細胞である、項目7に記載の方法。
[9] 前記光増感剤が、ソラレン、NAD、リボフラビン、トリプトファン、葉酸、ポルフィリン、メチレンブルー、チオール基で保護された金ナノクラスター(AUxSRy)からなる群から選択される、項目8に記載の方法。
[10] 前記光照射が、UVAの光照射である、項目7~9のいずれか1項に記載の方法。
[11] 前記第2細胞群は、さらに、評価対象の線維芽細胞を含む、項目7~10のいずれか1項に記載の方法。
[12] 前記第1細胞群は、色素取込評価物質が添加されたものである、項目7~11のいずれか1項に記載の方法。
[7] A method for producing a skin model, comprising:
Above the first cell culture substratum seeded with the first cell group containing keratinocytes and/or melanocytes, the porous membrane is seeded with the second cell group containing fibroblasts damaged by light irradiation. A step of placing a second cell culture substrate and co-cultivating the first cell group and the second cell group,
wherein soluble components are exchanged between a first medium for culturing the first population of cells and a second medium for culturing the second population of cells via the porous membrane.
[8] The method according to item 7, wherein the fibroblasts damaged by light irradiation are fibroblasts damaged by ultraviolet light irradiation in the presence of a photosensitizer.
[9] The method according to item 8, wherein the photosensitizer is selected from the group consisting of psoralen, NAD, riboflavin, tryptophan, folic acid, porphyrin, methylene blue, and thiol group-protected gold nanoclusters (AUxSRy). .
[10] The method according to any one of Items 7 to 9, wherein the light irradiation is UVA light irradiation.
[11] The method according to any one of items 7 to 10, wherein the second cell group further contains fibroblasts to be evaluated.
[12] The method according to any one of Items 7 to 11, wherein the first cell group is added with a dye uptake evaluation substance.
[13] 皮膚の色素沈着を治療または予防するための因子の評価方法であって、
(1)ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群が播種された第1細胞培養基材の上方に、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞を含む第2細胞群が播種された多孔膜を有する第2細胞培養基材を配置して、前記第1細胞群と前記第2細胞群とを共培養し、皮膚モデルを作製する工程であって、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、工程;
(2)前記皮膚モデルに、候補因子を適用して培養する工程;
(3)前記工程(2)で得られる第1細胞群の色素沈着の指標を解析し、前記候補因子の治療または予防効果を評価する工程、
を含む、方法。
[14] 前記工程(1)の前に、色素取込評価物質を前記第1細胞群に添加する工程をさらに含み、前記工程(3)において、前記色素取込評価物質を前記第1細胞群へ取り込む度合いを前記色素沈着の指標とする、項目13に記載の方法。
[15] 前記工程(2)の後に、色素取込評価物質を前記第1細胞群に添加する工程をさらに含み、前記工程(3)において、前記色素取込評価物質を前記第1細胞群へ取り込む度合いを前記色素沈着の指標とする、項目13に記載の方法。
[16] 前記候補因子が、線維芽細胞であり、前記第2細胞群に適用される、項目13~15のいずれか一項に記載の方法。
[17] 前記光照射により損傷が与えられた線維芽細胞が、光増感剤の存在下で、紫外光の照射により損傷が与えられた線維芽細胞である、項目13~16のいずれか一項に記載の方法。
[18] 前記光増感剤が、ソラレン、NAD、リボフラビン、トリプトファン、葉酸、ポルフィリン、メチレンブルー、チオール基で保護された金ナノクラスター(AUxSRy)からなる群から選択される、項目17に記載の方法。
[19] 前記光照射が、UVAの光照射である、項目13~18のいずれか一項に記載の方法。
[13] A method of evaluating a factor for treating or preventing skin pigmentation, comprising:
(1) Above the first cell culture substrate seeded with the first cell group containing keratinocytes and / or melanocytes, the second cell group containing fibroblasts damaged by light irradiation is seeded Porous A step of placing a second cell culture substrate having a membrane and co-cultivating the first cell group and the second cell group to prepare a skin model,
exchanging soluble components between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane;
(2) applying a candidate factor to the skin model and culturing;
(3) analyzing the pigmentation index of the first cell group obtained in the step (2) to evaluate the therapeutic or preventive effect of the candidate factor;
A method, including
[14] The step of adding a dye uptake evaluation substance to the first cell group before the step (1), and adding the dye uptake evaluation substance to the first cell group in the step (3). 14. A method according to item 13, wherein the degree of incorporation into the pigmentation is used as an indicator of the pigmentation.
[15] further comprising the step of adding a dye uptake evaluation substance to the first cell group after the step (2), and adding the dye uptake evaluation substance to the first cell group in the step (3); 14. A method according to item 13, wherein the degree of uptake is used as an indicator of the pigmentation.
[16] The method according to any one of items 13 to 15, wherein the candidate factor is a fibroblast and is applied to the second cell group.
[17] Any one of items 13 to 16, wherein the fibroblasts damaged by light irradiation are fibroblasts damaged by ultraviolet light irradiation in the presence of a photosensitizer. The method described in section.
[18] The method of item 17, wherein the photosensitizer is selected from the group consisting of psoralen, NAD, riboflavin, tryptophan, folic acid, porphyrin, methylene blue, and thiol group-protected gold nanoclusters (AUxSRy). .
[19] The method according to any one of items 13 to 18, wherein the light irradiation is UVA light irradiation.
本発明によって、安定的かつ品質にばらつきが少なく、短期~中長期(例えば、3日~21日程度)の実験系においても、疑似シミ部位の形成を確認することが可能な皮膚モデルが提供される。また本発明により提供される皮膚モデルを用いることによって、皮膚の色素沈着を治療または予防するための候補因子の探索や、評価が可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a skin model that is stable and has little variation in quality, and that allows confirmation of the formation of pseudo-blemishes even in short- to medium- and long-term (for example, about 3 to 21 days) experimental systems. be. Furthermore, by using the skin model provided by the present invention, it becomes possible to search for and evaluate candidate factors for treating or preventing skin pigmentation.
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照しつつ詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみに限定されない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although the form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring drawings etc., the technical scope of this invention is not limited only to the following forms.
本明細書において、「第1」「第2」等の用語は、1つの要素をもう1つの要素と区別するために用いており、例えば、第1の要素を第2の要素と表現し、同様に第2の要素を第1の要素と表現してもよく、これによって本発明の範囲を逸脱するものではない。 In this specification, terms such as “first” and “second” are used to distinguish one element from another, for example, the first element is expressed as the second element, Similarly, a second element could be termed a first element without departing from the scope of the invention.
特段の定義がない限り、本明細書で使用する用語(技術的用語および科学的用語)は、当業者が一般に理解している用語と同一の意味を有する。 Unless otherwise defined, all terms (technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
<皮膚モデルおよびその製造方法>
図1は、一実施形態における、皮膚モデル1およびそれを製造する方法を説明する概略図である。一実施態様において、皮膚モデル1は、
第1細胞培養基材の上に播種されたケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群と;
前記第1細胞群の上方に配置され、多孔膜を有する第2細胞培養基材に播種された線維芽細胞を含む第2細胞群と;
皮膚モデルであって、
前記線維芽細胞は、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞であり、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、皮膚モデルである(例えば、図1(C)参照)。
<Skin model and its manufacturing method>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
a first cell group comprising keratinocytes and/or melanocytes seeded on the first cell culture substrate;
a second cell group containing fibroblasts arranged above the first cell group and seeded on a second cell culture substrate having a porous membrane;
a skin model,
The fibroblasts are fibroblasts that have been damaged by light irradiation,
A skin model in which soluble components are exchanged between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane (e.g., FIG. 1(C)).
また、一実施態様における皮膚モデル1は、
ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群が播種された第1細胞培養基材の上方に、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞を含む第2細胞群が播種された多孔膜を有する第2細胞培養基材を配置して、前記第1細胞群と前記第2細胞群とを共培養する工程であって、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、工程を含む方法によって提供することができる。
In addition, the
Above the first cell culture substratum seeded with the first cell group containing keratinocytes and/or melanocytes, the porous membrane is seeded with the second cell group containing fibroblasts damaged by light irradiation. A step of placing a second cell culture substrate and co-cultivating the first cell group and the second cell group,
soluble components are exchanged between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane; can be done.
ケラチノサイト(角化細胞)とは、表皮を構成する細胞の一つであり、生体の表皮組織においては、最深部(基底層)で分裂しながら上層に向かって有棘層、顆粒層、そして角層へと分化しながら表面へ移動し、やがて垢となって脱落する細胞である。 Keratinocytes (keratinocytes) are one of the cells that make up the epidermis. These cells migrate to the surface while differentiating into layers, and eventually become dirt and fall off.
メラノサイト(色素細胞)とは、表皮組織を構成する細胞の一つであり、生体においては表皮の基底層に存在し、メラニンを形成する細胞である。 Melanocytes (pigment cells) are one of the cells that constitute the epidermal tissue, and are cells that exist in the basal layer of the epidermis in vivo and form melanin.
本発明に用いられる線維芽細胞、ケラチノサイトおよびメラノサイトは、それぞれ、生体組織から採取された初代培養細胞であってもよく、予め単離および/または増殖され市販または頒布されている細胞であってもよく、株化された細胞であってもよく、ES細胞、iPS細胞、又はMuse細胞等の多能性幹細胞から分化誘導された細胞であってもよい。 Fibroblasts, keratinocytes and melanocytes used in the present invention may be primary cultured cells collected from living tissue, or may be pre-isolated and/or proliferated commercially available or distributed cells. They may be established cells, or cells induced to differentiate from pluripotent stem cells such as ES cells, iPS cells, or Muse cells.
皮膚モデル1は、ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群10が第1細胞培養基材11に播種される。第1細胞培養基材11は、公知の培養基材であればよく、特に限定されない。
In the
一実施態様において、本発明の皮膚モデル1に用いられる、ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群10は、ケラチノサイトおよびメラノサイト以外の細胞が含まれていてもよく、例えば表皮組成に含まれるランゲルハンス細胞や、メルケル細胞が含まれていてもよい。第1細胞群10は、例えば、ケラチノサイトのみが含まれてもよく、メラノサイトのみが含まれてもよく、ケラチノサイトとメラノサイトとが含まれてもよい。両者が含まれる場合、例えば、ケラチノサイト:メラノサイトが、1:1~1000:1、好ましくは3:1~30:1の比の細胞が含まれてもよい。第1細胞群10の播種細胞数は特に限定されないが、例えば、1×102~106個/cm2、好ましくは1.0~10×104個/cm2、より好ましくは約4~8×104個/cm2を含むものであってもよい。
In one embodiment, the
本発明の皮膚モデル1は、多孔膜22を有する第2細胞培養基材21に播種された線維芽細胞を含む第2細胞群20が、第1細胞群10の上方に配置されている。第2細胞群20と第1細胞群10との間に培地が存在する空間が設けられている。従って、前記多孔膜22を介して、前記第1細胞群10を培養する第1培地12と、前記第2細胞群20を培養する第2培地23との間で可溶性成分が交換される。
In the
皮膚モデル1において、第2細胞群20が播種される、多孔膜22を有する第2細胞培養基材21は、線維芽細胞を培養可能である公知の培養基材を用いることができるが、例えば、セルカルチャーインサートであることが好ましい。
In the
多孔膜22の平均孔径は、適宜選択することができ、例えば、約0.01μm~約100μmの平均孔径(例えば、0.01μm~100μm、0.01μm~50μm、0.01μm~10μm、0.1μm~50μm、または0.1μm~10μm)であってもよい。また、多孔膜22の細孔の密度も適宜選択することができるが、例えば、1×104/cm2以上、1×105/cm2以上、5×105/cm2以上、10×105/cm2以上、50×105/cm2以上、または100×105/cm2以上の細孔の密度であってもよく、1×104/cm2~100×108/cm2、1×105/cm2~100×108/cm2であってもよい。
The average pore size of the
本発明において用いられる細胞は、いずれの動物由来であってもよいが、脊椎動物由来が好ましく、哺乳動物由来がより好ましく、ヒト由来であることが最も好ましい。 Cells used in the present invention may be derived from any animal, but are preferably derived from vertebrates, more preferably from mammals, and most preferably from humans.
線維芽細胞とは、結合組織を構成する細胞の一つであり、多くの臓器および組織に存在している細胞である。線維芽細胞は、皮膚においては、主に真皮組織に含まれている。本発明の皮膚モデル1に用いられる線維芽細胞は、好ましくは真皮由来の線維芽細胞である。
Fibroblasts are one of the cells that constitute connective tissue and are present in many organs and tissues. Fibroblasts are mainly contained in the dermis tissue in the skin. The fibroblasts used in the
第2細胞群20に含まれる線維芽細胞は、光照射によって損傷が与えられた線維芽細胞が用いられる。光照射によって損傷が与えられた線維芽細胞は、好ましくは光増感剤の存在下で光照射され、損傷が与えられたものである。用いられる光増感剤としては、例えば、ソラレン、NAD、リボフラビン、トリプトファン、葉酸、ポルフィリン、メチレンブルー、チオール基で保護された金ナノクラスター(AUxSRyなどが挙げられる。光増感剤を用いることにより、照射された光が増感され、効率よく線維芽細胞に損傷を与えることができる。
Fibroblasts that have been damaged by light irradiation are used as the fibroblasts contained in the
線維芽細胞に損傷を与える時に用いられる光は、細胞内の核酸、例えばDNAやRNAに損傷を与えるが、全ての細胞が死滅しない程度の波長であればよく、紫外光(約200nm~約400nm)であることが好ましく、より好ましくはUVA(約320nm~約400nm)である。照射する光の強さは、細胞内の核酸、例えばDNAやRNAに損傷を与えるが、アポトーシス等が誘導されて全ての細胞が死滅しない程度であればよく、波長や照射する時間、細胞密度などによって適宜調整すればよい。例えば、UVAを照射する場合、0.01J/cm2~100J/cm2、好ましくは0.1J/cm2~20J/cm2、より好ましくは0.5J/cm2~10J/cm2を照射すればよい。 The light used to damage fibroblasts damages intracellular nucleic acids, such as DNA and RNA, but may have a wavelength that does not kill all cells. ), more preferably UVA (about 320 nm to about 400 nm). The intensity of the light to be irradiated may damage intracellular nucleic acids such as DNA and RNA, but may be such that apoptosis or the like is induced and all cells are not killed. Wavelength, irradiation time, cell density, etc. can be adjusted as appropriate. For example, when UVA is irradiated, 0.01 J/cm 2 to 100 J/cm 2 , preferably 0.1 J/cm 2 to 20 J/cm 2 , more preferably 0.5 J/cm 2 to 10 J/cm 2 . do it.
光照射した線維芽細胞を一定期間培養することによって、アポトーシス等が誘導されず、生存した線維芽細胞のみを増殖させることができる(図1の(B)に相当)。光照射によって損傷を受けた線維芽細胞は、例えば、細胞の形態が伸長し、増殖能力が低下し、メラニン生成因子(例えば幹細胞増殖因子(SCF))の産生量が増加するなど、細胞の老化レベルが増加した特徴を示す。細胞の老化レベルは、一般に知られる細胞老化マーカー、例えば、老化関連酸性β-ガラクトシダーゼ(SA-βgal)の発現量、p21/p53経路やp16経路など細胞周期チェック機構の恒常的な活性化、IL-6などの細胞老化関連分泌現象(Senescence-associated secretory phenotype(SASP))因子の発現量などを測定することによって調べることができる。光照射量を調節することよって、所望の老化レベルの線維芽細胞を得ることができる。 By culturing the light-irradiated fibroblasts for a certain period of time, apoptosis or the like is not induced, and only surviving fibroblasts can be grown (corresponding to (B) in FIG. 1). Fibroblasts damaged by light irradiation undergo cellular senescence, e.g., elongated cell morphology, decreased proliferative capacity, and increased production of melanogenic factors (such as stem cell growth factor (SCF)). Shows features with increasing levels. The level of cell senescence is determined by commonly known cell senescence markers, for example, the expression level of senescence-associated acid β-galactosidase (SA-βgal), constant activation of cell cycle check mechanisms such as p21/p53 pathway and p16 pathway, IL It can be examined by measuring the expression level of senescence-associated secretory phenotype (SASP) factors such as -6. A desired level of senescence of fibroblasts can be obtained by adjusting the amount of light irradiation.
皮膚モデル1を構成する第2細胞群20に含まれる線維芽細胞は、光照射によって損傷を有するが、死滅することなく生存した線維芽細胞である。そのため、本発明の皮膚モデル1には、概ね均質な線維芽細胞が含まれることとなり、活性のばらつきが少ない安定した系を提供することができる。
Fibroblasts contained in the
一実施態様において、第1細胞群10に含まれる細胞としては、例えば、市販もされている、TESTSKIN(商標)LSE-melano(TOYOBO)、MelanoDerm(商標)(MatTek)などに含まれる細胞、例えばケラチノサイトを用いても良い。
In one embodiment, the cells contained in the
皮膚モデル1は、例えば培養液として通常のケラチノサイト培養に用いられる培養液、例えばKG培地、EpilifeKG2(クラボウ)、Humedia-KG2(クラボウ)、アッセイ培地(TOYOBO)などを用い、約37℃で0~14日間かけて行うことができる。培地としては、その他にDMEM培地(GIBCO)又はアスコルビン酸含有KGMとDMEMを1:1混合した培地などが使用できる。
For the
一実施態様において、皮膚モデル1の培地には、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体またはその塩の存在下が含まれてもよい。アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体またはその塩が存在すると、線維芽細胞の増殖やコラーゲン産生が促進されることにより真皮の構造のように重層化が促進される。本明細書において、「アスコルビン酸誘導体」とは、例えば、アスコルビン酸2リン酸、アスコルビン酸1リン酸、L-アスコルビン酸ナトリウム、L-アスコルビン酸2-グルコシド等をいい、さらに、その塩(ナトリウム塩、マグネシウム塩等)も含まれる。
In one embodiment, the medium for
他の実施態様において、本発明の皮膚モデル1は、第1細胞群10には、さらに色素取込評価物質が添加されたものであってもよい(例えば、図2(F)の30a、又は図3(A)の30b)。色素取込評価物質は、ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群10を第1細胞培養基材11に播種した後に、添加するものであってもよく(例えば、図3(A))、皮膚モデル1を作製後に、第1細胞群10が播種された第1細胞培養基材11に後から添加するものであってもよい(例えば、図2(F))。
In another embodiment, the
本発明において適用し得る色素取込評価物質は、例えばビーズや、メラノソームなどの色素顆粒を用いることができる。ビーズの素材は、色素顆粒の取り込み評価に用いられるものであれば特に限定されず、例えばポリスチレンまたはラテックス製の市販の蛍光ビーズを用いることができる。また、ビーズのサイズは、色素顆粒、例えばメラノソームを模倣するサイズであればよく、例えば0.01μm~10μm、好ましくは0.1μm~5μm、より好ましくは0.5μm~2μm(例えば、約1μm)のものを用いることができる。これにより、第1細胞群による、ビーズの取り込み作用(食作用)を評価することが可能となる。 Pigment uptake evaluation substances that can be applied in the present invention include, for example, beads and pigment granules such as melanosomes. The bead material is not particularly limited as long as it can be used for evaluation of uptake of pigment granules. For example, commercially available fluorescent beads made of polystyrene or latex can be used. Also, the size of the beads may be any size that mimics pigment granules, such as melanosomes, for example, 0.01 μm to 10 μm, preferably 0.1 μm to 5 μm, more preferably 0.5 μm to 2 μm (eg, about 1 μm). can be used. This makes it possible to evaluate bead uptake (phagocytosis) by the first cell group.
本発明において適用し得る色素取込評価物質、例えばメラノソームは、メラノサイトから調製することができる。例えば、メラノサイトの培養上清に分泌されるものであってもよく、メラノサイトをホモジナイズし、メラノソームに富む画分を回収することによって調製し得る。これらの方法によって回収したメラノソームを第1細胞群に適用し、メラノソームの取り込み作用(食作用)を評価することができる。 Pigment uptake evaluation substances applicable in the present invention, such as melanosomes, can be prepared from melanocytes. For example, it may be secreted into the culture supernatant of melanocytes, and may be prepared by homogenizing melanocytes and collecting a melanosome-rich fraction. Melanosomes collected by these methods can be applied to the first cell group to evaluate melanosome uptake (phagocytosis).
本発明によって提供される皮膚モデル1は、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞が直接または間接的に作用し、皮膚の色素沈着を形成する要因、例えば、ケラチノサイトの過増殖、過剰分化、又は色素取込評価物質の取り込みや、メラノサイトによるメラニンの産生など、様々な要因を評価することができる。また、皮膚モデル1において、「色素沈着の指標」を測定し、解析することによって、色素沈着に影響を及ぼす因子についても評価することができる。
In the
本発明の皮膚モデル1を用いることによって、例えば、皮膚の色素沈着を治療または予防するための評価対象としての候補因子を評価することが可能となる。
By using the
<皮膚の色素沈着を治療または予防するための因子の評価方法>
本発明は、皮膚モデルを用いた、皮膚の色素沈着を治療または予防するための因子の評価方法を提供することができる。一実施態様において、本発明の方法は、
(1)ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群が播種された第1細胞培養基材の上方に、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞を含む第2細胞群が播種された多孔膜を有する第2細胞培養基材を配置して、前記第1細胞群と前記第2細胞群とを共培養し、皮膚モデルを作製する工程であって、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、工程;
(2)前記皮膚モデルに、候補因子を適用して培養する工程;
(3)前記工程(2)で得られる第1細胞群の色素沈着の指標を解析し、前記候補因子の治療または予防効果を評価する工程、
を含んでいる。
<Method for evaluating factors for treating or preventing skin pigmentation>
The present invention can provide methods for evaluating factors for treating or preventing skin pigmentation using skin models. In one embodiment, the method of the invention comprises:
(1) Above the first cell culture substrate seeded with the first cell group containing keratinocytes and / or melanocytes, the second cell group containing fibroblasts damaged by light irradiation is seeded Porous A step of placing a second cell culture substrate having a membrane and co-cultivating the first cell group and the second cell group to prepare a skin model,
exchanging soluble components between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane;
(2) applying a candidate factor to the skin model and culturing;
(3) analyzing the pigmentation index of the first cell group obtained in the step (2) to evaluate the therapeutic or preventive effect of the candidate factor;
contains.
一実施態様において、候補因子は、例えば、低分子化合物、ペプチド、核酸、タンパク質、哺乳動物(例えば、マウス、ラット、ブタ、ウシ、ヒツジ、サル、ヒトなど)の細胞、組織抽出物又は細胞培養上清、植物由来の化合物又は抽出物(例えば、生薬エキス、生薬由来の化合物)、及び微生物由来の化合物若しくは抽出物又は培養産物などであってもよい。 In one embodiment, the candidate agent is, for example, a small molecule compound, peptide, nucleic acid, protein, mammalian (eg, mouse, rat, porcine, bovine, ovine, monkey, human, etc.) cell, tissue extract, or cell culture. It may be a supernatant, plant-derived compounds or extracts (eg, crude drug extracts, crude drug-derived compounds), and microorganism-derived compounds or extracts or culture products.
一実施態様において、候補因子CAは、図1(D)、図2(D)および図3(D)で示されるように、任意の細胞、例えば、間葉系幹細胞を含む線維芽細胞の前駆細胞、線維芽細胞(例えば、光照射による損傷を受けていない線維芽細胞、または光照射による損傷が低い線維芽細胞)等であってもよい。本明細書において、「光照射による損傷を受けていない線維芽細胞」または「光照射による損傷が低い線維芽細胞」とは、上記の光照射工程が実施されていない線維芽細胞であり、上記の「光照射による損傷が与えられた線維芽細胞」よりも、老化レベルが低い線維芽細胞をいう。 In one embodiment, the candidate factor CA is any cell, e.g., fibroblast precursors, including mesenchymal stem cells, as shown in Figures 1(D), 2(D) and 3(D). Cells, fibroblasts (eg, fibroblasts that are not damaged by light irradiation, or fibroblasts that are less damaged by light irradiation), and the like may be used. As used herein, the term "fibroblasts not damaged by light irradiation" or "fibroblasts less damaged by light irradiation" refers to fibroblasts that have not been subjected to the light irradiation step. It refers to fibroblasts with a lower level of senescence than "fibroblasts damaged by light irradiation".
候補物質を皮膚モデル1に添加し、所望の期間培養後、皮膚モデル1における色素沈着の指標を解析することによって、候補物質による色素沈着の治療または予防効果を評価することができる。例えば、候補物質を非添加、または色素沈着の治療または予防効果を有しない任意の物質を添加した皮膚モデル1の色素産生および/または色素沈着の度合いと比較し、候補物質を添加した皮膚モデル1における色素沈着の指標が改善した場合、その候補物質は、色素沈着の治療または予防効果を有するものと評価することができる。
By adding a candidate substance to the
「色素沈着の指標」としては、例えば、含有色素量の違い、ターンオーバーレベル(例えば、分化マーカーの発現の変化)、色素取込評価物質の凝集若しくは拡散、細胞形質の不均一性、メラニン合成因子(例えば、メラノサイトにおけるチロシナーゼ(TYR);チロシナーゼ関連タンパク質1(TYRP1);ドーパクロムトートメラーゼ(DCT);又は小眼球症関連転写因子(MITF))、あるいはケラチノサイトにおけるエンドセリン1(ET1);又は幹細胞因子(SCF1))の発現、分化又は増殖能の増進(例えば、Ki67など)、色素顆粒の分布差発現、あるいはケラチノサイトの食作用増進などを指標とすることができるが、これに限定されない。 Examples of "pigmentation index" include, for example, difference in amount of pigment contained, turnover level (e.g., change in expression of differentiation marker), aggregation or diffusion of pigment uptake evaluation substance, heterogeneity of cytoplasm, melanin synthesis factors (e.g., tyrosinase (TYR) in melanocytes; tyrosinase-related protein 1 (TYRP1); dopachrome tautomerase (DCT); or microphthalmia-associated transcription factor (MITF)), or endothelin 1 (ET1) in keratinocytes; or stem cells. Expression of a factor (SCF1)), enhancement of differentiation or proliferation ability (eg, Ki67), differential expression of pigment granules, enhancement of phagocytosis of keratinocytes, and the like can be used as indicators, but are not limited thereto.
本明細書において「色素産生」とは、皮膚モデル1がメラノサイトを含む場合、メラノサイトが産生する色素、例えば、メラニン色素の産生をいう。色素産生量は、例えば皮膚モデル、特に第1細胞群(ケラチノサイトおよびメラノサイト)からメラニン色素を抽出して、405nmの吸光度を測定することによってメラニン量を求めることができる。また、色素産生量は、例えば皮膚モデル、特に第1細胞群(ケラチノサイトおよびメラノサイト)に含まれるメラニンまたはそれをコードする核酸量(例えばmRNA量)を、ELISA法、フローサイトメーター法、ウエスタンブロット法、免疫組織化学法、qPCR法等の方法を用いることによって測定することができるが、これに限定されない。
As used herein, “pigmentation” refers to the production of pigments produced by melanocytes, such as melanin pigments, when the
本明細書において、「色素沈着の度合い」とは、可視光下における皮膚モデル、特に第1細胞群の色の明度をいう。本発明の皮膚モデル1がメラノサイトを含む場合、メラノサイトが産生するメラニン量に依存して明度が変化する。そのため、メラニン量が多くなると明度が低下し、皮膚モデル1の第1細胞群10は濃い色を呈する。逆にメラニン量が低下すると明度が上昇し、皮膚モデル1の第1細胞群10は淡い色を呈する。すなわち、皮膚モデル1の色の明度を比較することによって、添加される候補物質による色素沈着の治療または予防効果を評価することができる。明度は、皮膚モデル1の第1細胞群10を画像として記録し、公知の画像測定手段を用いることによって定量することができる。
As used herein, the term "degree of pigmentation" refers to the brightness of the color of the skin model, particularly the first cell group, under visible light. When the
一実施態様において、本発明の方法は、前記工程(1)の前に、色素取込評価物質を前記第1細胞群に添加する工程をさらに含み、前記工程(3)において、前記色素取込評価物質を前記第1細胞群へ取り込む度合いを前記色素沈着の指標とすることにより、皮膚の色素沈着を治療または予防するための因子を評価するものであってもよい(例えば、図3(A))。 In one embodiment, the method of the present invention further comprises the step of adding a dye uptake evaluation substance to the first cell group before step (1), and in step (3), the dye uptake A factor for treating or preventing skin pigmentation may be evaluated by using the degree of incorporation of the evaluation substance into the first cell group as an indicator of the pigmentation (for example, FIG. 3 (A )).
また、一実施態様において、本発明の方法は、前記工程(2)の後に、色素取込評価物質を前記第1細胞群に添加する工程をさらに含み、前記工程(3)において、前記色素取込評価物質を前記第1細胞群へ取り込む度合いを前記色素沈着の指標とすることにより、皮膚の色素沈着を治療または予防するための因子を評価するものであってもよい(例えば、図2(F))。 In one embodiment, the method of the present invention further comprises the step of adding a dye uptake evaluation substance to the first cell group after the step (2), and in the step (3), the dye uptake A factor for treating or preventing skin pigmentation may be evaluated by using the degree of incorporation of the evaluation substance into the first cell group as an indicator of the pigmentation (for example, FIG. 2 ( F)).
以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below based on examples, but these are not intended to limit the present invention in any way.
1.使用した材料及び実験方法
1-1.表皮細胞の培養
1. Materials used and experimental methods 1-1. Culture of epidermal cells
正常ヒト表皮メラノサイト(Kurabo)は、ヒトメラノサイト増殖サプリメント(HMGS-2)を添加した培地Medium254(Thermo Fisher Scientific)で培養した。正常ヒト表皮ケラチノサイト(Kurabo)は、ケラチノサイト成長サプリメント(EDGS)を添加した60μMカルシウムを含むEpilife(登録商標)培地(Thermo Fisher Scientific)で培養した。 Normal human epidermal melanocytes (Kurabo) were cultured in medium Medium 254 (Thermo Fisher Scientific) supplemented with human melanocyte growth supplement (HMGS-2). Normal human epidermal keratinocytes (Kurabo) were cultured in Epilife® medium (Thermo Fisher Scientific) containing 60 μM calcium supplemented with keratinocyte growth supplement (EDGS).
1-2.線維芽細胞の培養およびPUVA 処理 1-2. Culture of fibroblasts and PUVA treatment
正常ヒト線維芽細胞(Cell Research Corp)を10%牛胎児血清含有Dulbecco’s Modified Eagle Medium(以下、10%DMEM))で培養し、T25フラスコにそれぞれ3×105 cells播種した。細胞密度が100%コンフルエントになる前に光増感剤・ソラレン(終濃度25ng/mL)を加えた10%DMEMに置換し、培養した。24時間後に4mLのPBSで膨潤させた後、PBSを取り除き、ソラレン(終濃度25ng/mL)を加えた1mL PBSに置換した状態で6J/cm2 UVA照射を行った(以下、「PUVA処理」)。その後、4mLのPBSで膨潤させた後、PBSを取り除き、10%DMEMに置換した後、3日間培養し、培養上清と細胞をそれぞれ回収した。PUVA未処理の同一ドナー由来線維芽細胞を上記PUVA処理線維芽細胞に対するコントロールとして用いた。 Normal human fibroblasts (Cell Research Corp.) were cultured in 10% fetal bovine serum-containing Dulbecco's Modified Eagle Medium (hereinafter referred to as 10% DMEM) and seeded at 3×10 5 cells in each T25 flask. Before the cell density reached 100% confluency, the cells were replaced with 10% DMEM containing a photosensitizer, psoralen (final concentration: 25 ng/mL), and cultured. After swelling with 4 mL of PBS after 24 hours, the PBS was removed and replaced with 1 mL PBS containing psoralen (final concentration 25 ng/mL), followed by 6 J/cm 2 UVA irradiation (hereinafter, “PUVA treatment”). ). Then, after swelling with 4 mL of PBS, the PBS was removed and replaced with 10% DMEM, followed by culturing for 3 days, and the culture supernatant and cells were collected. The same donor-derived fibroblasts without PUVA treatment were used as a control for the PUVA-treated fibroblasts.
1-3.表皮細胞及び線維芽細胞二層培養モデルの作製 1-3. Preparation of epidermal cell and fibroblast bilayer culture model
ケラチノサイトもしくはメラノサイトを6wellプレートにそれぞれ1x105 cells播種し、24時間ほど培養することで細胞を接着させた(図1(A))。その後、カルチャーインサート上にPUVA処理3日後もしくは未処理の線維芽細胞を1ウェルあたり1×104 cells播種した。表皮細胞にシミ部位様の変化を誘導するため、PUVA処理線維芽細胞と3~5日間共培養した。ケラチノサイトにおける色素顆粒の分布差検討を行う場合は、共培養開始時に蛍光ビーズもしくは色素顆粒を添加した(図3(A))。疑似シミ部位表皮細胞が誘導された後、カルチャーインサート上に、最初に播種したPUVA処理線維芽細胞の数に対し1/10、1/5、1/2、又は等量の治療用線維芽細胞(図1(D)、図2(D)又は図3(D)の「non-PUVA-FB」に相当)を加え、更に3~5日間培養し、疑似シミ部位表皮細胞における線維芽細胞の治療効果の検討を行った。ケラチノサイトにおける食作用検討を行う場合は、治療用線維芽細胞と同時に蛍光ビーズ(Polysciences Inc.、Cat.#19507)もしくは色素顆粒(30a)を添加した(図2(F))。培養には、線維芽細胞培養培地である10%DMEM、メラノサイトの培養培地であるM254、ケラチノサイトの培養培地であるEpiLifeを1:1:1で混合したものを用いた。 Keratinocytes or melanocytes were seeded on a 6-well plate at 1×10 5 cells, respectively, and cultured for about 24 hours to allow the cells to adhere (FIG. 1(A)). Thereafter, 1×10 4 cells per well of fibroblasts 3 days after PUVA treatment or untreated were seeded on the culture insert. To induce stain-like changes in epidermal cells, they were co-cultured with PUVA-treated fibroblasts for 3-5 days. When examining the difference in distribution of pigment granules in keratinocytes, fluorescent beads or pigment granules were added at the start of co-culture (Fig. 3(A)). 1/10, 1/5, 1/2, or an equivalent amount of therapeutic fibroblasts relative to the number of PUVA-treated fibroblasts initially seeded onto the culture insert after pseudostained epidermal cells were induced. (Corresponding to "non-PUVA-FB" in FIG. 1 (D), FIG. 2 (D) or FIG. 3 (D)) was added and further cultured for 3 to 5 days. We investigated the therapeutic effect. When phagocytosis in keratinocytes was examined, fluorescent beads (Polysciences Inc., Cat. #19507) or pigment granules (30a) were added at the same time as therapeutic fibroblasts (Fig. 2(F)). A 1:1:1 mixture of 10% DMEM as a fibroblast culture medium, M254 as a melanocyte culture medium, and EpiLife as a keratinocyte culture medium was used for the culture.
1-4.免疫抗体染色 1-4. Immunoantibody staining
上記二層培養モデルの6wellプレートから培地を除去し、PBS洗浄した後、4%パラホルムアルデヒド(Wako)を添加し、室温で約1時間静置することで細胞を固定した。その後、PBSで3回洗浄後、免疫実験用ブロッキング剤・イムノブロック(登録商標)(DS ファーマバイオメディカル株式会社)を1ウェルあたり1mL添加し、室温に1時間静置した。その後、PBSで3回洗浄後、1次抗体Ki67(Abcam)またはP63(Abcam)を希釈液(1% BSA-PBS)で1:100で希釈し、固定細胞に添加し、4℃に一晩静置した。PBS洗浄を3回行った後、2次抗体Alexa Fluor(登録商標)488(Abcam)を1:1000の比率で希釈後、固定細胞に添加し、室温にて1時間静置した。再度PBSで3回洗浄した後、0.1% Hoechst(登録商標) 33342(Thermo Fisher ScientificInc.)-PBS溶液を500μl加えて、37℃、5% CO2条件下で15分間インキュベートし、細胞核を染色した。その後、PBSで3回洗浄し、顕微鏡による蛍光観察および画像撮影を行った。免疫蛍光染色の結果はLSM700レーザースキャン共焦点顕微鏡で観察し、Zen2011ソフトウェア(Carl Zeiss)で画像を得た。4回の独立した実験を行った後、代表的な写真を結果として示した。 The medium was removed from the 6-well plate of the bilayer culture model, washed with PBS, added with 4% paraformaldehyde (Wako), and allowed to stand at room temperature for about 1 hour to fix the cells. Then, after washing three times with PBS, 1 mL of a blocking agent for immunological experiments, Immunoblock (registered trademark) (DS Pharma Biomedical Co., Ltd.) was added per well and allowed to stand at room temperature for 1 hour. Then, after three washes with PBS, primary antibody Ki67 (Abcam) or P63 (Abcam) was diluted 1:100 in diluent (1% BSA-PBS) and added to fixed cells overnight at 4°C. left undisturbed. After washing with PBS three times, the secondary antibody Alexa Fluor (registered trademark) 488 (Abcam) was diluted at a ratio of 1:1000, added to the fixed cells, and allowed to stand at room temperature for 1 hour. After washing again with PBS three times, 500 μl of 0.1% Hoechst (registered trademark) 33342 (Thermo Fisher Scientific Inc.)-PBS solution was added and incubated at 37° C., 5% CO 2 for 15 minutes to remove cell nuclei. dyed. After that, the cells were washed with PBS three times, and fluorescence observation and imaging were performed using a microscope. Immunofluorescence staining results were observed with an LSM700 laser scanning confocal microscope and images were acquired with Zen2011 software (Carl Zeiss). Representative pictures are shown as results after four independent experiments.
β-Galによる老化指標の評価にはCellular Senescence Detection Kit - SPiDER-βGal(株式会社同仁化学研究所)を製造者の指示に従い使用した。上記二層培養モデルの6wellプレートから培地を除去し、HBSSで洗浄した後、Bafilomycin A1 working solutionを1ml加え、37℃の5% CO2インキュベーター内に1時間静置した。続いてSPiDER-βGal working solutionを1ml加え、37℃の5% CO2インキュベーター内に30分静置した。上清を除去し、HBSSで2回洗浄後、蛍光顕微鏡で観察した。4回の独立した実験を行った後、代表的な写真を結果として示した。 Cellular Senescence Detection Kit-SPiDER-βGal (Dojindo Laboratories) was used for evaluation of aging index by β-Gal according to the manufacturer's instructions. After removing the culture medium from the 6-well plate of the two-layer culture model and washing with HBSS, 1 ml of Bafilomycin A1 working solution was added, and the plate was allowed to stand in a 5% CO 2 incubator at 37° C. for 1 hour. Subsequently, 1 ml of SPiDER-βGal working solution was added, and the mixture was allowed to stand in a 5% CO 2 incubator at 37° C. for 30 minutes. The supernatant was removed, washed twice with HBSS, and observed under a fluorescence microscope. Representative pictures are shown as results after four independent experiments.
1-5.フォンタナマッソン染色(FM染色) 1-5. Fontana Masson staining (FM staining)
メラニン顆粒の検出には、Fontana-Masson Stain Kit (ScyTek)による組織染色を用いた。Fontana-Masson Stain Kit 付属のSilver Solutionを超純水で4倍希釈した溶液に少量の水酸化アンモニウム(Wako)を滴下した後、60℃まで加温して線維芽細胞により刺激を加えたケラチノサイトに添加し、45分間室温に静置した。その後、添加していたSilver Solution を水で洗い流し、よく水分を除いてから、Kit付属のGold Chloride Solution(塩化金溶液)を添加し室温で30秒間反応させた。さらに、Gold Chloride Solutionを水で洗い流した後、Kit付属のSodiumThiosulfate Solution(チオ硫酸ナトリウム)を添加し2分間室温で静置した。最後にThiosulfate Solutionを水で洗い流した後、Kit付属のNuclear Fast Red Solutionを添加し室温で10分間静置することで核染色を行った。染色後のサンプルはMount-Quickで封入し顕微鏡による観察と写真撮影を行った。撮影した写真からメラニン顆粒の面積を定量する際には画像解析ソフトImageJ(NIH)を用いた。
Tissue staining with Fontana-Masson Stain Kit (ScyTek) was used to detect melanin granules. After adding a small amount of ammonium hydroxide (Wako) dropwise to a solution obtained by diluting the Silver Solution attached to the Fontana-
1-6.RT-PCR 1-6. RT-PCR
全てのRNAをRNeasy Mini Kit(Qiagen)を用いて抽出した。total RNA 200ngを、PrimeScript RT Reagent Kit(Takara)を用いて逆転写した。PCRは、PrimeScript RT-PCR Kit(Takara)を用いて実施した。線維芽細胞処理後のケラチノサイトにおけるKi67、P63、P16、P21及びGAPDHの遺伝子発現を、RT-PCRアッセイにより解析した。PCRの結果は3回の独立した実験により得た。 Total RNA was extracted using the RNeasy Mini Kit (Qiagen). 200 ng of total RNA was reverse transcribed using PrimeScript RT Reagent Kit (Takara). PCR was performed using PrimeScript RT-PCR Kit (Takara). Gene expression of Ki67, P63, P16, P21 and GAPDH in keratinocytes after fibroblast treatment was analyzed by RT-PCR assay. PCR results were obtained in three independent experiments.
1-7.メラニンリッチ画分の精製 1-7. Purification of the melanin-rich fraction
正常ヒトメラノサイトを、10cmディッシュに、2×106 cells/dishの濃度で播種し、24時間培養した後に培地を回収した。回収した培地は遠心分離(室温、2,000×g、10分間)によって浮遊メラノサイトと色素顆粒を沈殿させ、上清を除去した後に1mlの培地で再懸濁した。懸濁液を再び遠心(室温、20,000×g、5分間)、及び上清除去した後、生じたペレットを1mlの培地で懸濁し、6cm ディッシュに取り付けたハンギングセルカルチャーインサート(6-well ミリセル 8mm PET)(Millipore, Billerica, MA)に加え、フィルターを通して残った浮遊細胞を除去した。集めた培地は遠心(室温、20,000×g、5分間)し、単離メラノソームとして用いた。ペレットは少量の培地に懸濁し、TLR刺激を加えたケラチノサイトの培養培地中に添加し24時間培養した後に、免疫蛍光染色でメラノソーム取り込みを確認した。 Normal human melanocytes were seeded in a 10-cm dish at a concentration of 2×10 6 cells/dish, cultured for 24 hours, and then the medium was collected. The recovered medium was centrifuged (room temperature, 2,000×g, 10 minutes) to sediment floating melanocytes and pigment granules, and after removing the supernatant, it was resuspended in 1 ml of medium. After centrifuging the suspension again (room temperature, 20,000 × g, 5 minutes) and removing the supernatant, the resulting pellet was suspended in 1 ml of medium and placed in a hanging cell culture insert (6-well Millicell 8 mm PET) (Millipore, Billerica, Mass.) and passed through a filter to remove remaining floating cells. The collected medium was centrifuged (room temperature, 20,000×g, 5 minutes) and used as isolated melanosomes. The pellet was suspended in a small amount of medium, added to a culture medium for TLR-stimulated keratinocytes, cultured for 24 hours, and then melanosome uptake was confirmed by immunofluorescence staining.
1-8.単離メラノソームの精製 1-8. Purification of isolated melanosomes
コンフルエント状態のメラノサイトを回収し、ホモジナイゼーションバッファー(0.25Mスクロース、10mM HEPES-KOH(pH 7.2)、1mM 2-メルカプトエタノール、1mM EDTA、EDTAフリープロテアーゼインヒビターカクテル)でホモジナイズした。25Gの針を15回通過させ、遠心分離した(4℃、1000×g、10分間)。上清を回収し、再遠心分離(4℃、10,000×g、10分間)した後、沈殿物をホモジナイゼーションバッファーで2回洗浄し、再度遠心分離した(4℃、10,000×g、10分間)。ペレットをホモジナイゼーションバッファーで再懸濁し、メラノソームに富む画分として直ちに使用した。 Confluent melanocytes were harvested and homogenized with homogenization buffer (0.25 M sucrose, 10 mM HEPES-KOH (pH 7.2), 1 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM EDTA, EDTA-free protease inhibitor cocktail). 15 passes through a 25 G needle and centrifuged (4° C., 1000×g, 10 minutes). After collecting the supernatant and re-centrifuging (4°C, 10,000 x g, 10 min), the pellet was washed twice with homogenization buffer and centrifuged again (4°C, 10,000 x g for 10 minutes). The pellet was resuspended in homogenization buffer and used immediately as the melanosome-enriched fraction.
1-9.統計処理 1-9. statistical processing
統計処理はGraph Pad Prism 5(Graph Pad Software, La Jolla, CA)を用い、一次元配置分散分析によって行った。p<0.05の時に統計学的優位差があると判断し、その程度はそれぞれ以下のアスタリスク表記により示した。(*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001)すべての実験は3回以上繰り返し、再現性の確認を行った。 Statistical processing was performed by one-dimensional analysis of variance using Graph Pad Prism 5 (Graph Pad Software, La Jolla, Calif.). When p<0.05, it was judged that there was a statistically significant difference, and the degree was indicated by the following asterisk notation. (*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001) All experiments were repeated at least three times to confirm reproducibility.
2.結果 2. result
2-1.表皮細胞の分化・増殖検討
ケラチノサイトの分化・増殖レベルの変化を確認するため、PUVA FbもしくはPUVA Fbに非照射Fbを加えた細胞群と共培養したケラチノサイトを用い、免疫蛍光染色によって分化マーカーp63と増殖マーカーKi67陽性細胞比率を算出した。その結果、p63及びKi67陽性細胞は治療群で減少を示し(図4)、それぞれの遺伝子発現もPUVA Fbのみ存在下に対し1~2割ほどの発現量に留まった(図5)。以上の結果から、シミ部位でしばしば観察されるケラチノサイトの異常増殖や分化細胞の増加による表皮の肥厚が非照射Fbによって抑制されることが示された。
2-1. Differentiation/proliferation study of epidermal cells In order to confirm changes in the level of differentiation/proliferation of keratinocytes, keratinocytes co-cultured with PUVA Fb or a group of PUVA Fb plus non-irradiated Fb were used, and immunofluorescent staining was performed to identify the differentiation marker p63. Proliferation marker Ki67-positive cell ratio was calculated. As a result, p63- and Ki67-positive cells decreased in the treated group (Fig. 4), and the expression levels of the respective genes remained at about 10-20% of that in the presence of PUVA Fb alone (Fig. 5). From the above results, it was shown that non-irradiated Fb suppresses epidermal thickening caused by abnormal proliferation of keratinocytes and an increase in differentiated cells, which are often observed in spots.
2-2.表皮細胞の貪食能検討
ケラチノサイトの貪食能に対するPUVA処理線維芽細胞(PUVA Fb)及び治療用線維芽細胞(非照射Fb)との共培養の影響を検討するため、蛍光ビーズ及びメラノサイトから単離したメラノソームをケラチノサイトに添加した。蛍光測定及びフォンタナマッソン染色で定量化した結果、蛍光ビーズ、単離メラノソーム両方で、非照射Fb容量依存的にケラチノサイト内への取り込み減少が確認された(図6)。以上の結果により、ケラチノサイトにおいて恒常的に行われている貪食及びメラノソーム特異的な取り込みが非照射Fbによって抑制されることが示された。
2-2. Phagocytosis of Epidermal Cells To investigate the effect of co-culture with PUVA-treated fibroblasts (PUVA Fb) and therapeutic fibroblasts (non-irradiated Fb) on the phagocytosis of keratinocytes isolated from fluorescent beads and melanocytes Melanosomes were added to keratinocytes. As a result of quantification by fluorescence measurement and Fontana-Masson staining, both fluorescent beads and isolated melanosomes confirmed a dose-dependent decrease in non-irradiated Fb uptake into keratinocytes (Fig. 6). These results indicated that non-irradiated Fb inhibits phagocytosis and melanosome-specific uptake that are constantly occurring in keratinocytes.
2-3.表皮細胞内のメラノソーム局在変化検討
ケラチノサイト内に存在するメラノソーム局在を確認するため、等量のメラノソームをケラチノサイトに取り込ませた後にPUVA Fb及びPUVA Fbに非照射Fbを添加した細胞群と共培養を行い、局在変化を確認した。その結果、PUVA Fbのみ存在下では過剰なメラノソームが細胞質内全体に拡散しているケラチノサイトが部分的に局在し、色ムラを生じさせていることが判明した(図7)。それに対して非照射Fb添加群では、メラノソームは均一に分布し、ムラの形成が抑制されていた。
2-3. Examination of changes in localization of melanosomes in epidermal cells In order to confirm the localization of melanosomes present in keratinocytes, an equal amount of melanosomes was incorporated into keratinocytes, and then co-cultured with PUVA Fb and a group of cells to which non-irradiated Fb was added to PUVA Fb. was performed to confirm the localization change. As a result, it was found that in the presence of PUVA Fb alone, keratinocytes, in which excessive melanosomes are diffused throughout the cytoplasm, are partially localized, causing uneven coloring (Fig. 7). On the other hand, in the non-irradiated Fb-added group, melanosomes were uniformly distributed and the formation of unevenness was suppressed.
各ケラチノサイトの老化レベルを評価するため、βガラクトシダーゼのタンパク発現や老化マーカーp16、p21の遺伝子発現を測定した結果、非照射Fbの添加がケラチノサイトの老化レベルを低下させることが判明した(図8、図9)。また、βガラクトシダーゼの発現量が多いケラチノサイトにおいて、メラノソーム過剰蓄積が観察された。 In order to evaluate the senescence level of each keratinocyte, the protein expression of β-galactosidase and the gene expression of the senescence markers p16 and p21 were measured. Figure 9). In addition, melanosome hyperaccumulation was observed in keratinocytes with high expression of β-galactosidase.
1、1a、1b 皮膚モデル
10 第1細胞群
11 第1細胞培養基材
12 第1培地
20 第2細胞群
21 第2細胞培養基材
22 多孔膜
23 第2培地
30a、30b 色素顆粒
RD 光照射
FB 線維芽細胞
bFB 光照射による損傷を受けた線維芽細胞
KC ケラチノサイト
MC メラノサイト
CA 候補物質
1, 1a,
Claims (19)
前記第1細胞群の上方に配置され、多孔膜を有する第2細胞培養基材に播種された線維芽細胞を含む第2細胞群と;
を含む、皮膚モデルであって、
前記線維芽細胞は、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞であり、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、
皮膚モデル。 a first cell group comprising keratinocytes and/or melanocytes seeded on the first cell culture substrate;
a second cell group containing fibroblasts arranged above the first cell group and seeded on a second cell culture substrate having a porous membrane;
A skin model comprising
The fibroblasts are fibroblasts that have been damaged by light irradiation,
soluble components are exchanged between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane;
skin model.
ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群が播種された第1細胞培養基材の上方に、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞を含む第2細胞群が播種された多孔膜を有する第2細胞培養基材を配置して、前記第1細胞群と前記第2細胞群とを共培養する工程であって、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、工程
を含む、方法。 A method for manufacturing a skin model, comprising:
Above the first cell culture substratum seeded with the first cell group containing keratinocytes and/or melanocytes, the porous membrane is seeded with the second cell group containing fibroblasts damaged by light irradiation. A step of placing a second cell culture substrate and co-cultivating the first cell group and the second cell group,
wherein soluble components are exchanged between a first medium for culturing the first population of cells and a second medium for culturing the second population of cells via the porous membrane.
(1)ケラチノサイト及び/又はメラノサイトを含む第1細胞群が播種された第1細胞培養基材の上方に、光照射により損傷が与えられた線維芽細胞を含む第2細胞群が播種された多孔膜を有する第2細胞培養基材を配置して、前記第1細胞群と前記第2細胞群とを共培養し、皮膚モデルを作製する工程であって、
前記多孔膜を介して、前記第1細胞群を培養する第1培地と、前記第2細胞群を培養する第2培地との間で可溶性成分が交換される、工程;
(2)前記皮膚モデルに、候補因子を適用して培養する工程;
(3)前記工程(2)で得られる第1細胞群の色素沈着の指標を解析し、前記候補因子の治療または予防効果を評価する工程、
を含む、方法。 A method of evaluating a factor for treating or preventing skin pigmentation, comprising:
(1) Above the first cell culture substrate seeded with the first cell group containing keratinocytes and / or melanocytes, the second cell group containing fibroblasts damaged by light irradiation is seeded Porous A step of placing a second cell culture substrate having a membrane and co-cultivating the first cell group and the second cell group to prepare a skin model,
exchanging soluble components between a first medium for culturing the first cell group and a second medium for culturing the second cell group via the porous membrane;
(2) applying a candidate factor to the skin model and culturing;
(3) analyzing the pigmentation index of the first cell group obtained in the step (2) to evaluate the therapeutic or preventive effect of the candidate factor;
A method, including
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