JP2023100226A - Method for producing differentiated smooth muscle cell - Google Patents

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亮介 原
Ryosuke Hara
桂太郎 松本
Keitaro Matsumoto
武 永安
Takeshi Nagayasu
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Nagasaki University NUC
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Abstract

To provide a method for producing a differentiated smooth muscle cell having a contractile ability from a mesenchymal stem cell.SOLUTION: The present invention provides a method for producing a differentiated smooth muscle cell from a mesenchymal stem cell, including the steps of (1) culturing a mesenchymal stem cell in a medium containing an MEK inhibitor and a transforming growth factor β1 and (2) recovering a cell population with the proportion of cells expressing desmin and/or smooth muscle myosin heavy chains being 20% or more.SELECTED DRAWING: None

Description

特許法第30条第2項適用申請有り (1)第20回日本再生医療学会総会のWeb抄録集 https://site2.convention.co.jp/20jsrm/program/index.html 掲載日 令和3年3月5日 (2)第20回日本再生医療学会総会、完全Web開催 https://site2.convention.co.jp/20jsrm/ 掲載日 令和3年3月11日Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) Web abstract collection of the 20th Annual Meeting of the Japanese Society for Regenerative Medicine https://site2. convention. co. jp/20jsrm/program/index. html Posting date: March 5, 2021 (2) The 20th General Assembly of the Japanese Society for Regenerative Medicine, held entirely online https://site2. convention. co. jp/20jsrm/ Posting date March 11, 2021

本発明は、分化型平滑筋細胞の製造方法、および製造された分化型平滑筋細胞の利用に関する。 The present invention relates to a method for producing differentiated smooth muscle cells and use of the produced differentiated smooth muscle cells.

平滑筋細胞は、消化管、尿管、気管、血管といった様々な管腔臓器で認められ、収縮・拡張や蠕動運動に関与するなど、様々な臓器において非常に重要な役割を果たしている。そのため、特に再生医療において、主要な臓器である気道、消化管、膀胱、血管、子宮といった様々な人工臓器作成のために必要とされる細胞である。 Smooth muscle cells are found in various hollow organs such as the gastrointestinal tract, ureter, trachea, and blood vessels, and play very important roles in various organs, such as participating in contraction/dilation and peristalsis. Therefore, especially in regenerative medicine, these cells are necessary for the production of various artificial organs such as major organs such as respiratory tracts, digestive tracts, bladders, blood vessels, and uterus.

臓器再生を行うためには多量の細胞を必要とするが、平滑筋細胞は生体からの単離手順が煩雑であり、採取量も限定的である。そのため、幹細胞からの分化誘導が不可欠である。また、成熟した平滑筋細胞のほとんどは強い収縮能を有する分化型(収縮型)平滑筋細胞であるが、通常の培養環境では、収縮能の弱い脱分化型(合成型)平滑筋細胞に形質変換してしまう。現在までに、間葉系幹細胞から平滑筋細胞への分化誘導法については複数の報告があるものの、確実な方法は示されておらず、分化型平滑筋細胞の分化誘導法については不明である。 Although a large amount of cells are required for organ regeneration, the procedure for isolating smooth muscle cells from living organisms is complicated, and the amount of smooth muscle cells to be collected is limited. Therefore, induction of differentiation from stem cells is essential. In addition, most mature smooth muscle cells are differentiated (contractile) smooth muscle cells with strong contractility, but under normal culture conditions, they are transformed into dedifferentiated (synthetic) smooth muscle cells with weak contractility. convert it. To date, there have been several reports on methods for inducing differentiation from mesenchymal stem cells to smooth muscle cells, but no definite methods have been demonstrated, and methods for inducing differentiation of differentiated smooth muscle cells are unknown. .

本願発明者らは、食道平滑筋細胞と骨髄間葉系幹細胞から作製した三次元培養物を用いて、バイオ3Dプリンターによる人工食道作製に成功し、ラットへの移植手術および術後生存率においても有効性を確認した(非特許文献1)。しかしながら、作製した人工食道の品質には不安定性があり、特に強度の不安定さおよび収縮機能の欠損という課題があった。 The inventors of the present application have succeeded in creating an artificial esophagus with a bio-3D printer using a three-dimensional culture prepared from esophageal smooth muscle cells and bone marrow mesenchymal stem cells, and the survival rate after transplantation into rats and after surgery Effectiveness was confirmed (Non-Patent Document 1). However, the quality of the artificial esophagus produced was unstable, and there were problems such as unstable strength and lack of contractile function.

Takeoka Y, Matsumoto K, Taniguchi D, Tsuchiya T, Machino R, Moriyama M, Oyama S, Tetsuo T, Taura Y, Takagi K, Yoshida T, Elgalad A, Matsuo N, Kunizaki M, Tobinaga S, Nonaka T, Hidaka S, Yamasaki N, Nakayama K, Nagayasu T. PLoS ONE (2019) 14(3), e0211339.Takeoka Y, Matsumoto K, Taniguchi D, Tsuchiya T, Machino R, Moriyama M, Oyama S, Tetsuo T, Taura Y, Takagi K, Yoshida T, Elgalad A, Matsuo N, Kunizaki M, Tobinaga S, Nonaka T, Hidaka S , Yamasaki N, Nakayama K, Nagayasu T. PLoS ONE (2019) 14(3), e0211339.

本発明は、間葉系幹細胞から収縮能を有する分化型平滑筋細胞を製造する方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing differentiated smooth muscle cells having contractility from mesenchymal stem cells.

本発明は、上記の課題を解決するために以下の各発明を包含する。
[1]間葉系幹細胞から分化型平滑筋細胞を製造する方法であって、(1)間葉系幹細胞をMEK阻害剤およびトランスフォーミング増殖因子β1を含有する培地で培養する工程、および(2)デスミンおよび/または平滑筋ミオシン重鎖を発現する細胞の割合が20%以上である細胞集団を回収する工程を含む製造方法。
[2]前記工程(1)において、少なくとも4日間MEK阻害剤およびトランスフォーミング増殖因子β1を含有する培地で培養し、その後トランスフォーミング増殖因子β1を含有するがMEK阻害剤を含有しない培地で培養する、前記[1]に記載の製造方法。
[3]前記工程(1)の培養期間が3週間以上5週間以下である、前記[1]または[2]に記載の製造方法。
[4]前記間葉系幹細胞が、骨髄もしくは脂肪組織から採取した間葉系幹細胞または多能性幹細胞から分化誘導して得られた間葉系幹細胞である、前記[1]~[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]前記間葉系幹細胞が、平滑筋細胞の移植が必要な対象から得られた間葉系幹細胞である、前記[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]前記MEK阻害剤がPD98059である、前記[1]~[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7]前記[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法により分化型平滑筋細胞を製造する工程、得られた分化型平滑筋細胞を三次元培養してスフェロイドを形成させる工程を含む、平滑筋細胞スフェロイドの製造方法。
[8]前記三次元培養において、前記分化型平滑筋細胞に、神経細胞、血管細胞および線維芽細胞から選択される1種以上の細胞を混合してスフェロイドを形成させる、前記[7]に記載の製造方法。
[9]前記[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法により得られた分化型平滑筋細胞、または、前記[7]または[8]に記載の製造方法により得られた平滑筋細胞スフェロイドを含有する、平滑筋損傷治療用医薬組成物。
The present invention includes the following inventions in order to solve the above problems.
[1] A method for producing differentiated smooth muscle cells from mesenchymal stem cells, comprising the steps of (1) culturing mesenchymal stem cells in a medium containing a MEK inhibitor and transforming growth factor β1, and (2) ) A production method comprising the step of recovering a cell population in which the ratio of cells expressing desmin and/or smooth muscle myosin heavy chain is 20% or more.
[2] In step (1), culture in a medium containing MEK inhibitor and transforming growth factor β1 for at least 4 days, then culture in medium containing transforming growth factor β1 but not MEK inhibitor. , the manufacturing method according to the above [1].
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the culture period in step (1) is 3 weeks or more and 5 weeks or less.
[4] The above [1] to [3], wherein the mesenchymal stem cells are mesenchymal stem cells obtained by inducing differentiation from mesenchymal stem cells or pluripotent stem cells collected from bone marrow or adipose tissue. The manufacturing method according to any one of the above.
[5] The production method according to any one of [1] to [4] above, wherein the mesenchymal stem cells are mesenchymal stem cells obtained from a subject in need of smooth muscle cell transplantation.
[6] The production method according to any one of [1] to [5], wherein the MEK inhibitor is PD98059.
[7] A step of producing differentiated smooth muscle cells by the production method according to any one of [1] to [6] above, and a step of three-dimensionally culturing the obtained differentiated smooth muscle cells to form spheroids. A method for producing smooth muscle cell spheroids, comprising:
[8] The above-mentioned [7], wherein in the three-dimensional culture, the differentiated smooth muscle cells are mixed with one or more cells selected from nerve cells, vascular cells, and fibroblasts to form spheroids. manufacturing method.
[9] Differentiated smooth muscle cells obtained by the production method according to any one of [1] to [6] above, or smooth muscle obtained by the production method according to [7] or [8] above A pharmaceutical composition for treating smooth muscle damage, containing cell spheroids.

本発明により、間葉系幹細胞から収縮能を有する分化型平滑筋細胞を製造する方法を提供することができる。本発明の製造方法により製造された分化型平滑筋細胞および該分化型平滑筋細胞により形成されたスフェロイドは、生体移植用平滑筋細胞として平滑筋損傷治療に使用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a method for producing differentiated smooth muscle cells having contractility from mesenchymal stem cells. Differentiated smooth muscle cells produced by the production method of the present invention and spheroids formed from the differentiated smooth muscle cells can be used as smooth muscle cells for transplantation to a living body for treatment of smooth muscle injury.

図1は、実施例1において、ラット骨髄由来間葉系幹細胞(BM-MSC)を6通り(群1~6)の培養条件で培養し、分化型平滑筋細胞マーカー(α-平滑筋アクチン、デスミン、カルポニン、平滑筋ミオシン重鎖)の発現を免疫染色で観察した結果である。スケールバーは100μmを示す。FIG. 1 shows that in Example 1, rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) were cultured under six culture conditions (groups 1 to 6), and differentiated smooth muscle cell markers (α-smooth muscle actin, Desmin, calponin, smooth muscle myosin heavy chain) were observed by immunostaining. Scale bar indicates 100 μm. 図2は、実施例2において、ラットBM-MSCをPD98059およびTGF-β1を含む培地で1週間培養後、分化型平滑筋細胞マーカー(α-平滑筋アクチン、デスミン、カルポニン、平滑筋ミオシン重鎖)の発現を免疫染色で観察した結果である。スケールバーは200μmを示す。FIG. 2 shows that rat BM-MSCs were cultured in a medium containing PD98059 and TGF-β1 for 1 week in Example 2, followed by differentiated smooth muscle cell markers (α-smooth muscle actin, desmin, calponin, smooth muscle myosin heavy chain). ) was observed by immunostaining. Scale bar indicates 200 μm. 図3は、実施例2において、ラットBM-MSCをPD98059およびTGF-β1を含む培地で2週間培養後、分化型平滑筋細胞マーカー(α-平滑筋アクチン、デスミン、カルポニン、平滑筋ミオシン重鎖)の発現を免疫染色で観察した結果である。スケールバーは200μmを示す。FIG. 3 shows that rat BM-MSCs were cultured in a medium containing PD98059 and TGF-β1 for 2 weeks in Example 2, and then differentiated smooth muscle cell markers (α-smooth muscle actin, desmin, calponin, smooth muscle myosin heavy chain ) was observed by immunostaining. Scale bar indicates 200 μm. 図4は、実施例2において、ラットBM-MSCをPD98059およびTGF-β1を含む培地で3週間培養後、分化型平滑筋細胞マーカー(α-平滑筋アクチン、デスミン、カルポニン、平滑筋ミオシン重鎖)の発現を免疫染色で観察した結果である。スケールバーは200μmを示す。FIG. 4 shows that rat BM-MSCs were cultured in a medium containing PD98059 and TGF-β1 for 3 weeks in Example 2, and then differentiated smooth muscle cell markers (α-smooth muscle actin, desmin, calponin, smooth muscle myosin heavy chain ) was observed by immunostaining. Scale bar indicates 200 μm. 図5は、実施例2において、ラットBM-MSCをPD98059およびTGF-β1を含む培地で4週間培養後、分化型平滑筋細胞マーカー(α-平滑筋アクチン、デスミン、カルポニン、平滑筋ミオシン重鎖)の発現を免疫染色で観察した結果である。スケールバーは200μmを示す。FIG. 5 shows that in Example 2, rat BM-MSCs were cultured in a medium containing PD98059 and TGF-β1 for 4 weeks, followed by differentiation of differentiated smooth muscle cell markers (α-smooth muscle actin, desmin, calponin, smooth muscle myosin heavy chain). ) was observed by immunostaining. Scale bar indicates 200 μm. 図6は、ラットBM-MSCをPD98059およびTGF-β1を含む培地で1週間、2週間、3週間、4週間培養した細胞、またはPD98059およびTGF-β1を含む培地で1週間培養後TGF-β1を含む培地でさらに3週間培養した細胞について分化型平滑筋細胞マーカー(α-平滑筋アクチン、デスミン、カルポニン、平滑筋ミオシン重鎖)の発現を免疫染色で観察し、各陽性細胞率を比較した結果である。スケールバーは200μmを示す。FIG. 6 shows rat BM-MSCs cultured in medium containing PD98059 and TGF-β1 for 1 week, 2 weeks, 3 weeks, 4 weeks, or TGF-β1 after culturing in medium containing PD98059 and TGF-β1 for 1 week. The expression of differentiated smooth muscle cell markers (α-smooth muscle actin, desmin, calponin, smooth muscle myosin heavy chain) was observed by immunostaining for cells cultured for an additional 3 weeks in a medium containing, and each positive cell rate was compared. This is the result. Scale bar indicates 200 μm. 図7は、実施例3におけるコラーゲンベース細胞収縮アッセイの概要を示す図である。7 is a diagram showing an overview of the collagen-based cell contraction assay in Example 3. FIG. 図8は、実施例3において、無細胞(群1)、基礎培地で培養したラット皮膚線維芽細胞(DF、群2)、基礎培地で培養したラット平滑筋細胞(SMC、群3)、基礎培地で培養したラット間葉系幹細胞(MSC、群4)、PD98059およびトランスフォーミング増殖因子β1(TGF-β1)を含む培地で1週間培養後TGF-β1含有培地でさらに3週間培養したラットBM-MSC(群5)について、細胞収縮アッセイを行った結果である。ET-1(+)およびET-1(-)はエンドセリン-1添加の有無を示す。FIG. 8 shows, in Example 3, cell-free (group 1), rat dermal fibroblasts cultured in basal medium (DF, group 2), rat smooth muscle cells cultured in basal medium (SMC, group 3), basal Rat mesenchymal stem cells (MSCs, group 4) cultured in medium, PD98059 and rat BM- This is the result of performing a cell contraction assay on MSCs (group 5). ET-1(+) and ET-1(-) indicate the presence or absence of endothelin-1 addition. 図9は、実施例3の細胞収縮アッセイにおいて、無細胞あるいは各細胞を含有するコラーゲンゲルの収縮面積を比較した結果である。FIG. 9 shows the results of comparing the contraction area of collagen gels containing no cells or each cell in the cell contraction assay of Example 3. FIG.

〔分化型平滑筋細胞の製造方法〕
本発明は、間葉系幹細胞から分化型平滑筋細胞を製造する方法(以下、「本発明の製造方法」と記す)を提供する。本発明の製造方法は、以下の工程(1)および(2)を含むものであればよい。
(1)間葉系幹細胞をMEK阻害剤およびトランスフォーミング増殖因子β1(以下、「TGF-β1」と記す)を含有する培地で培養する工程、および
(2)デスミン(Desmin)および/または平滑筋ミオシン重鎖(smooth muscle myosin heavy chain、以下「SMMHC」と記す)を発現する細胞の割合が20%以上である細胞集団を回収する工程。
[Method for Producing Differentiated Smooth Muscle Cells]
The present invention provides a method for producing differentiated smooth muscle cells from mesenchymal stem cells (hereinafter referred to as "the production method of the present invention"). The production method of the present invention may include the following steps (1) and (2).
(1) culturing mesenchymal stem cells in a medium containing a MEK inhibitor and transforming growth factor β1 (hereinafter referred to as “TGF-β1”), and (2) desmin and/or smooth muscle A step of recovering a cell population in which the percentage of cells expressing myosin heavy chain (smooth muscle myosin heavy chain, hereinafter referred to as "SMMHC") is 20% or more.

分化型平滑筋細胞は収縮型平滑筋細胞とも称され、強い収縮能を有する成熟した平滑筋細胞を意味し、動脈硬化の血管内で認められる収縮能の弱い脱分化型平滑筋細胞(合成型平滑筋細胞とも称する)と区別される。分化型平滑筋細胞を通常の培養環境で培養すると容易に脱分化を起こし、収縮能の弱い脱分化型平滑筋細胞に変化することが知られている。分化型平滑筋マーカーとしては、α-平滑筋アクチン(α-smooth muscle actin、以下「α-SMA」と記す)、デスミン、カルポニン(Calponin)、SMMHCなどが挙げられる。 Differentiated smooth muscle cells, also called contractile smooth muscle cells, mean mature smooth muscle cells with strong contractile ability, and dedifferentiated smooth muscle cells with weak contractile ability (synthetic Also called smooth muscle cells). It is known that when differentiated smooth muscle cells are cultured in a normal culture environment, they readily undergo dedifferentiation and change into dedifferentiated smooth muscle cells with weak contractility. Differentiated smooth muscle markers include α-smooth muscle actin (hereinafter referred to as “α-SMA”), desmin, calponin, SMMHC and the like.

本発明の製造方法で使用する間葉系幹細胞(Mesenchymal Stem Cell:MSC)は、骨髄や脂肪などの中胚葉性組織(間葉)に由来する体性幹細胞の一種であり、骨、軟骨、脂肪などの中胚葉性組織に分化する能力を有する細胞である。間葉系幹細胞は、特定の遺伝子の発現または非発現を指標に特定することができる。間葉系幹細胞で発現する遺伝子(間葉系幹細胞マーカー)としては、例えば、CD106、CD166、CD29、CD105、CD73、CD44、CD90、CD71、Stro-1などが挙げられる。また、間葉系幹細胞で発現しない遺伝子(ネガティブマーカー)としては、例えば、CD31、CD18、CD56、CD45、CD34、CD14、CD11、CD80,CD86、CD40などが挙げられる。 Mesenchymal stem cells (MSCs) used in the production method of the present invention are a kind of somatic stem cells derived from mesodermal tissues (mesenchyme) such as bone marrow and fat, and are used in bone, cartilage, and fat. Cells that have the ability to differentiate into mesodermal tissues such as. Mesenchymal stem cells can be identified using the expression or non-expression of a specific gene as an index. Genes expressed in mesenchymal stem cells (mesenchymal stem cell markers) include, for example, CD106, CD166, CD29, CD105, CD73, CD44, CD90, CD71, Stro-1 and the like. Examples of genes (negative markers) that are not expressed in mesenchymal stem cells include CD31, CD18, CD56, CD45, CD34, CD14, CD11, CD80, CD86, and CD40.

本発明の製造方法で使用する間葉系幹細胞は、生体から採取した間葉系幹細胞であってもよく、多能性幹細胞から分化誘導して取得した間葉系幹細胞であってもよい。生体から採取した間葉系幹細胞としては、骨髄または脂肪組織から採取した間葉系幹細胞を好適に用いることができる。本発明の製造方法で使用する間葉系幹細胞は、ヒトの間葉系幹細胞でもよく、ヒト以外の生物の間葉系幹細胞でもよい。ヒト以外の生物は特に限定されず、例えば、哺乳動物であってもよい。哺乳動物としては、例えば、サル、チンパンジー、イヌ、ネコ、ウシ、ウマ、ブタ、ウサギ、マウス、ラット等が挙げられる。骨髄または脂肪組織から間葉系幹細胞を採取する方法は、公知の方法から適宜選択することができる。例えば、Ishiiら(Pharmaceutics (2021) 13:1264)に記載の方法などが挙げられる。多能性幹細胞を分化誘導して間葉系幹細胞を取得する方法は、公知の方法から適宜選択することができる。例えば、Dupuis V.ら(World Stem Cells(2021)13:1094-1111)に記載の方法などが挙げられる。間葉系幹細胞を取得するために使用可能な多能性幹細胞としては、例えば、胚性幹細胞(ES細胞)、核移植により得られるクローン胚由来の胚性幹細胞(ntES細胞)、精子幹細胞(GS細胞)、胚性生殖細胞(EG細胞)、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、培養線維芽細胞や骨髄幹細胞由来の多能性細胞(Muse細胞)などが挙げられる。生体から採取した間葉系幹細胞は、生体から単離した間葉系幹細胞を凍結保存した間葉系幹細胞であってもよく、細胞バンク等の寄託機関に寄託された間葉系幹細胞であってもよい。 The mesenchymal stem cells used in the production method of the present invention may be mesenchymal stem cells collected from a living body, or may be mesenchymal stem cells obtained by inducing differentiation from pluripotent stem cells. Mesenchymal stem cells collected from a living body can preferably be mesenchymal stem cells collected from bone marrow or adipose tissue. The mesenchymal stem cells used in the production method of the present invention may be human mesenchymal stem cells or non-human mesenchymal stem cells. Non-human organisms are not particularly limited, and may be, for example, mammals. Examples of mammals include monkeys, chimpanzees, dogs, cats, cows, horses, pigs, rabbits, mice, rats and the like. A method for collecting mesenchymal stem cells from bone marrow or adipose tissue can be appropriately selected from known methods. Examples thereof include the method described in Ishii et al. (Pharmaceutics (2021) 13:1264). A method for inducing differentiation of pluripotent stem cells to obtain mesenchymal stem cells can be appropriately selected from known methods. Examples thereof include the method described in Dupuis V. et al. (World Stem Cells (2021) 13:1094-1111). Pluripotent stem cells that can be used to obtain mesenchymal stem cells include, for example, embryonic stem cells (ES cells), cloned embryo-derived embryonic stem cells (ntES cells) obtained by nuclear transfer, spermatogonial stem cells (GS cells), embryonic germ cells (EG cells), induced pluripotent stem cells (iPS cells), cultured fibroblasts and bone marrow stem cell-derived pluripotent cells (Muse cells). Mesenchymal stem cells collected from a living body may be mesenchymal stem cells obtained by cryopreserving mesenchymal stem cells isolated from a living body, or mesenchymal stem cells deposited in a depository such as a cell bank. good too.

本発明の製造方法で製造される分化型平滑筋細胞は、平滑筋損傷部位への移植用平滑筋細胞として好適に用いることができるので、本発明の製造方法で使用する間葉系幹細胞は、平滑筋細胞の移植が必要な対象から得られた間葉系幹細胞であることが好ましい。本平滑筋細胞の移植が必要な対象は、例えばマウス、ラット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ウシ、ヒツジ、サル、ヒト等の哺乳動物が挙げられ、好ましくはヒトである。自分自身の間葉系幹細胞分化誘導して得られた平滑筋細胞を移植に用いるので、拒絶反応が生じることなく移植が可能となる。 Since the differentiated smooth muscle cells produced by the production method of the present invention can be suitably used as smooth muscle cells for transplantation into smooth muscle injury sites, the mesenchymal stem cells used in the production method of the present invention are Mesenchymal stem cells obtained from a subject in need of smooth muscle cell transplantation are preferred. Subjects requiring transplantation of the present smooth muscle cells include, for example, mammals such as mice, rats, hamsters, rabbits, cats, dogs, cows, sheep, monkeys, and humans, preferably humans. Since smooth muscle cells obtained by inducing the differentiation of one's own mesenchymal stem cells are used for transplantation, transplantation becomes possible without causing rejection.

工程(1)では、間葉系幹細胞をMEK阻害剤およびTGF-β1を含有する培地で培養する。工程(1)で使用する培地は、間葉系幹細胞から平滑筋細胞への分化過程の細胞の培養に適した培地であれば特に限定されず、動物細胞の培地として一般に用いられる培地を用いることができる。例えば、最小必須培地(MEM)、ダルベッコ改変最小必須培地(DMEM)、RPMI1640培地、199培地、ハムF-12培地、ウイリアムE培地、これらの混合培地などが挙げられる。血清を含まない培地を用いてもよく、無血清培地は無血清サプリメントを含有する培地であってもよい。無血清サプリメントとしては、市販の無血清サプリメントや公知の無血清サプリメントを好適に用いることができる。具体的には、例えば、N-2サプリメント、B27サプリメント、KSR(KnockOut Serum Replacement)などが挙げられる。必要に応じて、その他の血清代替物、各種アミノ酸、各種無機塩、各種ビタミン、抗生物質、抗真菌剤等を添加してもよい。本発明製造方法により製造された分化型平滑筋細胞をヒト生体移植に用いる場合は、異種動物の成分を含有しないゼノフリー(Xeno-free)培地を用いることが好ましい。 In step (1), mesenchymal stem cells are cultured in a medium containing a MEK inhibitor and TGF-β1. The medium used in step (1) is not particularly limited as long as it is suitable for culturing cells in the process of differentiation from mesenchymal stem cells to smooth muscle cells, and a medium generally used as a medium for animal cells may be used. can be done. Examples thereof include minimal essential medium (MEM), Dulbecco's modified minimal essential medium (DMEM), RPMI1640 medium, 199 medium, Ham's F-12 medium, William's E medium, and mixed medium thereof. Serum-free media may be used, and serum-free media may be media containing serum-free supplements. As the serum-free supplement, commercially available serum-free supplements and known serum-free supplements can be suitably used. Specifically, for example, N-2 supplement, B27 supplement, KSR (KnockOut Serum Replacement) and the like. If necessary, other serum substitutes, various amino acids, various inorganic salts, various vitamins, antibiotics, antifungal agents, etc. may be added. When the differentiated smooth muscle cells produced by the production method of the present invention are used for transplantation into a human body, it is preferable to use a Xeno-free medium that does not contain xenogenic components.

工程(1)で用いるMEK阻害剤は、MEK(MAPK/ERK kinase)を抑制する物質であれば特に限定されず、MEK1阻害剤および/またはMEK2阻害剤であってもよい。例えば、トラメチニブ(Trametinib)、コビメチニブ(Cobimetinib)、ビニメチニブ(Binimetinib)、セルメチニブ(Selumetinib)、レファメティニブ(Refametinib)、ピマセルチブ(Pimasertib)、U0126、MEK162/ARRY-162、AZD8330/ARRY-424704、GDC-0973/RG7420、GDC-0623/RG7421/XL518、CIF/RG7167/RO4987655、CK127/RG7304/RO5126766、E6201、TAK-733、PD-0325901、AS703988/MSC2015103B、WX-554、CI-1040/PD184352、AS703026、PD318088、PD98059、SL327、並びにこれらの薬学的に許容される塩及び溶媒和物が挙げられる。また、MEK阻害剤はMEKの発現を阻害する核酸(例えば、siRNA、shRNA、microRNA、アンチセンス核酸等)であってもよい。好ましくはPD98059である。 The MEK inhibitor used in step (1) is not particularly limited as long as it suppresses MEK (MAPK/ERK kinase), and may be a MEK1 inhibitor and/or a MEK2 inhibitor. For example Trametinib, Cobimetinib, Binimetinib, Selumetinib, Refametinib, Pimasertib, U0126, MEK162/ARRY-162, AZD8330/ARRY-424704, GDC -0973/ RG7420, GDC-0623/RG7421/XL518, CIF/RG7167/RO4987655, CK127/RG7304/RO5126766, E6201, TAK-733, PD-0325901, AS703988/MSC2015103B, WX-554, CI-1040/PD184352, AS703026, PD318088, PD98059, SL327, and pharmaceutically acceptable salts and solvates thereof. Alternatively, the MEK inhibitor may be a nucleic acid (eg, siRNA, shRNA, microRNA, antisense nucleic acid, etc.) that inhibits MEK expression. PD98059 is preferred.

MEK阻害剤の培地への添加量は、間葉系幹細胞から分化型平滑筋細胞への分化誘導に適した量であれば特に限定されない。用いるMEK阻害剤に応じて目的を達成可能な添加量を、予備試験等により決定することが好ましい。例えば、MEK阻害剤としてPD98059を用いる場合、0.1μg/mL以上、0.5μg/mL以上、1.0μg/mL以上、1.5μg/mL以上、2.0μg/mL以上であってもよく、10.0μg/mL以下、9.0μg/mL以下、8.0μg/mL以下、7.0μg/mL以下、6.0μg/mL以下、5.0μg/mL以下、4.5μg/mL以下、4.0μg/mL以下、3.5μg/mL以下、3.0μg/mL以下であってもよい。PD98059の培地への添加量は1.0μg/mL以上5.0μg/mL以下であってもよく、1.5μg/mL以上4.0μg/mL以下であってもよく、2.0μg/mL以上3.0μg/mL以下であってもよく、2.5μg/mLであってもよい。 The amount of the MEK inhibitor to be added to the medium is not particularly limited as long as it is an amount suitable for inducing differentiation from mesenchymal stem cells to differentiated smooth muscle cells. Depending on the MEK inhibitor to be used, it is preferable to determine the amount to be added that can achieve the purpose through a preliminary test or the like. For example, when using PD98059 as a MEK inhibitor, it may be 0.1 μg/mL or more, 0.5 μg/mL or more, 1.0 μg/mL or more, 1.5 μg/mL or more, 2.0 μg/mL or more. , 10.0 μg/mL or less, 9.0 μg/mL or less, 8.0 μg/mL or less, 7.0 μg/mL or less, 6.0 μg/mL or less, 5.0 μg/mL or less, 4.5 μg/mL or less, It may be 4.0 μg/mL or less, 3.5 μg/mL or less, or 3.0 μg/mL or less. The amount of PD98059 added to the medium may be 1.0 μg/mL or more and 5.0 μg/mL or less, may be 1.5 μg/mL or more and 4.0 μg/mL or less, or may be 2.0 μg/mL or more. It may be 3.0 μg/mL or less, or may be 2.5 μg/mL.

工程(1)で用いるTGF-β1には、ヒトおよび他の動物由来のTGF-β1、ならびにこれらの機能的改変体が含まれる。例えば、市販の組換えヒトTGF-β1を使用することができる。TGF-β1の培地への添加量は、間葉系幹細胞から分化型平滑筋細胞への分化誘導に適した量であれば特に限定されない。0.1ng/mL以上、0.5ng/mL以上、1.0ng/mL以上、1.5ng/mL以上、2.0ng/mL以上であってもよく、10.0ng/mL以下、9.0ng/mL以下、8.0ng/mL以下、7.0ng/mL以下、6.0ng/mL以下、5.0ng/mL以下、4.5ng/mL以下、4.0ng/mL以下、3.5ng/mL以下、3.0ng/mL以下であってもよい。TGF-β1の培地への添加量は1.0ng/mL以上5.0ng/mL以下であってもよく、1.5ng/mL以上4.0ng/mL以下であってもよく、2.0ng/mL以上3.0ng/mL以下であってもよく、2.5ng/mLであってもよい。 TGF-β1 used in step (1) includes TGF-β1 derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available recombinant human TGF-β1 can be used. The amount of TGF-β1 added to the medium is not particularly limited as long as it is an amount suitable for inducing differentiation from mesenchymal stem cells to differentiated smooth muscle cells. 0.1 ng/mL or more, 0.5 ng/mL or more, 1.0 ng/mL or more, 1.5 ng/mL or more, may be 2.0 ng/mL or more, 10.0 ng/mL or less, 9.0 ng /mL or less, 8.0 ng/mL or less, 7.0 ng/mL or less, 6.0 ng/mL or less, 5.0 ng/mL or less, 4.5 ng/mL or less, 4.0 ng/mL or less, 3.5 ng/mL or less It may be less than mL or less than 3.0 ng/mL. The amount of TGF-β1 added to the medium may be 1.0 ng/mL or more and 5.0 ng/mL or less, may be 1.5 ng/mL or more and 4.0 ng/mL or less, or may be 2.0 ng/mL or more. mL or more and 3.0 ng/mL or less, or 2.5 ng/mL.

工程(1)で使用する細胞培養容器は、培養細胞の接着培養が可能な培養容器であれば特に限定されない。例えば、フラスコ、組織培養用フラスコ、ディッシュ、ペトリディッシュ、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、マイクロプレート、マイクロウェルプレート、マルチプレート、マルチウェルプレート、チャンバースライド、カルチャースライド、シャーレなどが挙げられる。細胞接着に適した表面加工を施した培養容器を用いてもよい。 The cell culture vessel used in step (1) is not particularly limited as long as it is a culture vessel capable of adherent culture of cultured cells. Examples include flasks, tissue culture flasks, dishes, Petri dishes, tissue culture dishes, multidishes, microplates, microwell plates, multiplates, multiwell plates, chamber slides, culture slides, petri dishes, and the like. A culture vessel having a surface that is suitable for cell adhesion may be used.

播種細胞数は特に限定されず、用いる培養容器の培養面積に応じて適宜設定すればよい。培地交換は2~3日毎に行い、継代時に80~90%コンフルエントになるように播種細胞数を設定することが好ましい。培養条件は特に限定されず、一般的な動物培養細胞の培養条件で培養することができる。具体的には、例えば、培養温度37℃、5%CO雰囲気下で培養することができる。 The number of seeded cells is not particularly limited, and may be appropriately set according to the culture area of the culture vessel used. It is preferable to change the medium every 2 to 3 days and set the number of seeded cells so that the cells will be 80 to 90% confluent at the time of passage. The culture conditions are not particularly limited, and the cells can be cultured under general culture conditions for cultured animal cells. Specifically, for example, it can be cultured at a culture temperature of 37° C. in a 5% CO 2 atmosphere.

培養期間は特に限定されないが、例えば、成熟した分化型平滑筋細胞のマーカーを発現する細胞の割合(陽性細胞率)を指標に培養終了時を決定してもよい。成熟した分化型平滑筋細胞マーカーとしては、たとえばデスミン、SMMHCなどが挙げられる。成熟した分化型平滑筋細胞マーカーを発現する細胞は、公知の免疫染色技術により検出することができる。培養期間は、少なくともデスミンおよびSMMHCのいずれか一方の陽性細胞率が20%以上になるまで続けることが好ましい。より好ましくは、デスミンおよびSMMHCのいずれか一方の陽性細胞率が25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、45%以上、50%以上になるまで培養を続ける。 The culture period is not particularly limited, but for example, the time to terminate the culture may be determined based on the ratio of cells expressing markers of mature differentiated smooth muscle cells (positive cell ratio) as an indicator. Mature differentiated smooth muscle cell markers include, for example, desmin, SMMHC, and the like. Cells expressing mature differentiated smooth muscle cell markers can be detected by known immunostaining techniques. The culture period is preferably continued until at least either desmin or SMMHC positive cell rate reaches 20% or more. More preferably, the culture is continued until the percentage of cells positive for either desmin or SMMHC reaches 25% or more, 30% or more, 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more.

培養期間は3週間以上であってもよい。3週間以上培養することにより、デスミンおよびSMMHCのいずれか一方の陽性細胞率が20%以上になり、得られる平滑筋細胞は、高い収縮能を有する分化型平滑筋細胞であることが確認されている。培養期間は6週間以下であってもよい。好ましくは3週間以上5週間以下であり、3週間以上4週間以下であってもよく、4週間以上5週間以下であってもよく、4週間であってもよい。 The culture period may be 3 weeks or more. By culturing for 3 weeks or more, the rate of positive cells for either desmin or SMMHC becomes 20% or more, and the obtained smooth muscle cells have been confirmed to be differentiated smooth muscle cells with high contractility. there is The culture period may be 6 weeks or less. It is preferably 3 weeks or more and 5 weeks or less, may be 3 weeks or more and 4 weeks or less, may be 4 weeks or more and 5 weeks or less, or may be 4 weeks.

MEK阻害剤とTGF-β1の両方を含有する培地で培養する期間は、全培養期間であってもよく、培養開始から全培養期間の90%以上であってもよく、培養開始から全培養期間の80%以上であってもよい。また、培養開始から一定期間をMEK阻害剤とTGF-β1の両方を含有する培地で培養し、その後TGF-β1を含有しMEK阻害剤を含有しない培地で培養を続けてもよい。MEK阻害剤とTGF-β1の両方を含有する培地で培養する期間は、培養開始から4日間以上であることが好ましく、5日間以上、6日間以上、7日間(1週間)以上であってもよい。その後TGF-β1を含有しMEK阻害剤を含有しない培地で培養する期間は、培養終了時まで続けてもよく、培養終了前1週間~培養終了時の任意の時期まで続けてもよい。 The period of culturing in a medium containing both the MEK inhibitor and TGF-β1 may be the entire culture period, or may be 90% or more of the total culture period from the start of culture, and the entire culture period from the start of culture. may be 80% or more of. Alternatively, the cells may be cultured in a medium containing both the MEK inhibitor and TGF-β1 for a certain period of time from the start of culture, and then cultured in a medium containing TGF-β1 but not the MEK inhibitor. The period of culturing in a medium containing both the MEK inhibitor and TGF-β1 is preferably 4 days or more from the start of culture, 5 days or more, 6 days or more, 7 days (1 week) or more. good. The period of culturing in a medium containing TGF-β1 but not MEK inhibitor may be continued until the end of the culture, or may be continued from one week before the end of the culture to any time after the end of the culture.

工程(2)では、デスミンおよび/またはSMMHCを発現する細胞の割合が20%以上である細胞集団を回収する。デスミン発現細胞およびSMMHC発現細胞は、公知の免疫染色技術により検出することができる。発現する細胞の割合(陽性細胞率)は、顕微鏡による観察または顕微鏡画像の画像解析等により算出することができる。細胞集団の回収方法は特に限定されず、公知の方法で行うことができる。例えば、接着細胞を公知の方法で剥がし、遠心分離により回収する方法等を用いてもよい。 In step (2), a cell population in which the percentage of cells expressing desmin and/or SMMHC is 20% or more is collected. Desmin-expressing cells and SMMHC-expressing cells can be detected by known immunostaining techniques. The ratio of expressing cells (positive cell ratio) can be calculated by microscopic observation, image analysis of microscopic images, or the like. A method for collecting the cell population is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method in which adherent cells are peeled off by a known method and collected by centrifugation may be used.

工程(2)において回収する細胞集団は、デスミンおよびSMMHCのいずれか一方の陽性細胞率が20%以上であればよく、デスミンおよびSMMHCの一方または両方の陽性細胞率が25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、50%以上であってもよい。 The cell population collected in step (2) may have a positive cell rate of either desmin or SMMHC of 20% or more, and a positive cell rate of one or both of desmin and SMMHC of 25% or more, 30% or more. , 35% or more, 40% or more, or 50% or more.

本発明の製造方法により、従来確立されていなかった強い収縮能を有する分化型平滑筋細胞の製造方法を提供できる。本発明の製造方法を用いれば、大型動物の管腔臓器再生に必要とされる多量の平滑筋細胞を容易に入手することが可能となり、また再生した臓器に収縮や蠕動運動といった機能を持たせることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The production method of the present invention can provide a method for producing differentiated smooth muscle cells having strong contractility, which has not been established hitherto. By using the production method of the present invention, it becomes possible to easily obtain a large amount of smooth muscle cells required for regeneration of luminal organs of large animals, and to impart functions such as contraction and peristalsis to the regenerated organs. be able to.

工程(2)で回収した細胞が収縮能を有することは、例えば、コラーゲンベース細胞収縮アッセイ(実施例3参照)等の公知の方法により確認することができる。 The ability of the cells collected in step (2) to contract can be confirmed by a known method such as a collagen-based cell contraction assay (see Example 3).

〔平滑筋細胞スフェロイドの製造方法〕
本発明は、平滑筋細胞スフェロイドの製造方法(以下、「本発明のスフェロイド製造方法」と記す)を提供する。本発明のスフェロイド製造方法は、上記本発明の製造方法の工程(1)および(2)に加えて、得られた分化型平滑筋細胞を三次元培養してスフェロイドを形成させる工程を含むものであればよい。分化型平滑筋細胞の三次元培養方法は特に
限定されず、公知の三次元培養方法を用いることができる。例えば、Taniguchiら(Intractive Cardiovascular and Thoracic Surgery, 26(2018) 745-752)に記載の方法などが挙げられる。
[Method for producing smooth muscle cell spheroids]
The present invention provides a method for producing smooth muscle cell spheroids (hereinafter referred to as "the spheroid producing method of the present invention"). The spheroid production method of the present invention includes, in addition to steps (1) and (2) of the production method of the present invention, a step of three-dimensionally culturing the obtained differentiated smooth muscle cells to form spheroids. I wish I had. A three-dimensional culture method for differentiated smooth muscle cells is not particularly limited, and a known three-dimensional culture method can be used. Examples include the method described in Taniguchi et al. (Intractive Cardiovascular and Thoracic Surgery, 26 (2018) 745-752).

本発明のスフェロイド製造方法により製造される平滑筋細胞スフェロイドは、上記本発明の製造方法により、間葉系幹細胞から製造された分化型平滑筋細胞以外の細胞を含むスフェロイドであってもよい。分化型平滑筋細胞以外の細胞は、特に限定されないが、例えば、神経細胞であってもよく、血管細胞であってもよく、線維芽細胞であってもよく、これらの細胞の2種以上を混合した細胞であってもよい。神経細胞をスフェロイドに混入することにより、神経を保持した平滑筋組織の再生が可能となり、より生体へ近い機能の獲得が期待できる。 Smooth muscle cell spheroids produced by the spheroid production method of the present invention may be spheroids containing cells other than differentiated smooth muscle cells produced from mesenchymal stem cells by the above-described production method of the present invention. Cells other than differentiated smooth muscle cells are not particularly limited, and may be, for example, nerve cells, vascular cells, or fibroblasts. Mixed cells may also be used. By incorporating nerve cells into spheroids, it becomes possible to regenerate smooth muscle tissue that retains nerves, and acquisition of functions closer to those of the living body can be expected.

〔平滑筋損傷治療用医薬組成物〕
本発明は、上記本発明の製造方法で得られた分化型平滑筋細胞、または、上記本発明のスフェロイド製造方法により得られた平滑筋細胞スフェロイドを含有する平滑筋損傷治療用医薬組成物(以下、「本発明の医薬組成物」と記す)を提供する。医薬組成物には、医薬品、医療機器、および再生医療製品が含まれ得る。本発明の医薬組成物の投与方法としては、平滑筋損傷部位に分化型平滑筋細胞または平滑筋細胞スフェロイドを投与(移植)する方法が挙げられる。投与(移植)した分化型平滑筋細胞または平滑筋細胞スフェロイドを損傷部位に接着させるために、損傷部位にフィブリン糊、ゼラチンゲル、コラーゲンゲル、ヒアルロン酸ゲル等を塗布してもよい。本発明の医薬組成物の投与対象は特に限定されないが、例えば哺乳動物であってもよい。哺乳動物としては、例えばマウス、ラット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ウシ、ヒツジ、サル、ヒトなどが挙げられる。好ましくはヒトである。
[Pharmaceutical composition for treatment of smooth muscle injury]
The present invention provides a pharmaceutical composition for treating smooth muscle damage containing differentiated smooth muscle cells obtained by the production method of the present invention or smooth muscle cell spheroids obtained by the spheroid production method of the present invention. , designated “the pharmaceutical composition of the invention”). Pharmaceutical compositions can include pharmaceuticals, medical devices, and regenerative medicine products. Methods of administering the pharmaceutical composition of the present invention include a method of administering (transplanting) differentiated smooth muscle cells or smooth muscle cell spheroids to a smooth muscle injury site. In order to adhere the administered (implanted) differentiated smooth muscle cells or smooth muscle cell spheroids to the injured site, the injured site may be coated with fibrin glue, gelatin gel, collagen gel, hyaluronic acid gel, or the like. The subject of administration of the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited, and may be mammals, for example. Examples of mammals include mice, rats, hamsters, rabbits, cats, dogs, cows, sheep, monkeys, humans and the like. Humans are preferred.

本発明の医薬組成物の治療対象疾患は、例えば、肺癌、気管癌、外傷性消化管損傷、胃癌、大腸癌、食道癌、消化管穿孔、消化性潰瘍(潰瘍性大腸炎、クローン病)、尿管損傷、動脈硬化症、子宮筋腫などが挙げられる。 Diseases to be treated by the pharmaceutical composition of the present invention include, for example, lung cancer, tracheal cancer, traumatic gastrointestinal injury, gastric cancer, colon cancer, esophageal cancer, gastrointestinal perforation, peptic ulcer (ulcerative colitis, Crohn's disease), Examples include ureteral injury, arteriosclerosis, and uterine fibroids.

本発明には、さらに以下の発明が含まれる。
(i)上記本発明の製造方法で得られた分化型平滑筋細胞、または、上記本発明のスフェロイド製造方法により得られた平滑筋細胞スフェロイドを、平滑筋損傷部位に移植する工程を含む、平滑筋損傷治療方法。
(ii)平滑筋損傷治療に使用するための、上記本発明の製造方法で得られた分化型平滑筋細胞、または、上記本発明のスフェロイド製造方法により得られた平滑筋細胞スフェロイド。
(iii)平滑筋損傷治療用医薬組成物を製造するための、上記本発明の製造方法で得られた分化型平滑筋細胞、または、上記本発明のスフェロイド製造方法により得られた平滑筋細胞スフェロイドの使用。
The present invention further includes the following inventions.
(i) a smooth muscle cell comprising the step of transplanting the differentiated smooth muscle cells obtained by the production method of the present invention or the smooth muscle cell spheroids obtained by the spheroid production method of the present invention to a site of smooth muscle damage; Muscle injury treatment method.
(ii) Differentiated smooth muscle cells obtained by the production method of the present invention or smooth muscle cell spheroids obtained by the spheroid production method of the present invention, for use in treating smooth muscle damage.
(iii) Differentiated smooth muscle cells obtained by the production method of the present invention or smooth muscle cell spheroids obtained by the spheroid production method of the present invention for producing a pharmaceutical composition for treating smooth muscle damage Use of.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

〔実施例1:骨髄由来間葉系幹細胞から平滑筋細胞への分化誘導〕
<ラット骨髄由来間葉系幹細胞の調製>
ラット骨髄由来間葉系幹細胞(BM-MSC)は、既報(Ishii M et al., Pharmaceutics (2021) 13:1264)に従って調製した。すなわち、3週齢のFischer344ラット(オス)の後肢から大腿骨を取り出し、筋肉を除去した後、関節腔からリン酸緩衝液(PBS)を勢いよく注入することにより押し出して採取した。採取した細胞は、以下の組成の基礎培地で培養した。基礎培地:10%FBS(Hyclone社製)、1%ペニシリン(100IU/mL)/ストレプトマイシン(100μg/mL)混合溶液(富士フィルム和光社製)およびアムホテリシンB(0.25μg/mL、富士フィルム和光社製)を含むDMEM/F-12培地(富士フィルム和光社製)。培地は3日毎に交換した。継代は80~90%コンフルエントに達した時点で実施した。1~2回継代後、以下の実験に用いた。
[Example 1: Induction of differentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells into smooth muscle cells]
<Preparation of rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells>
Rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) were prepared according to a previous report (Ishii M et al., Pharmaceutics (2021) 13:1264). That is, the femur was removed from the hind leg of a 3-week-old Fischer 344 rat (male), the muscle was removed, and the femur was extruded by vigorously injecting phosphate buffered saline (PBS) from the joint cavity. The harvested cells were cultured in a basal medium having the following composition. Basal medium: 10% FBS (manufactured by Hyclone), 1% penicillin (100 IU/mL)/streptomycin (100 μg/mL) mixed solution (manufactured by Fujifilm Wako) and amphotericin B (0.25 μg/mL, Fujifilm Wako) DMEM/F-12 medium (manufactured by Fujifilm Wako Co., Ltd.). Medium was changed every 3 days. Passaging was performed when 80-90% confluency was reached. After 1-2 passages, it was used for the following experiments.

上記のように調製した細胞を、以下の6群に分けて培養した。培養は、37℃、5%CO雰囲気下で行い、培地は48時間ごとに交換した。
(1)[群1]基礎培地で1週間培養。
(2)[群2]2.5μg/mL PD98059(富士フィルム和光社製)を含む基礎培地で1週間培養。
(3)[群3]2.5ng/mL TGF-β1(Pepro Tech社製)を含む基礎培地で1週間培養。
(4)[群4]基礎培地で4週間培養。
(5)[群5]2.5ng/mL TGF-β1を含む基礎培地で4週間培養。
(6)[群6]2.5μg/mL PD98059および2.5ng/mL TGF-β1を含む基礎培地で1週間培養後、2.5ng/mL TGF-β1を含む基礎培地でさらに3週間培養。
The cells prepared as described above were divided into the following six groups and cultured. Cultivation was performed at 37° C. under 5% CO 2 atmosphere, and the medium was changed every 48 hours.
(1) [Group 1] Cultured in basal medium for 1 week.
(2) [Group 2] Cultured for 1 week in a basal medium containing 2.5 μg/mL PD98059 (manufactured by Fujifilm Wako).
(3) [Group 3] Cultured for 1 week in a basal medium containing 2.5 ng/mL TGF-β1 (manufactured by Pepro Tech).
(4) [Group 4] Cultured in basal medium for 4 weeks.
(5) [Group 5] Cultured for 4 weeks in a basal medium containing 2.5 ng/mL TGF-β1.
(6) [Group 6] After one week of culture in a basal medium containing 2.5 μg/mL PD98059 and 2.5 ng/mL TGF-β1, the cells were further cultured in a basal medium containing 2.5 ng/mL TGF-β1 for 3 weeks.

<細胞分化の免疫組織学的評価>
分化型平滑筋細胞マーカーの免疫蛍光標識により細胞分化の評価を行った。免疫蛍光標識は既報(Ghionzoli M et al., FASEB Journal (2013)27:4853-4865)に従って行った。すなわち、上記のように培養した培養1週間後または4週間後の細胞をPBSで洗浄後、4%パラホルムアルデヒド(ナカライテスク社製)で15~20分間固定した。固定した細胞は、0.5%Tritonで透過処理を行い、3%BSAを含むPBS中で30分間インキュベートして非特異的抗体結合部位のブロッキングを行った。ブロッキング後、一次抗体を添加して室温で1時間反応させた。一次抗体には、分化型平滑筋細胞マーカーに対する抗体として、モノクローナル抗α平滑筋アクチン抗体(α-SMA、ヒツジポリクローナルIgG抗体、250倍希釈、Abcam社製)、抗デスミン抗体(ウサギポリクローナルIgG抗体、200倍希釈、Abcam社製)、抗カルポニン抗体(ウサギモノクローナルIgG抗体、250倍希釈、Abcam社製)、抗平滑筋ミオシン重鎖抗体(SMMHC、マウスモノクローナルIgG抗体、300倍希釈、Abcam社製)を使用した。一次抗体反応後の細胞は3%BSAを含むPBSで洗浄後、各一次抗体に対応する蛍光標識二次抗体と室温で1時間反応させた。二次抗体反応後の細胞はDAPI含有封入剤(Vector Laboratories社製)で封入して核染色し、染色した細胞を蛍光顕微鏡下で観察して各抗体に対する陽性率を比較した。
<Immunohistological evaluation of cell differentiation>
Cellular differentiation was assessed by immunofluorescent labeling of differentiated smooth muscle cell markers. Immunofluorescent labeling was performed according to a previous report (Ghionzoli M et al., FASEB Journal (2013) 27:4853-4865). That is, after one week or four weeks of culture, the cells cultured as described above were washed with PBS and then fixed with 4% paraformaldehyde (manufactured by Nacalai Tesque) for 15 to 20 minutes. Fixed cells were permeabilized with 0.5% Triton and incubated in PBS containing 3% BSA for 30 minutes to block non-specific antibody binding sites. After blocking, a primary antibody was added and allowed to react at room temperature for 1 hour. Primary antibodies include monoclonal anti-α smooth muscle actin antibody (α-SMA, sheep polyclonal IgG antibody, 250-fold dilution, manufactured by Abcam), anti-desmin antibody (rabbit polyclonal IgG antibody, 200-fold dilution, Abcam), anti-calponin antibody (rabbit monoclonal IgG antibody, 250-fold dilution, Abcam), anti-smooth muscle myosin heavy chain antibody (SMMHC, mouse monoclonal IgG antibody, 300-fold dilution, Abcam) It was used. After the primary antibody reaction, the cells were washed with PBS containing 3% BSA, and then reacted with a fluorescence-labeled secondary antibody corresponding to each primary antibody at room temperature for 1 hour. After the reaction with the secondary antibody, the cells were mounted with a DAPI-containing mounting medium (manufactured by Vector Laboratories), nuclear stained, and the stained cells were observed under a fluorescence microscope to compare the positive rate for each antibody.

<結果>
図1に各一次抗体に対する染色像を示す。PD98059(群2)またはTGF-β1(群3)を含む培地で1週間培養した細胞は、基礎培地で培養した細胞(群1)と比べてわずかにカルポニン陽性細胞の出現が確認されたものの、デスミンおよびSMMHC陽性細胞は確認されなかった。TGF-β1のみを含む培地で4週間培養した細胞(群5)は、基礎培地で培養した細胞(群4)と比べてカルポニン陽性およびSMMHC陽性細胞のわずかな出現が確認された。一方、PD98059およびTGF-β1を含む培地で1週間培養後、TGF-β1を含む培地に交換して3週間培養した細胞(群6)では、その過半数が、デスミン陽性、カルポニン陽性およびSMMHC陽性細胞であった。すなわち、「PD98059およびTGF-β1を含む培地で1週間培養後、TGF-β1を含む培地に交換して3週間培養する」という分化誘導方法が、平滑筋細胞を効率よく誘導する非常に優れた方法であることが確認された。
<Results>
FIG. 1 shows stained images for each primary antibody. Cells cultured for 1 week in a medium containing PD98059 (group 2) or TGF-β1 (group 3) showed a slight appearance of calponin-positive cells compared to cells cultured in basal medium (group 1), No desmin and SMMHC positive cells were identified. A slight appearance of calponin-positive and SMMHC-positive cells was confirmed in cells cultured in medium containing only TGF-β1 for 4 weeks (group 5) compared to cells cultured in basal medium (group 4). On the other hand, after culturing in a medium containing PD98059 and TGF-β1 for 1 week, the cells were changed to a medium containing TGF-β1 and cultured for 3 weeks (group 6). Met. That is, the differentiation-inducing method of ``after culturing in a medium containing PD98059 and TGF-β1 for 1 week, replacing the medium with a medium containing TGF-β1 and culturing for 3 weeks'' is an extremely superior method for efficiently inducing smooth muscle cells. method has been identified.

〔実施例2:培養時間の評価〕
培養時間と細胞分化について評価した。ラット骨髄由来間葉系幹細胞を2.5μg/mL PD98059および2.5ng/mL TGF-β1を含む基礎培地で培養し、1週間後、2週間後、3週間後、4週間後に回収して、実施例1と同様に免疫組織学的に細胞分化の評価を行った。培地は48時間ごとに交換した。
[Example 2: Evaluation of culture time]
Culture time and cell differentiation were evaluated. Rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells were cultured in a basal medium containing 2.5 μg/mL PD98059 and 2.5 ng/mL TGF-β1, and harvested after 1 week, 2 weeks, 3 weeks, and 4 weeks, In the same manner as in Example 1, cell differentiation was evaluated immunohistologically. Medium was changed every 48 hours.

<結果>
図2~6に各分化型平滑筋細胞マーカーの免疫染色像を示す。培養1週間後の細胞では、分化型平滑筋細胞マーカー陽性細胞はほとんど認められなかった(図2)。培養2週間後の細胞では、デスミン陽性率の増加が認められたものの、全体として分化型平滑筋細胞マーカー陽性細胞は少なかった(図3)。培養3週間後の細胞では各分化型平滑筋細胞マーカーについて陽性細胞数の増加が認められ(図4)、培養4週間後の細胞では各分化型平滑筋細胞マーカーの陽性率のさらなる上昇が確認された(図5)。
<Results>
2 to 6 show immunostained images of each differentiated smooth muscle cell marker. Almost no differentiated smooth muscle cell marker-positive cells were observed in the cells after 1 week of culture (Fig. 2). Although an increase in the desmin-positive rate was observed in the cells after 2 weeks of culture, the number of differentiated smooth muscle cell marker-positive cells was small as a whole (Fig. 3). An increase in the number of positive cells for each differentiated smooth muscle cell marker was observed in the cells after 3 weeks of culture (Fig. 4), and a further increase in the positive rate of each differentiated smooth muscle cell marker was confirmed in the cells after 4 weeks of culture. (Fig. 5).

上記培養4週間後の細胞について、実施例1における群6(PD98059およびTGF-β1を含む培地で1週間培養後、TGF-β1を含む培地でさらに3週間培養)の結果と比較すると、各分化型平滑筋細胞マーカーについて同程度の陽性率が認められた(図6)。すなわち、MEK阻害剤を最初の1週間だけでなく、全培養期間(4週間)添加しても平滑筋細胞を効率的に分化誘導できることが示された。 The cells after 4 weeks of culture were compared with the results of Group 6 in Example 1 (1 week of culture in a medium containing PD98059 and TGF-β1, followed by 3 weeks of culture in a medium containing TGF-β1). A similar positive rate was observed for the type smooth muscle cell marker (Fig. 6). That is, it was shown that smooth muscle cells can be efficiently induced to differentiate not only during the first week but also during the entire culture period (4 weeks).

〔実施例3:コラーゲンベース細胞収縮アッセイ〕
誘導された細胞の収縮性について試験を行った(図7)。収縮アッセイは、以下の5群について実施および比較を行った。
(1)[群1]培地のみ
(2)[群2]基礎培地で培養したラット皮膚線維芽細胞(DF)
(3)[群3]基礎培地で培養したラット平滑筋細胞(SMC)
(4)[群4]基礎培地で培養したラット間葉系幹細胞(MSC)
(5)[群5]2.5μg/mL PD98059および2.5ng/mL TGF-β1を含む基礎培地で1週間培養後、2.5ng/mL TGF-β1を含む基礎培地でさらに3週間培養したラット骨髄由来間葉系幹細胞
[Example 3: Collagen-based cell contraction assay]
Induced cell contractility was tested (Fig. 7). Contraction assays were performed and compared for the following five groups.
(1) [Group 1] Medium only (2) [Group 2] Rat skin fibroblasts (DF) cultured in basal medium
(3) [Group 3] Rat smooth muscle cells (SMC) cultured in basal medium
(4) [Group 4] Rat mesenchymal stem cells (MSC) cultured in basal medium
(5) [Group 5] After 1 week of culture in a basal medium containing 2.5 μg/mL PD98059 and 2.5 ng/mL TGF-β1, the cells were further cultured in a basal medium containing 2.5 ng/mL TGF-β1 for 3 weeks. Mesenchymal stem cells derived from rat bone marrow

上記各群について、1mLあたり5.0×10細胞となるよう調整し、タイプIコラーゲンを含むMEM培地に加えて37℃、5%CO雰囲気下で2時間インキュベートした。培養ディッシュ壁からコラーゲンゲルを剥離し、ゲルの直径(Da)を計測した。エンドセリン-1を添加して、または添加せずにさらに24時間インキュベートし、ゲルの直径(Db)を計測した。細胞の収縮性は、次の計算式により算出し、比較した。
収縮率={1-(Db/Da)}×100(%)
Each group was adjusted to 5.0×10 5 cells per 1 mL, added to MEM medium containing type I collagen, and incubated at 37° C. in a 5% CO 2 atmosphere for 2 hours. The collagen gel was peeled off from the culture dish wall, and the diameter (Da) of the gel was measured. After incubation with or without endothelin-1 for an additional 24 hours, the diameter of the gel (Db) was measured. Cell contractility was calculated by the following formula and compared.
Shrinkage = {1-(Db/Da) 2 } x 100 (%)

<結果>
図8に上記収縮アッセイの各段階におけるゲル像を示す。通常培地で培養した各細胞の収縮能は、エンドセリン-1無添加の条件では非常に弱い、または無であった(群2:10%、群3:3%、群4:9%)。エンドセリン-1添加の条件ではいずれの細胞も弱い収縮能を示した(群2:13%、群3:28%、群4:18%)。一方、PD98059およびTGF-β1を含む培地で培養したラット骨髄由来間葉系幹細胞(群5)は、エンドセリン-1無添加の状態で中程度の収縮能(50%)を示し、エンドセリン-1添加の条件では非常に強い収縮能(69%)を示した。収縮した面積を比較すると、ラットMSC(群4)と本願発明の誘導方法により分化誘導した細胞(群5)間で統計学的に有意な差が認められた(図9、p=0.0006、t検定)。すなわち、本願発明の平滑筋細胞分化誘導方法および製造方法により得られた細胞は、高い収縮能を持つ分化型平滑筋細胞であることが明らかとなった。これに対し、成熟平滑筋細胞であるラットSMC(群3)は、収縮能をほとんど有さない脱分化型平滑筋細胞に脱分化したものと考えられた。
<Results>
FIG. 8 shows gel images at each stage of the contraction assay. The contractility of each cell cultured in normal medium was very weak or absent under the condition of no addition of endothelin-1 (group 2: 10%, group 3: 3%, group 4: 9%). All cells showed weak contractility under the condition of endothelin-1 addition (group 2: 13%, group 3: 28%, group 4: 18%). On the other hand, rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells (group 5) cultured in a medium containing PD98059 and TGF-β1 exhibited moderate contractility (50%) in the absence of endothelin-1, and showed moderate contractility (50%) in the absence of endothelin-1. showed a very strong contractility (69%) under the condition of . When comparing the contracted areas, a statistically significant difference was observed between rat MSCs (group 4) and cells differentiated by the induction method of the present invention (group 5) (Fig. 9, p = 0.0006). , t-test). That is, it was revealed that the cells obtained by the method for inducing smooth muscle cell differentiation and the method for producing smooth muscle cells of the present invention are differentiated smooth muscle cells with high contractility. On the other hand, rat SMC (group 3), which are mature smooth muscle cells, were considered to be dedifferentiated into dedifferentiated smooth muscle cells with little contractility.

なお本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be modified in various ways within the scope of the claims, by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The resulting embodiment is also included in the technical scope of the present invention. In addition, all scientific and patent documents mentioned in this specification are incorporated herein by reference.

Claims (9)

間葉系幹細胞から分化型平滑筋細胞を製造する方法であって、
(1)間葉系幹細胞をMEK阻害剤およびトランスフォーミング増殖因子β1を含有する培地で培養する工程、および
(2)デスミンおよび/または平滑筋ミオシン重鎖を発現する細胞の割合が20%以上である細胞集団を回収する工程
を含む製造方法。
A method for producing differentiated smooth muscle cells from mesenchymal stem cells, comprising:
(1) culturing mesenchymal stem cells in a medium containing a MEK inhibitor and transforming growth factor β1; A manufacturing method comprising the step of recovering a cell population.
前記工程(1)において、少なくとも4日間MEK阻害剤およびトランスフォーミング増殖因子β1を含有する培地で培養し、その後トランスフォーミング増殖因子β1を含有するがMEK阻害剤を含有しない培地で培養する、請求項1に記載の製造方法。 2. The method of claim 1, wherein in step (1), culture is performed in a medium containing a MEK inhibitor and transforming growth factor β1 for at least 4 days, followed by culturing in a medium containing transforming growth factor β1 but not MEK inhibitor. 1. The manufacturing method according to 1. 前記工程(1)の培養期間が3週間以上5週間以下である、請求項1または2に記載の製造方法。 3. The production method according to claim 1 or 2, wherein the culture period in step (1) is 3 weeks or more and 5 weeks or less. 前記間葉系幹細胞が、骨髄もしくは脂肪組織から採取した間葉系幹細胞または多能性幹細胞から分化誘導して得られた間葉系幹細胞である、請求項1~3のいずれか一項に記載の製造方法。 The mesenchymal stem cells according to any one of claims 1 to 3, wherein the mesenchymal stem cells are mesenchymal stem cells obtained by inducing differentiation from mesenchymal stem cells or pluripotent stem cells collected from bone marrow or adipose tissue. manufacturing method. 前記間葉系幹細胞が、平滑筋細胞の移植が必要な対象から得られた間葉系幹細胞である、請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the mesenchymal stem cells are mesenchymal stem cells obtained from a subject in need of smooth muscle cell transplantation. 前記MEK阻害剤がPD98059である、請求項1~5のいずれか一項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the MEK inhibitor is PD98059. 請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法により分化型平滑筋細胞を製造する工程、得られた分化型平滑筋細胞を三次元培養してスフェロイドを形成させる工程を含む、平滑筋細胞スフェロイドの製造方法。 Smooth muscle comprising a step of producing differentiated smooth muscle cells by the production method according to any one of claims 1 to 6, and a step of three-dimensionally culturing the obtained differentiated smooth muscle cells to form spheroids. A method for producing cell spheroids. 前記三次元培養において、前記分化型平滑筋細胞に、神経細胞、血管細胞および線維芽細胞から選択される1種以上の細胞を混合してスフェロイドを形成させる、請求項7に記載の製造方法。 8. The production method according to claim 7, wherein in the three-dimensional culture, the differentiated smooth muscle cells are mixed with one or more cells selected from nerve cells, vascular cells and fibroblasts to form spheroids. 請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法により得られた分化型平滑筋細胞、または、請求項7または8に記載の製造方法により得られた平滑筋細胞スフェロイドを含有する、平滑筋損傷治療用医薬組成物。 Smooth muscle cells obtained by the production method according to any one of claims 1 to 6, or smooth muscle cell spheroids obtained by the production method according to claim 7 or 8 A pharmaceutical composition for treating muscle damage.
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