JP2023114300A - 人工多能性幹細胞の製造方法 - Google Patents

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真美 ▲高▼崎
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昌 神林
Sho Kambayashi
義和 河井
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Abstract

【課題】フィーダー細胞を使用することなく、また基材に細胞を接着させることなく体細胞を初期化することが可能な、人工多能性幹細胞(iPS細胞)の製造方法を提供する。【解決手段】iPS細胞の製造に際して、以下の工程を実施する:I.液体培地中の体細胞に初期化遺伝子を導入する工程;及びII.前記遺伝子導入した細胞を、非ゲル化培地中で、培地が流動した状態の浮遊培養条件下で初期化及び増幅培養を行う工程。【選択図】なし

Description

本発明は、人工多能性幹細胞(iPS細胞)を浮遊培養条件下で製造する方法に関する。
人工多能性幹細胞(iPS細胞:induced pluripotent stem cell)等の多能性幹細胞は、無限に増殖できる能力と様々な体細胞に分化する能力を有している。多能性幹細胞から分化誘導させた体細胞を移植する治療法の実用化は、難治性疾患や生活習慣病に対する治療法を根本的に変革できる可能性がある。例えば、多能性幹細胞から、神経細胞をはじめとして、心筋細胞、血液細胞、及び網膜細胞等の多種多様な体細胞に試験管内で分化誘導する技術が既に開発されている。また、分化誘導した体細胞を移植した際に、多くの人で免疫拒絶が生じ難いHLAホモ型のiPS細胞のストックを作製する試みが実施されており、また、最近では、患者への移植の際の免疫拒絶等のリスクを最小化するために、それぞれの患者自身のiPS細胞を作製する試みも行われている。
iPS細胞の作製技術に代表される細胞初期化技術は、生命科学、創薬、及び再生医療における革新的基盤技術として急速に進展してきた。iPS細胞は、OCT3/4、SOX2、KLF4、及びC-MYC等の初期化因子を体細胞に導入することによって誘導される(特許文献1、2及び非特許文献1、2)。これらの初期化因子はいずれも転写因子として、自己複製や多能性に関与する遺伝子群の発現を制御し、それによって体細胞の初期化を誘導すると考えられている。なお、これら初期化因子を体細胞に導入することによってのみiPS細胞が誘導されるわけではなく、初期化因子導入後に一定期間培養することによって徐々にiPS細胞へと誘導され樹立が完了する。さらにクローニング等により、好ましい状態に誘導されたiPS細胞を選別することが必要な場合もある。つまり、iPS細胞の樹立は様々な要因の影響を受ける。
上記のようにして樹立したiPS細胞は、iPS細胞ストックとして大学や企業などの各利用機関に分譲または販売するために、拡大培養した後にバイアルなどの保存容器に小分けされて保存(例えば冷凍保存)されることや、あるいは、各患者に投与する製剤を作製するために、拡大培養した後に分化誘導に供されることがある。それらの拡大培養におけるiPS細胞の培養方法は、平坦な基板上に細胞接着させて培養する接着培養と、液体培地中に細胞を浮遊させて培養する浮遊培養に大別される。基板表面上での接着培養では得られる細胞数が培養面積に依存するため、スケールアップに膨大な面積が必要となり、再生医療に必要な量の細胞を供給することが困難である。これに対して、浮遊培養では液体培地中で細胞を浮遊させながら培養するため、スケールアップが容易であり、細胞の大量生産に適している。例えば、非特許文献3には、浮遊培養の細胞培養容器としてスピナーフラスコを用い、液体培地を撹拌しながら多能性幹細胞を浮遊培養する方法が開示されている。また、特許文献3には、多能性幹細胞を浮遊培養する際に、未分化の状態を維持するために、培地中にプロテインキナーゼCβ(PKCβ)阻害剤とタンキレース阻害剤(TNKS阻害剤)を存在させる方法が開示されている。
国際公開第2007/069666号 特開2008-283972号公報 国際公開第2021/162090号
Takahashi K. and Yamanaka S., Cell, 2006, Aug 25;126(4):663-76. Takahashi K. et al., Cell, 2007, Nov 30;131(5):861-72. Sumi T, et al., PLos One, 2013; 8(5):e63378
上述した通り、樹立が完了したiPS細胞を、未分化状態を維持したまま浮遊培養を行う方法については公知である。しかしながら、体細胞を初期化してiPS細胞を取得する段階を浮遊培養条件下で実施し、高純度のiPS細胞を樹立する方法は知られていない。通常、iPS細胞の樹立は、iPS細胞に変化しつつある細胞やiPS細胞が安定化しやすい接着培養条件下で実施されるが、フィーダー細胞や細胞外マトリックスの使用が必要となり、使用するフィーダー細胞や細胞外マトリックスの種類、培養条件等の違いによっては、必ずしも高品質のiPS細胞が得られない、という問題があった。また、接着培養条件下でのiPS細胞の樹立は、コロニー選抜等の工程が必要であったりして煩雑になることがあり、上述したような患者個々人のiPS細胞を作製するためのハイスループット化や自動化が困難であるという問題があった。
本発明の目的は、フィーダー細胞を使用することなく、また基材上に細胞を接着させることなく体細胞を初期化することが可能な、iPS細胞の製造方法を提供することにある。
本発明は、以下を包含する。
(1)以下の工程I及びIIを含む、人工多能性幹細胞(iPS細胞)の製造方法:
I.体細胞に初期化遺伝子を導入する工程;及び
II.前記遺伝子導入した細胞を、非ゲル化培地中で、培地が流動した状態の浮遊培養条件下で初期化及び増幅培養を行う工程。
(2)さらに以下の工程III及びIVを含む、(1)に記載の方法:
III.前記工程IIで得られた細胞のうち、未分化マーカー陽性細胞を分取する工程;及び
IV.工程IIIで分取した細胞を浮遊培養して細胞集団を得る工程。
(3)前記工程IIの増幅培養が浮遊旋回方式で行われるものであり、その旋回速度が10~100rpmである、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)前記工程IIの増幅培養が浮遊攪拌方式で行われるものであり、その攪拌翼の回転速度は、翼先端速度が0.05~1.37m/sの範囲である、(1)又は(2)に記載の方法。
(5)前記増幅培養が培養スケールの変更を伴う継代培養を含み、培養スケールの変更の前後において、体積当たりの攪拌所要動力若しくは翼先端速度の変化が10%未満となるように攪拌翼の回転数が設定される、(4)に記載の方法。
(6)前記工程IIIが、分取した細胞を分画する工程である(2)~(5)のいずれかに記載の方法。
(7)前記未分化マーカーが、SSEA-4、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49からなる群より選ばれる少なくとも1つ以上である、(2)~(6)のいずれかに記載の方法。
(8)前記体細胞が、血液単核球である、(1)~(7)のいずれかに記載の方法。
(9)前記体細胞に導入する遺伝子が、エピソーマルプラスミドあるいはセンダイウイルスに組み込まれて体細胞に導入される、(1)~(8)のいずれかに記載の方法。
(10)前記導入する初期化遺伝子が、OCT3/4遺伝子、KLF4遺伝子及びL-MYC遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を含む、(1)~(9)のいずれかに記載の方法。
(11)前記工程II以降に使用される液体培地が、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも1つを含有する、(1)~(10)のいずれかに記載の方法。
(12)前記工程II以降に使用される液体培地が、FGF2及び/又はTGF-β1を含む、(1)~(11)のいずれかに記載の方法。
(13)前記工程II以降に使用される液体培地が、ROCK阻害剤を含有する、(1)~(12)のいずれかに記載の方法。
(14)前記ROCK阻害剤が、Y-27632である、(13)に記載の方法。
(15)前記工程IIが細胞凝集塊を回収する工程を含む、(1)~(14)のいずれかに記載の方法。
(16)前記工程IVが細胞凝集塊を回収する工程を含む、(2)~(15)のいずれかに記載の方法。
(17)前記工程IVで得られる細胞集団において、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上である、(2)~(16)のいずれかに記載の方法。
(18)(1)~(17)のいずれかに記載の方法により製造されるiPS細胞を含む、細胞集団。
(19)前記工程II、及び/又は前記工程IVにおいて、細胞が、プロテインキナーゼCβ(PKCβ)阻害剤及びWNT阻害剤からなる群から選択される少なくとも1つを含む液体培地中で培養される、(1)~(17)のいずれか1項に記載の方法。
本発明によれば、フィーダー細胞を使用することなく、また基材上に細胞を接着させることなく体細胞を初期化することが可能な、iPS細胞の製造方法を提供することが可能である。
エピソーマルプラスミドを用いて初期化した細胞を、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の存在下で浮遊培養した細胞の、TRA-1-60抗体及びSSEA-4抗体を用いたフローサイトメトリーの結果を示す。(A)は全イベントの前方散乱光(FSC)に対する側方散乱光(BSC)のドットプロットを示す。図中の線で囲まれた部分をゲーティングした。(B)は、(A)でゲーティングした細胞のTRA-1-60の蛍光強度とSSEA-4の蛍光強度のドットプロットを示す。図中の線で囲まれた範囲の細胞を分取した。(C)は、TRA-1-60蛍光強度のヒストグラムプロットを、(D)は、SSEA-4の蛍光強度のヒストグラムプロットを示す。 エピソーマルプラスミドを用いて初期化した細胞を、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の不存在下で浮遊培養した細胞の、TRA-1-60抗体及びSSEA-4抗体を用いたフローサイトメトリーの結果を示す。(A)は全イベントの前方散乱光(FSC)に対する側方散乱光(BSC)のドットプロットを示す。図中の線で囲まれた部分をゲーティングした。(B)は、(A)でゲーティングした細胞のTRA-1-60の蛍光強度とSSEA-4の蛍光強度のドットプロットを示す。図中の線で囲まれた範囲の細胞を分取した。(C)は、TRA-1-60蛍光強度のヒストグラムプロットを、(D)は、SSEA-4の蛍光強度のヒストグラムプロットを示す。 実施例2におけるフローサイトメトリーで分取した、エピソーマルプラスミドを用いて初期化した細胞を、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の存在下及び不存在下で浮遊培養した、5継代目の細胞の細胞凝集塊の顕微鏡写真を示す。(A)がPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の存在下で培養した細胞凝集塊、(B)がPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の不存在下で培養した細胞の細胞凝集塊の顕微鏡写真である。 初期化細胞の3つのクローン(#1、#2及び#3)をPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の存在下で浮遊培養した、11継代目の細胞凝集塊の顕微鏡写真である。(A)がクローン#1、(B)がクローン#2、(C)がクローン#3の細胞凝集塊の顕微鏡写真である。
1.人工多能性幹細胞(iPS細胞)の製造方法
1-1.概要
本発明のiPS細胞の製造方法(以下、「本発明の方法」とも称する)は、以下の工程I及びIIを含む、ことを特徴とする。
I.液体培地中の体細胞に初期化遺伝子を導入する工程;及び
II.前記遺伝子導入した細胞を、非ゲル化培地中で、培地が流動した状態の浮遊培養条件下で初期化及び増幅培養を行う工程。
さらに、本発明の方法は、任意で以下の工程III及びIVを含む。
III.前記工程IIで得られた細胞のうち、未分化マーカー陽性細胞を分取する工程;及び
IV.工程IIIで分取した細胞を浮遊培養して細胞集団を得る工程。
本発明の方法は、上記の特徴を有することで、浮遊培養条件下で、フィーダー細胞を用いることなく、また基材上に細胞を接着させることなくiPS細胞を得ることを可能とする。
1-2.用語の定義
本明細書で使用する用語について、以下に定義する。
<細胞>
本明細書において、「多能性幹細胞」とは、生体を構成するほぼすべての種類の細胞(組織細胞や生殖細胞)に分化することができる多分化能(多能性)を有し、適切な条件下のin vitroでの培養において多能性を維持したまま無限に増殖を続けることができる細胞をいう。より具体的に、多能性とは、個体を構成する胚葉(脊椎動物では外胚葉、中胚葉及び内胚葉の三胚葉)に分化できる能力を意味するが、このような細胞としては、胚性幹細胞、(ES細胞:embryonic stem cell)、胚性生殖幹細胞(EG細胞:embryonic germ cell)、生殖系幹細胞(GS細胞:Germline stem cell)、人工多能性幹細胞(iPS細胞:induced pluripotent stem cell、誘導多能性幹細胞とも呼ばれる)が知られる。「iPS細胞」は、本明細書において発明の対象となる細胞であり、分化済みの体細胞に少数の初期化因子をコードする遺伝子を導入することによって、体細胞が未分化状態へと初期化された多能性幹細胞をいう。
本明細書において「体細胞」とは、動物個体を構成する細胞のうち、生殖細胞以外の細胞をいう。本明細書において体細胞は、初期化誘導によって多能性を獲得し得る細胞であれば、限定しない。また、体細胞が由来する生物種は、多細胞生物であれば特に限定されないが、動物由来細胞、特に哺乳動物由来細胞であることが好ましい。例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類、イヌ、ネコ、ウサギ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ等の家畜及び愛玩動物、並びに、ヒト、アカゲザル、ゴリラ、チンパンジー等の霊長類に由来する細胞が挙げられる。特に、ヒト由来細胞であることが好ましい。体細胞が由来する組織や器官は特に限定されないが、採取しやすく、効率的に初期化が誘導され得るものが好ましい。例えば、皮膚、肝臓等の臓器、血液、尿、がん組織、歯髄細胞等であってもよい。また、体細胞は分化細胞であるか未分化細胞であるかは問わないものとし、株化細胞であっても、組織から単離された初代培養細胞であってもよい。好ましくは分化細胞である。本明細書における体細胞の一例としては、ヒト線維芽細胞、ヒト上皮細胞、ヒト肝細胞、ヒト血液細胞、間葉系細胞、神経細胞、筋肉細胞等が挙げられる。
<初期化(リプログラミング)>
本明細書において「初期化(リプログラミング)」とは、体細胞から別の細胞種へと変化させる操作又は過程をいう。一般的には、分化細胞を脱分化させて未分化細胞の状態に変化することをいう。本明細書では、特に断りのない限り、体細胞からiPS細胞へと変化させる操作又は過程をいう。
本明細書において「初期化誘導」、又は「初期化を誘導する」とは、初期化を引き起こし得る操作を細胞に与えて、実際に初期化された状態にすることを意味する。これに対して、「初期化誘導を行う」とは、初期化を引き起こし得る操作を細胞に与えることを意味し、実際に初期化されるか否かを問わない。例えば、「初期化誘導を行う」とは、初期化に必要なリプログラミング因子を体細胞に導入し、導入後の体細胞を所定の条件下で培養する操作を行うことをいう。
本明細書において「初期化因子(リプログラミング因子)」とは、単独で、又は他の因子と共に、体細胞に導入することによって、体細胞の初期化を引き起こし得る因子をいう。本明細書において、タンパク質や遺伝子であること等を特定せず、単に「初期化因子」という場合、その初期化因子が該当するタンパク質、当該タンパク質をコードする核酸、又は当該核酸を含む遺伝子発現ベクターのいずれかを意味するものとする。本明細書において、特に、前記タンパク質をコードする核酸は、「初期化遺伝子」とも称する。初期化因子には、例えば、OCT3/4、SOX2、KLF4、及びC-MYCの4因子(本明細書においてしばしば「初期化4因子」という)のいずれか、並びに前記初期化4因子のいずれかの関連因子が例示される。
本明細書において初期化4因子の「関連因子」とは、初期化4因子のいずれかの因子の代わりに体細胞に導入することによって、体細胞の初期化を誘導し得る因子をいう。
本明細書において、初期化因子が由来する動物種は問わない。初期化因子が由来する動物種は、例えば哺乳動物種である。例えば、ヒト、マウス、ラット、ハムスター、モルモット、イヌ、ネコ、ウサギ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ、アカゲザル、ゴリラ、チンパンジー等のいかなる哺乳動物種であってもよい。好ましくは、ヒトである。
初期化因子及びその関連因子を以下で例示するが、本明細書における初期化因子とその関連因子は以下の例に限定されない。
OCT3/4の具体例としては、配列番号1で示すアミノ酸配列からなるヒトOCT3/4タンパク質等が挙げられる。また、OCT3/4の関連因子としては、NR5A2(LRH1)、TBX3等が挙げられる。
KLF4の具体例としては、配列番号4で示すアミノ酸配列からなるヒトKLF4タンパク質が挙げられる。また、KLF4の関連因子として、KLF1、KLF2、KLF5、本発明の変異型KLF等が挙げられる。例えば、配列番号2で示すアミノ酸配列からなるヒトKLF1タンパク質、配列番号3で示すアミノ酸配列からなるヒトKLF2タンパク質、配列番号5で示すアミノ酸配列からなるヒトKLF5タンパク質等が挙げられる。
C-MYCの具体例としては、配列番号6で示すアミノ酸配列からなるヒトC-MYCタンパク質が挙げられる。また、C-MYCの関連因子として、C-MYCのT58A変異体、N-MYC、L-MYC等が挙げられる。例えば、配列番号7で示すアミノ酸配列からなるヒトN-MYCタンパク質、及び配列番号8で示すアミノ酸配列からなるヒトL-MYCタンパク質等が挙げられる。
SOX2の具体例としては、配列番号10で示すアミノ酸配列からなるヒトSOX2タンパク質等が挙げられる。また、SOX2の関連因子として、SOX1、SOX3、SOX15、及びSOX18等が挙げられる。例えば、配列番号9で示すアミノ酸配列からなるヒトSOX1タンパク質、配列番号11で示すアミノ酸配列からなるヒトSOX3タンパク質、配列番号12で示すアミノ酸配列からなるヒトSOX15タンパク質、配列番号13で示すアミノ酸配列からなるヒトSOX18タンパク質等が挙げられる。
この他、初期化因子やその関連因子の例としては、LIN28A、LIN28B、LIN41、GLIS1、FOXH1、HMGA2等が挙げられる。
<細胞凝集塊>
本明細書において「細胞凝集塊」とは、浮遊培養において細胞凝集によって形成される塊状の細胞集団であって、スフェロイド、あるいは、アグリゲートとも呼ばれる。細胞凝集塊は、通常、略球状を呈する。細胞凝集塊を構成する細胞は、1種類以上の前記細胞であれば特に限定されない。例えば、ヒトiPS細胞又はヒト胚性幹細胞等のiPS細胞で構成された細胞凝集塊は、未分化マーカーを発現している及び/又は未分化マーカーが陽性を呈する細胞を含む。
未分化マーカーは、iPS細胞で特異的に又は過剰に発現している遺伝子マーカーで、例えば、Alkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等が例示できる。
未分化マーカーは、当該技術分野において任意の検出方法により検出することができる。細胞マーカーを検出する方法としては、限定はしないが、例えばフローサイトメトリーが挙げられる。フローサイトメトリーにおいて、検出試薬として蛍光標識抗体を用いる場合、ネガティブコントロール(アイソタイプコントロール)と比較してより強い蛍光を発する細胞が検出されたときに、当該細胞は当該マーカーについて「陽性」と判定される。フローサイトメトリーによって解析した蛍光標識抗体について陽性を呈する細胞の比率は、「陽性率」と記載されることがある。また、蛍光標識抗体は、当該技術分野において公知の任意の抗体を使用することができ、例えば、イソチオシアン酸フルオレセイン(FITC)、フィコエリスリン(PE)、アロフィコシアニン(APC)等により標識された抗体が挙げられるが、これらに限定されない。
細胞凝集塊を構成する細胞がiPS細胞である場合、未分化マーカーの陽性率は、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは91%以上、より好ましくは92%以上、より好ましくは93%以上、より好ましくは94%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上、より好ましくは99%超100%以下とすることができる。未分化マーカーを発現する及び/又は未分化マーカーが陽性を呈する細胞の割合が前記範囲内である細胞凝集塊は、未分化性が高く、より均質な細胞集団である。
<培養及び培地>
細胞培養方法は、「浮遊培養法」と「接着培養法」に大別される。本明細書において、「浮遊培養法」は、細胞を浮遊培養する方法であって、この方法での細胞は、培養初期には培養液中でシングルセルとして存在することもあるが、培養中期以降は通常は凝集した細胞塊で存在する。「浮遊培養」とは、培地中で細胞を浮遊状態で増殖させることをいう。本明細書において「浮遊状態」とは、培養容器等の外部マトリクスに対して細胞が非接着の状態をいう。「接着培養法」は、細胞を接着培養する方法である。「接着培養」とは、細胞を培養容器等の外部マトリクス等に接着させて、原則単層で増殖させることをいう。本明細書において、細胞を接着させたマイクロキャリア等を浮遊させて行う培養は、細胞自体は外部マトリクス等に接着しているため接着培養とする。なお、前述の接着性細胞は、通常、接着培養のみならず、浮遊培養での培養も可能である。
本明細書において「培地」とは、細胞を培養するために調製された液状又は固形状の物質をいう。原則として、細胞の増殖及び/又は維持に不可欠の成分を必要最小限以上含有する。本明細書の培地は、特に断りがない限り、動物由来細胞の培養に使用する動物細胞用の液体培地が該当する。
本明細書において「基礎培地」とは、様々な動物細胞用培地の基礎となる培地をいう。単体でも培養は可能であり、また様々な培養添加物を加えて、目的に応じた各種細胞に特異的な培地に調製することもできる。本明細書で使用する基礎培地としては、BME培地、BGJb培地、CMRL1066培地、Glasgow MEM培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地(Iscove’S Modified Dulbecco’S Medium)、Medium 199培地、Eagle MEM培地、αMEM培地、DMEM培地(Dulbecco’S Modified Eagle’S Medium)、ハムF10培地、ハムF12培地、RPMI 1640培地、Fischer’S培地、及びこれらの混合培地(例えば、DMEM/F12培地(Dulbecco’S Modified Eagle’S Medium/Nutrient Mixture F-12 Ham))等の培地を使用することができるが、特に限定されない。DMEM/F12培地としては特に、DMEM培地とハムF12培地の重量比を好ましくは60/40以上40/60以下の範囲、例えば58/42、55/45、52/48、50/50、48/52、45/55、又は42/58等で混合した培地を用いる。その他、ヒトiPS細胞やヒトES細胞の培養に使用されている培地も好適に使用することができる。本発明で用いる培地は、好ましくは血清を含まない培地、すなわち無血清培地である。
本明細書において「培養添加物」とは、培養目的で培地に添加される血清以外の物質である。培養添加物の具体例として、限定はしないが、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン、炭酸水素ナトリウム、増殖因子、脂肪酸又は脂質、アミノ酸(例えば、非必須アミノ酸)、ビタミン、サイトカイン、抗酸化剤、2-メルカプトエタノール、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類、抗生剤等が挙げられる。インスリン、トランスフェリン、及びサイトカインは、動物(好ましくは、ヒト、マウス、ラット、ウシ、ウマ、ヤギ等)の組織又は血清等から分離した天然由来のものであってもよいし、遺伝子工学的に作製した組換えタンパク質であってもよい。また、増殖因子は、限定するものではないが、例えば、FGF2(Basic fibroblast growth factor-2)、TGF-β1(Transforming growth factor-β1)、Activin A、IGF-1、MCP-1、IL-6、PAI、PEDF、IGFBP-2、LIF及びIGFBP-7を使用することができる。抗生剤は、限定するものではないが、例えば、ペニシリン、ストレプトマイシン、アンホテリシンB等を使用することができる。本発明で用いる培地の培養添加物として、特に好ましい増殖因子は、FGF2及び/又はTGF-β1である。
また、培地には、ROCK阻害剤を含有することが好ましい。特に、細胞がシングルセル状態である場合は、ROCK阻害剤を含有することが好ましい。ROCK阻害剤としては、Y-27632が挙げられる。ROCK阻害剤を培地に含有することで、iPS細胞の浮遊培養における細胞死を大幅に抑制することができる。
本発明で用いる培地は、前記培養添加物を1種以上含むことができる。前記培養添加物を添加する培地としては、限定はしないが、前記基礎培地が一般的である。
培養添加物は、溶液、誘導体、塩又は混合試薬等の形態で培地に添加することができる。例えば、L-アスコルビン酸は、2-リン酸アスコルビン酸マグネシウム等の誘導体の形態で培地に添加してもよく、セレンは亜セレン酸塩(亜セレン酸ナトリウム等)の形態で培地に添加してもよい。また、インスリン、トランスフェリン、及びセレンに関しては、ITS試薬(インスリン-トランスフェリン-セレン)の形態で培地に添加することもできる。また、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムから選択される少なくとも1つが添加された市販の培地を使用することもできる。インスリン及びトランスフェリンを添加した市販の培地としては、CHO-S-SFM II(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、Hybridoma-SFM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、eRDF Dry Powdered Media(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、UltraCULTURETM(BioWhittaker社)、UltraDOMATM(BioWhittaker社)、UltraCHOTM(BioWhittaker社)、UltraMDCKTM(BioWhittaker社)、STEMPRO(登録商標)hESC SFM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、Essential8TM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、StemFit(登録商標)AK02N(味の素社)、mTeSR1(Veritas社)、及びTeSR2(Veritas社)等が挙げられる。
なお、本発明で用いる培地として好ましいものは、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選択される、少なくとも1つを含有する液体培地である。また、本発明で用いる培地として好ましいものは、少なくとも1つの増殖因子(好ましくはFGF2及び/又はTGF-β1)を含む液体培地である。特に好ましくは、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウム、並びに、少なくとも1つの増殖因子(好ましくはFGF2及び/又はTGF-β1)を含み、血清を含まないDMEM/F12培地である。
<PKCβ阻害剤>
本明細書において「プロテインキナーゼCβ(PKCβ)阻害剤」とは、PKCβの活性を阻害又は抑制する物質を意味する。プロテインキナーゼは、C末端側の触媒領域及びN末端側の調節領域を有している。触媒領域は、基質タンパク質上のリン酸化残基を認識する配列と、ATP/Mg2+結合する配列とから構成される。調節領域はC1とC2ドメインから構成される。
PKCには、在来型(Conventional)アイソザイムとしてPKCα、PKCβI、PKCβII及びPKCγがある。なお、PKCには、新型(Novel)アイソザイムとしてPKCδ、PKCε、PKCθ及びPKCηがあり、非典型(Atypical)アイソザイムとしてPKCζ、PKCλ及びPKCμがある。
本明細書において、PKCβという場合、これらPKCβI及びPKCβIIの両者を含む意味若しくはPKCβI及びPKCβIIのうち一方を意味する。また、本明細書においてPKCβ阻害剤という場合、これら従来型、新型及び非典型アイソザイムのうち、少なくともPKCβI及び/又はPKCβIIを阻害する物質を意味する。すなわち、PKCβ阻害剤は、PKCβIの活性のみを阻害又は抑制する物質、PKCβIIの活性のみを阻害又は抑制する物質、及びPKCβI及びPKCβIIの活性を阻害又は抑制する物質を含む意味である。
なお、PKCβ阻害剤は、PKCβの活性のみを特異的に阻害又は抑制する物質でもよいが、PKCβI又はPKCβII以外に他のアイソザイムの活性を阻害又は抑制する物質であってもよい。例えば、PKCβ阻害剤は、PKCβI及びPKCβIIを含む、前述した全ての従来型、新型及び非典型アイソザイムの活性を阻害又は抑制する物質でもよい。また、PKCβ阻害剤は、PKCβI及びPKCβIIの他に従来型アイソザイムであるPKCα及びPKCγの活性を阻害又は抑制する物質であっても良い。さらに、PKCβ阻害剤は、PKCβI及びPKCβIIの他に新型アイソザイムであるPKCδ、PKCε、PKCθ及びPKCηの活性を阻害又は抑制する物質であっても良い。
PKCβ阻害剤は、PKCβに対して直接又は間接的に作用する化合物、PKCβをコードする遺伝子に対するアンチセンス核酸、RNA干渉誘導性核酸(例えば、siRNA)、ドミナントネガティブ変異体、及びそれらの発現ベクターが挙げられる。
一例として、PKCβ阻害剤は、下記構造式[式I]を有する化合物を挙げることができる。
Figure 2023114300000001
で表される化合物又はその塩。
式Iにおいて、
は水素原子又は炭素数1~3のアルコキシ基(好ましくはメトキシ基)であり、 Rは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基(好ましくはメチル基)、又は、-N(Rにより置換された炭素数1~3のアルキル基(好ましくは-(CH-N(CH)であり、
は独立にエチル基又はメチル基(好ましくはメチル基)であり、
は、
Figure 2023114300000002

Figure 2023114300000003

又は
Figure 2023114300000004
で表される基であり、
は、水素原子、-S-C(=NH)(-NH)により置換された炭素数2~4のアルキル基(好ましくは-(CH-S-C(=NH)(-NH))、又は
Figure 2023114300000005
で表される基であり、
或いは、RとRとが一体となって下記の二価基
Figure 2023114300000006
を形成していてもよく、ここで、#はRの結合位置への結合を指し、##はRの結合位置への結合を指し、
前記二価基に含まれる不斉炭素の立体配置は特に限定されないが、好ましくは、
Figure 2023114300000007
であり、
は、-N(RD)により置換された炭素数1~3のアルキル基(好ましくは-(CH)-N(CH)であり、
RDは独立にエチル基又はメチル基(好ましくはメチル基)である。
式Iで表される化合物の塩としては塩酸塩又は硫酸塩が例示できる。
上記構造式[式I]を有するPKCβ阻害剤としては、具体的に、Go6983、GF109203X、LY-333531、Enzastaurin、Sotrastaurin、Ro-31-8220-mesylate、Ro-32-0432-hydrochloride、Go6976、Rottlerin、Midostaurin、Daphnetin、Dequalinium Chloride、Baicalein、Quercetin、Luteolin、Bisindolylmaleimide II、Calphostin C、Chelerythrine chloride、L-threo Dihydrosphingosine及びMelittinからなる群から選ばれる化合物を挙げることができる。特に、上記構造式を有するPKCβ阻害剤の中でも、Go6983、GF109203X及びLY-333531からなる群から選ばれる化合物を使用することが好ましい。
Go6983(3-[1-[3-(ジメチルアミノ)プロピル]-5-メトキシ-1H-インドール-3-イル]-4-(1H-インドール-3-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000008
GF109203X(2-[1-(3-ジメチルアミノプロピル)インドール-3-イル]-3-(インドール-3-イル)マレイミド)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000009
LY-333531((9S)-[(ジメチルアミノ)メチル]-6,7,10,11-テトラヒドロ-9H,18H-5,21:12,17-ジメテノジベンゾ[e,k]ピロロ[3,4-h][1,4,13]オキサジアザシクロヘキサデシン-18,20(19H)-ジオン、モノヒドロキシクロライド)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000010
Enzastaurin(3-(1-メチルインドール-3-イル)-4-[1-[1-(ピリジン-2-イルメチル)ピペリジン-4-イル]インドール-3-イル]ピロール-2,5-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000011
Sotrastaurin(3-(1H-インドール-3-イル)-4-(2-(4-メチルピペラジン-1-イル)キナゾリン-4-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000012
Ro-31-8220-mesylate(3-[3-[2,5-ジヒドロ-4-(1-メチル-1H-インドール-3-イル)-2,5-ジオキソ-1H-ピロール-3-イル]-1H-インドール-1-イル]プロピルカルバムイミドチオ酸エステルメシラート)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000013
Ro-32-0432-hydrochloride(3-[(8S)-8-[(ジメチルアミノ)メチル]-6,7,8,9-テトラヒドロピリド[1,2-a]インドール-10-イル]-4-(1-メチル-1H-インドール-3-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン 塩酸塩)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000014
<WNT阻害剤>
本明細書において「WNT阻害剤」とは、WNTシグナル伝達タンパク質による伝達経路(WNTシグナル伝達経路)を阻害する物質全般を指す。WNTシグナル伝達経路を阻害する物質であれば、特に限定されないが、代表的なWNT阻害剤としては、タンキレース(TNKS)阻害剤とPorcupine(PORCN)阻害剤が挙げられる。
本明細書において「タンキレース(TNKS)阻害剤」とは、タンキレースの活性を阻害又は抑制する物質を意味する。タンキレース(タンキラーゼと称する場合もある)は、標的タンパク質をポリ(ADP-リボシル)化するポリ(ADP-リボシル)化酵素(PARP)ファミリーに属し、タンキレース1(tankyrase-1/PARP-5a)及びタンキレース2(tankyrase-2/PARP-5b)が知られている。タンキレースについては、テロメア蛋白質TRF1をポリ(ADP-リボシル)化し、これをテロメアから遊離させることにより、テロメラーゼによるテロメア伸長を促進する機能が知られている。
本明細書において、TNKSという場合、これらタンキレース1及びタンキレース2の両者を含む意味若しくはタンキレース1及びタンキレース2のうち一方を意味する。また、本明細書においてTNKS阻害剤という場合、タンキレース1及び/又はタンキレース2を阻害する物質を意味する。すなわち、TNKS阻害剤は、タンキレース1の活性のみを阻害又は抑制する物質、タンキレース2の活性のみを阻害又は抑制する物質及びタンキレース1並びにタンキレース2の活性を阻害又は抑制する物質を含む意味である。
TNKS阻害剤は、TNKSに対して直接又は間接的に作用する化合物、TNKSをコードする遺伝子に対するアンチセンス核酸、RNA干渉誘導性核酸(例えば、siRNA)、ドミナントネガティブ変異体、及びそれらの発現ベクターが挙げられる。
一例として、TNKS阻害剤としては、IWR-1-endo、XAV939、G007-LK、G244-LM、MSC2504877及びWIKI4からなる群から選ばれる化合物を挙げることができる。特に、TNKS阻害剤の中でも、IWR-1-endo及び/又はXAV939を使用することが好ましい。
IWR-1-endo(4-(1,3,3a,4,7,7a-ヘキサヒドロ-1,3-ジオキソ-4,7-メタノ-2H-イソインドール-2-イル)-N-8-キノリニル-ベンズアミド)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000015
XAV939(3,5,7,8-テトラヒドロ-2-[4-(トリフルオロメチル)フェニル]-4H-チオピラノ[4,3-d]ピリミジン-4-オン)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000016
G007-LK(4-[5-[(1E)-2-[4-(2-クロロフェニル)-5-[5-(メチルスルフォニル)-2-ピリジニル]-4H-1,2,4-チアゾル-3-イル]エテニル]-1,3,4-オキサジアゾ-ル-2-イル]-ベンゾニトリル)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000017
G244-LM(3,5,7,8-テトラヒドロ-2-[4-[2-(メチルスルフォニル)フェニル]-1-ピペラジニル]-4H-チオピラノ[4,3-d]ピリミジン-4-オン)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000018
WIKI4(2-[3-[[4-(4-メトキシフェニル)-5-(4-ピリジニル)-4H-1,2,4-チアゾル-3-イル]チオ]プロピル]-1H-ベンゾ[デ]イソキノリン-1,3(2H)-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000019
本明細書において「Porcupine(PORCN)阻害剤」とは、Porcupineの活性を阻害又は抑制する物質を意味する。Porcupineは、WNTタンパク質の分泌に必要なプロセスであるWNTタンパク質のセリン残基へのパルミトリン酸の付加を触媒する酵素である。Porcupine(PORCN)阻害剤としては、例えば、IWP-2、WNT-C59等が知られる。
IWP-2(N-(6-メチル-2-ベンゼンチアゾリル)-2-[(3,4,6,7-テトラヒドロ-4-オキソ-3-フェニルチエノ[3,2-d]ピリミジン-2-イル)チオ]-アセトアミド)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000020
WNT-C59(4-(2-メチル-4-ピリジニル)-N-[4-(3-ピリジニル)フェニル]ベンゼンアセトアミド)の構造式を下記に示す。
Figure 2023114300000021
<その他>
本明細書において「複数」とは、例えば、2~50、2~45、2~40、2~35、2~30、2~25、2~20、2~15、2~10、2~7、2~5、2~4、又は2~3の整数をいう。
1-3.構成
上記した通り、本発明の方法は、以下の工程I及びIIを必須構成として含む。
I.液体培地中の体細胞に初期化遺伝子を導入する工程;及び
II.前記遺伝子導入した細胞を、非ゲル化培地中で、培地が流動した状態の浮遊培養条件下で初期化及び増幅培養を行う工程。
さらに本発明の方法は、以下の工程III及びIVを任意構成として含む。
III.前記工程IIで得られた細胞のうち、未分化マーカー陽性細胞を分取する工程;及び
IV.工程IIIで分取した細胞を浮遊培養して細胞集団を得る工程。
以下、工程ごとに、本発明の方法の構成を説明する。
1-3-1 初期化遺伝子導入工程(工程I)
本発明の方法の工程Iにおいて、体細胞に初期化遺伝子を導入する手段として、遺伝子発現ベクターを使用できる。工程Iは、体細胞を、初期化遺伝子を備えた遺伝子発現ベクターを含む試薬(以下、「初期化誘導剤」をも称する)と接触させる手順を備える。
(細胞)
「1-2.用語の定義」の項に記載される通り、本発明の方法において「体細胞」は、動物個体を構成する細胞のうち、生殖細胞以外の細胞を指すが、特に、侵襲性が比較的低く採取しやすい、初期化誘導が比較的容易である、浮遊細胞であるとの観点から、血液単核球、より具体的には末梢血単核球を好適に使用できる。単核球として、特に限定しないが、例えば活性型のT細胞を好適に使用できる。ここで、初期化遺伝子を導入するための細胞は、液体培地中、あるいはエレクトロポレーション等による遺伝子導入を実施するための専用の溶液中にあることを要する。それらの液中にあれば、浮遊した細胞であっても、接着した細胞であってもよいが、浮遊した細胞であることが好ましい。このような浮遊細胞は、液体培地中で浮遊培養された細胞であってもよく、接着培養された細胞を基材等から剥離して浮遊させた細胞であってもよい。
(遺伝子発現ベクター)
工程Iで使用される遺伝子発現ベクターは、必須構成要素として、プロモーター、及び初期化遺伝子を含む。本明細書において「遺伝子発現ベクター」とは、遺伝子や遺伝子断片を発現可能な状態で含み、その遺伝子等の発現を制御できる発現単位を包含するベクターをいう。本明細書において「発現可能な状態」とは、プロモーターの制御下にあるプロモーター下流域に、発現すべき遺伝子を配置していることをいう。本発明の方法に使用可能な遺伝子発現ベクターは、初期化因子を発現可能な状態で含むベクターであり、体細胞において初期化因子又はそのペプチド断片を発現することができる。
以下、本発明の方法に使用可能な遺伝子発現ベクター、並びに該ベクターが包含するプロモーター、及びその他の選択的構成要素について説明する。前記遺伝子発現ベクターとして使用可能なベクターは、体細胞において初期化因子を発現し得るものであれば、特に限定しない。例えば、ウイルスベクター、プラスミドベクター、及び人工染色体ベクターが例示される。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターとして使用可能なウイルスベクターは、初期化の対象となる体細胞に感染可能であり、当該体細胞において初期化因子を発現し得るものであれば、特に限定しない。例えば、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクター、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、センダイウイルスベクター等が例示される。ウイルスベクターの種類によって、搭載可能なDNAのサイズ、感染可能な細胞の種類、細胞傷害性、宿主ゲノムへの組み込みの有無、及び発現期間等に違いがあり、初期化の対象となる体細胞の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、複製欠損持続発現型センダイウイルスベクター(replication-defective and persistent Sendai virus vector;SeVdpベクター)は、宿主ゲノムへのインテグレーションを引き起こさず、細胞質中に持続的に留まる性質を有するため、安全性が高く、特に好適に使用できる(Nishimura K., et al., J Biol Chem. 2011 Feb 11;286(6):4760-71.;Fusaki N., et al., Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2009;85(8):348-62.)。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターとして使用可能なプラスミドベクターは、初期化の対象となる体細胞に導入された際に当該体細胞において初期化因子を発現し得るものであれば、特に限定しない。プラスミドベクターは、哺乳動物細胞と大腸菌等の細菌間とで複製可能なシャトルベクターであってもよい。具体的なプラスミドベクターとしては、例えば、大腸菌由来のプラスミド(pBR322、pUC18、pUC19、pUC118、pUC119、pBluescript等)、放線菌由来のプラスミド(pIJ486等)、枯草菌由来のプラスミド(pUB110、pSH19等)、酵母由来のプラスミド(YEp13、YEp24、Ycp50等)の他、市販のベクターを利用することができる。市販のベクターの具体例としては、CMV6-XL3(OriGene社)、EGFP-C1、pGBT-9(Clontech社)、pcDNA、pcDM8、pREP4(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)等が挙げられる。特に、oriP-EBNA1が組み込まれ、宿主のゲノムにインテグレーションを引き起こさず、自律的に複製可能なエピソーマルプラスミドを好適に使用できる。例えば、初期化遺伝子が組み込まれたエピソーマルプラスミドを含む、iPS細胞作製用キットであるHuman iPS Cell GenerationTM Episomal Vector Mix(タカラ社製)等を使用することができる。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターとして使用可能な人工染色体ベクターとしては、例えばヒト人工染色体(HAC)、酵母人工染色体(YAC)、細菌人工染色体(BAC、PAC)等が例示される。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターが包含するプロモーターは、初期化の対象となる体細胞内で遺伝子発現を誘導する活性を有するプロモーターである。前記遺伝子発現ベクターを導入する体細胞は、原則として哺乳動物細胞、特にヒト由来の細胞であることから、それらの細胞内で下流の遺伝子を発現できるプロモーターであればよい。例えば、CMVプロモーター(CMV-IEプロモーター)、SV40初期プロモーター、RSVプロモーター、HSV-TKプロモーター、EF1αプロモーター、Ubプロモーター、メタロチオネインプロモーター、SRαプロモーター、又はCAGプロモーター等が挙げられる。この他、温度によって制御可能なヒートショックプロモーターや、テトラサイクリンの有無によって制御可能なテトラサイクリン応答性プロモーター等の誘導性プロモーターも例示される。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターは、選択的な構成要素として、上記のプロモーター以外の制御配列、選択マーカー遺伝子、及び/又はレポーター遺伝子等を含んでもよい。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターが包含し得るプロモーター以外の制御配列には、発現制御配列、イントロン配列、ヌクレアーゼ認識配列、複製起点配列等が包含される。発現制御配列としては、エンハンサー、リボソーム結合配列、ターミネーター、ポリA付加シグナル等の発現制御配列が例示される。ヌクレアーゼ認識配列としては、制限酵素認識配列、Cre組換え酵素によって認識されるloxP配列、ZFNやTALEN等の人工ヌクレアーゼの標的となる配列、又はCRISPR/Cas9システムの標的となる配列が例示される。複製起点配列としては、SV40複製起点配列が例示される。
例えば、本発明の方法の遺伝子発現ベクターにおいて、初期化因子のコード領域の前後にヌクレアーゼ認識配列を導入することができる。その場合、体細胞の初期化が完了した後に、ヌクレアーゼを導入して初期化因子のコード領域を除去することができる。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターが包含し得る選択マーカー遺伝子は、前記遺伝子発現ベクターが導入された体細胞を選択することができる選択マーカー遺伝子である。選択マーカー遺伝子の具体例としては、例えばアンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子、又はハイグロマイシン耐性遺伝子等の薬剤耐性遺伝子が挙げられる。
本発明の方法において、遺伝子発現ベクターが包含し得るレポーター遺伝子は、遺伝子発現ベクターが導入された体細胞を識別可能なレポーターをコードする遺伝子である。レポーター遺伝子としては、例えば、GFPやRFP等の蛍光タンパク質をコードする遺伝子や、ルシフェラーゼ遺伝子等が例示される。
(初期化遺伝子)
本発明の方法において、初期化誘導剤は、遺伝子発現ベクターに組み込まれた1種類以上の(1)初期化遺伝子を必須構成として含む。これに加えて、初期化誘導剤は選択的に、1種類以上の(2)補助因子を含んでもよい。以下、(1)及び(2)について具体的に説明する。
(1)初期化遺伝子について、本発明の方法において、初期化誘導剤は、1種類以上の初期化遺伝子を含む。初期化遺伝子がコードする初期化因子は、体細胞の初期化を誘導し得る因子であれば限定しない。例えば、OCT3/4、SOX2、C-MYC、及びKLF、並びにそのいずれかの関連因子が例示される。当該関連因子としては例えば、SOX1、SOX3、SOX15、SOX18、C-MYCのT58A変異体、N-MYC、及びL-MYC、並びにKLF1、KLF2、KLF4、及びKLF5等が例示される。これらの初期化因子は、当該初期化因子に該当するタンパク質若しくはそのペプチド断片のいずれであってもよいが、特に、OCT3/4、KLF4及びL-MYCからなる群より選択される少なくとも1つの初期化因子を好適に使用できる。すなわち、初期化誘導剤は、OCT3/4遺伝子、KLF4遺伝子及びL―MYC遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を含むことが好ましい。
本発明の方法において、初期化誘導剤に包含される、初期化遺伝子の数は、限定しない。例えば、前記初期化誘導剤は、1種類、2種類、3種類、4種類、5種類、6種類、又はそれ以上の初期化遺伝子を包含してもよい。
また、前記初期化誘導剤が2以上の初期化遺伝子を包含する場合、当該2以上の初期化遺伝子は、同一のベクター中に包含されていても、別々のベクターであってもよい。
(2)初期化補助因子について、本発明の方法において、初期化誘導剤が、選択的構成要素として包含し得る「初期化補助因子」とは、上記(1)に該当するもの以外で、体細胞の初期化誘導に必須ではないものの、体細胞に導入した場合に初期化誘導の効率を上昇し得る因子である。例えば、NANOG、NR5A2、LIN28A、LIN28B、LIN41、GLIS1、TBX3、HMGA2、FOXH1、mir-302、mir-367、mir-106a、mir-363、TP53に対するshRNA若しくはsiRNA、ドミナントネガティブ型TP53、又はP21に対するshRNA若しくはsiRNA等が挙げられる。
本発明の工程Iにおいて、前記初期化誘導剤に含まれる初期化遺伝子を体細胞に導入する方法は、特に限定されず、遺伝子導入ベクターの種類(プラスミドベクター、ウイルスベクター等)に応じて、導入方法を適宜選択すればよい。例えば、ウイルス感染、リポフェクション法、リポソーム法、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、DEAE-Dextran法によって、初期化遺伝子を体細胞に導入することができる。この他、Green & Sambrook、2012、Molecular Cloning: A Laboratory Manual Fourth Ed.、Cold Spring Harbor Laboratory Press、Cold Spring Harbor、New York等に記載された当該分野で公知の遺伝子導入方法(形質転換方法)を用いることができる。また、初期化遺伝子を導入する際、初期化遺伝子を導入する体細胞は、特に限定されないが、例えば、液体培地中に存在してもよいし、エレクトロポレーションを実施するための専用の溶液中に存在してもよい。
1-3-2.初期化及び増幅培養工程(工程II)
本発明の方法の工程IIは、工程Iで初期化遺伝子が導入された細胞について、初期化及び増幅培養を行う工程である。本発明においては、工程Iにおいて初期化遺伝子を導入した後、長くとも5日以内、特に3日以内、さらには1日以内に、工程IIに移行することが好ましい。本発明の工程IIにおいて、細胞培養は、培地が流動した状態の浮遊培養条件下で行われる。工程IIにおいて、使用される液体培地は、非ゲル化培地である。以下、本工程及び後段の培養工程で用いる動物細胞培養法について説明する。
(培養容器)
培養に用いる培養容器は、容器内面への細胞の接着性が低い容器が好ましい。容器内面への細胞の接着性が低い容器としては、例えば生体適合性がある物質で親水性表面処理されているようなプレートが挙げられる。例えば、NunclonTM Sphera(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)を培養容器として使用できる。
培養容器の形状は特に限定されないが、例えば、ディッシュ状、フラスコ状、ウェル状、バッグ状、スピナーフラスコ状等の形状の培養容器が挙げられる。
使用する培養容器の容量は適宜選択することができ特に限定されないが、培地を収容する部分の底面を平面視したときの面積の下限が、0.32cm以上、0.65cm以上、1.9cm以上、3.0cm以上、3.5cm以上、9.0cm以上、又は9.6cm以上で、上限が、1000cm以下、500cm以下、300cm以下、150cm以下、75cm以下、55cm以下、25cm以下、21cm以下、9.6cm以下、又は3.5cm以下であることが好ましい。
本工程は、上記「1-2.用語の定義」の項で定義したPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を含む培地で培養することに特徴がある。培地の種類は、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を含み、かつ細胞を増殖及び/又は維持できる培地であれば、限定はしない。
(培地)
本工程において使用される培地は、非ゲル化培地である。すなわち、固形培地及び半固形培地は使用されず、流動性の高い液体培地が使用される。本明細書において「非ゲル化培地」、すなわち液体培地は、粘度が0.90mPa・S以下の培地を指し、好ましくは0.85mPa・S以下の培地を指す。具体的には、「1-2.用語の定義」の項に列記した液体基礎培地に、任意で培養添加物を加えたものを指す。本工程で用いる培地として好ましいものは、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選択される、少なくとも1つを含有する液体培地である。また、本発明で用いる培地として好ましいものは、少なくとも1つの増殖因子(好ましくはFGF2及び/又はTGF-β1)を含む液体培地である。特に好ましくは、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウム、並びに、少なくとも1つの増殖因子(好ましくはFGF2及び/又はTGF-β1)を含み、血清を含まないDMEM/F12培地である。さらに、本工程で用いる培地としては、ROCK阻害剤(好ましくはY-27632)を含有する液体培地が好ましい。
(PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤)
本工程で使用される液体培地には、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤が含まれていてもよい。PKCβ阻害剤は、1種、又は異なる2種以上の組み合わせであってもよい。WNT阻害剤は、1種、又は異なる2種以上の組み合わせであってもよい。PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤のうち、PKCβ阻害剤のみが含まれていてもよく、WNT阻害剤のみが含まれていてもよく、また、両方が含まれていてもよい。より好ましくは、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤が共存する。
培地がPKCβ阻害剤を含む場合、濃度の下限は、特に限定されず、初期化遺伝子を導入した細胞(以下、「初期化細胞」とも称する)の接着が抑制される範囲に応じて決定することができる。
例えば、PKCβ阻害剤は、液体培地中の終濃度として25nM以上とすることができ、30nM以上とすることができ、50nM以上とすることができ、80nM以上とすることができ、100nM以上とすることができ、150nM以上とすることができ、200nM以上とすることができ、500nM以上とすることができ、700nM以上とすることができ、1μM以上とすることができ、3μM以上とすることができ、5μM以上とすることができ、10μM以上とすることができる。
培地中のPKCβ阻害剤の濃度の上限は、特に限定されず、初期化細胞の接着が抑制される範囲やPKCβ阻害剤の溶解度等に応じて決定することができる。
例えば、PKCβ阻害剤は、液体培地中の終濃度として15μM以下とすることができ、10μM以下とすることができ、5μM以下とすることができ、3μM以下とすることができ、1μM以下とすることができ、700nM以下とすることができ、500nM以下とすることができ、200nM以下とすることができ、150nM以下とすることができ、100nM以下とすることができ、80nM以下とすることができ、50nM以下とすることができ、30nM以下とすることができる。
なお、PKCβ阻害剤を組成物として培地に添加する場合、当該組成物中のPKCβ阻害剤の濃度は、培地に添加されたときに上記範囲となるように決めることができる。例えば、当該組成物を2倍希釈して使用する場合、当該組成物中のPKCβ阻害剤の下限は、50nM以上とすることができ、60nM以上とすることができ、100nM以上とすることができ、160nM以上とすることができ、200nM以上とすることができ、300nM以上とすることができ、400nM以上とすることができ、1μM以上とすることができ、1.4μM以上とすることができ、2μM以上とすることができ、6μM以上とすることができ、10μM以上とすることができ、20μM以上とすることができる。
なお、当該組成物中のPKCβ阻害剤の上限は、特に限定されず、PKCβ阻害剤の溶解度とすることができる。具体的には、当該組成物中のPKCβ阻害剤の上限を200mMとすることができる。
WNT阻害剤の濃度の下限は、特に限定されず、初期化細胞の接着が抑制される範囲に応じて決定することができる。
例えば、WNT阻害剤は、液体培地中の終濃度として90nM以上とすることができ、100nM以上とすることができ、150nM以上とすることができ、200nM以上とすることができ、300nM以上とすることができ、400nM以上とすることができ、500nM以上とすることができ、600nM以上とすることができ、700nM以上とすることができ、800nM以上とすることができ、900nM以上とすることができ、1μM以上とすることができ、1.5μM以上とすることができ、3μM以上とすることができ、5μM以上とすることができ、10μM以上とすることができ、15μM以上とすることができ、30μM以上とすることができ、35μM以上とすることができる。
培地中のWNT阻害剤の濃度の上限は、特に限定されず、初期化細胞の接着が抑制される範囲やWNT阻害剤の溶解度等に応じて決定することができる。
例えば、WNT阻害剤は、液体培地中の終濃度として40μM以下とすることができ、35μM以下とすることができ、30μM以下とすることができ、15μM以下とすることができ、10μM以下とすることができ、5μM以下とすることができ、3μM以下とすることができ、1.5μM以下とすることができ、1μM以下とすることができ、900nM以下とすることができ、800nM以下とすることができ、700nM以下とすることができ、600nM以下とすることができ、500nM以下とすることができ、400nM以下とすることができ、300nM以下とすることができ、200nM以下とすることができ、150nM以下とすることができ、100nM以下とすることができる。
なお、WNT阻害剤を組成物として培地に添加する場合、当該組成物中のWNT阻害剤の濃度は、培地に添加されたときに上記範囲となるように決めることができる。例えば、当該組成物を2倍希釈して使用する場合、当該組成物中のTNKS阻害剤の下限は、180nM以上とすることができ、200nM以上とすることができ、300nM以上とすることができ、400nM以上とすることができ、600nM以上とすることができ、800nM以上とすることができ、1μM以上とすることができ、1.2μM以上とすることができ、1.4μM以上とすることができ、1.6μM以上とすることができ、1.8μM以上とすることができ、2μM以上とすることができ、3μM以上とすることができ、6μM以上とすることができ、10μM以上とすることができ、20μM以上とすることができ、30μM以上とすることができ、60μM以上とすることができ、70μM以上とすることができる。
なお、当該組成物中のWNT阻害剤の上限は、特に限定されず、WNT阻害剤の溶解度とすることができる。具体的には、当該組成物中のWNT阻害剤の上限を113mMとすることができる。
液体培地中にPKCβ阻害剤とWNT阻害剤とを共存させる場合、PKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度の比率の下限は、特に限定されないが、例えば167:1以上、111:1以上、56:1以上、33:1以上、11:1以上、7.8:1以上、5.6:1以上、2.2:1以上、1.7:1以上、又は1.1:1以上とすることができる。液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度の比率の上限は、特に限定されないが、例えば、1:1600以下、1:1400以下、1:1200以下、1:600以下、1:400以下、1:200以下、1:120以下、1:60以下、1:40以下、1:36以下、1:32以下、1:28以下、1:24以下、1:20以下、1:16以下、1:12以下、1:8以下、1:6以下、又は1:4以下とすることができる。液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度の比率は、特に限定されないが、例えば167:1以上1:1600以下の範囲とすることができる。また、液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度の比率は、111:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、56:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、33:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、11:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、7.8:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、5.6:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、2.2:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、1.7:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、1.1:1以上1:1600以下の範囲とすることができる。さらに液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度の比率は、167:1以上1:1400以下の範囲とすることができ、167:1以上1:1200以下の範囲とすることができ、167:1以上1:600以下の範囲とすることができ、167:1以上1:400以下の範囲とすることができ、167:1以上1:200以下の範囲とすることができ、167:1以上1:120以下の範囲とすることができ、167:1以上1:60以下の範囲とすることができ、167:1以上1:40以下の範囲とすることができ、167:1以上1:36以下の範囲とすることができ、167:1以上1:32以下の範囲とすることができ、167:1以上1:28以下の範囲とすることができ、167:1以上1:24以下の範囲とすることができ、167:1以上1:20以下の範囲とすることができ、167:1以上1:16以下の範囲とすることができ、167:1以上1:12以下の範囲とすることができ、167:1以上1:8以下の範囲とすることができ、167:1以上1:6以下の範囲とすることができ、167:1以上1:4以下の範囲とすることができる。
(組成物)
培養添加物、PKCβ阻害剤、WNT阻害剤等は、これらを有効成分として含む組成物として培地に添加されてもよい。その場合、当該組成物が、有効成分と組み合わされる他の成分として、担体が挙げられる。担体には、溶媒及び/又は賦形剤が含まれる。
溶媒としては、例えば、水、バッファ(PBSを含む)、生食、有機溶媒(DMSO、DMF、キシレン、低級アルコール)等が挙げられる。
賦形剤としては、抗生剤、緩衝剤、増粘剤、着色剤、安定化剤、界面活性剤、乳化剤、防腐剤、保存剤、抗酸化剤等を挙げることができる。抗生剤は、特に限定されないが、例えばペニシリン、ストレプトマイシン、アンホテリシンB等を使用することができる。緩衝剤としては、リン酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液、グリシン緩衝液などが挙げられる。増粘剤としては、ゼラチン、多糖類などが挙げられる。着色剤としては、フェノールレッドなどが挙げられる。安定化剤としては、アルブミン、デキストラン、メチルセルロース、ゼラチンなどが挙げられる。界面活性剤としては、コレステロール、アルキルグリコシド、アルキルポリグルコシド、アルキルモノグリセリルエーテル、グルコシド、マルトシド、ネオペンチルグリコール系、ポリオキシエチレングリコール系、チオグルコシド、チオマルトシド、ペプチド、サポニン、リン脂質、脂肪酸ソルビタンエステル、脂肪酸ジエタノールアミドなどが挙げられる。乳化剤としては、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルなどが挙げられる。防腐剤としては、アミノエチルスルホン酸、安息香酸、安息香酸ナトリウム、エタノール、エデト酸ナトリウム、カンテン、dl-カンフル、クエン酸、クエン酸ナトリウム、サリチル酸、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸フェニル、ジブチルヒドロキシトルエン、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、窒素、デヒドロ酢酸、デヒドロ酢酸ナトリウム、2-ナフトール、白糖、ハチミツ、パラオキシ安息香酸イソブチル、パラオキシ安息香酸イソプロピル、パラオキシ安息香酸エチル、パラオキシ安息香酸ブチル、パラオキシ安息香酸プロピル、パラオキシ安息香酸メチル、l-メントール、ユーカリ油などが挙げられる。保存剤としては、安息香酸、安息香酸ナトリウム、エタノール、エデト酸ナトリウム、乾燥亜硫酸ナトリウム、クエン酸、グリセリン、サリチル酸、サリチル酸ナトリウム、ジブチルヒドロキシトルエン、D-ソルビトール、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸イソブチル、パラオキシ安息香酸イソプロピル、パラオキシ安息香酸エチル、パラオキシ安息香酸ブチル、パラオキシ安息香酸プロピル、パラオキシ安息香酸メチル、プロピレングリコール、リン酸などが挙げられる。抗酸化剤としては、クエン酸、クエン酸誘導体、ビタミンC及びその誘導体、リコペン、ビタミンA、カロテノイド類、ビタミンB及びその誘導体、フラボノイド類、ポリフェノール類、グルタチオン、セレン、チオ硫酸ナトリウム、ビタミンE及びその誘導体、αリポ酸及びその誘導体、ピクノジェノール、フラバンジェノール、スーパーオキサイドディスムターゼ(SOD)、グルタチオンペルオキシダーゼ、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ、グルタチオン還元酵素、カタラーゼ、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ、及びこれらの混合物などが挙げられる。
(培養)
本工程IIでは、工程Iで初期化因子を導入した体細胞を用いるが、初期化因子を導入した体細胞が浮遊状態であればそのまま本工程IIにおいて引き続き浮遊培養することができ、初期化因子を導入した体細胞が容器や基材等に接着している状態であれば、酵素処理等で剥離することで、本工程IIに供することができる。培地や培養液の量は、使用する培養容器によって適宜調整すればよい。例えば、96ウェルプレート(平面視でのウェル底面の面積が1ウェルあたり0.35cm)を使用する場合は、1ウェルあたりの量を0.05mL以上、0.3mL以下、好ましくは約0.1mLとすることができる。また、12ウェルプレート(平面視でのウェル底面の面積が1ウェルあたり3.5cm)を使用する場合は、1ウェルあたりの量を0.5mL以上、1.5mL以下、好ましくは約1.3mLとすることができる。また、6ウェルプレート(平面視でのウェル底面の面積が1ウェルあたり9.6cm)を使用する場合には、1ウェルあたりの量を下限は1.5mL以上、2mL以上、又は3mL以上とすることができ、また上限は6.0mL以下、5mL以下、4mL以下とすることができる。さらに、30mLスピナーフラスコ(容量が30mLのスピナーフラスコ)を使用する場合には、容器当たりの量を下限は20mL以上、25mL以上、30mL以上とすることができ、また上限は40mL以下、35mL以下、30mL以下とすることができる。さらに、125mL三角フラスコ(容量が125mLの三角フラスコ)を使用する場合は、容器当たりの量を下限は10mL以上、15mL以上、20mL以上、25mL以上、又は30mL以上とすることができ、また上限は50mL以下、45mL以下、又は40mL以下とすることができる。また、容量が500mLの三角フラスコを使用する場合は、容器当たりの量を下限は100mL以上、105mL以上、110mL以上、115mL以上、又は120mL以上とすることができ、また上限は150mL以下、145mL以下、140mL以下、135mL以下、130mL以下、又は125mL以下とすることができる。さらに、容量が1000mLの三角フラスコを使用する場合は、容器当たりの量を下限は250mL以上、260mL以上、270mL以上、280mL以上、又は290mL以上とすることができ、また上限は350mL以下、340mL以下、330mL以下、320mL以下、又は310mL以下とすることができる。さらに、容量が1000mLの攪拌型リアクターを使用する場合は、容器当たりの量を下限は300mL以上、310mL以上、又は320mL以上とすることができ、また上限は1000mL以下、900mL以下、800mL以下、700mL以下、又は600mL以下とすることができる。さらに、例えば容量が2Lのディスポーザブル培養バッグを使用する場合は、1バッグ当たりの量を下限は100mL以上、200mL以上、300mL以上、400mL以上、500mL以上、600mL以上、700mL以上、800mL以上、900mL以上、又は1000mL以上とすることができ、上限は2000mL以下、1900mL以下、1800mL以下、1700mL以下、1600mL以下、1500mL以下、1400mL以下、1300mL以下、1200mL以下、又は1100mL以下とすることができる。また、容量が10Lのディスポーザブル培養バッグを使用する場合は、1バッグ当たりの量を下限は500mL以上、1L以上、2L以上、3L以上、4L以上、又は5L以上とすることができ、上限は10L以下、9L以下、8L以下、7L以下、又は6L以下とすることができる。
工程IIは、培地交換手順及び新たな培地への播種(継代培養)の手順を含んでいてもよい。継代培養において、新たな培地に播種する細胞の密度(播種密度)は、培養時間や培養後の細胞状態、培養後に必要な細胞数を勘案して適宜調整することができる。限定はしないが、通常、下限は、0.001×10細胞/mL以上、0.01×10細胞/mL以上、0.1×10細胞/mL以上、1×10細胞/mL以上、又は2×10細胞/mL以上、そして、上限は20×10細胞/mL以下、又は10×10細胞/mL以下の範囲にあればよい。
培養温度、時間、CO濃度等の培養条件は特に限定しない。当該分野における常法の範囲で行えばよい。例えば培養温度は下限が20℃以上、又は35℃以上、そして上限が45℃以下、又は40℃以下であればよいが、好ましくは37℃である。また、培養時間は下限が0.5時間以上又は6時間以上、そして上限が7日間以下、120時間以下、96時間以下、72時間以下、又は48時間以下の範囲にあればよい。培養時のCO濃度は、下限が0.5%以上、1%以上、2%以上、3%以上、4%以上、又は4.5%以上、そして上限が10%以下、又は5.5%以下であればよいが、好ましくは5%である。また、適当な頻度で培地交換を行うことができる。培地交換の頻度は培養する細胞種によって異なるが、例えば、5日に1回以上、4日に1回以上、3日に1回以上、2日に1回以上、1日に1回以上、又は1日に2回以上で行えばよいがそれらに限定されない。培地交換は、回収工程と同様の方法で細胞を回収した後、新鮮な培地を添加し、穏やかに細胞凝集塊を分散させた後、再度培養すればよい。あるいは、常に連続して培養液の一定量を吸引除去し続け、かつ新鮮な培地を加え続けてもよい。なお、培地交換の頻度や方法等については、上記の頻度や方法には限定されず、適宜最適な方法を採用すればよい。
また、培養終了のタイミング及び培地交換のタイミングは、例えば、培地中の乳酸濃度に基づいて決定することもできる。乳酸は、培養中に細胞により産生され、培地中に蓄積される。細胞が産生した乳酸或いは元から培地中に含まれていた乳酸は、細胞にダメージを与え、その結果、iPS細胞の未分化性維持を阻害し、増殖、特に継代後の細胞増殖能を低下させるなどの悪影響を与えることが知られている。そこで、培地中の乳酸濃度に基づいて培養終了のタイミング及び/又は培地交換のタイミングを決定することで、乳酸による未分化性維持の阻害作用、乳酸による細胞増殖能の低下作用を回避することができる。
(浮遊培養)
本工程の培養は、浮遊培養であり、かつ、流動培養である。本明細書において「流動培養」とは、培地を流動させる条件下で培養することをいう。流動培養の場合、シングルセル状態の細胞の凝集を促進し、かつ過凝集を抑制するように培地を流動させる方法が好ましい。そのような培養方法として、例えば、浮遊旋回方式、浮遊揺動形式、浮遊撹拌方式、又はそれらの組み合わせが挙げられる。特に、浮遊旋回方式又は浮遊攪拌方式を好適に使用できる。
「浮遊旋回方式」(振盪培養法を含む)とは、旋回流による応力(遠心力、求心力)により細胞が一点に集まるように培地が流動する条件で培養する方法をいう。具体的には、細胞を含む培地を収容した培養容器を概ね水平面に沿って円、楕円、扁平した円、扁平した楕円等の閉じた軌道を描くように旋回させることにより行う。
旋回速度は、特に限定されないが、10~100rpmとすることが好ましい。旋回速度は、10rpm以上、50rpm以上、60rpm以上、70rpm以上、80rpm以上、83rpm以上、85rpm以上、又は90rpm以上とすることができる。一方、100rpm以下、95rpm以下、又は90rpm以下とすることができる。浮遊旋回方式に使用するシェイカーの振幅は特に限定されないが、下限は、例えば1mm以上、10mm以上、20mm以上、又は25mm以上とすることができる。一方、上限は、例えば200mm以下、100mm以下、50mm以下、30mm以下、又は25mm以下とすることができる。浮遊旋回方式での培養の際の回転半径も特に限定されないが、好ましくは振幅が前記の範囲となるように設定される。回転半径の下限は例えば5mm以上又は10mm以上であり、上限は例えば100mm以下又は50mm以下とすることができる。特に、旋回条件を前記範囲にすることで、生成される細胞凝集塊が適切なサイズとなりやすい、という利点がある。
「浮遊撹拌方式」とは、培養容器は静置させたままでスターラ―バーや撹拌翼のような撹拌手段を用いて容器内の培地を撹拌する条件で培養する方法をいう。例えば、撹拌翼の付いたスピナーフラスコ状の培養容器を用いることで浮遊撹拌方式を達成し得る。そのような培養容器は市販されており、それらを利用することもできる。市販のスピナーフラスコ状の培養容器であれば、細胞培養組成物の量として、メーカー推奨の量を好適に使用することができる。
「浮遊撹拌方式」においては、培養中の細胞にかかる剪断応力を制御することが好ましい。iPS細胞を含む動物細胞は、一般的に、他の細胞と比較して物理的ストレスに弱い場合が多い。そのため、攪拌培養に際して細胞に負荷される剪断応力が大きすぎると、細胞が物理的なダメージを受け、増殖能が低下したり、iPS細胞であれば未分化性を維持できなくなったりする場合がある。攪拌翼の回転数は、特に限定されないが、下限は1rpm以上、10rpm以上、30rpm以上、50rpm以上、又は70rpm以上、90rpm以上、110rpm以上又は130rpm以上とすることができる。一方、上限は200rpm以下又は150rpm以下とすることができる。
また、浮遊撹拌方式において細胞に負荷される剪断応力は、限定されないが、例えば翼先端速度に依存する。翼先端速度とは、攪拌翼先端部の周速であり、翼径[m]×円周率×回転数[rps]=翼先端速度[m/s]として求めることができる。なお、翼径が、攪拌翼の先端形状により複数求められる場合には、最も大きな距離とすることができる。
翼先端速度は、0.05m/s以上とすることが好ましく、0.08m/s以上とすることが好ましく、0.10m/s以上とすることが好ましく、0.13m/s以上とすることが好ましく、0.17m/s以上とすることが好ましく、0.20m/s以上とすることが好ましく、0.23m/s以上とすることが好ましく、0.25m/s以上とすることが好ましく、0.30m/s以上とすることが好ましい。翼先端速度をこの範囲とすることで、iPS細胞の未分化を維持しながら、細胞同士の過凝集を抑制することができる。
さらに、翼先端速度は、1.37m/s以下とすることが好ましく、1.00m/s以下とすることが好ましく、0.84m/s以下とすることが好ましく、0.50m/s以下とすることが好ましく、0.42m/s以下とすることが好ましく、0.34m/s以下とすることが好ましく0.30m/s以下とすることが好ましい。翼先端速度をこの範囲とすることで、iPS細胞の未分化を維持しながら、培養系内の培地流動状態を安定化することができる。
上記した通り、工程IIは、継代培養の手順を含んでいてもよく、継代培養は培養スケールの変更、好適には培養スケールの上昇(スケールアップ)を伴うものとすることができる。培養スケールの変更を伴う継代培養において、変更前後の撹拌手段の攪拌翼の回転数は、培養スケールに合わせて、体積当たりの攪拌所要動力若しくは翼先端速度が同等、好適には±10%未満、より好適には±5%未満になるように設定することができる。iPS細胞の初期化・樹立時には、少ない細胞数から培養し徐々に増殖させ、多量の細胞を得ることになるため、培養の進行に伴って培養スケールを大きくすることが必要となる。その際、培養液の体積当たりの攪拌所要動力又は翼先端速度がいつも同等になるように設定することで、スケールによらず、同等の培養環境で培養することが可能となる。例えば、このように培養スケールを大きくしていく際に、培養スケールを相似形で変更する際は、Pv一定の式を用いて攪拌翼の回転数を決定することができる。Pvとは単位体積当たりの攪拌所要動力のことであり、Pvを同等とすることで異なるスケール間で同等の条件での攪拌培養することができる。Pv一定の式は、単位時間当たりの回転数[rpm、又は、rps]×(翼径[m])2/3=定数として表すことができる。
「浮遊揺動方式」とは、揺動(ロッキング)撹拌のような直線的な往復運動により培地に揺動流を付与する条件で培養する方法をいう。具体的には、細胞を含む培地を収容した培養容器を概ね水平面に垂直な平面内で揺動させることにより行う。揺動速度は特に限定されないが、例えば1往復を1回とした場合、下限は1分間に2回以上、4回以上、6回以上、8回以上、又は10回以上、一方、上限は1分間に15回以下、20回以下、25回以下、又は50回以下で揺動すればよい。揺動の際、垂直面に対して若干の角度、すなわち誘導角度を培養容器につけることが好ましい。揺動角度は特に限定されないが、例えば、下限は0.1°以上、2°以上、4°以上、6°以上、又は8°以上、一方、上限は20°以下、18°以下、15°以下、12°以下又は10°以下とすることができる。特に、揺動条件を前記範囲とすることで、生成される細胞凝集塊が適切なサイズとなりやすい、という利点がある。
さらに、上記旋回と揺動とを組み合わせた運動により撹拌しながら培養することもできる。
本工程で細胞の数をどこまで増やすか、また細胞の状態をどこに合わせるかについては、培養する細胞の種類、培地の種類や培養条件に応じて適宜定めればよい。本工程によって、初期化された細胞、すなわちiPS細胞を含む細胞集団を得ることができる。
(回収)
工程IIは、上記条件での培養後、常法により培養液と細胞を分離して、細胞集団を回収する手順を含むことが好ましい。この時、回収される細胞集団は、通常は細胞凝集塊を形成している。本発明の方法は、好ましくは、工程IIにおいて、形成された細胞凝集塊を回収する手順を含む。
工程IIにおける培養後の細胞は、通常は細胞凝集塊として培養液中に浮遊した状態で存在する。したがって、細胞は、静置状態又は遠心分離により上清の液体成分を除去することで回収することができる。濾過フィルターや中空糸分離膜等を用いて回収することもできる。静置状態で液体成分を除去する場合、培養液の入った容器を静置状態に5分程度置き、沈降した細胞や細胞凝集塊を残して上清を除去すればよい。また遠心分離は、遠心力によって細胞がダメージを受けない遠心加速度と処理時間で行えばよい。例えば、遠心加速度の下限は、細胞を沈降できれば特に限定はされないが、例えば100×g以上、300×g以上、800×g以上、又は1000×g以上であればよい。一方、上限は細胞が遠心力によるダメージを受けない、又は受けにくい速度であればよく、例えば1400×g以下、1500×g以下、又は1600×g以下であればよい。また処理時間の下限は、上記遠心加速度により細胞を沈降できる時間であれば特に限定はされないが、例えば30秒以上、1分以上、3分以上、又は5分以上であればよい。また、上限は、上記遠心加速度により細胞がダメージを受けない、又は受けにくい時間であればよく、例えば10分以下、8分以下、6分以下、又は30秒以下であればよい。フィルトレーションで液体成分を除去する場合、例えば、不織布やメッシュフィルターに培養液を通して濾液を除去し、残った細胞凝集塊を回収すればよい。また、中空糸分離膜で液体成分を除去する場合、例えば、細胞濃縮洗浄システム(カネカ社)のような中空糸分離膜を備えた装置を用いて培養液と細胞を分離し、回収すればよい。
回収した細胞は、必要に応じて洗浄することができる。洗浄方法は、限定しない。洗浄液には、バッファ(PBSバッファを含む)、生食、又は培地(基礎培地が好ましい)を使用することができる。
(工程IIの効果)
工程Iにおいて、初期化遺伝子が導入された体細胞は、工程IIにおいて流動培養が開始されることで、接着培養によらず、浮遊培養条件下で、初期化、すなわち、iPS細胞へと変化することができる。工程I及び工程IIにより、iPS細胞を製造することが可能であり、工程IIの後、得られたiPS細胞を含む細胞凝集塊について、既知の任意手法でiPS細胞の純度を上げることが可能である。本発明は、iPS細胞を高い純度で含む細胞集団を簡易な方法で得ることが可能な、工程III及び工程IVをさらに提供する。
1-3-3.分取工程(工程III)
本発明の方法の工程IIIは、工程IIで得られた細胞のうち、未分化マーカー陽性細胞を分取する工程である。本明細書において「(細胞の)分取」とは、ある特徴を有する細胞を他の細胞から分離する手順を指す。工程IIIにおいては、具体的には、未分化マーカー陽性の細胞を、未分化マーカー陰性の細胞群から分離する手順を指す。細胞分取の手法は、常法に従えばよく、特に限定するものではない。
(単一細胞化)
工程IIIは、細胞を分画する工程とすることが好ましい。そのため、工程IIIは、回収した細胞の単一細胞化の手順を備えることが好ましい。「単一細胞化」とは、単層細胞片や細胞凝集塊等のように複数の細胞が互いに接着又は凝集した細胞集合体を分散させて、単一の遊離した細胞状態にすることをいう。本工程において、分画された細胞の個数は特に限定されないが、通常は10個以下であり、好ましくは5個以下、4個以下、3個以下、2個以下であり、さらには1細胞ずつに分画するのが好ましい。
単一細胞化は、剥離剤及び/又はキレート剤を使用する。剥離剤は限定しないが、例えば、トリプシン、コラゲナーゼ、プロナーゼ、ヒアルロニダーゼ、エラスターゼの他、市販のAccutase(商標登録)、Accumax(商標登録)、TrypLETM Express Enzyme(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、TrypLETM Select Enzyme(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、ディスパーゼ(商標登録)等を利用することができる。例えば、単一細胞化にトリプシンを使用する場合、溶液中の濃度の下限は、細胞集合体を分散できる濃度であれば特に限定はされないが、例えば0.15体積%以上、0.18体積%以上、0.20体積%以上、又は0.24体積%以上であればよい。一方、溶液中の濃度の上限は、細胞そのものが溶解される等の影響を受けない濃度であれば特に限定はされないが、0.30体積%以下、0.28体積%以下、又は0.25体積%以下であればよい。また処理時間は、トリプシンの濃度によって左右されるものの、その下限は、トリプシンの作用によって細胞集合体が十分に分散される時間であれば特に限定はされず、例えば5分以上、8分以上、10分以上、12分以上、又は15分以上であればよい。一方、処理時間の上限は、トリプシンの作用によって細胞そのものが溶解される等の影響を受けない時間であれば特に限定はされず、例えば30分以下、28分以下、25分以下、22分以下、20分以下、又は18分以下であればよい。なお、市販の剥離剤を使用する場合には、添付のプロトコールに記載の、細胞を分散させて単一状態にできる濃度で使用すればよい。前記剥離剤及び/又はキレート剤による処理後に物理的に軽く処理することで、単一細胞化を促進できる。この物理的処理は限定しないが、例えば、細胞を溶液ごと複数回ピペッティングする方法が挙げられる。さらに、必要に応じて、細胞をストレーナーやメッシュに通過させてもよい。
単一細胞化した細胞は、静置又は遠心分離により剥離剤を含む上清を除去して回収することができる。回収した細胞は、必要に応じて洗浄してもよい。遠心分離の条件や洗浄方法については上記と同様に行えばよい。
(シングルセルソーティング)
工程IIIは、回収した細胞群、好ましくは単一細胞化した細胞群について、細胞表面の未分化マーカーの発現の有無を検出する手順を備える。細胞表面の未分化マーカーを検出する手段としては、限定はしないが、例えばフローサイトメトリーが挙げられる。フローサイトメトリーにおいて、検出試薬として蛍光標識抗体を用いる場合、ネガティブコントロール(アイソタイプコントロール)と比較してより強い蛍光を発する細胞が検出されたときに、当該細胞は当該マーカーについて「陽性」と判定される。フローサイトメトリーによって解析した蛍光標識抗体について陽性を呈する細胞の比率は、「陽性率」と記載されることがある。蛍光標識抗体は、当該技術分野において公知の任意の抗体を使用することができ、例えば、イソチオシアン酸フルオレセイン(FITC)、フィコエリスリン(PE)、アロフィコシアニン(APC)等により標識された抗体が挙げられるが、これらに限定されない。
検出対象となる細胞表面の未分化マーカーとしては、「1-2.用語の定義」の項に記載した通り、Alkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等が例示できる。特に、SSEA-4、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49からなる群より選ばれる少なくとも1つの未分化マーカーとすることが好ましい。具体的には、これらの未分化マーカーの少なくとも1つに特異的に結合する蛍光標識抗体を使用して細胞を蛍光染色して、フローサイトメトリーを用いて、例えば1細胞ごとに検出、分取を行うことができる(シングルセルソーティング)。
(工程IIIの効果)
上記の通り、工程II及びこれに続く工程IIIにより、フィーダー細胞や基材を用いる接着培養及びコロニー選抜を行うことなく、体細胞の初期化によるiPS細胞の作製と分取を実現することが可能となる。また、iPS細胞は各細胞での初期化効率の差により、初期化された個々の細胞の品質が少しずつ異なりうるため、シングルセルソーティングを行うことで、初期化時に異常が生じていないiPS細胞や、より品質が安定しているiPS細胞、あるいは特定の細胞種への分化能が高いiPS細胞などを選択的に培養し増幅させることも可能となる。
1-3-4.浮遊培養工程(工程IV)
本発明の方法の工程IVは、工程IIIで分取した未分化マーカー陽性細胞を浮遊培養して増殖させ、iPS細胞を含む細胞集団を得る工程である。本工程での細胞培養方法は、基本的に前述の「1-3-2.初期化及び増幅培養工程(工程II)」の項に記載の培養方法に準ずる。したがって、ここでは工程IIと共通する説明については省略し、本工程に特徴的な点についてのみ詳述する。
(細胞)
本工程で培養する細胞は、工程IIIで分取した未分化マーカー陽性の単一細胞である。すなわち、細胞表面にAlkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等の既知の未分化マーカー、好ましくは、SSEA-4、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49からなる群より選ばれる少なくとも1つの未分化マーカーの発現が確認された細胞である。
(培地)
本工程で使用する培地は、工程IIで使用される培地の同じ組成であっても、異なる組成であってもよい。他の任意構成については、「1-3-2.初期化及び増幅培養工程(工程II)」の項に記載の構成と同様である。
(浮遊培養)
本工程では、浮遊培養を行うことが好ましい。したがって、培養方法は、培地を流動する流動培養が好ましい。流動培養により、iPS細胞を浮遊培養することによって、iPS細胞の未分化状態を維持することができる。
(未分化マーカー検出)
本工程では、培養途中の細胞の一部を取り出し、未分化状態を維持しているか確認することができる。例えば、培養中に取り出したiPS細に発現する未分化マーカーの発現を測定することで、未分化状態を維持しているか確認することができる。未分化マーカーとしては、上述したように、例えば、Alkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等が例示できる。これら未分化マーカーの検出方法も、上述したように、例えばフローサイトメトリーが挙げられる。
培養中に取り出した細胞のなかで未分化マーカーの陽性率が、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは91%以上、より好ましくは92%以上、より好ましくは93%以上、より好ましくは94%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上、より好ましくは99%超100%以下の場合、未分化を維持していると判断することができる。
本工程において、iPS細胞を含む細胞集団において、未分化マーカーのうち、特に、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、かつ、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上であることが好ましい。
(三胚葉マーカー検出)
また、本工程において、培養途中で取り出した一部の細胞の三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)の発現を測定することで、未分化状態を維持しているか確認することができる。すなわち、これら内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカーの陽性率がいずれも、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、より好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下、より好ましくは7%以下、より好ましくは6%以下、より好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、より好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下、より好ましくは検出限界以下の場合、未分化を維持していると判断することができる。
内胚葉系細胞マーカーとは、内胚葉系細胞に特異的な遺伝子であり、例えば、SOX17、FOXA2、CXCR4、AFP、GATA4、EOMES等を挙げることができる。なお内胚葉系細胞は、消化管、肺、甲状腺、膵臓、肝臓などの器官の組織、消化管に開口する分泌腺の細胞、腹膜、胸膜、喉頭、耳管、気管、気管支、尿路(膀胱、尿道の大部分、尿管の一部)などへと分化する。
中胚葉系細胞マーカーとは、中胚葉系細胞に特異的な遺伝子であり、例えば、T(BRACHYURY)、SMA、MESP1、MESP2、FOXF1、HAND1、EVX1、IRX3、CDX2、TBX6、MIXL1、ISL1、SNAI2、FOXC1及びPDGFRα等を挙げることができる。なお中胚葉系細胞は、体腔及びそれを裏打ちする中皮、筋肉、骨格、皮膚真皮、結合組織、心臓、血管(血管内皮も含む)、血液(血液細胞も含む)、リンパ管、脾臓、腎臓、尿管、性腺(精巣、子宮、性腺上皮)などへと分化する。
外胚葉系細胞マーカーとは、外胚葉系細胞に特異的な遺伝子であり、例えば、FGF5、NESTIN、SOX1、PAX6、TUJ1等を挙げることができる。なお外胚葉系細胞は、皮膚の表皮や男性の尿道末端部の上皮、毛髪、爪、皮膚腺(乳腺、汗腺を含む)、感覚器(口腔、咽頭、鼻、直腸の末端部の上皮を含む、唾液腺)水晶体、末梢神経系などを形成する。また、外胚葉の一部は発生過程で溝状に陥入して神経管を形成し、脳や脊髄などの中枢神経系のニューロンやメラノサイトなどの元にもなる。
これら三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)の発現は、当該技術分野において任意の検出方法により測定することができる。三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)の発現を測定する方法としては、限定はしないが、例えば定量的リアルタイムPCR解析、RNA-Seq法、ノーザンハイブリダイゼーション又はDNAアレイを利用したハイブリダイゼーション法等が挙げられる。定量的リアルタイムPCR解析においては、測定対象のマーカー遺伝子の発現量を内部標準遺伝子の発現量に対する相対発現量に換算し、当該相対発現量に基づいてマーカー遺伝子の発現量を評価できる。内部標準遺伝子としては、例えば、グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素(GAPDH)遺伝子やβ-アクチン(ACTB)遺伝子を挙げることができる。
(三胚葉分化能の評価)
あるいは、本工程において、培養途中で取り出した一部の細胞の三胚葉への分化能を確認してもよい。三胚葉への分化能の評価手法は、特に限定されないが、具体例としては、以下の手法をとることができる。取り出した細胞を、未分化維持培地で数日間培養して胚葉体を作らせてから、血清を含むDMEM培地等の通常の動物細胞培養用培地及びフィーダー細胞又は基材を用いて接着培養条件下で培養を行う。培養は通常の培養条件、例えば、37℃、5%COインキュベーターを用いて静置培養し、2~3日おきに培地交換又は継代培養を行い、16~21日間の培養を行う。培養により得られた細胞集団について、三胚葉マーカーの発現を測定することで、細胞が三胚葉への分化能を維持しているか確認することができる。すなわち、培養後の細胞集団中に、内胚葉系細胞マーカーが陽性の細胞、中胚葉系細胞マーカーが陽性の細胞及び外胚葉系細胞マーカーが陽性の細胞が、大きな偏りなく発現していることが確認された場合、当該細胞集団中の細胞において、三胚葉への分化能が維持されているといえる。
(回収)
工程IVにおいて、常法により培養液と細胞を分離して、細胞集団を回収する手順を設けることが好ましい。この時、回収される細胞集団は、好ましくは細胞凝集塊を形成している。本発明の方法は、好ましくは、形成された細胞凝集塊を回収する手順を含む。細胞集団の回収手順の具体的な手段、条件等は、「1-3-2.初期化及び増幅培養工程(工程II)」の項に記載の事項に準じる。
回収した細胞は、必要に応じて洗浄することができる。洗浄条件の詳細についても、「1-3-2.初期化及び増幅培養工程(工程II)」の項に記載の事項に準じる。
1-3-5.その他の工程
本発明の方法は、上記の工程IVの後に、さらに任意の工程、例えば、得られたiPS細胞又はiPS細胞を含む細胞集団の保存工程、特定の細胞への分化誘導工程、凍結バイアルの融解による再培養工程等を含んでいてもよい。
(保存工程)
iPS細胞又はiPS細胞を含む細胞集団の保存工程は、iPS細胞が未分化の状態を維持した状態で保存されれば、具体的な条件は特に限定されず、任意の既知のiPS細胞の保存手法をいずれも使用できる。iPS細胞の保存手法としては、例えば、バンバンカー(登録商標)hRM(株式会社GCリンフォテック)、CP-5E、CP-1(極東製薬工業株式会社)、ステムセルキープ(株式会社バイオベルデ)、DAP213(株式会社リプロセル)、ステムセルバンカー(登録商標)(ゼノジェンファーマ株式会社)などの既存の市販凍結保存液に懸濁させて、凍結保存する手法をとることができる。
2.iPS細胞を含む細胞集団
本発明の細胞集団は、1.人工多能性幹細胞(iPS細胞)の製造方法」の項に記載のiPS細胞の製造方法(本発明の方法)を用いて製造されたiPS細胞を含む、ことを特徴とする。より具体的には、本発明の細胞集団は、本発明の方法を用いて得られたiPS細胞を浮遊培養することで得られる細胞集団である。
本発明の細胞集団における細胞の未分化マーカーの陽性率は、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは91%以上、より好ましくは92%以上、より好ましくは93%以上、より好ましくは94%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上、より好ましくは99%超100%以下である。ここでいう未分化マーカーは、例えば、Alkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等が例示できる。特に、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、かつ、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上、特に、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、又は99%以上であることが好ましい。
本発明の細胞集団において、未分化マーカーのうち、特に、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、かつ、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上であることが好ましい。
本発明の細胞集団において、内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカーの陽性率がいずれも、20%以下、特に10%以下、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、又は検出限界以下であることが好ましい。
本発明の細胞集団は、三胚葉への分化能が維持されることが好ましい。三胚葉への分化能が維持されるか否かは、例えば「1-3-4.浮遊培養工程(工程IV)」の項に記載の方法で確認することができる。
本発明の細胞集団は、通常は細胞凝集塊の形態をとり得る。細胞凝集塊のサイズは、特に限定されないが、顕微鏡で観察したとき、観察像での最大幅のサイズの下限が30μm以上、40μm以上、50μm以上、60μm以上、70μm以上、80μm以上、90μm以上、又は100μm以上であればよい。一方、その上限は1000μm以下、900μm以下、800μm以下、700μm以下、600μm以下、500μm以下、400μm以下、300μm以下、又は200μm以下であればよい。因みにヒトiPS細胞1個の観察像での最大幅のサイズは約10~30μmである。この範囲の細胞凝集塊は、内部の細胞にも酸素や栄養成分が供給され易く細胞の増殖環境として好ましい。
前記細胞凝集塊の集団のうち、体積基準で10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、98%以上、又は100%が上記のサイズ範囲内の細胞凝集塊であることが好ましい。上記のサイズ範囲内の細胞凝集塊を20%以上含む細胞凝集塊の集団では、個々の細胞凝集塊において、内部の細胞にも酸素や栄養成分が供給され易く細胞の増殖環境として好ましい。
前記細胞凝集塊の集団は、該集団を構成する細胞のうち生細胞の割合(生存率)が、例えば50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上であることが好ましい。上記の範囲の生存率の細胞凝集塊は、凝集状態を維持しやすく、細胞の増殖に好ましい状態である。
以下、実施例により、本発明に係るiPS細胞の製造方法を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1:センダイウイルスを用いたiPS細胞の樹立>
(1-1)血球細胞の培養
末梢血単核球の凍結バイアル(AccuCell(登録商標)Human PBMC purified、1×10細胞/バイアル)を液体窒素タンクから取り出し、安全キャビネット中で、凍結バイアルの蓋を開けて解凍した。15mLチューブに9mLの単核球培養培地(100ng/mL IL-6、10ng/mL IL-3、300ng/mL SCF、300ng/mL TPO、300ng/ml Flt3リガンドを含むStemSpan ACF(STEMCELL Technologies社、#ST-09805))を入れ、これに解凍した細胞懸濁液を移して懸濁後、200g×10分間遠心した。上清を除去した後、細胞を4mLの単核球培養培地に懸濁し、浮遊培養用の6ウェルプレート(住友ベークライト #MS-8006R)に播種した後、37℃、5%CO条件下で24時間の旋回培養(90rpm)を行った。
旋回培養した単核球細胞を5mLピペットで15mLチューブに移し、200g×10分間遠心した。沈殿を5mLのPBSで洗浄し、再度遠心した(200g×10分間)。沈殿にAccutase(ナカライテスク)1mLを添加し、37℃で5分インキュベートした。1000μLのピペットチップを用いて数回ピペッティングして細胞を解離させた後、4mLの単核球培養培地を添加した。その際、細胞数をカウントした。
(1-2)センダイウイルスによる初期化因子の導入と初期化の開始
CytoTuneTM EX-iPSキット(IDファーマ社)を使用してiPS細胞への誘導因子の導入を行った。キットのプロトコールに従い、1×10細胞に対しMOI=5となるようhKOS・hKLF4・hL-MYCを単核球培養培地で希釈し、ウイルス液を調製した。(1)で培養した1×10細胞の単核球細胞分の細胞懸濁液を2本の15mLチューブに分注して、200g×10分間遠心した。
上清を除去して、細胞を2mLの単核球培養培地に懸濁した。この細胞懸濁液2mLの入った15mLチューブに、ウイルス液2mL、単核球培養培地4mLを入れ(合計8mL)、5mLのプラスチックピペットで静かに混合した。その細胞-ウイルス混合液を速やかに4mL/ウェル(5×10細胞/ウェル、浮遊培養用6ウェルディッシュで2ウェル)に播種して、90rpm、37℃、5%COの条件で旋回培養を開始した。培養3、5、7日目に、各ウェルの培地にStemFit AK02N(味の素社)(事前にA~C液、1% ペニシリン/ストレプトマイシンと混合したもの、以後、「StemFit培地」と表記)2.0mLを追加添加して培養を継続した。培養9、11、13、15日目に培地をStemFit培地で半量交換(4mL)した。
(1-3)継代培養(初期化培養)
浮遊培養サンプルは、培養16日目に15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。沈殿を5mLのPBSで洗浄して遠心した(200g×1分間)。沈殿をAccutaseで懸濁して、37℃で浮遊培養サンプルを15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。沈殿を5mLのPBSで洗浄し、遠心して(200g×1分間)、沈殿をAccutaseで再懸濁後、37℃で5~10分インキュベートした。ピペットチップで数回ピペッティングした後、等量のStemFit培地を添加して、200g×2分間遠心した。沈殿を1mLのStemFit培地(10μM ROCK阻害剤(Y-27632、和光純薬)を含有)で懸濁した。全細胞をStemFit培地(+10μM Y-27632)のみ、又はStemFit培地+化合物(1μM Ly333531、10μM IWR1-endo、10μM Y-27632)で全量が4mLとなるように懸濁し、6ウェルプレートの1ウェルに再播種した。旋回培養を開始し(90rpm、37℃,5%CO)、以降、2日おきに、培地を半量交換した。
培養23日目に上記の各培養条件で培養された細胞の半量ずつ、6ウェルプレートの2個のウェルへと継代した。この時、半量はStemFit培地(+10μM Y-27632)のみ、半量はStemFit培地+化合物(1μM Ly333531、10μM IWR1-endo、10μM Y-27632)で全量が4mLとなるように懸濁し、これまでと同じ条件で培養を継続した。以降、2日ごとに培地交換を行った。培養28日目、33日目、38日目、43日目に同様に継代を行った。StemFit培地+化合物添加細胞は、培養48日目に1×10細胞/ウェル程度の増殖を確認し、これをここから4×10細胞/ウェルとなるよう播種した。培養52日目に1.6×10細胞/ウェル程度の増殖を確認し、4×10細胞/ウェルとなるように播種した。培養57日目に2.5×10細胞/ウェル程度の増殖を確認し、4×10細胞/ウェルで播種した。
(1-4)細胞特性の解析
(1-4-1)フローサイトメトリー解析による細胞の未分化マーカー発現の評価
培養62日目に細胞を回収し、フローサイトメトリー解析による細胞の未分化マーカー発現評価を以下の手順で実施した。
浮遊培養中の細胞塊を15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して5mLのPBSを加えて洗浄し、さらに遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して1mLのAccutaseを加えて、37℃、5~10分間インキュベートする。ピペットチップで数回ピペッティングして細胞を解離後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。上清を吸引除去し、沈殿に対して1mLのStemFit培地(10μMのY-27632含有)を加えて懸濁し、細胞数をカウントした。
細胞数をカウント後、チェック用(ネガティブコントロール用など)に2.5×10細胞分を3本、それぞれ15mLチューブに分取し、200g×3分間遠心した。遠心後、上清を捨てPBSを1~2mL添加した。遠心後、上清を捨てフローサイトメトリーバッファ(0.1% BSA、0.5mM EDTAを含むPBS)を250μL添加し、ピペットチップでピペッティングして懸濁した。
各サンプルチューブに以下の1次抗体を加え、氷上で遮光しながら1時間ほどインキュベートした。
-抗体なし
-TRA-1-60(Alexa Fluoro 488 anti-Human TRA-1-60 antibody:Biolegend #330614)(2.5μL)
インキュベーション後、フローサイトメトリーバッファを750μL加え、200g×3分間遠心した。遠心後、上清を除去して、フローサイトメトリーバッファ500μLを加えてピペッティングして懸濁した。細胞懸濁液をセルストレーナーに通した。以後、サンプルは氷上・遮光状態で維持した。
細胞懸濁液中の細胞について、フローサイトメトリー装置Cell Sorter(ソニー社 SH800)で計測を行った。SSEA-4、TRA-1-60陽性分画から細胞を回収し、1×10細胞程度を、4mLのStemFit培地(10μM Y-27632、10μM IWR1-endo、1μM LY-333531含有)を入れた15mLチューブに直接回収し、浮遊培養用の6ウェルプレートに移した後、旋回培養を開始した(90rpm、37℃、5%CO)。以後、細胞の様子を見ながら5~6日おきに継代を継続し、順次、凍結ストック(5×10~1×10細胞/バイアル、ステムセルバンカーに懸濁)を調製した。
培養62日目の細胞について、フローサイトメトリーでTRA-1-60陽性率を計測した結果、TRA-1-60陽性率は98.27%であった。これにより、浮遊培養条件下でiPS細胞の生成が可能であることが示された。
(1-4-2)免疫染色法による未分化マーカーの検出
培養57日目の細胞を回収し、免疫染色法で未分化マーカーであるOCT4、NANOG、SSEA-4タンパク質の発現を同定した。免疫染色法は、以下の手順で実施した。浮遊培養細胞塊を15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して5mLのPBSを加えて洗浄し、さらに遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して1mLのAccutaseを加えて、37℃、5~10分間インキュベートした。ピペットチップで数回ピペッティングして細胞を解離後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。上清を吸引除去し、沈殿に対して1mLのStemFit培地(10μMのY-27632含有)を加えて懸濁し、細胞数をカウントした。
1×10細胞/ウェル/1mL培地となるようにStemFit培地(10μMのY-27632、0.5μg/cmのiMatrix-511 Silkを含有)に細胞を懸濁し、24ウェルプレートの各ウェルに播種し、37℃、5%CO条件下で、3時間培養した。24ウェルプレートから培地を除去し、PBS 1mLで洗浄した。PBSを除去後、各ウェルにPFA液(4%パラホルムアルデヒドを含むPBS)500μLを入れて室温で10分間静置して固定した。PFA液を除去して、各ウェルに500μLの0.1% TritonX-100/PBS溶液を添加し、シェイカー上で10分間インキュベートした(SSEA-4検出用のウェルのみ、この工程を行わなかった)。0.1%TritonX-100/PBS溶液を捨て、各ウェルに500μLのPBSを添加し、シェイカー上で5分間置き、PBSを除去した(洗浄操作)。洗浄操作をさらに3回行った。
PBSを除去後、各ウェルに500μLの0.1%ブロッキングバッファ(0.1% BSAを含むPBS)を添加し、シェイカー上で30~60分間置き、ブロッキングを行った。ブロッキング後、下記の1次抗体液を500μL添加して4℃で1晩静置し、抗体を反応させた。1次抗体は、いずれも0.1% BSAを含むPBSで下記の通り希釈した。
-マウス抗ヒトOCT3/4抗体(Santa Cruz社、#sc-5279、1/400希釈)
-ウサギ抗ヒトNANOG抗体(リプロセル社、#RCAB004P-F、1/400希釈)
-APC標識ラット抗ヒトSSEA抗体(Biolegend社、#330418、1/100希釈)
抗体反応時は、アルミ箔でプレートを包んで遮光した。
遮光条件下で、PBSによる洗浄操作を4回行った。洗浄操作終了後、各ウェルに下記の2次抗体液500μLを添加し(SSEA-4染色用ウェルは、この工程を行わず、PBSを入れた)、遮光条件下、室温でシェイカー上で1~2時間インキュベートした。
-ロバ抗マウスIgG(H+L)抗体(Highly Cross-Absorbed Secondary Antibody、Alexa Fluor 488(Thermo Fisher Scientific社、A-21202))
-ロバ抗ウサギ IgG(DyLightTM488、Biolegend社、#406404)
遮光条件下でPBSによる洗浄操作を4回行い、各ウェルにDAPI溶液(Fluoro-KEEPER Antifade Reagent、Non-Hardening Type with DAPI(ナカライテスク社、#12745-74))を1滴滴下した。蛍光顕微鏡(キーエンス社、BZ-X810)でDAPIによる核染色と免疫染色によるそれぞれのマーカータンパク質の陽性細胞の有無を観察した。
培養57日目の浮遊培養細胞における、各未分化マーカーの陽性率(DAPI陽性細胞に対するOCT4陽性率、NANOG陽性率、SSEA陽性率)を算出した結果、表1に示す通り、いずれも非常に高い陽性率を示した。
Figure 2023114300000022
(1-4-3)細胞の胚葉体形成による多能性評価
(1-4-3-1)胚葉体形成
培養57日目の浮遊培養細胞の一部について、三胚葉への分化能を評価した。浮遊培養細胞を15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して5mLのPBSを加えて洗浄し、さらに遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して1mLのAccutaseを加えて、37℃、5~10分間インキュベートした。ピペットチップで数回ピペッティングして細胞を解離後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。上清を吸引除去し、沈殿に対して1mLのStemFit培地(10μMのY-27632含有)を加えて懸濁し、細胞数をカウントした。
15mLチューブに1.2×10細胞/12mL StemFit培地(10μMのY-27632含有)になるように細胞数を調整して懸濁した。細胞懸濁液全量をリザーバー(アズワン社、#2-7844-02)に移し、浮遊培養用V底96ウェルプレートの各ウェルに100μL分注した(細胞数は1.0×10細胞/ウェルとなる)。プレートを200g×3分間遠心した後、37℃、5%COで培養を開始した。培養2日目にEB培地(DMEM+10% FBS+1% ピルビン酸ナトリウム+1% ペニシリン/ストレプトマイシン)を培養プレートに100μL/ウェル加えた。培養4、6日目に、培地を100μL/ウェル交換した。
培養8日目より、接着培養を開始した。12ウェルプレートの4ウェルにゼラチン溶液(0.1w/v%液、富士フィルム和光純薬社、#190-15805)をそれぞれ500μL入れ、37℃で約1時間静置した後、ゼラチン溶液を除去してゼラチンコーティングプレートを調製した。上記で培養したEB培地中の細胞を各ウェルから回収し、12~24細胞ずつ12ウェルプレートの各ウェルに移した。37℃、5%COの条件で培養を開始した。2日おき(10日目、12日目、14日目…)にEB培地1mLで培地交換を行った。培養開始後20日前後で、免疫染色法による胚葉体の分化評価を行った。
(1-4-3-2)三胚葉分化の評価(免疫染色法)
12ウェルプレートからEB培地を除去し、PBS 2mLを添加して洗浄した。PBSを除去後、各ウェルにPFA液を500μL入れ、室温で10分間固定した。PFA液を除去して、各ウェルに1mLの0.1% TritonX-100/PBS溶液を添加し、シェイカー上で10分間インキュベートした。0.1% TritonX-100/PBS溶液を除去して、各ウェルに1mLのPBSを添加し、シェイカー上で5分間置いたのちに液を除去した(洗浄操作)。1~2時間後、洗浄操作を4回実施した後、各ウェルに500μLの0.1% ブロッキングバッファを添加し、シェイカー上で30~60分間インキュベートした(ブロッキング)。
ブロッキング終了後、各ウェルに下記1次抗体液を500μL添加した。1次抗体液は、0.1 BSA/PBS溶液で下記濃度に希釈した。プレートをパラフィルムでシールして、4℃で一晩静置した。
外胚葉マーカーTUJ1検出用:マウス抗ヒトβ-3 チューブリン抗体、R&D systems社、MAB1195、終濃度2.5~5μg/mL)
中胚葉マーカーSMA検出用:(マウス抗ヒトα-平滑筋アクチン(SMA)抗体、R&D systems社、MAB1420、終濃度2.5~5μg/mL)
内胚葉マーカーAFP検出用:(マウス抗ヒトα-フェトプロテイン(AFP)抗体、R&D systems社、MAB1368、終濃度2.5~5μg/mL)
PBSによる洗浄操作を4回行い、各ウェルに2次抗体液(ロバ抗マウスIgG(H+L)抗体(Thermo Fisher Scientific社、A-21202)を0.1 BSA/PBS溶液で500~1000倍希釈したもの)500μLを添加した。以後、遮光のためにプレートをアルミ箔で包んだ。プレートを室温にてシェイカー上で1~2時間インキュベートした後、PBSによる洗浄操作を4回行い、DAPI溶液を各ウェルに1滴添加した。蛍光顕微鏡でDAPIによる核染色、免疫染色法により各々のマーカータンパク質の陽性細胞の有無を観察した。
その結果、分化誘導23日目に、培養細胞において、TUJ1、SMA、AFPの各胚葉マーカーの陽性細胞の存在をいずれも同定した。これにより、浮遊培養細胞が多能性を維持することが確認できた。
(1-5)保存
以後の浮遊培養細胞は、4-5日おきに継代し、各継代時に回収した細胞を1×10細胞/バイアルでステムセルバンカーに懸濁し、凍結ストックを調製した。
<実施例2:エピソーマルプラスミドベクターを用いたiPS細胞の樹立>
(2-1)血球細胞の培養
血球細胞の培養は、実施例1(1-1)と同様の方法で実施した。
(2-2)初期化因子の導入と、初期化の開始
1.5mLチューブ内でAmaxa(登録商標)Human CD34+ Cell Nucleofector kit(Lonza Bioscience社 VAPA-1003)のNucleofector solution 81.8μL、Supplement solution I 18.2μL及びiPS cell Generation Episomal vector Mix(タカラバイオ社)3.02μLを混合し、遺伝子導入試薬103μLを調製した。
2-1で培養した単核球細胞を2.5×10細胞/チューブとなるように15mLチューブに分注した。200g×10分間遠心した後、上清を除去して、前記遺伝子導入試薬103μLを添加して注意深く懸濁した。調製した細胞/プラスミド混合液を、Nucleofector(Lonza Bioscience社)にセットしてエレクトロポレーションを実施した。エレクトロポレーション後、キット付属のスポイトを用いて細胞懸濁液をキュベットから単核球培養培地を入れた1.5mLチューブに素早く移し混合し、全量を1000μLとした。エレクトロポレーション済の細胞懸濁液を1ウェル当たり約5×10細胞となるよう播種した。
単核球培養培地4mL/ウェルを入れた6ウェルプレートの2ウェルに細胞懸濁液を播種し、37℃、5% CO条件下で旋回培養(90rpm)を開始した。培養3、5、7日目に各ウェルに、StemFit培地、又はStemFit培地+LY-333531(1μM)+IWR1-endo(10μM)を2.0mL追加した。培養9日目、に培地を全量交換(4mL/ウェル)した。培養11日目、13日目、15日目に培地を半量交換(2mL/ウェル)して培養を継続した。その後、4~5日おきに培地交換を行った。
(2-3)継代培養(初期化培養)
浮遊培養サンプルを15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。沈殿を5mLのPBSで洗浄し、遠心し(200g×1分間)、沈殿をAccutaseで再懸濁して、37℃で5~10分間インキュベートした。ピペットチップで数回ピペッティングした後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。沈殿を1mLのStemFit培地(10μM Y27632含有)で懸濁した。全細胞を最終4mLのStemFit培地(+10μM Y27632)、又はStemFit培地+化合物(1μM LY-333531、10μM IWR1-endo、10μM Y27632)で懸濁した。各懸濁液を6ウェルプレートに播種して、旋回培養を継続した(90rpm、37℃、5%CO)。以後、2日おきに培地を半量交換し、4~5日おきに継代を行った。
培養31日目に2×10細胞/ウェル程度の増殖を確認し、全量を播種した。培養36日目に2×10細胞/ウェル程度の増殖を確認し、4×10細胞/ウェルとなるように播種した。1×10細胞について、フローサイトメトリー解析を行い(後述の実施例3を参照のこと)、セルソーティングによりTRA-1-60、SSEA-4陽性細胞を分取した。分取した細胞について、StemFit培地+化合物(1μM LY-333531、10μM IWR1-endo、10μM Y27632)に播種し、旋回培養を実施した(90rpm、37℃、5%CO)。2日おきに、培地を半量交換し、5~6日おきに継代を行った。分取後、3継代目で7×10細胞程度への増殖を確認し、全量を継代した。4継代目で約4×10/ウェルの増殖を確認し、4×10細胞/ウェルとなるように継代した。各継代時に回収した細胞を1×10細胞/バイアルで、ステムセルバンカーに懸濁した凍結ストックを調製した。
(2-4)細胞特性の解析
(2-4-1)フローサイトメトリー解析による細胞の未分化マーカー発現の評価とシングルセルソーティング
(2-4-1-1)手順
浮遊培養中の細胞塊を15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して5mLのPBSを加えて洗浄し、さらに遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して1mLのAccutaseを加えて、37℃、5~10分間インキュベートする。ピペットチップで数回ピペッティングして細胞を解離後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。上清を吸引除去し、沈殿に対して1mLのStemFit培地(10μMのY-27632含有)を加えて懸濁し、細胞数をカウントした。
細胞数をカウント後、チェック用(ネガティブコントロール用など)に2.5×10細胞分を3本、ソーティング用には1×10細胞分を1本、それぞれ15mLチューブに分取し、200g×3分間遠心した。遠心後、上清を捨てPBSを1~2mL添加した。遠心後、上清を捨てフローサイトメトリーバッファ(0.1% BSA、0.5mM EDTAを含むPBS)を250μL(チェック用)又は1000μL(ソーティング用)添加し、ピペットチップでピペッティングして懸濁した。
各サンプルチューブに以下の1次抗体を加え、氷上で遮光しながら1時間ほどインキュベートした。
-チェック用
-抗体なし
-SSEA-4(APC anti-human SSEA-4 antibody:Biolegend #330418)のみ(2.5μL)
-TRA-1-60(Alexa Fluoro 488 anti-Human TRA-1-60 antibody:Biolegend #330614)のみ(2.5μL)
-ソーティング用
-SSEA-4(10μL)+TRA-1-60(10μL)
-TRA-1-60のみ(10μL)
インキュベーション後、フローサイトメトリーバッファをチェック用チューブに750μL、ソーティング用チューブに3mL加え、200g、3分間遠心した。遠心後、上清を除去して、フローサイトメトリーバッファ500μLを加えてピペッティングして懸濁した。細胞懸濁液をセルストレーナーに通した。以後、サンプルは氷上・遮光状態で維持した。
細胞懸濁液中の細胞について、フローサイトメトリー装置Cell Sorter(ソニー社 SH800)で計測、ソーティングを行った。SSEA-4、TRA-1-60陽性分画から細胞を回収し、1×10細胞程度を、4mLのStemFit培地(10μM Y-27632、10μM IWR1-endo、1μM LY-333531含有)を入れた15mLチューブに直接回収し、浮遊培養用の6ウェルプレートに移した後、旋回培養を開始した(90rpm、37℃、5%CO)。以後、細胞の様子を見ながら5~6日おきに継代を継続し、順次、凍結ストック(5×10~1×10細胞/バイアル、ステムセルバンカーに懸濁)を調製した。
シングルセルソーティングは、各ウェルに200μLのStemFit培地(10μM Y-27632、10μM IWR1-endo、1μM LY-333531含有)を入れた浮遊培養用の96ウェルプレートを準備し、1細胞/ウェルの条件で回収してそのまま播種することで実施した。シングルセルソーティング後、1.5ヶ月程(継代8回程度)かけて(2-2)及び(2-3)と同様の条件で浮遊培養(培地交換、継代培養)を行い、クローンを樹立した。シングルソーティング後、浮遊培養条件下で増幅培養した細胞についても、上記と同様の条件で未分化マーカーの検出を行った。
(2-4-1-2)結果
初期化遺伝子導入後の細胞を化合物(LY-333531+IWR1-endo)添加条件、化合物非添加条件でそれぞれ浮遊培養した、培養35日目の細胞を回収し、フローサイトメトリーでTRA-1-60陽性細胞、SSEA-4陽性細胞を計測した。図1に化合物添加条件で浮遊培養した細胞のフローサイトメトリーの結果、図2に化合物非添加条件で浮遊培養した細胞のフローサイトメトリーの結果を示す。図1、図2ともに、(A)は全イベントの前方散乱光(FSC)に対する側方散乱光(SSC)のドットプロットを示す。図中の線で囲まれた部分をゲーティングした。(B)は、(A)でゲーティングした細胞のTRA-1-60の蛍光強度とSSEA-4の蛍光強度のドットプロットを示す。図中の線で囲まれた範囲の細胞を分取した。(C)は、TRA-1-60蛍光強度のヒストグラムプロットを、(D)は、SSEA-4の蛍光強度のヒストグラムプロットを示す。化合物添加条件は、87%がTRA-1-60陽性・SSEA-4陽性だったのに対し、化合物非添加条件は、72%がTRA-1-60陽性・SSEA-4陽性であった。
前記の培養35日目の細胞について、さらに継代培養を行った。図3に化合物添加条件及び化合物非添加条件で培養した、5継代目の細胞の細胞凝集塊の顕微鏡写真を示す。(A)が化合物添加条件で培養した細胞凝集塊、(B)が化合物非添加条件で培養した細胞の細胞凝集塊の顕微鏡写真である。化合物添加条件で培養した細胞において、均一な細胞凝集塊が得られることが示された。同継代細胞を、前記の(2-4-1-1)手順と同じくフローサイトメトリーでTRA-1-60陽性細胞SSEA-4陽性細胞を計測した結果、化合物添加条件では99%、化合物非添加条件では、39%であった。
培養35日目の細胞について、セルソーターを用いてTRA-1-60/SSEA-4陽性細胞のシングルセルソーティングを行った。96ウェルプレートの各ウェルに1細胞ずつ播種し、化合物添加条件及び化合物非添加条件で1.5ヶ月の浮遊培養(8回の継代)を行い、10クローンを得た。図4に、このうち3クローン(#1、#2及び#3)の浮遊培養細胞の細胞凝集塊の顕微鏡写真を示す。(A)がクローン#1、(B)がクローン#2、(C)がクローン#3の顕微鏡写真を示す。これらのクローン#1、#2及び#3について、フローサイトメトリーを用いてTRA-1-60陽性率を計測した結果、それぞれ93.66%、94.18%及び81.99%といずれも高い値を示した。
(2-4-2)免疫染色による細胞の未分化マーカー発現の評価
2-4-1で分取・増幅培養した3クローン(#1~3)の11継代目の細胞を対象として、免疫染色を以下の手順で実施した。各クローンの浮遊培養細胞塊を15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して5mLのPBSを加えて洗浄し、さらに遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して1mLのAccutaseを加えて、37℃、5~10分間インキュベートした。ピペットチップで数回ピペッティングして細胞を解離後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。上清を吸引除去し、沈殿に対して1mLのStemFit培地(10μMのY-27632含有)を加えて懸濁し、細胞数をカウントした。
1×10細胞/ウェル/1mL培地となるようにStemFit培地(10μMのY-27632、0.5μg/cmのiMatrix-511 Silkを含有)に細胞を懸濁し、24ウェルプレートの各ウェルに播種し、37℃、5%CO条件下で、3時間培養した。24ウェルプレートから培地を除去し、PBS 1mLで洗浄した。PBSを除去後、各ウェルにPFA液(4%パラホルムアルデヒドを含むPBS)500μLを入れて室温で10分間静置して固定した。PFA液を除去して、各ウェルに500μLの0.1% TritonX-100/PBS溶液を添加し、シェイカー上で10分間インキュベートした(SSEA-4検出用のウェルのみ、この工程を行わなかった)。0.1%TritonX-100/PBS溶液を捨て、各ウェルに500μLのPBSを添加し、シェイカー上で5分間置き、PBSを除去した(洗浄操作)。洗浄操作をさらに3回行った。
PBSを除去後、各ウェルに500μLの0.1%ブロッキングバッファ(0.1% BSAを含むPBS)を添加し、シェイカー上で30~60分間置き、ブロッキングを行った。ブロッキング後、下記の1次抗体液を500μL添加して4℃で1晩静置し、抗体を反応させた。1次抗体は、いずれも0.1% BSAを含むPBSで下記の通り希釈した。
-マウス抗ヒトOCT3/4抗体(Santa Cruz社、#sc-5279、1/400希釈)
-ウサギ抗ヒトNANOG抗体(リプロセル社、#RCAB004P-F、1/400希釈)
-抗SSEA抗体(APC anti-human SSEA-4 antibody、Biolegend社、#330418、1/100希釈)
抗体反応時は、アルミ箔でプレートを包んで遮光した。
遮光条件下で、PBSによる洗浄操作を4回行った。洗浄操作終了後、各ウェルに下記の2次抗体液500μLを添加し(SSEA-4染色用ウェルは、この工程を行わず、PBSを入れた)、遮光・室温条件下、シェイカー上で1~2時間インキュベートした。
-ロバ抗マウスIgG(H+L)抗体(Highly Cross-Absorbed Secondary Antibody、Alexa Fluor 488(Thermo Fisher Scientific社、A-21202))
-ロバ抗ウサギ IgG(DyLightTM488、Biolegend社、#406404)
遮光条件下でPBSによる洗浄操作を4回行い、各ウェルにDAPI溶液(Fluoro-KEEPER Antifade Reagent、Non-Hardening Type with DAPI(ナカライテスク社、#12745-74))を1滴滴下した。蛍光顕微鏡(キーエンス社、BZ-X810)でDAPIによる核染色と免疫染色によるそれぞれのマーカータンパク質の陽性細胞の有無を観察した。
エピソーマルプラスミドを用いて初期化及び増幅培養され、分取された3クローン(#1~3)の細胞を培養して得られた細胞凝集塊(細胞集団)について、各未分化マーカーの陽性率(DAPI陽性細胞に対するOCT4陽性率、NANOG陽性率、SSEA陽性率)を算した結果、表2に示す通り、いずれも非常に高い陽性率を示した。
Figure 2023114300000023
(2-4-3)細胞の胚葉体形成による多能性評価
(2-4-3-1)細胞の三胚葉への分化
2-4-1で分取・増幅培養した3クローン(2-4-2で未分化マーカーの発現を評価したクローン#1~3と同じ)の浮遊培養中の12継代目の細胞塊を15mLチューブに移して遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して5mLのPBSを加えて洗浄し、さらに遠心した(200g×1分間)。上清を吸引除去し、沈殿した細胞塊に対して1mLのAccutaseを加えて、37℃、5~10分間インキュベートした。ピペットチップで数回ピペッティングして細胞を解離後、等量のStemFit培地を添加し、200g×2分間遠心した。上清を吸引除去し、沈殿に対して1mLのStemFit培地(10μMのY-27632含有)を加えて懸濁し、細胞数をカウントした。
15mLチューブに1.2×10細胞/12mL StemFit培地(10μMのY-27632含有)になるように細胞数を調整して懸濁した。細胞懸濁液全量をリザーバー(アズワン社、#2-7844-02)に移し、浮遊培養用V底96ウェルプレートの各ウェルに100μL分注した(細胞数は1.0×10細胞/ウェルとなる)。プレートを200g×3分間遠心した後、37℃、5%COで培養を開始した。培養2日目にEB培地(DMEM+10% FBS+1% ピルビン酸ナトリウム+1% ペニシリン/ストレプトマイシン)を培養プレートに100μL/ウェル加えた。培養4、6日目に、培地を100μL/ウェル交換した。
培養8日目より、接着培養を開始した。12ウェルプレートの4ウェルにゼラチン溶液(0.1w/v%液、富士フィルム和光純薬社、#190-15805)をそれぞれ500μL入れ、37℃で約1時間静置した後、ゼラチン溶液を除去してゼラチンコーティングプレートを調製した。上記で培養したEB培地中の細胞を各ウェルから回収し、12~24細胞ずつ12ウェルプレートの各ウェルに移した。37℃、5%COの条件で培養を開始した。2日おき(10日目、12日目、14日目…)にEB培地1mLで培地交換を行った。培養開始後20日前後で、免疫染色法による胚葉体の分化評価を行った。
(2-4-3-2)三胚葉分化の評価(免疫染色法)
12ウェルプレートからEB培地を除去し、PBS 2mLを添加して洗浄した。PBSを除去後、各ウェルにPFA液を500μL入れ、室温で10分間固定した。PFA液を除去して、各ウェルに1mLの0.1% TritonX-100/PBS溶液を添加し、シェイカー上で10分間インキュベートした。0.1% TritonX-100/PBS溶液を除去して、各ウェルに1mLのPBSを添加し、シェイカー上で5分間置いたのちに液を除去した(洗浄操作)。1~2時間後、洗浄操作を4回実施した後、各ウェルに500μLの0.1% ブロッキングバッファを添加し、シェイカー上で30~60分間インキュベートした(ブロッキング)。
ブロッキング終了後、各ウェルに下記1次抗体液を500μL添加した。1次抗体液は、0.1 BSA/PBS溶液で下記濃度に希釈した。プレートをパラフィルムでシールして、4℃で一晩静置した。
外胚葉マーカーTUJ1検出用:マウス抗ヒトβ-3 チューブリン抗体、R&D systems社、MAB1195、終濃度2.5~5μg/mL)
中胚葉マーカーSMA検出用:(マウス抗ヒトα-平滑筋アクチン(SMA)抗体、R&D systems社、MAB1420、終濃度2.5~5μg/mL)
内胚葉マーカーAFP検出用:(マウス抗ヒトα-フェトプロテイン(AFP)抗体、R&D systems社、MAB1368、終濃度2.5~5μg/mL)
PBSによる洗浄操作を4回行い、各ウェルに2次抗体液(ロバ抗マウスIgG(H+L)抗体(Thermo Fisher Scientific社、A-21202)を0.1 BSA/PBS溶液で500~1000倍希釈したもの)500μLを添加した。以後、遮光のためにプレートをアルミ箔で包んだ。プレートを室温にてシェイカー上で1~2時間インキュベートした後、PBSによる洗浄操作を4回行い、DAPI溶液を各ウェルに1滴添加した。蛍光顕微鏡でDAPIによる核染色、免疫染色法により各々のマーカータンパク質の陽性細胞の有無を観察した。
3つのクローンの細胞集団において、TUJ1、SMA、AFP陽性細胞の存在がいずれも確認できた。これらのクローンがいずれも多能性を維持していることが確認できた。

Claims (18)

  1. 以下の工程I及びIIを含む、人工多能性幹細胞(iPS細胞)の製造方法:
    I.体細胞に初期化遺伝子を導入する工程;及び
    II.前記遺伝子導入した細胞を、非ゲル化培地中で、培地が流動した状態の浮遊培養条件下で初期化及び増幅培養を行う工程。
  2. さらに以下の工程III及びIVを含む、請求項1に記載の方法:
    III.前記工程IIで得られた細胞のうち、未分化マーカー陽性細胞を分取する工程;及び
    IV.工程IIIで分取した細胞を浮遊培養して細胞集団を得る工程。
  3. 前記工程IIの増幅培養が浮遊旋回方式で行われるものであり、その旋回速度が10~100rpmである、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記工程IIの増幅培養が浮遊攪拌方式で行われるものであり、その攪拌翼の回転速度は、翼先端速度が0.05~1.37m/sの範囲である、請求項1又は2に記載の方法。
  5. 前記増幅培養が培養スケールの変更を伴う継代培養を含み、培養スケールの変更の前後において、体積当たりの攪拌所要動力若しくは翼先端速度の変化が10%未満となるように攪拌翼の回転数が設定される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記工程IIIが、分取した細胞を分画する工程である、請求項2~5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記未分化マーカーが、SSEA-4、TRA-1-60、TRA-1-81、TRA-2-49からなる群より選ばれる少なくとも1つ以上である、請求項2~6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記体細胞が、血液単核球である、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記体細胞に導入する遺伝子が、エピソーマルプラスミドあるいはセンダイウイルスに組み込まれて体細胞に導入される、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記導入する初期化遺伝子が、OCT3/4遺伝子、KLF4遺伝子及びL-MYC遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記工程II以降に使用される液体培地が、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも1つを含有する、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法
  12. 前記工程II以降に使用される液体培地が、FGF2及び/又はTGF-β1を含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法
  13. 前記工程II以降に使用される液体培地が、ROCK阻害剤を含有する、請求項1~12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 前記ROCK阻害剤が、Y-27632である、請求項13に記載の方法。
  15. 前記工程IIが細胞凝集塊を回収する工程を含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の方法。
  16. 前記工程IVが細胞凝集塊を回収する工程を含む、請求項2~15のいずれか1項に記載の方法。
  17. 前記工程IVで得られる細胞集団において、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上である、請求項2~16のいずれか1項に記載の方法。
  18. 請求項1~17のいずれか1項に記載の方法により製造されるiPS細胞を含む、細胞集団。
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