JP2023515174A - 網膜色素上皮細胞の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、RPE細胞の製造方法、該方法により製造されたRPE細胞、および該方法に適したRPE細胞を製造するための試薬を提供することを目的とする。本発明の方法は、以下の工程:外因性因子として、MITF(小眼球症関連転写因子)遺伝子またはその発現産物、OTX2(オルトデンティクルホメオボックス2)遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物を哺乳類の体細胞に導入する工程を含む。【選択図】なし
Description
本発明は、網膜色素上皮細胞の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、ダイレクトコンバージョン(ダイレクト・リプログラミング)による網膜色素上皮細胞の製造方法、および体細胞を網膜色素上皮細胞に変換するための試薬等に関する。
iPS細胞から網膜色素上皮(RPE)細胞を製造し、それを滲出型加齢黄斑変性の患者に投与することを含む治療法は、約6ヶ月の培養期間が必要であり、非常に費用がかかる。iPS細胞のためにiPSストックを使用することが現実的であり、その場合、同種移植が行われる。培養期間を短縮してコストを削減し、特に自家移植を必要とする患者を治療できる方法が必要である。
線維芽細胞で複数の転写因子を強制的に発現させることによるRPE様細胞の製造方法が報告されている(特許文献1、非特許文献1)。前者では10種類の転写因子から、および後者では8種類の転写因子から選択される、少なくとも4種類の転写因子を過剰発現させることによって、RPE様細胞が製造される。しかしながら、安定した細胞株は、確立されていない。各組合せは、本発明のものとは異なる。
線維芽細胞で複数の転写因子を強制的に発現させることによるRPE様細胞の製造方法が報告されている(特許文献1、非特許文献1)。前者では10種類の転写因子から、および後者では8種類の転写因子から選択される、少なくとも4種類の転写因子を過剰発現させることによって、RPE様細胞が製造される。しかしながら、安定した細胞株は、確立されていない。各組合せは、本発明のものとは異なる。
Zhang, Protein Cell 2014, 5(1): 48-58
本発明は、RPE細胞の移植が有効である患者、例えば滲出型加齢黄斑変性の患者に対して自家移植が可能なRPE細胞を製造する方法、該方法により製造されたRPE細胞、および該方法に適したRPE細胞を製造するための試薬(例えば、ベクター)を提供することを目的とする。
上記課題に鑑み、本発明者らは、これまでの知見に基づいて鋭意検討を行った。具体的には、本発明者らは、体細胞からRPE細胞をダイレクトコンバージョン(ダイレクト・リプログラミング)技術によって製造することを試みた。ダイレクトリプログラミングは、標的細胞の分化段階で重要な役割を果たす転写因子をコードする遺伝子、または体細胞のリプログラミングを促進する遺伝子を形質導入することによって達成することができる。本発明者らは、いくつかの遺伝子を導入することによって、体細胞をRPE細胞に直接変換できることを見出し、その変換の条件を確立し、得られた直接変換されたRPE細胞の表現型および機能を解析し、本発明を完成するに至った。
従って本発明は、以下のものを提供する。
(1)外因性因子として、
MITF(小眼球症関連転写因子)遺伝子またはその発現産物、
OTX2(オルトデンティクルホメオボックス2(Orthodenticle homeobox 2))遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を哺乳類の体細胞に導入する工程を含む、網膜色素上皮細胞の製造方法。
(2)外因性因子としてCRX(錐体-杆体ホメオボックス(cone-rod homeobox))遺伝子またはその発現産物を導入する工程をさらに含む、上記(1)の方法。
(3)体細胞中の導入された外因性因子を過剰発現させてゲノム可塑性を生じさせる期間(フェーズ1)、体細胞アイデンティティ(somatic cell identity)をRPE細胞に変換する期間(フェーズ2)、および変換されたRPE細胞を成熟させる期間(フェーズ3)の3段階(フェーズ)を含む、上記(1)または(2)の方法。
(4)フェーズ1でbFGFおよび2-MEを含む培地を使用することを含む、上記(3)の方法。
(5)フェーズ2の一部の期間でケトミンおよびニコチンアミドを含む培地を使用することを含む、上記(3)の方法。
(6)フェーズ3でSB431542およびbFGFを含む培地を使用することを含む、上記(3)の方法。
(7)体細胞がヒト線維芽細胞である、上記(1)~(6)のいずれかの方法。
(8)上記(1)~(7)のいずれかの方法により製造されたRPE細胞。
(9)哺乳類の体細胞に由来し、且つ外因性因子として、
MITF遺伝子またはその発現産物、
OTX2遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を含むRPE細胞。
(10)外因性因子としてCRX遺伝子またはその発現産物をさらに含む、上記(9)の細胞。
(11)体細胞がヒト線維芽細胞である、上記(9)または(10)の細胞。
(12)MITF遺伝子またはその発現産物、
OTX2遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を含む、体細胞から網膜色素上皮細胞を直接製造するための試薬。
(13)CRX遺伝子またはその発現産物をさらに含む、上記(12)の試薬。
(14)体細胞がヒト線維芽細胞である、上記(12)または(13)の試薬。
従って本発明は、以下のものを提供する。
(1)外因性因子として、
MITF(小眼球症関連転写因子)遺伝子またはその発現産物、
OTX2(オルトデンティクルホメオボックス2(Orthodenticle homeobox 2))遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を哺乳類の体細胞に導入する工程を含む、網膜色素上皮細胞の製造方法。
(2)外因性因子としてCRX(錐体-杆体ホメオボックス(cone-rod homeobox))遺伝子またはその発現産物を導入する工程をさらに含む、上記(1)の方法。
(3)体細胞中の導入された外因性因子を過剰発現させてゲノム可塑性を生じさせる期間(フェーズ1)、体細胞アイデンティティ(somatic cell identity)をRPE細胞に変換する期間(フェーズ2)、および変換されたRPE細胞を成熟させる期間(フェーズ3)の3段階(フェーズ)を含む、上記(1)または(2)の方法。
(4)フェーズ1でbFGFおよび2-MEを含む培地を使用することを含む、上記(3)の方法。
(5)フェーズ2の一部の期間でケトミンおよびニコチンアミドを含む培地を使用することを含む、上記(3)の方法。
(6)フェーズ3でSB431542およびbFGFを含む培地を使用することを含む、上記(3)の方法。
(7)体細胞がヒト線維芽細胞である、上記(1)~(6)のいずれかの方法。
(8)上記(1)~(7)のいずれかの方法により製造されたRPE細胞。
(9)哺乳類の体細胞に由来し、且つ外因性因子として、
MITF遺伝子またはその発現産物、
OTX2遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を含むRPE細胞。
(10)外因性因子としてCRX遺伝子またはその発現産物をさらに含む、上記(9)の細胞。
(11)体細胞がヒト線維芽細胞である、上記(9)または(10)の細胞。
(12)MITF遺伝子またはその発現産物、
OTX2遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を含む、体細胞から網膜色素上皮細胞を直接製造するための試薬。
(13)CRX遺伝子またはその発現産物をさらに含む、上記(12)の試薬。
(14)体細胞がヒト線維芽細胞である、上記(12)または(13)の試薬。
患者特異的な網膜色素上皮(RPE)を生成するための現在の最先端のアプローチは、その体細胞を多能性幹(iPS)細胞に誘導することである。当業者は、それらのiPS細胞を増幅および品質を確認し、次いでそれらのiPS細胞をRPE細胞に分化させなければならず、これは、180日を超える細胞培養が必要であり、これは実用的な医療にとって法外に高価である。本発明が提案する技術は、体細胞ドナー細胞を、2~3週間以内でRPE様アイデンティティ(RPE-like identity)を有する細胞に、および40~60日以内で十分に安定な初期RPE細胞に急速に変化させることによって、体細胞からRPE細胞への移行期間を劇的に減らす。
本発明は、特殊な細胞培地条件および重要な転写因子の過剰発現を利用して、皮膚または血液等の入手しやすい患者細胞からRPE細胞を迅速および効率的に生成する。医療または研究のための患者特異的な細胞のコストは、毎日必要とされる労力および材料にほぼ完全に由来するものであり、患者特異的なRPE細胞の現在の最先端の製造は、患者または科学者にとって費用効果的でない。本発明は、患者特異的な自家RPE細胞のコストを劇的に削減し、通常の医療および研究用途のための現実的な細胞製品を可能にする。
本発明を、現在の最先端のiPS細胞技術で誘導されたRPEと比較する(図1)。
本発明は、特殊な細胞培地条件および重要な転写因子の過剰発現を利用して、皮膚または血液等の入手しやすい患者細胞からRPE細胞を迅速および効率的に生成する。医療または研究のための患者特異的な細胞のコストは、毎日必要とされる労力および材料にほぼ完全に由来するものであり、患者特異的なRPE細胞の現在の最先端の製造は、患者または科学者にとって費用効果的でない。本発明は、患者特異的な自家RPE細胞のコストを劇的に削減し、通常の医療および研究用途のための現実的な細胞製品を可能にする。
本発明を、現在の最先端のiPS細胞技術で誘導されたRPEと比較する(図1)。
本発明を以下で説明する。特に示さない限り、本明細書で使用される用語は、該分野で一般的に使用される意味を有する。
本発明は、哺乳類の分化した体細胞をRPE細胞に変換することによる網膜色素上皮(RPE)細胞の製造方法に関する。「変換する」とは、体細胞を所望のRPE細胞に変えることを意味する。本発明の方法の特徴の1つは、iPS細胞の製造に代表される細胞を完全にリプログラムする工程が無い、「ダイレクトリプログラミング」または「ダイレクトコンバージョン(direct conversion)」と呼ばれる、体細胞をRPE細胞に変換する方法である。
RPE細胞への誘導は、理論的にはインビトロおよびインビボの両方で行うことができる。
RPE細胞
本発明における「網膜色素上皮細胞」とは、網膜色素上皮を構成する上皮細胞およびその前駆細胞をいう。網膜色素上皮細胞であるか否かは、例えば、細胞マーカー(RPE65、CRALBP、MERTK、BEST1等)の発現、細胞形態(細胞内メラニン色素沈着、多角形および扁平細胞形態、多角形アクチン束の形成等)等により確認することができる。網膜色素上皮細胞の前駆細胞とは、網膜細胞に分化するように誘導されることを指示される細胞を意味し、前駆細胞であるか否かは、細胞マーカー(Mitf、Pax6、Rx、Crx等)の発現等によって確認することができる。これらの機能評価および確認操作は、適切な条件を設定することによって当業者が行うことができる。
本発明によって誘導および調製されるRPE細胞は、誘導RPE細胞(iRPE細胞)とも呼ばれる。
本発明における「網膜色素上皮細胞」とは、網膜色素上皮を構成する上皮細胞およびその前駆細胞をいう。網膜色素上皮細胞であるか否かは、例えば、細胞マーカー(RPE65、CRALBP、MERTK、BEST1等)の発現、細胞形態(細胞内メラニン色素沈着、多角形および扁平細胞形態、多角形アクチン束の形成等)等により確認することができる。網膜色素上皮細胞の前駆細胞とは、網膜細胞に分化するように誘導されることを指示される細胞を意味し、前駆細胞であるか否かは、細胞マーカー(Mitf、Pax6、Rx、Crx等)の発現等によって確認することができる。これらの機能評価および確認操作は、適切な条件を設定することによって当業者が行うことができる。
本発明によって誘導および調製されるRPE細胞は、誘導RPE細胞(iRPE細胞)とも呼ばれる。
体細胞
本発明においてダイレクトリプログラミングの標的となる体細胞は、RPE細胞が誘導され得るものである限り、特に限定されず、哺乳類に由来することができる。iRPE細胞を生体に移植する場合、感染、拒絶反応等のリスクを低減するために、移植を受ける被検体由来の体細胞(自家細胞)が、好ましくは使用される。しかしながら、目的に応じて、自家細胞ではなく、他人または他の動物の体細胞から予め調製されたRPE細胞を移植に使用することができる。
本発明においてダイレクトリプログラミングの標的となる体細胞は、RPE細胞が誘導され得るものである限り、特に限定されず、哺乳類に由来することができる。iRPE細胞を生体に移植する場合、感染、拒絶反応等のリスクを低減するために、移植を受ける被検体由来の体細胞(自家細胞)が、好ましくは使用される。しかしながら、目的に応じて、自家細胞ではなく、他人または他の動物の体細胞から予め調製されたRPE細胞を移植に使用することができる。
本明細書において、哺乳類の例としては、マウス、ラット、ハムスター、ヒト、イヌ、ネコ、サル、ウサギ、ウシ、ウマ、ブタ等が挙げられ、特にヒトである。
体細胞としては、生体から容易に採取できる体細胞を使用することができる。その例としては、線維芽細胞、ケラチノサイト、口腔粘膜上皮細胞、鼻粘膜上皮細胞、呼吸器粘膜上皮細胞、胃粘膜上皮細胞、腸粘膜上皮細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞、脂肪細胞、歯肉細胞(歯肉線維芽細胞および歯肉上皮細胞)、歯髄細胞、歯周靭帯細胞、骨髄細胞、骨髄由来間質細胞、白血球、リンパ球、結膜上皮細胞、および破骨細胞が挙げられ、好ましくは線維芽細胞、ケラチノサイト、口腔粘膜上皮細胞、歯肉細胞、白血球、およびリンパ球である。本発明において、生体から採取した上記細胞が、好ましくは使用される。
遺伝子またはその発現産物
本発明の方法では、外因性因子として、MITF(小眼球症関連転写因子)遺伝子またはその発現産物、OTX2(オルトデンティクルホメオボックス2)遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物を、体細胞に導入する。所望により、外因性因子としてCRX(椎体-杆体ホメオボックス)遺伝子またはその発現産物を導入することができ、コロニー形成効率の観点からは、その導入が好ましい。本明細書で使用される「発現産物」は、例えば、MITF遺伝子、OTX2遺伝子、LIN28遺伝子、L-MYC遺伝子またはCRX遺伝子のmRNAまたはタンパク質である。
本発明の方法では、外因性因子として、MITF(小眼球症関連転写因子)遺伝子またはその発現産物、OTX2(オルトデンティクルホメオボックス2)遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物を、体細胞に導入する。所望により、外因性因子としてCRX(椎体-杆体ホメオボックス)遺伝子またはその発現産物を導入することができ、コロニー形成効率の観点からは、その導入が好ましい。本明細書で使用される「発現産物」は、例えば、MITF遺伝子、OTX2遺伝子、LIN28遺伝子、L-MYC遺伝子またはCRX遺伝子のmRNAまたはタンパク質である。
上記遺伝子の全ては、脊椎動物において高度に保存されている。本明細書において、特定の動物名が記載されていない限り、それらは相同体を含む遺伝子を指す。遺伝子としては、野生型遺伝子産物のものと同等の機能を有する遺伝子が(該遺伝子が多型等の変異を含む場合でも)、さらに挙げられる。
例えば、ヒト(ホモサピエンス)MITF遺伝子、OTX2遺伝子、LIN28遺伝子、L-MYC(MYCL)遺伝子、CRX遺伝子のヌクレオチド配列、およびこれらの配列によってコードされるタンパク質のアミノ酸配列は、アメリカ国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information、NCBI)によって提供される GenBank で登録されている。実施形態として、以下の受入番号が例示される(複数の改訂が登録されている場合、各番号は最新の改訂を指すことが理解されるべきである):
ヒトMITF遺伝子:例えば、AB006909.1、
ヒトMITFタンパク質:例えば、BAA32288.1、
ヒトOTX2遺伝子:例えば、NM_021728.4、
ヒトOTX2タンパク質:例えば、NP_068374.1、
ヒトLIN28遺伝子:例えば、NM_024674.6、
ヒトLIN28タンパク質:例えば、NP_078950.1、
ヒトL-MYC遺伝子:例えば、NM_001033081.3、
ヒトL-MYCタンパク質:例えば、NP_001028253.1、
ヒトCRX遺伝子:例えば、NM_000554.6、
ヒトCRXタンパク質:例えば、NP_000545.1。
他の配列が、それぞれ同一または同様の機能遺伝子および/またはタンパク質に対応する限り、他の配列を使用できることは明らかである。
ヒトMITF遺伝子:例えば、AB006909.1、
ヒトMITFタンパク質:例えば、BAA32288.1、
ヒトOTX2遺伝子:例えば、NM_021728.4、
ヒトOTX2タンパク質:例えば、NP_068374.1、
ヒトLIN28遺伝子:例えば、NM_024674.6、
ヒトLIN28タンパク質:例えば、NP_078950.1、
ヒトL-MYC遺伝子:例えば、NM_001033081.3、
ヒトL-MYCタンパク質:例えば、NP_001028253.1、
ヒトCRX遺伝子:例えば、NM_000554.6、
ヒトCRXタンパク質:例えば、NP_000545.1。
他の配列が、それぞれ同一または同様の機能遺伝子および/またはタンパク質に対応する限り、他の配列を使用できることは明らかである。
導入
本発明の方法は、特定の遺伝子が選択されること以外は、公知のリプログラミング法に従って行うことができる。具体的には、外因性因子として所望の遺伝子(以下、単に所望の遺伝子ともいう)を導入し、標的の体細胞内で発現させる。
遺伝子を導入する方法としては、例えば、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、レンチウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、ヘルペスウイルスベクター、またはセンダイウイルスベクター等のウイルスベクターでの感染を伴う方法;並びに、遺伝子およびその発現産物を導入する場合には、カチオン性リポソーム、カチオン性ポリマー等の非ウイルスベクターまたはエレクトロポレーションによる、プラスミドベクター、エピソームベクター、または遺伝子発現産物(mRNA、タンパク質)でのトランスフェクションを伴う方法も使用することができる。あるいはmRNAを導入することもできる。
CRISPR/Cas9システム(CRISPR標的トランス活性化)等のゲノム編集技術も利用することができる。
本発明の方法は、特定の遺伝子が選択されること以外は、公知のリプログラミング法に従って行うことができる。具体的には、外因性因子として所望の遺伝子(以下、単に所望の遺伝子ともいう)を導入し、標的の体細胞内で発現させる。
遺伝子を導入する方法としては、例えば、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、レンチウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター、ヘルペスウイルスベクター、またはセンダイウイルスベクター等のウイルスベクターでの感染を伴う方法;並びに、遺伝子およびその発現産物を導入する場合には、カチオン性リポソーム、カチオン性ポリマー等の非ウイルスベクターまたはエレクトロポレーションによる、プラスミドベクター、エピソームベクター、または遺伝子発現産物(mRNA、タンパク質)でのトランスフェクションを伴う方法も使用することができる。あるいはmRNAを導入することもできる。
CRISPR/Cas9システム(CRISPR標的トランス活性化)等のゲノム編集技術も利用することができる。
好ましい一実施形態は、外部刺激に応答して期間特異的な方法で所望の遺伝子の発現を制御するように設計された発現カセットを導入する方法である。そのような発現カセットは、外部刺激に応答して下流で遺伝子の発現を誘導することができるプロモーターと、該プロモーターによって発現が制御される所望の遺伝子とを少なくとも含有する核酸構築物である。
プロモーターは、外部刺激に応答して下流で遺伝子の発現を誘導することができるプロモーターである限り、特に限定されない。その例としては、外部刺激がテトラサイクリン系抗生物質(テトラサイクリン、ドキシサイクリン等のテトラサイクリン誘導体)の存在である場合、テトラサイクリン系抗生物質とテトラサイクリントランスアクチベーターとの複合体の結合によって下流で遺伝子の発現を誘導することができるプロモーターが挙げられる。
発現カセットは、必要に応じて、エンハンサー、サイレンサー、選択マーカー遺伝子(例えば、ネオマイシン耐性遺伝子等の薬剤耐性遺伝子)、SV40複製起点等を含有することができる。
従って、外部刺激には、薬物の存在下または非存在下での培養が含まれる。例えば、所望の遺伝子の発現は、ドキシサイクリンの存在下で、およびドキシサイクリン発現誘導システム(例えば、ドキシサイクリン発現誘導システム)を使用して制御される。
ドキシサイクリン発現誘導システムは、市販品(例えば、タカラ、クロンテック等)でもよく、公知文献に記載の方法によって製造してもよい。
上記発現カセットを体細胞に導入する方法は、特に限定されず、公知の方法を適宜選択および使用することができる。例えば、上記発現カセットを、適切な発現ベクターに挿入し、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター等のウイルスベクターを使用するウイルス感染、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デキストラン法、マイクロインジェクション法等の公知の形質転換法によって導入することができる。
発現ベクターの例としては、レンチウイルス、レトロウイルス、ヘルペスウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、センダイウイルス等のウイルスベクター、および動物細胞発現プラスミドが挙げられる。導入効率の観点から、レンチウイルスが好ましい。
上記外部刺激について、当業者は、利用する前記プロモーターの種類等を考慮して、および添加時期を考慮して、加える刺激の量(レベル)を適宜調整することができる。例えば、外部刺激がドキシサイクリンの存在である場合、ドキシサイクリンの好ましい添加濃度は、0.1~2μg/ml、より好ましくは0.5~1μg/mlである。一実施形態において、該添加量は、フェーズ1およびフェーズ2で1μg/mlであり、次いでフェーズ3で0.5μg/mlに一時的に減少し、そこで直ぐに完全に除去される。
ドキシサイクリン等の外部刺激は、所望の遺伝子が導入された体細胞内に、所望の遺伝子導入後60日間、好ましくは少なくとも50日間存在してもよい。その結果、体細胞は、RPE細胞に誘導され、フェーズ3で成熟することができる。
培養
本発明の方法において、哺乳類の分化した体細胞は、遺伝子の導入後に培地中で培養することができる。例えば、RPEがインビトロで誘導(調製)されることは、好ましい実施形態である。
本発明の方法において、哺乳類の分化した体細胞は、遺伝子の導入後に培地中で培養することができる。例えば、RPEがインビトロで誘導(調製)されることは、好ましい実施形態である。
培養は、細胞および培地の保管に適した容器内で行うことができる。接着培養の場合、細胞接着培養容器、例えば、細胞外マトリックス等(例えば、ポリ-D-リジン、ラミニン、フィブロネクチン、iMatrix511(製品名))でコーティング処理した後の培養容器が、好ましく使用される。培養温度、CO2濃度、およびO2濃度等の接着培養の培養条件を適宜決定することができる。この場合、細胞を、血清、公知の増殖因子、並びに増殖を促進する添加剤および化学物質の存在下で培養することができる。公知の増殖因子の例としては、EGF、FGF等が挙げられる。増殖を促進する添加剤の例としては、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)等が挙げられる。
培養の期間は、本発明の効果が損なわれない限り、特に限定されない。例えば、必要に応じて、約30日間、または40日間、または50日間、または60日間、または70日間に設定することができる。必要に応じて、培地を交換することができ、段階に応じて適宜調整された成分を有する培地に交換することが好ましい(以下の「培地」参照)。
培地
本発明の方法で使用される培地は、特に限定されない。DMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)、EMEM(イーグル最小必須培地)、αMEM(アルファ改変最小必須培地)、ハムF-12(栄養混合物F-12ハム)等の通常の液体培地を使用することができる。必要に応じて、血清成分(ウシ胎児血清(FBS)、ヒト血清(HS))、血清代替品(SR)、ストレプトマイシンおよびペニシリン等の抗生物質、非必須アミノ酸(NEAA)、および同様の成分を添加することができる。
本発明の方法で使用される培地は、特に限定されない。DMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)、EMEM(イーグル最小必須培地)、αMEM(アルファ改変最小必須培地)、ハムF-12(栄養混合物F-12ハム)等の通常の液体培地を使用することができる。必要に応じて、血清成分(ウシ胎児血清(FBS)、ヒト血清(HS))、血清代替品(SR)、ストレプトマイシンおよびペニシリン等の抗生物質、非必須アミノ酸(NEAA)、および同様の成分を添加することができる。
本発明の方法によるRPE細胞の高い製造効率を考慮すると、RPE細胞の製造プロセスを、3段階(フェーズ1、フェーズ2、フェーズ3)に分け、各フェーズに適した培地を用いることが好ましい(図3参照)。これらの培地を、便宜上、フェーズ1培地、フェーズ2培地、およびフェーズ3培地と呼ぶことがある。
フェーズ1培地は、体細胞中の導入された所望の遺伝子の過剰発現期間に使用される培地であり、典型的には遺伝子導入後8~10日間使用される。初期の細胞増殖を持続させる観点から、該培地は、好ましくはbFGFおよび2-MEを含有する。bFGFの好ましい添加濃度は1~100ng/ml、より好ましくは約10ng/mlである。2-MEの好ましい添加濃度は、10~100μM、より好ましくは約55μMである。
フェーズ2培地は、フェーズ1の後に所望の遺伝子が導入された細胞からRPE細胞への変換期間に使用される培地であり、典型的にはフェーズ1後に34~38日間使用される。該培地は、望ましくない細胞を排除することができるように、好ましくはケトミンおよびニコチンアミドを含有する。ケトミンの好ましい添加濃度は、10~100nM、より好ましくは40~80nMである。ニコチンアミドの好ましい添加濃度は、1~50mM、より好ましくは5~10mMである。
フェーズ3培地は、フェーズ2後の変換されたRPE細胞の成熟期間に使用される培地であり、典型的にはフェーズ2後に7~12日間使用される。一般的なRPE細胞成熟材料の観点から、該培地は、好ましくはSB431542およびbFGFを含有する。SB431542の好ましい添加濃度は、0.5~1μM、より好ましくは約0.5μMである。bFGFの好ましい添加濃度は、1~100ng/ml、より好ましくは約10ng/mlである。
フェーズ1培地は、体細胞中の導入された所望の遺伝子の過剰発現期間に使用される培地であり、典型的には遺伝子導入後8~10日間使用される。初期の細胞増殖を持続させる観点から、該培地は、好ましくはbFGFおよび2-MEを含有する。bFGFの好ましい添加濃度は1~100ng/ml、より好ましくは約10ng/mlである。2-MEの好ましい添加濃度は、10~100μM、より好ましくは約55μMである。
フェーズ2培地は、フェーズ1の後に所望の遺伝子が導入された細胞からRPE細胞への変換期間に使用される培地であり、典型的にはフェーズ1後に34~38日間使用される。該培地は、望ましくない細胞を排除することができるように、好ましくはケトミンおよびニコチンアミドを含有する。ケトミンの好ましい添加濃度は、10~100nM、より好ましくは40~80nMである。ニコチンアミドの好ましい添加濃度は、1~50mM、より好ましくは5~10mMである。
フェーズ3培地は、フェーズ2後の変換されたRPE細胞の成熟期間に使用される培地であり、典型的にはフェーズ2後に7~12日間使用される。一般的なRPE細胞成熟材料の観点から、該培地は、好ましくはSB431542およびbFGFを含有する。SB431542の好ましい添加濃度は、0.5~1μM、より好ましくは約0.5μMである。bFGFの好ましい添加濃度は、1~100ng/ml、より好ましくは約10ng/mlである。
製造(誘導)
そうして、RPE細胞が体細胞から製造される。細胞が網膜色素上皮細胞であるか否かは、例えば細胞マーカー(RPE65、Mitf等)の発現、メラニン顆粒の存在、多角形の特徴的な細胞形態等に基づいて、当業者によって確認することができる。
そうして、RPE細胞が体細胞から製造される。細胞が網膜色素上皮細胞であるか否かは、例えば細胞マーカー(RPE65、Mitf等)の発現、メラニン顆粒の存在、多角形の特徴的な細胞形態等に基づいて、当業者によって確認することができる。
誘導RPE細胞(iRPE細胞)は、外因性のMITF遺伝子、OTX2遺伝子、LIN28遺伝子およびL-MYC遺伝子を、(好ましくはCRX遺伝子も)含有する。本明細書で使用される「外因性」という用語は、主に上記の導入手段によって導入され、および天然の態様とは異なる、遺伝子またはその発現産物の態様を意味する。
iRPE細胞は、iRPE細胞以外の細胞(例えば、元の体細胞)との混合物として得ることができる。この場合、必要に応じてiRPE細胞をiRPE細胞以外の細胞から分離することができる。分離手段は、特に限定されない。例えば、それらは、セルソーターまたは磁気ビーズを使用して分離することができる。
本発明によって製造されるiRPE細胞は、体内の網膜色素上皮細胞のものと極めて類似した特徴を有する。従って、それを、網膜細胞の障害による疾患の治療薬のスクリーニング、または細胞治療のための移植材料、疾患の研究のための材料、または他の病因による細胞損傷の治療薬のための創薬材料のために使用することもできる。加えて、それらを、光毒性等の毒性の研究、化学物質等の毒性および薬効評価における毒性試験等に利用することができる。
網膜細胞の障害による疾患の例としては、有機水銀中毒、クロロキン網膜症、網膜色素変性、加齢黄斑変性、緑内障、糖尿病性網膜症、新生児網膜症等が挙げられる。
本発明によって製造されるiRPE細胞は、移植用の網膜色素上皮細胞として使用することができ、これは、細胞損傷状態にある損傷細胞や障害組織自体を補うため(例えば、移植手術に使用される)等に使用される。
網膜細胞の障害による疾患の例としては、有機水銀中毒、クロロキン網膜症、網膜色素変性、加齢黄斑変性、緑内障、糖尿病性網膜症、新生児網膜症等が挙げられる。
本発明によって製造されるiRPE細胞は、移植用の網膜色素上皮細胞として使用することができ、これは、細胞損傷状態にある損傷細胞や障害組織自体を補うため(例えば、移植手術に使用される)等に使用される。
試薬
上述したように、RPE細胞は、外因性因子として、MITF遺伝子またはその発現産物、OTX2遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物、並びに好ましくは、それらに加えてCRX遺伝子またはその発現産物を体細胞に導入することによって誘導することができる。従って、本発明はさらに、体細胞からRPE細胞を製造するための試薬であって、MITF遺伝子またはその発現産物、OTX2遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物、並びに好ましくは、それらに加えてCRX遺伝子またはその発現産物を含有する試薬を提供する。ここで体細胞は、好ましくは線維芽細胞である。
試薬は、具体的には、上記遺伝子を体細胞に導入できる形態として、上記遺伝子が組み込まれたベクターを含む。上記遺伝子は、それぞれ異なるベクターに組み込まれていてもよく、2種またはそれ以上の遺伝子が1つのベクターに同時に組み込まれていてもよい。
使用することができるベクターの種類等は上述の通りである。
本発明を、実施例を参照することによって、以下で詳細に説明するが、限定的に解釈されるべきではない。使用する試薬および材料は、特に限定されない限り、商業的に入手可能である。
上述したように、RPE細胞は、外因性因子として、MITF遺伝子またはその発現産物、OTX2遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物、並びに好ましくは、それらに加えてCRX遺伝子またはその発現産物を体細胞に導入することによって誘導することができる。従って、本発明はさらに、体細胞からRPE細胞を製造するための試薬であって、MITF遺伝子またはその発現産物、OTX2遺伝子またはその発現産物、LIN28遺伝子またはその発現産物、およびL-MYC遺伝子またはその発現産物、並びに好ましくは、それらに加えてCRX遺伝子またはその発現産物を含有する試薬を提供する。ここで体細胞は、好ましくは線維芽細胞である。
試薬は、具体的には、上記遺伝子を体細胞に導入できる形態として、上記遺伝子が組み込まれたベクターを含む。上記遺伝子は、それぞれ異なるベクターに組み込まれていてもよく、2種またはそれ以上の遺伝子が1つのベクターに同時に組み込まれていてもよい。
使用することができるベクターの種類等は上述の通りである。
本発明を、実施例を参照することによって、以下で詳細に説明するが、限定的に解釈されるべきではない。使用する試薬および材料は、特に限定されない限り、商業的に入手可能である。
実施例1;RPE細胞の誘導
(フェーズ1)
ヒト体細胞(線維芽細胞;ATCC Cat#CRL2522)を培養し、リプログラミングが望まれるまで標準的な培地および方法で、培養および増殖した。リプログラミングの準備のために、線維芽細胞を、MITF、OTX2、LIN28、L-MYC、およびCRXのための、レンチウイルスdox誘導性の条件的遺伝子発現システムおよびdox誘導性のレンチウイルスで形質導入した。リプログラミングを開始するために、iMatrix511 でコートされた6ウェル(6W)プレートウェル上に100~150×103細胞/ウェルで、線維芽細胞を播種した。翌日、リプログラミング培地フェーズ1(フェーズ1培地)を添加し、レンチウイルスdox誘導性システムを用いてヒト外因性転写因子(MITF、OTX2、LIN28、L-MYCおよびCRX)を毎日過剰発現させた。リプログラミング因子の過剰発現は、iRPEが安定するフェーズ3初期で徐々に除去されるまで維持された(図7)。フェーズ1培地を使用した培養を8~10日間維持した。
(フェーズ1)
ヒト体細胞(線維芽細胞;ATCC Cat#CRL2522)を培養し、リプログラミングが望まれるまで標準的な培地および方法で、培養および増殖した。リプログラミングの準備のために、線維芽細胞を、MITF、OTX2、LIN28、L-MYC、およびCRXのための、レンチウイルスdox誘導性の条件的遺伝子発現システムおよびdox誘導性のレンチウイルスで形質導入した。リプログラミングを開始するために、iMatrix511 でコートされた6ウェル(6W)プレートウェル上に100~150×103細胞/ウェルで、線維芽細胞を播種した。翌日、リプログラミング培地フェーズ1(フェーズ1培地)を添加し、レンチウイルスdox誘導性システムを用いてヒト外因性転写因子(MITF、OTX2、LIN28、L-MYCおよびCRX)を毎日過剰発現させた。リプログラミング因子の過剰発現は、iRPEが安定するフェーズ3初期で徐々に除去されるまで維持された(図7)。フェーズ1培地を使用した培養を8~10日間維持した。
(フェーズ2)
次に、フェーズ2培地を隔日(2日ごと)に添加した。およそ24~32日目に、リプログラミングの各6Wプレートウェルを、iMatrix511 でコートされた6Wプレート上のフェーズ2培地に、400~600×103細胞/ウェルで、1つまたはそれ以上のウェル(典型的には2ウェル)に、大量に再播種した。あるいは12ウェル(12W)プレートを、200~300×103細胞/ウェルで使用することができる。あるいはiRPEコロニーを、個々の iMatrix511 でコートされた96ウェル(96W)プレートウェルに単離することができるが、バルク継代(bulk passage)が推奨される。
再播種後、さらに約1週間、フェーズ2培地でリプログラミングを継続した。次いで、RPE細胞品質を改善するために、40~80nMのケトミンおよび5~10mMのニコチンアミドでの任意処理を、6~12日間追加することができ(図8)、またはフェーズ2培地を使用する培養を、同じ期間、隔日で継続することができる。
フェーズ2培地を使用する培養を、ケトミンおよびニコチンアミドの除去後、さらに2日間(培地交換1回)継続した。
次に、フェーズ2培地を隔日(2日ごと)に添加した。およそ24~32日目に、リプログラミングの各6Wプレートウェルを、iMatrix511 でコートされた6Wプレート上のフェーズ2培地に、400~600×103細胞/ウェルで、1つまたはそれ以上のウェル(典型的には2ウェル)に、大量に再播種した。あるいは12ウェル(12W)プレートを、200~300×103細胞/ウェルで使用することができる。あるいはiRPEコロニーを、個々の iMatrix511 でコートされた96ウェル(96W)プレートウェルに単離することができるが、バルク継代(bulk passage)が推奨される。
再播種後、さらに約1週間、フェーズ2培地でリプログラミングを継続した。次いで、RPE細胞品質を改善するために、40~80nMのケトミンおよび5~10mMのニコチンアミドでの任意処理を、6~12日間追加することができ(図8)、またはフェーズ2培地を使用する培養を、同じ期間、隔日で継続することができる。
フェーズ2培地を使用する培養を、ケトミンおよびニコチンアミドの除去後、さらに2日間(培地交換1回)継続した。
(フェーズ3)
フェーズ3培地を隔日で添加し、RPE様成熟を引き起こし、分極および色素沈着を増加させた。7~12日間、外因性のMITF、OTX2、LIN28、L-MYCおよびCRXの過剰発現は、それらがもはや追加されなくなるまで、徐々に減少した。外因性のリプログラミングの消失、およびその後の培養というプロセスの間、iRPEおよび望ましくない細胞の品質が明確になった(図7)。
フェーズ3培地を使用する培養を維持し、色素沈着細胞および/またはBEST1::EGFPレポーター(reproter)発現が継続している色素沈着細胞が、RPE(iRPE)に安定的に誘導されたと考えられた。これらのリプログラムされ分化したiRPE細胞を、次いで精製し、継代培養し、検査し、および標準的なRPE培養法で移植することができる。
ヒト包皮線維芽細胞のiRPE細胞へのリプログラミングが経時的に観察された。RPE関連遺伝RPE65およびBEST1、並びに密着結合を構成するZO-1の発現を調べた。結果を図5に示す。
RPE65:マウス抗RPE65(Mouse-anti RPE65)、Millipore cat#MAB5428
BEST1:ライブBest1::EGFPトランスジェニックレポーター(Live Best1::EGFP Transgenic Reporter)
ZO-1:ウサギ抗ZO-1(Rabbit anti-ZO-1)、Invitrogen cat#61-7300
リプログラミング培地組成
フェーズ1培地:
フェーズ3培地を隔日で添加し、RPE様成熟を引き起こし、分極および色素沈着を増加させた。7~12日間、外因性のMITF、OTX2、LIN28、L-MYCおよびCRXの過剰発現は、それらがもはや追加されなくなるまで、徐々に減少した。外因性のリプログラミングの消失、およびその後の培養というプロセスの間、iRPEおよび望ましくない細胞の品質が明確になった(図7)。
フェーズ3培地を使用する培養を維持し、色素沈着細胞および/またはBEST1::EGFPレポーター(reproter)発現が継続している色素沈着細胞が、RPE(iRPE)に安定的に誘導されたと考えられた。これらのリプログラムされ分化したiRPE細胞を、次いで精製し、継代培養し、検査し、および標準的なRPE培養法で移植することができる。
ヒト包皮線維芽細胞のiRPE細胞へのリプログラミングが経時的に観察された。RPE関連遺伝RPE65およびBEST1、並びに密着結合を構成するZO-1の発現を調べた。結果を図5に示す。
RPE65:マウス抗RPE65(Mouse-anti RPE65)、Millipore cat#MAB5428
BEST1:ライブBest1::EGFPトランスジェニックレポーター(Live Best1::EGFP Transgenic Reporter)
ZO-1:ウサギ抗ZO-1(Rabbit anti-ZO-1)、Invitrogen cat#61-7300
リプログラミング培地組成
フェーズ1培地:
フェーズ2培地:
フェーズ3培地:
実施例2;RPE細胞の誘導(CRX)
実施例1と同様にして導入した、CRX有りの外因性因子とCRX無しの外因性因子とを比較した。9日目に形成されたiRPEコロニーの、6ウェルプレート中のコロニー形成数(1ウェルあたり)を、リプログラミング遺伝子過剰発現のフェーズ1の終了時にカウントした。結果を下記表に示す。
実施例1と同様にして導入した、CRX有りの外因性因子とCRX無しの外因性因子とを比較した。9日目に形成されたiRPEコロニーの、6ウェルプレート中のコロニー形成数(1ウェルあたり)を、リプログラミング遺伝子過剰発現のフェーズ1の終了時にカウントした。結果を下記表に示す。
各コロニーのサイズ分布を、遺伝子導入後12日目に調べた。結果を図6に示す。コロニーの直径を指標として使用した。遺伝子導入後12日目はフェーズ2の初期段階である。
RPE細胞はCRXの非存在下においても線維芽細胞から誘導されたが、その誘導は、その数および大きさの両方においてCRXの存在下でより効果的であった。
CRXの添加は任意であるが、CRXは、数ではるかに多くのコロニーを誘導し、および直径によって測定される、はるかに多くの増殖性コロニーを誘導した。
RPE細胞はCRXの非存在下においても線維芽細胞から誘導されたが、その誘導は、その数および大きさの両方においてCRXの存在下でより効果的であった。
CRXの添加は任意であるが、CRXは、数ではるかに多くのコロニーを誘導し、および直径によって測定される、はるかに多くの増殖性コロニーを誘導した。
実施例3;RPE細胞の誘導(ケトミン/ニコチンアミド)
フェーズ2の後期段階でケトミンおよびニコチンアミドによる処理の効果を調べた。ケトミンおよびニコチンアミドを添加したこと以外は実施例1と同じ方法で、RPE細胞を誘導した。結果を図8に示す。両方の化合物を添加したときにより強い色素堆積(dye deposition)が確認された。これらの結果から、体細胞からRPE細胞を誘導するプロセスの或る段階でのケトミンおよびニコチンアミドによる処理が効果的であることが分かった。
フェーズ2の後期段階でケトミンおよびニコチンアミドによる処理の効果を調べた。ケトミンおよびニコチンアミドを添加したこと以外は実施例1と同じ方法で、RPE細胞を誘導した。結果を図8に示す。両方の化合物を添加したときにより強い色素堆積(dye deposition)が確認された。これらの結果から、体細胞からRPE細胞を誘導するプロセスの或る段階でのケトミンおよびニコチンアミドによる処理が効果的であることが分かった。
実施例4;ラットの眼への本発明のiRPE細胞の移植
実施例1で調製した安定培養ヒトiRPE細胞を、免疫不全アルビノラットの眼に移植した。BEST1ライブレポーターの発現を、移植後4.5ヶ月で調べた(図9)。移植されたヒトiRPE細胞のいくつかの大きな領域は、BEST1::EGFPライブ成熟レポーター遺伝子導入を発現した。同様に、移植後4.5ヶ月で組織切片を調製し、ヘマトキシリンおよびエオシンで染色した(図10)。いくつかのヒトiRPE細胞は色素細胞となり、該色素細胞が、成長し、成熟し、および神経網膜と接続している(正規のRPE層へのインテグレーションやシート形成など)。
BEST1:ライブBEST1::EGFPトランスジェニックレポーター
ヘマトキシリンおよびエオシン染色;標準作業(Standard Practice)
実施例1で調製した安定培養ヒトiRPE細胞を、免疫不全アルビノラットの眼に移植した。BEST1ライブレポーターの発現を、移植後4.5ヶ月で調べた(図9)。移植されたヒトiRPE細胞のいくつかの大きな領域は、BEST1::EGFPライブ成熟レポーター遺伝子導入を発現した。同様に、移植後4.5ヶ月で組織切片を調製し、ヘマトキシリンおよびエオシンで染色した(図10)。いくつかのヒトiRPE細胞は色素細胞となり、該色素細胞が、成長し、成熟し、および神経網膜と接続している(正規のRPE層へのインテグレーションやシート形成など)。
BEST1:ライブBEST1::EGFPトランスジェニックレポーター
ヘマトキシリンおよびエオシン染色;標準作業(Standard Practice)
本発明は、患者特異的な自家RPE細胞のコストを劇的に削減し、通常の医療および研究用途のための現実的な細胞製品を可能にする。
本願は、日本に出願された特願2020-033848号(出願日:2020年2月28日)を基礎としており、その内容は本願明細書に全て包含される。
本願は、日本に出願された特願2020-033848号(出願日:2020年2月28日)を基礎としており、その内容は本願明細書に全て包含される。
Claims (14)
- 外因性因子として、
MITF(小眼球症関連転写因子)遺伝子またはその発現産物、
OTX2(オルトデンティクルホメオボックス2)遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を哺乳類の体細胞に導入する工程を含む、網膜色素上皮細胞の製造方法。 - 外因性因子としてCRX(錐体-杆体ホメオボックス)遺伝子またはその発現産物を導入する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 体細胞中の導入された外因性因子を過剰発現させてゲノム可塑性を生じさせる期間(フェーズ1)、体細胞アイデンティティをRPE細胞に変換する期間(フェーズ2)、および変換されたRPE細胞を成熟させる期間(フェーズ3)の3段階を含む、請求項1または2に記載の方法。
- フェーズ1でbFGFおよび2-MEを含む培地を使用することを含む、請求項3に記載の方法。
- フェーズ2の一部の期間でケトミンおよびニコチンアミドを含む培地を使用することを含む、請求項3に記載の方法。
- フェーズ3でSB431542およびbFGFを含む培地を使用することを含む、請求項3に記載の方法。
- 体細胞がヒト線維芽細胞である、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載の方法により製造されたRPE細胞。
- 哺乳類の体細胞に由来し、且つ外因性因子として、
MITF遺伝子またはその発現産物、
OTX2遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を含むRPE細胞。 - 外因性因子としてCRX遺伝子またはその発現産物をさらに含む、請求項9に記載の細胞。
- 体細胞がヒト線維芽細胞である、請求項9または10に記載の細胞。
- MITF遺伝子またはその発現産物、
OTX2遺伝子またはその発現産物、
LIN28遺伝子またはその発現産物、および
L-MYC遺伝子またはその発現産物
を含む、体細胞から網膜色素上皮細胞を直接製造するための試薬。 - CRX遺伝子またはその発現産物をさらに含む、請求項12に記載の試薬。
- 体細胞がヒト線維芽細胞である、請求項12または13に記載の試薬。
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JP2020033848 | 2020-02-28 | ||
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CN103290051B (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-10 | 中国科学院生物物理研究所 | 一种将人类成纤维细胞转分化为视网膜色素上皮细胞的方法 |
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