JP2577114C - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、細胞増殖用培地に係る。
正常な哺乳類細胞の持続性即ち長期間の成長及び増殖に現在使用されている殆
どの培地または系においては、かかる成長及び増殖の支持に必要なタンパク質を
供給するために、不確定タンパク質を系に混入するかまたは養育細胞を使用して
いる。
かかる不確定タンパク質の存在は培養された細胞の所望の最終用途を妨害する
おそれがあるため、不確定タンパク質の存在を最小に抑制できる条件下に細胞を
培養するのが望ましい。例えば、火傷患者の皮膚移植片として使用される生体皮
膚等価物を調製するために用いられた培養表皮細胞中に不確定タンパク質が存在
するとき、かかるタンパク質が免疫反応を生起する可能性もあるので、生体皮膚
等価物が所望用途に適さないことも予想される。かかる生体皮膚等価物を与える
表皮細胞を培養するためにマウス3T3養育細胞を使用する場合、表皮に捕獲され
た残留3T3細胞またはその一部は種交差免疫反応(cross-species immunereactio
n)を生じる可能性が極めて大きい。かかる生体皮膚等価物の製造にウシ血清を
使用する場合にも同様の免疫反応が生じ易い。
従って、細胞の持続性成長及び増殖には、不確定タンパク質を極めて低濃度で
含むかまたはより好ましくは全く含まない化学的に確定された細胞培養基及び系
が必要である。「確定」なる用語は、成分中に微量の汚染物を含有してはいるけれ
ども、意図的に添加された特性未決定の補足添加物を全く含有していない培地又
は成分を意味する。
上記のごとき要望に応える細胞増殖用の化学的に確定された細胞培養基が多数
開発された。かかる培地としては、改質イーグル培地(以後MEMで示す)、Ham's
F12培地、ダルベッコの改質イーグル培地(以後 DMEMで示す)、MCDB 153及び培
地199がある。しかしながら、既存の化学的に確定された培地において多くの細
胞の培養を成功させるには、血清または血清由来の因子のごとき補足タンパク質
の添加または養育細胞の使用が必要であることが知見された。この結果として培
地に不確定成分が導入されることになる。細胞培養系に補足の複合タンパク質を
添加すると不確定タンパク質が導入されるだけでなく細胞培養のコストも上がる
。
上皮細胞の培養及びときにはその成熟の際に遭遇する問題は、現在入手できる
培養基及び系の欠点を明らかにする。表皮細胞のごとき上皮細胞は、生体皮膚等
価物の製造、及び、試験系及び皮膚移植に使用するための培養表皮シートの製造
に使用される。生きた皮膚及びその他の組織等価物、並びにかかる組織等価物の
製造及び使用方法は米国特許第4,485,096号、第4,835,102号、第4,837,379号、1
990年4月6日出願のU.S.S.N.07/505,678、1989年9月15日出願のU.S.S.N.07/40
8,052号に開示されている。これらの文献の記載内容は本明細書に含まれるもの
とし、本文中では以後「諸特許」と指称する。これらの特許及び特許出願は培養表
皮細胞の多量の増殖を必要としているが、現在入手できる培地はこの要件を充足
できない。
哺乳類表皮は主として、種々の分化段階の単一の細胞型即ちケラチン細胞から
構成されている。下層の真皮の線維芽細胞から分離した基底層は分裂性ケラチン
細胞を含む。これらのケラチン細胞は前駆細胞を生成し、そのうちのあるものは
最早分裂せず、基底層から外部に移動し、最終分化して角質層を形成し、最終的
に表面から剥落する。いくつかの用途、例えば経皮的吸収の検査に使用される試
験系では、生体皮膚等価物が、十分に発達したケラチン細胞層を含むことが必須
であり、従って、培養表皮細胞の分化及び成熟が必要である。
in vivoで観察されるケラチン細胞に酷似したケラチン細胞シートを形成する
ためには、既存の細胞増殖培地及び系が充足させるべき追加の要件が生じる。か
かるシートの形成には、基底細胞の増殖性の小集団を維持しつつ表皮細胞を分化
させより古いより成熟したケラチン細胞を層化させる十分なカルシウム濃度が必
要である。ケラチン細胞の培養及び成熟は様々な方法で試験され、補足の血清ま
たはタンパク質を添加したときでもその成功の度合は一様ではなかった。例えば
、化学的に確定された培地に従来の血清を補充した場合にはケラチン細胞の増殖
要件が充足されないことが知見された。ケラチン細胞の増殖及び成熟を達成する
ためには、血清またはその他の不確定因子を殆どまたは全く添加せず同時にマウ
ス胚線維芽細胞(3T3 細胞)のごとき養育細胞も使用しない化学的に確定された培
養基を使用するのが好ましい。
ケラチン細胞の培養技術の現状を考察するといくつかの問題点が浮かび上がる
(Breidahl他,Aust.N.Z.J.Surg. 59(1989)485〜497参照)。
Rheinwald及びGreenは、クローナル増殖と多重継代とを生じる3T3養育細胞層
を使用したケラチン細胞の増殖方法を報告した(Rheinwald & Green,Cell
6(1975)331〜344)。この方法では、継代の際にケラチン細胞が、更にクローナル
増殖し得る増殖性または比較的未分化の基底細胞集団を維持している層化及び分
化した培養物を形成できたので、極めて進歩した方法であると考えられた。Rhei
nwald及びGreenの方法のかかる利点にもかかわらず、養育細胞例えばマウス3T3
細胞の使用は好ましくない。その理由は、形質転換系である3T3細胞に由来の不
確定タンパク質が培養細胞中に存在する可能性が生じるからである。3T3細胞及
び細胞フラグメントは 0.02%EDTA で除去できると報告されてはいるが(Sun & G
reen,Cell 9(1976)512〜521)、完全な除去はしばしば難しく、これらの細胞の
除去及びその結果として培養表皮細胞にかかるストレスの作用は望ましくないと
考えられる。また、3T3 養育系は多量の血清(約 5%)を要するので、培養系に不
確定タンパク質が更に添加されることになる。
Rheinwald及びGreenの著作(上掲)発表後も研究者等は、補足添加物または養育
細胞支持体を存在させずに表皮細胞を培養しケラチン細胞を成熟させる方法の開
発を続けた。この分野での顕著な進歩は、Boyce及びHamによってJ.Invest.Der
matol.81(1983)33S-40Sに報告された。この方法ではまず、少量の透析FBS(2%)
を添加したHam's F-12(Peehl & Ham,In Vitro 16(1980)526〜538)を基底培地と
して使用した。次いで、少量のカルシウムを含む無血清培地中でケラチン細胞を
増殖させるこの培地の最適処方を、諸成分の濃度を変化させることによって開発
し、培地MCDB 153と命名した(Boyce & Ham 1983、上掲及びJ.Tiss.Cult.Meth.
9(1985)83〜93)。
MCDB 153 はケラチン細胞の生物学、毒物学、病理学の分野並びに表皮細胞移
植用細胞の増殖の分野で有用であると報告された(Boyce & Ham 1985、上掲)。MC
DB153 は養育細胞が不要な無血清培地であるか、いくつかの欠点がある。例えば
、MCDB153 は、例えばカルシウム及び/または血清の存在下では極めてフレキシ
ブルな培地でないためその用途が限定される。
MCDB 153 中におけるケラチン細胞培養能力は培地のカルシウム濃度に厳密に
左右されるので、この培地のフレキシビリティが更に限定される。MCDB 153中で
の増殖能力はカルシウム濃度を約1.0mM未満に保つことによって維持され、最適
カルシウム濃度は約0.3mMである(Boyce & Ham 1983,Fig.1,p.35S、上掲)。
層化を生起するためにMCDB 153中に濃度約1.0mM以上のカルシウムを添加すると
、細胞分裂が停止し最終分化してそれ以後の培養が不可能になる。即ち、細胞が
該培地中の高カルシウム濃度に耐性でないため増殖性基底細胞集団が喪失する(B
oyce & Ham 1983、上掲)。粘着性多層表皮シートの適正な層化及び分化には約1.
8mMの生理的濃度のカルシウムが必要であるから、MCDB 153は十分に発達したケ
ラチン細胞層の形成に適した培地ではない。Pittelkow及びScottはMCDB 153中で
培養された細胞を使用した移植可能表皮シートの形成を報告しているが(Mayo Cl
in.Proc. 61(1986)771〜777)、層化を達成し同時に適当な生存力を維持するた
めには高血清(10%)DMEM培地に戻る必要があることを知見した。
MCDB 153の限界はまた、MCDB 153中で増殖した細胞が集密まで増殖すると継代
能力を劇的に喪失することにある(Boyce & Ham 1983、上掲)。この知見は、大多
数の細胞はカルシウム濃度が1.0mM未満のときでさえも分化を継続することを示
唆しており、MCDB 153系が極めてカルシウム不耐性である理由の1つであろうと
考えられる。何故なら、カルシウムが関連細胞中の最終分化の最終過程を誘発す
ることは既知である(Rice & Green,Cell,Vol.18,681〜694、1979年11月)。更
に、MCDB 153 中ではわずか2〜3世代の継代で30%のコロニー形成効率と約24時
間の集団倍加時間とが達成される。これらの特性は3世代以後に減退する(Boyce
& Ham1983、上掲)。
MCDB 153中で増殖した細胞の品質は、表皮細胞シートの製造に使用できる十分
な高品質でなく、現在のMCDB 153系中では、集密層をある程度の期間維持し得る
層化培養物を得ることができないと考えられる。
別の研究者等は次善の培地を用い、彼等の系に増殖基体(substrate)を使用す
ることによって最適な系を得る試みを続け、例えば、Karasek及びCharlton(J.In
vest.Dermal. 56(1971)205〜210)並びにGilchrest等(J.Cell Physiol. 112(1982
)197〜206)は表皮ケラチン細胞の培養におけるタンパク質基体の利点を報告した
が、主として培地の処方に欠点があるためわずかな成功しか収めることができな
かった。Karasek及びCharlton(上掲)及びその他の研究者等は、高い血清濃度
(通常は約10%)の使用が必要であることを知見した。Gilchrest等(CellBiol
.Intl.Rpt. 4(1980)1009〜1016)によって使用された補充 M199 培地の欠
点は基本栄養素が欠乏していること、例えばイノシトール濃度が極めて低いこと
であった。
Eisingerの著作(Methods in Skin Reseach,Eds.Skerrow & Skerrow,Chap.7,J
.Wiley & Sons Ltd.1985)及びEisenger等の著作(Proc.Natl.Aca.Sci.76(19
79)5340〜5344)には、表皮細胞の増殖方法が報告されている。著者等の記述によ
れば、彼等の方法の利点は養育細胞及び表皮成分を用いることなく細胞を増殖さ
せることである。しかしながら、Eisinger(上掲)の方法では、平板化のために極
めて高い細胞密度が必要である。更に、増殖速度が緩慢で、細胞総数の倍増率が
低い(その理由の1つは平板効率が低いためである)。従ってこの方法は、所望の
目的である単一ソースからの大規模増殖または持続培養の実用化には適していな
い。
表皮増殖因子とヒドロコルチゾンとを基底培地に補充するとケラチン細胞の増
殖及び拡散が増進されることは当業者に周知である(Barrandon & Green,Cell50
(1987)1131〜1137;Bertolero他,Exp.Cell Res. 155(1984)64〜80)。サイクリッ
ク AMP レベル向上剤(米国特許第 4,456,687 号)及びウシ中性抽出物(Gilchrest
他,J.Cell Phys.120(1984)377〜383)または胎盤抽出物(O'Keefe & Chiu,Soc
.Invest.Dermatol. 90(1988)2〜7)も多くの細胞培養系で有利である。
文献を一覧すると、多くの研究者が、コラーゲン基体(Liu他,In Vitro 15(197
9)813〜822)もしくはフィブロネクチン基体(Kubo他,Soc.Invest.Dermatol.88(19
87)594〜601)を使用するかまたは種々の配合培地を使用して上皮細胞の増殖を試
みたが、殆どの研究では、比較的高い播種密度で短期間の培養しか達成されなか
ったことが判明する。MCDB 153を含むこれらの改質培地のうちで3T3養育細胞系
を使用して観察される成功のレベルに近付いたものはない。
しかしながら3T3養育系は、最適増殖を達成するためにcAMPレベル向上剤、典
型的にはコレラ毒素の使用を必要とする(Green,Cell 15(1978)801〜811)。この
人工的な cAMPレベルの向上は実際の増殖因子の作用及びメカニズムの研究を複
雑にする。
細胞の長期成長(prolonged growth)及び増殖を提供したり、場合によっては基
底細胞を盛んに分裂させつつ所定の細胞を成熟させる培地及び系が求められてい
る。発明の概要
本発明の細胞培地及び系における細胞増殖は以下のような多数の長所を有する
。但しこれらに限定されない。
(1) 支持または養育細胞が不要である。
(2) 血清及び/またはウシ視床下部抽出物の不在下にも成長速度が大きい。
(3) cAMP レベル向上剤の不在下にも細胞増殖が迅速である。
(4) 平板効率及びコロニー形成率が、カルシウム濃度を自由に変更することによ
り30%またはそれ以上となる。これはおおよそ、3T3の場合の10%、及びMCDB 153-
低カルシウムの場合の30%に匹敵する。(この特性は微粒子担体培養に対しては
極めて望ましい。)
(5) 細胞を生体皮膚等価物の製造に容易に使用することができ、前記の他の方法
で増殖させた細胞に勝るとも劣らぬ多層表皮を形成することができる(MCDB 153
増殖細胞はうまく生存しない)。
(6) コラーゲン被覆表面上で増殖した表皮細胞は、所望であれば移植に使用する
ために、コラゲナーゼを使用してシート状の表皮細胞として剥離することができ
る。
(7) Ca++濃度範囲及び密度依存性における系の自由度(フレキシビリティー)は、
大量微粒子担体培養に適合する多数の長所を提供する。
(8) 迅速な成長速度によって、細胞が約60%の集密度(confluence)に達したとき
にほぼ同調的な細胞集団が生成する。多数の丸味を帯びた分裂細胞及び本発明に
従って増殖させた細胞の高い平板効率は、ビーズからビーズへの転移が大量微粒
子担体培養においても可能となり得ることを示唆する。
本発明の細胞培地(培養基)は、a)約0.5〜約50μg/mlのインシュリンまた
は約10-10〜10-8Mのインシュリン様成長因子と、b)約0.05〜約50μg/mlのト
ランスフェリンと、c)約2〜200pMのトリヨードチロニンと、d)約10-6〜約10
-2MのエタノールアミンまたはO-ホスホリル-エタノールアミンの少なくとも一方
と、e)約0.005〜約2.0mMのカルシウムと、f)DMEM、IDMEM、MEM、
M199、RPMI 1640、Ham's F12、Ham's F10、NCTC 109及びNCTC 135の少なくとも
1つから選択される栄養素源とを含み、不確定哺乳動物ホルモンを含有しないこ
とを特徴とする化学的に確定された細胞培養基である。
本発明の培地に含有し得る他の成分としては、約0.04〜約4.0μg/mlのヒドロ
コルチゾン;約1〜約50ng/mlの表皮成長因子;約0.02〜2mMのアデニン;約2×1
0-10〜約2×10-8Mのプロゲステロン;約10-9〜約10-7Mのセレン;約10-4〜約2×
10-3Mのストロンチウム;コレラトキシン,フォレスコリン(foreskolin),イソプ
ロテレノール,メチルイソブチルキサンチン,ジブチリルc-AMP,テオフィリン,カ
フェイン及び百日咳毒素の少なくとも1つから選択される、約10-9〜10-3Mの1
種以上のcAMPレベル向上剤;約1〜50ng/mlのEGFを挙げることができる。第一鉄
イオンは約0.05〜約50μg/ml、即ち約5.6×10-5〜約5.6×10-2Mのトランスフェ
リンによって供給される。
本発明の培地は種々の細胞型の培養に有効となり得ることが予想される。本発
明の実用化によって好ましく培養される細胞は上皮細胞である。好ましい上皮細
胞としては表皮細胞または表皮ケラチン細胞を挙げることができる。
細胞培養系は、前記したような細胞培地と、プラスチック;ガラス;コラーゲ
ン;フィブロネクチン;ラミニン(laminin);ヘパラン硫酸プロテオグリカン;
コラーゲン,フィブロネクチン,ラミニンもしくはヘパラン硫酸プロテオグリカン
で被覆された微粒子担体;または、
(a) コラーゲン溶液を収縮剤(contractile agent)と、その中に収縮剤が分散
しているゲル混合物を形成する条件下に混合し、
(b) ステップ(a)で調製したゲル混合物を、ゲル混合物が収縮して組織等価物を
形成し得る条件下に維持する
ことを含む方法によって製造した組織等価物からなる細胞のための支持体(subs
trate,本明細書中では基体とも称する)とからなる。
好ましい種類のコラーゲンはウシ腱由来の天然I型コラーゲンである。
上皮細胞を培養する1つの方法は、前記のような増殖支持体に上皮細胞を接種
し、この細胞培養系を細胞増殖を促進する条件下に維持することを含む。このよ
うな方法で得られる細胞増殖は、集団倍加時間が約16〜約33時間であることを
特徴とする。更に細胞を連続的に(継代)培養し、約20から約50回の倍加を達成
することができる。更に別の実施態様においては、該方法は更に、カルシウムを
約1.0mM以上の濃度で加えて、約20〜約60%のコロニー形成率を維持しながらに
して細胞の層形成(stratification,層化ともいう)及び分化を可能とする。これ
は、移植用の生体皮膚等価物及びシート状表皮の形成においては重要である。更
に本発明の実施態様は、細胞のクローン増殖、即ち約30〜約1000個の細胞密度で
の播種を提供する。
本発明の実現によって、約20〜約100%のコロニー形成率を有する一次(初代)
細胞の迅速な膨張と、50回を越える集団倍加の増殖能とを得ることが可能である
。更にカルシウムを1.0mM以上加えることができ、約20〜約60%のコロニー形成
率を維持しながらの細胞の層形成及び分化が可能となる。
更に、上皮細胞を前記細胞培養系におけるコラーゲン被覆微粒子担体上に、平
板効率約20〜約40%で平板培養し、微粒子担体及び平板培養細胞を細胞増殖を促
進する条件下に維持することを含む、微粒子担体において上皮細胞を培養する方
法を提供する。この方法の実現により、細胞増殖が集密に達したときでさえ約20
〜約100%のコロニー形成率が維持される。更にカルシウム濃度を、細胞増殖が
集密に近づいて増殖が迅速な期間には約0.08mMから約1.8mMまで大きくし、細胞
の微粒子担体への付着性を高め、従って微粒子担体にかかる剪断力による細胞損
失を少なくすることができる。
更に、充分に上皮形成された生組織等価物も製造することができる。この方法
は、
(a) 前記組織等価物に上皮細胞を接種するステップ、
(b) 得られた細胞培養系を細胞増殖を促進する条件下に維持するステップ、及び
(c) カルシウムを生理学的濃度になるまで加え、この系を充分なケラチン化上皮
層の発生を可能とする条件下に維持するステップ
とを含む。
本発明の培地は、上皮細胞を迅速に増殖することにより調節され、このように
調節された培地は増殖助剤としても、外傷治癒のような治療用途においても有効
である。
発明の詳細
本発明の化学的に定義された培地は、不確定タンパク質を培地に与え得る支持
細胞、血清または他の成分の不在下の細胞培養を提供する。
本発明の培地の幾つかの長所は、製造が容易であること、用途に自由度がある
、即ち種々のカルシウム濃度で使用し得ること、種々の成長因子を加えられるこ
と、及び細胞外マトリックス成分を変えられることである。本発明の培地及び系
は、上皮細胞のin vitro製造及び/または研究に携わっている生物学者及び他の
人々に、彼らの必要事項のほとんどを満足する系を提供する。
本発明の1つの培地は、インシュリンまたはインシュリン様の成長因子、トラ
ンスフェリン、トリヨードチロニン、エタノールアミン及び/またはO-ホスホリ
ル-エタノールアミン、カルシウム並びに栄養源を含有する。例えば特定の細胞
を培養するように状況に応じて、限定的ではないが、表皮成長因子(EGF)、ヒド
ロコルチゾン、ストロンチウム、プロゲステロン、セレン及びcAMPレベル向上剤
といった他の成分を培地に加えることもできる。ヒドロコルチゾンは、正常のヒ
ト表皮ケラチン細胞(Rheinwald及びGreen,supra)の長期培養において重要であ
ると報告されており、従って完全なmSBMの好ましい成分である。しかしながら最
少の助剤が所望であるならばヒドロコルチゾンは必要ではなく、これがなくても
好ましいであろう。
インシュリンは約0.05〜約500μg/ml、好ましくは約0.5〜約50μg/mlの濃度で
存在させるが、特に好ましい濃度は5.0μg/mlである。インシュリンは目下のと
ころ経済的な理由により好ましいが、プロインシュリンIGF-1(10-10〜10-8M)ま
たは他のインシュリン様の成長因子をインシュリンに代えることができる。本明
細書におけるインシュリン様の成長因子とは、インシュリンに構造的に類似であ
り且つインシュリン様の成長因子レセプタを刺激する組成物、例えばインシュリ
ン様成長因子I及びIIを意味する。
トランスフェリンは約0.05〜約50μg/mlで供給され、好ましくは約5μg/mlの
濃度で供給されるのがより好ましい。
トリヨードチロニンは、本発明の細胞培養系においてより強力な効果を有する
ことが認められたので、チロキシンよりも好ましい。トリヨードチロニンは好ま
しくは約2〜約200pM、より好ましくは約20pMの濃度で存在させる。
エタノールアミン及び/またはO-ホスホリル-エタノールアミンも本発明の実
施態様において使用することができる。しかしながら、これらの成分は組み合わ
せて使用することが好ましい。エタノールアミンは約10-6〜約10-2M、より好ま
しくは約10-4Mの濃度で存在させ、O-ホスホリル-エタノールアミンは約10-6〜約
10-2M、より好ましくは10-4Mの濃度で存在させる。
現在入手可能な培地と比較して、本発明の培地においてはカルシウム濃度を広
範囲に変化させ、しかも増殖の盛んな細胞培養を維持することができる。細胞は
血清濃度5%及び生理学的カルシウム濃度1.8mMの培地において増殖し得るが、増
殖及び最終分化の欠失(即ち増殖する基底細胞集団(proliferating basaloid ce
ll population)を維持すること)は、血清を0%に減らし且つカルシウム濃度を
約0.005〜約2.0mM、より好ましくは約0.08〜約1.0mMのカルシウム濃度とするこ
とにより最適化される。
最適な成長速度に対して使用されるカルシウム条件下では最少の層形成が見ら
れる。これらの培養を集密に維持するならば、より大きな細胞を培養皿から取り
出し、皿には密に詰まった小さな細胞の層によって形成される集団を残す。カル
シウムを追加することにより、集密の基底細胞層を維持しながらより成熟した細
胞を層形成させることができる。もし集密になる前にカルシウムを1.8mMになる
まで加えると、コロニーの外観及び細胞分布は、細胞が集密になるまで増殖を続
ける支持細胞を用いて見られるものに匹敵する。もしカルシウムを1.0mM以下に
維持すると、集密になる前にインボルクリン(involucrin)またはトランスグルタ
ミナーゼ(transglutaminase)(表皮細胞分化の標識)はわずかしか見られない。カ
ルシウムは、細胞を培養する目的に従って約0.005〜約2.0mMで存在させる。場合
によっては、別々に加えるよりは必要なカルシウムは培地中の他の成分によって
提供する。
表皮成長因子(EGF)は約1〜約50ng/ml、好ましくは約10ng/ml(マウスEGF)及び
約1ng/ml(ヒトEGF)で存在させる。EGFが好ましいが、ヒトまたはマウスの腫瘍細
胞増殖因子−αを好ましくは約10ng/ml(マウス)及び約1ng/ml(ヒト)でEGFに代え
ることができる。EGFは本発明の培地においては任意の成分であるが、大
量バッチ式培養のようなある種の用途に対しては好ましいであろう。
ヒドロコルチゾンは約0.04〜約4.0μg/mlの濃度であるのが好ましいが、特に
好ましい濃度は0.4μg/mlである。
本発明の更に別の実施態様においては、本発明の培地は追加成分を補うことが
できる。
場合によっては、コレラトキシンのような腺維芽細胞の成長を阻害する成分を
含有することが望ましいであろう。
線維芽細胞成長因子に属するもの、例えば酸性FGF、表皮ケラチン成長因子及
び塩基性FGF(濃度を少し高くする)を使用してもよく、約10-10g/ml〜約10-6g/ml
、好ましくは約10-7g/mlで効果が得られる。通常は、細胞を1×103細胞/cm2以上
で平板上に配置した場合には、BHEを使用しても効果は殆ど又は全くない。前記
培地には別の成分として、約0.02mM〜約2.0mMのアデニン、約2×10-10〜約2×10
-8M、好ましくは2×10-9Mのプロゲステロン、約1×10-9〜約1×10-7Mのセレンも
添加し得る。プロゲステロン、セレンは、場合によっては増殖を最適化するため
に添加し得る。
本発明のシステムでは、初代細胞培養を樹立し且つヒト上皮細胞を継代するの
に、サイクリックAMP増強剤(elevatingagents、レベル向上剤ともいう)、血清及
びウシ視床下部抽出物は必要ない。先行技術の研究では、cAMP増強剤の添加及び
ウシ下垂体抽出物の存在は、上皮細胞の初代培養を樹立する上で不可欠ではない
までも効果的であることが示された(前出のGreen,1978文献並びにBoyce及びHam
,1985文献参照)。BHEを添加すると多少の効果はあり得るが、後述の実施例2の
データが示すように、本発明の培地を使用して上皮細胞の初代培養及び継代培養
を行う場合にはBHEもcAMP増強剤も必要ない。但し、所望であれば、cAMP増強剤
を用いて本発明を実施してもよい。
本発明の実施に使用し得るサイクリックAMP増強剤としては、コレラ毒素、フ
ォレスコリン(foreskolin)、アドレナリンのようなβ-アドレナリン性物質、テ
オフィリン、ジブチリルサイクリック AMP、メチルイソブチルキサンチン、イソ
プロテレノール、カフェイン及び百日咳毒素が挙げられる。好ましい物質はコレ
ラ毒素及びフォレスコリンである。コレラ毒素は約10-8〜約10-5Mで使用する
のが好ましく、フォレスコリンは約10-9〜約10-3M、好ましくは約10-7〜約10-5M
、より好ましくは10-6Mで使用する。
本発明のシステム及び培地ではcAMP増強剤の使用が、場合によっては、初代培
養の樹立又は凍結しておいた初代培養物もしくは他の細胞の再樹立において効果
をもたらすこともある。しかしながら本発明では、cAMP増強剤又はBHEを添加し
なくても細胞を容易に樹立することができる。この細胞はその後、cAMP増強剤を
含まない本発明の培地を用いて何代も継代培養することができる。
カルシウムの構成必要成分(constitutive need)に代えて使用できるものとし
て、陽イオン性代替物質(cation substitutes)の添加が研究された。細胞は総て
或る程度のカルシウムを必要とするが、カルシウムは表皮ケラチン細胞で分化促
進効果も示す。分化の誘導(Praegerら,J.Cell.Physiol.,132(1987)81-89,F
urakawaら,J.Invest.Dermatol.,90(1988)690-696)に関与せずに、細胞の構成
必要成分に代えて他の二価陽イオンを使用し得ることは既に立証されている(Ru
bin,J.Cell.Physiol.,91(1977)449-458)。本発明のシステムでは、ストロンチ
ウム及びマグネシウムの効果を調べた。マグネシウムは場合によっては効果的で
あることが判明した。ストロンチウムを添加した場合には、増殖性細胞集団の割
合(9〜14μm分布)は余り変化しないが、最終的細胞収率が著しく増加し且つ集団
倍加時間が約4時間短縮された。これについては、後述の参考例7を参照された
い。
本発明の実施に有用な栄養源は、培養細胞にとって欠かせない公知の栄養素、
例えばグルコース、フルクトースもしくはガラクトースのようなエネルギー源;
必須アミノ酸及び非必須アミノ酸;水溶性ビタミン(B類、ビオチン、葉酸、ニ
コチンアミド、パントテン酸、ピロキシジン、リボフラビン及びチアミン)並び
に脂溶性ビタミン(A、D、E、K及びユビキノン);重炭酸塩、カルシウム、塩
化物、マグネシウム、リン酸塩、カリウム及びナトリウムのような主要無機イオ
ン;As、Co、Cr、Cu、F、Fe、Mn、Mo、Ni、Se、Si、Sn、V及びZnのような微量元
素;脂質;CO2/HCO3及びHEPESのようなバッファ;ガス(酸素及び二酸化炭素);
アデニン、シチジン、ヒポキサンチン及びチミジンのような核酸前駆体を供給す
る栄養源である、ダルベッコの改質イーグル培地(DMEM)、最少必須培地
(MEM)、M199、RPMI 1640(いずれもFlow Laboratoriesから市販)、並びにIscove
の改質ダルベッコ培地(EDMEM、Gibco Labsから市販)が挙げられる。最少必須培
地及びM199はリン脂質前駆体及び非必須アミノ酸も加える必要がある。更に別の
アミノ酸、核酸、酵素補因子、リン脂質前駆体及び無機塩を供給するビタミンに
富んだ市販の混合物には、HamのF12、HamのF10、NCTC109(いずれもFlow Laborat
oriesから市販)並びにNCTC 135(Irvine Scientific)がある。
前記した各栄養源の成分を下の表に示す。
*NCTC 109及び135は同じ成分をリストしているが(Ref.2)、例外としてNCTC 135
はL-システインHClを除外している。Ref.1、466ページには、135組成からシステ
インを除去した理由の1つとしてシステインの毒性が挙げられている。
*NCTC 109/135ベース培地(9172&9502)はマーク(*)付き成分を含まない。ベー
ス培地の詳細についてはMedia Introductionを参照されたい。
A.Ref.2ではL-システイン10.49mg/l、L-システインHCl 250mg/l、L-チロシン1
6.44mg/l。
B.粉末培地には含まれていない。
C.Plaque Assay(2x)培地にはフェノールレッド及びグルタミンは含まれず、他
の総ての成分の量が2倍になっている。
*ICI America's Inc.の商標。
尚、前記栄養源はいずれも成分を少し変えたものが市販されており、その一部
は本発明で使用し得る栄養源を構成する。
本発明で使用する好ましい栄養源の1つは、約90〜約10%のCa++無含有DMEMと
約10%〜約90%のHamのF12とを含む。特に好ましい栄養源は、Ca++無含有DMEMを
約75%含み且つHamのF12を約25%含む栄養源である。本発明の培地は通常は、少
なくとも約90%、好ましくは95%以上の栄養源を含む。
下に本発明の好ましい培地組成の一具体例を示す:
インスリン 5μg/ml
トランスフェリン 5μg/ml
トリヨードチロニン 20pM
エタノールアミン 1×10-4M
O-ホスホリル-エタノールアミン 1×10-4M
アデニン 0.18mM
セレン 3×10-8M
ストロンチウム 1mM
カルシウム 0.08mM
栄養源 Ca++無含有DMEM:約90〜約10%、Hamの
F12:約10〜約90%。
所望であれば、増殖率を更に増加するか又はライフスパンを長くするために、
約1.1mMのヒドロコルチゾンと、10ng/mlのEGFと、2×10-9Mのプロゲステロンと
、約9ng/mlのコレラ毒素とを加えてもよい。この培地のpHは通常ほぼ中性のpH、
例えば約6.8〜7.4である。
培養培地の有効性を測定する上での重要な基準の1つは、1日当たりの集団倍
加数によって示される細胞タイプの増殖率である。本発明の培養システムを使用
すれば、血清及び養育細胞(feeder cells)を用いずに上皮細胞を培養し得るため
、初代培養が養育細胞システムを使用した場合に比肩する増殖率で集団倍加が50
回を越える勢いで増殖する。例えば、新生包皮の上皮ケラチン細胞は本発明の培
地及びシステムでは倍加が0.5/日以下に落ちることは希であり、継代6を通し
て平均1/日の倍加を示し、継代2と5との間では倍加1.3〜2.0/日の増殖率に
達し得る(表2参照)。このような増殖率は、集団が12〜18時間毎に倍加すること
を意味する。
本発明の培地及びシステムを使用すると、細胞基層を維持しながらカルシウム
を生理学的濃度まで加えることができる。このような結果は、これまでは3T3シ
ステムだけでしか得られなかった。本発明の培養システム及び培地では、増殖細
胞集団を消滅させずにカルシウムを1.0mM以上加えることができるため、このよ
うな細胞を、生きた皮膚の等価物の製造又は移植に適した上皮細胞の連続シート
の形成に使用することができる(参考例5参照)。また、細胞増殖に悪影響を与え
ずにカルシウム濃度を変えることができるため、上皮細胞を微粒子担体培養で大
量に増殖させることも可能である(参考例6参照)。例えばMCDB 153では、細胞を
増殖させるのにカルシウム濃度を低くしなければならないが、カルシウム濃度が
低いと細胞が微粒子担体の表面に十分に付着しない。これは、微粒子担体を剪断
力にかける場合には不利な条件である。前記Rheinwald及びGreenの3T3システム
の場合には、先ず微粒子担体を3T3細胞でコーティングし、次いで上皮細胞を3T3
細胞上で増殖させるようにする必要があろう。
本発明の培地は、現時点では、市販のものであってよいカルシウム無含有栄養
源を含む入手の容易な市販の成分を用いて製造される。また、本発明の培地の成
分は当業者に公知の方法によって製造され且つ組合わせられる。これに対し、市
販のMCDB 153等価物を用いて行った培養研究の結果によれば、MCDB 153の等価物
の製造には限界があると思料される。
本発明のシステムは、これまで上皮細胞の培養に最も適したシステムの1つと
して知られてきた3T3システムに比肩するだけでなく、或る点では3T3システムを
明らかに凌駕している。本発明は、化学的に定義(確定)され且つ血清又は養育細
胞に依存せずに培養細胞を適切に増殖させる細胞増殖培地を提供する。本発明の
培地及びシステムを使用すれば、初代培養を約0.5〜2.0/24時間の集団倍加(PDL
)で樹立することができる。
現在入手できる前述の培地と本発明の培地及びシステムとの比較を下の表に示
す。
本発明では、種々の特許に記述されているような種々の基体、例えばコラーゲ
ン、フィブロネクチン、ラミニン、ヘパランスルフェートプロテオグリカン及び
組織等価物を使用し得る。ウシ腱に由来する天然I型コラーゲンは好ましいコラ
ーゲン基体の1つである。本発明のシステムでは、或る条件では、フィブロネク
チン又はコラーゲンでコーティングした基体を用いると増殖が促進され得る(参
考例3参照)。初代培養を樹立する場合又は血清含有培地を使用する場合には、例
えばコラーゲンを約1%以上の量で使用するか、又は細胞を凍結ストックから樹
立すると有利であり得る。但し、血清濃度を約0.3%以下に下げると、有害な又
は分化促進血清効果が低下して、マトリックス成分が前述のごとき利点をもたら
さなくなる。基体を使用する場合、その基体は高品質でなければならない。なぜ
なせら、部分的に変質したフィブロネクチン又は非均質コラーゲンで質の悪いコ
ーティングを施した培養皿も細胞増殖を阻害し得るからである。
基体、例えばマトリックス成分が存在すると、条件が最適ではないか又はより
厳しい場合、例えば血清因子が存在する場合、細胞密度が低い場合、組織から細
胞を樹立する場合、又はより長い生存期間が必要とされる場合にも、細胞がコロ
ニーを形成し得ると思われる。
そこで本明細書では、上皮細胞のような細胞を増殖させるための新規の培地及
びシステムを記述し、その実施例を示した。本発明は、以下の非限定的実施例で
より明らかにされよう。
以下の参考例で使用するベース培地mSBMは下記の成分を含む:
ヒドロコルチゾン 1.1μM
インスリン 5μg/ml
トランスフェリン 5μg/ml
トリヨードチロニン 20pM
エタノールアミン 1×10-4M
O-ホスホリルエタノールアミン 1×10-4M
アデニン 0.18mM
プロゲステロン 2×10-9M
セレン 3×10-8M
コレラ毒素 9ng/ml
上皮細胞成長因子 10ng/ml
カルシウム無含有DMEM 75%
HamのF12 25%
特に指示のない限り、mSBMはchelexedウシ胎児血清(cFBS)も0.3%含む。cFBS
は培地の必要成分ではないが、コレラ毒素の活性を失わずに長期間凍結貯蔵でき
るようにコレラ毒素サプルメントで伝統的に使用されているものであるため、こ
こでも使用した。
以下の参考例では、emSBMと称する培地も使用した。この培地は、前記成分を
濃度を変えて含むと共に下記の成分も含む:
トリヨードチロニン 1.002×10-8Mに増加
コレラ毒素 100ng/mlに増加
ウシ視床下部抽出物(BHE) 50μg/ml
参考例7では場合によってはストロンチウム(Sr)も培地に加え、実施例2では
場合によっては培地にcAMP増強剤を加えなかった。実施例3ではcAMP増強剤、プ
ロゲステロン、血清又はウシ視床下部抽出物を加えずに細胞を増殖させた。実施
例11ではEGF無しで細胞を増殖させ、実施例5ではヒドロコルチゾン無しで細胞
を増殖させた。
初代培養をemSBM中で樹立する時には、cAMP増強剤、血清、プロゲステロン、
増強トリヨードチロニン又はBHEはいずれも不要である。
前述の培地は通常、下記の方法で製造される。但し、本発明の成分はその物理
的特性に適合した従来の方法で製造し且つ組合わせ得ると理解されたい。本発明
の培地は滅菌培地である。滅菌成分は製造後に通常の方法で滅菌状態にする。以
下の実施例ではどの場合も適当な減菌プロセスを使用した。総ての成分のストッ
ク溶液は-20℃で貯蔵し得る。但し、栄養源は4℃で貯蔵し得る。
ストック溶液は総て前記最終濃度の500倍の濃度で調製する。ヒドロコルチゾ
ン(Sigma)は無水エタノールに溶解し、リン酸塩で緩衝した生理的食塩水(PBS)で
希釈する。インスリン、トランスフェリン及びトリヨードチロニン(いずれもSig
ma社製)のストック溶液は下記のように調製する。先ずトリヨードチロニンを無
水エタノール1N HClに2:1で溶解する。インスリンを希塩酸(約0.1N)に希釈し、
トランスフェリンを水に溶解する。これら3つの溶液を混合し、水で500倍濃度に
希釈する。エタノールアミン及びO-ホスホリルエタノールアミン(両方共Sigma社
製)を500倍濃度まで水で希釈し、濾過滅菌する。プロゲステロン(Sigma)を無水
エタノールに溶解し、水で希釈する。長期間貯蔵する場合には活性を維持するた
めにウシ血清アルブミン(BSA)を添加し得る。セレン(Sigma)はエタノールアミン
と同様に調製する。コレラ毒素はSigma社から滅菌状態で市販されている。これ
を水で希釈する。EGFはBiochemical Techno-logies,Inc.から市販の滅菌したも
のをPBSに溶解する。アデニンは溶解しにくいが、当業者に公知の多くの方法で
溶解し得る。滅菌したカルシウム無含有DMEMはJ.R.Scientific又はHazeltonから
入手する。HamのF12はM.A.Bioproductsから入手する。BHE(Collaborative Resea
rch、即ちECGS)はカルシウム濃度の低いDMEMに溶解する。EGFストック溶液の貯
蔵時間を長くするにはBSAを添加し得る。DMEM及び
F12は互いに組合わせ、個々の成分を培地に添加する。この培地は調製後すぐに
使用するか、又は4℃で貯蔵し得る。凍結貯蔵する場合は、使用時までEGFを添加
しないでおく。このようにして得られる培地は滅菌培地である。
BHE及びEGFの活性をロット・バイ・ロットベースで評価する。BHE又はEGFを含
まない培地での増殖と、これらの成分を含む培地での増殖とを、約0〜約50ng/ml
のEGF及び約0〜約200μg/mlのBHEの濃度範囲から比較して、最大増殖を支持する
濃度を調べる。参考例1:初代培養の実施
耳及び腹部を含む包皮及び他の組織を日常の生検から入手し、50mcg/mlのゲン
タマイシンと1.25meqのフンギゾンとを含むリン酸緩衝溶液(PBS)で2分間洗浄し
た。次いで組織試料全体を95%のエタノールで1分間洗浄して表面の汚染物を除
去した。その後PBS-ゲンタマイシンフンギゾン溶液で再度洗浄した。皮下組織を
無菌で除去し、組織をPBS-ゲンタマイシンフンギゾン溶液で濯ぎ約1mm2の部分
に細分した。コラゲナーゼ-トリプシン組織混合物を使用して、細分した組織を3
7℃で解離した。使用したコラゲナーゼ解離混合物の成分は以下の通りである。
コラゲナーゼ55.5mg/ml、トリプシン2.0mg/ml、グルコース0.375mg/ml、フンギ
ゾン1meq/ml及びゲンタマイシン50mcg/ml(リン酸緩衝溶液中)。ダイジェスト上
澄み液を除去し、中和して、組織が完全に解離するまで30分の間隔で残りの消化
した部分に新しい酵素を加えた。
解離細胞の混合集団を含む細胞部分をプールし、カウントして、EGFを含まな
い全容量が10mlのemSBMを含む(5ug/cm2のコラーゲンで被覆した)T75フラスコ
で2.6×104個/cm2を平板培養した。このような初代培養は7〜17日で集密的にな
った。平板培養の1日後にemSBMを吸い出して、10ng/mlのEGFを含む新しいemSBM
と置換した。平板培養日を0日と考えてEGFを含むemSBMを使用して3日毎に細胞上
で培地を変えた。初代培養が集密的になるのに7〜17日を要する。この時点で細
胞を参考例2に記載の如く更に連続的に培養するか又は後日使用するために冷凍
して液体窒素中で貯蔵することができる。冷凍培地はベースとして10%のウシ胎
児血清と10%のジメチルスルホキシド(DMSO)とを含むLCDMEMを含んでいる。冷凍
するには細胞を皿から除去して、参考例2と同様にカウントする
が、カウント後に再度回転沈降させ、2×106〜5×106/mlの密度で冷凍培地に再
度懸濁し、1.8mlのnuncクリオバイアルに分け取った。18〜24時間予備冷凍した
後にバイアルを必要になるまで液体窒素貯蔵タンクに移動させる。これらの実験
の結果を以下の表1に示す。細胞生存率は通常90%を越えていた。
表1で使用する略語の意味は以下の通りである。"HEP"は人間の上皮細胞を示
し、"n"は新生児の包皮細胞を示し、数字が後につく"NF"は包皮以外の源から得
た人間の上皮細胞を示す。
参考例2:コロニー形成率(“CFE”)及び成長速度への連続継代の作用
前記の参考例1と同様にして得たT75フラスコ中の人間の上皮細胞を垂直な層
流フード内に置き、培地を吸い出し、2ml/60mm 皿又は5ml/T75のトリプシンベル
セン(versene)((カルシウム又はマグネシウムを含まない、M.A.Bioproducts)200
mg/lのベルセン(EDTA)と500mg/lのトリプシンとの平衡塩類溶液)と置換した。約
3分間又は細胞が皿の表面に現れるまで37℃でフラスコをインキュベートした。
次いで2ml/60mm 皿又は5ml/T75のダイズトリプシンインヒビター(リン酸緩衝溶
液中に2.5mg/ml、GIBCO)を加えた。ピペットを使用して細胞の成長しているフラ
スコの表面に噴霧して付着細胞を洗い落した。細胞懸濁液をピペットで管内に移
し、1200rpmで5分間回転させた。細胞ペレットのみを残して上澄み液を吸い出
した。カウントのためにEGFを含まない適切な量のmSBMにペレットで再度懸濁し
た(通常5mlあれば十分である)。細胞をカウントした後に8833細胞/cm2(2.5x105/
60mm 皿)を最終容量が4ml/60mm 皿のEGFを含まないmSBMに植え込んだ。細胞を10
%のCO2中において37℃でインキュベートした。24時間後10ng/mlのEGFを加えた
。平板培養日を0日と考えて3日毎に培地を(EGFを含む)新しい培地と交換した。
細胞は5〜7日で集密的になり、この点で再度継代を実施した。
mSBM中で培養した表皮ケラチン細胞は移動性が高く、分散コロニーを形成する
。従ってコロニー形成率は平板効率として概算する。播種から24時間後の細胞総
数により測定した平板効率は低い継代(P:3又はP:4)では通常30%〜35%であった
が、恐らくこの段階では遅滞期が特に短いために24時間で100%以上の平板効率
が頻繁に観察された(表2)。
新生児の包皮から得た表皮ケラチン細胞(細胞株 FS16,B009及びB013、表2)は
6継代を通じて(急速に増殖する培養を示すために他の研究者により示された)最
初は小型の円形細胞の集団を維持していた(集団倍加数が25を越え、又は細胞数
が6,400〜333,000倍増加した)。同様に2才児のドナーから得た表皮ケラチン細
胞が6継代を通じて維持され、集団倍加数は24を越え、又は細胞数が約4,600倍
増加した。
参考例3:カルシウム濃度の作用
前述した方法に基づいて人間の表皮ケラチン細胞をmSBM(0.08mMのカルシウム)
又はCa++濃度が1.8mMのmSBMで血清濃度を0.3%及び1.0%として培養した。培地
にカルシウムを加えると形態が変化した。多量のカルシウムが存在すると細胞は
極めて集密的なコロニーで成長したが、尚多量の小型増殖細胞を残していた。血
清濃度を1%未満に維持した場合成長速度はそれほど減少しなかった。多量のカ
ルシウムにより層形成(stratification)されたために集密状態での細胞収率はカ
ルシウム添加の場合の細胞内でかなり高くなっている。
増殖培養を維持しながらカルシウム濃度を変えることができるために、以前は
不可能であった実験、例えばコンピテント細胞中の最終分化の公知の誘発物質で
あるカルシウムに関連しての成長因子の作用及び該成長因子の分化、増殖又は成
長阻害の誘導についての研究を実施することができる。このような実験の例を表
3に示す。この実験ではカルシウムに関連してのTGFβの作用を調べた。
TGFβの作用がカルシウムの存在下でも可逆的であることが観察された。
前記表はmSBM中の人間の表皮ケラチン細胞へのカルシウムとTGFβとの作用を示
す2つの別個の実験から得たデータを示している。
a)%env−イオノフォア誘導エンベロープ%
b)カルシウムとTGFβとを除去し、更に48時間mSBM中で培養すると、細胞の
回復が認められた。
注:TGFβ処理とCa++との作用を示す誘導エンベロープ%の差は成長とは関係
がない。
c)培地は0.3%のcFBSを含んでいた。5ng/mlのTGFβを加えた所は((+)T)で示
し、1.8mMのカルシウムを加えた所は((+)Ca++)で示した。実施例1:血清濃度の作用
種々の濃度のchelexedウシ胎児血清(cFBS)を使用して、mSBMを含むコラーゲン
で被覆した組織培養皿28.3cm2に人間の上皮細胞(HEP)1.7×105個をプレーティン
グして、前述した如く培養した。cFBS濃度0%の場合が本発明である。24時間平
板効率、最終細胞収率、(小型増殖細胞集団であることが知られている(Barrando
n and Green,supra))9〜14nM直径範囲の細胞の%を測定し、以下の表4に示す。
血清濃度が増してもそれほど最終細胞収率に影響しなかったけれども、平板効率
は少し増大した。しかしながら血清濃度が増すと小型増殖細胞の割合が低減した
。細胞集団でのこの変化は更に位相差顕微鏡検査でも認めることができた。
0から5%以上の範囲の種々の血清濃度を使用して、細胞をmSBM及びemSBM中で
成長させることができる。しかしながら血清濃度を僅か1%に増しても9〜
14nMの範囲の細胞の明白な損失によりわかるように血清は細胞集団の端末分化又
は加齢現象を促進することが判明している。カルシウムをケレクシング(chelexi
ng)して血清から除去しても同様である。以上のことから血清が細胞の増殖及び
分化に直接的に又は間接的に影響し、またカルシウムとは関係のない因子を含ん
でいることが明白となる。参考例4
:基体の効果
I型コラーゲン又はフィブロネクチンの基体は、mSBM又はemSBMを使用して初
代として及び凍結ストックから表皮細胞を樹立するのに有益であることが認めら
れている。コラーゲンはmSBMを使用してヒト表皮ケラチン細胞を培養する際に常
習的に使用される。しかしながら、実際の基体依存性及び基体が培養寿命(ライ
フスパン)に及ぼす効果を決定するために調査を行った。
コラーゲン基体を使用してemSBMで初代として成長させたヒト表皮ケラチン細
胞の凍結ストックを上述の手順に従いコラーゲンの存在下(+CN)及び不在下(−C
N)に平板培養し、mSBMで増殖させた。集密状態に達したら、+CN細胞をコラーゲ
ンの存在下及び不在下で培養皿に継代し(表5A参照)、同様に−CN細胞をコラーゲ
ンの存在下及び不在下で−培養皿に継代した(表5B参照)。一般形態、4時間平板
効率及び細胞寸法分布を各継代で試験した。100%を越える平板効率は、ケラチ
ン細胞を本発明の培地で継代培養する場合に生じる増殖再開以前の極めて短い遅
延時間を意味する。各条件からの細胞を平板培養し、同時に採取し、表に示すよ
うに直接比較した。直径9〜14mMの細胞の百分率は集団中の増殖細胞の%を示す(
前出のBarrandon及びGreenの文献)。
コラーゲンの不在下で凍結初代培養物から樹立した細胞は、コラーゲン上で培
養した細胞に比較して平板効率がやや低い。コラーゲンの不在下(−CN)の細胞を
更にコラーゲン存在下(+CN)及び不在下(−CN)で培養皿に継代した処、平板効率
は一貫して(+CN)条件のほうが良好であった。しかしながら、−CN増殖細胞は集
密状態まで増殖し、継代することができた(表5B参照)。
コラーゲンの存在下に維持し、その後、コラーゲンの存在下又は不在下で培養
皿に継代した細胞は種々の平板効率を示したが、後続継代でコラーゲンの使用又
は不使用に明白な利点又は不利点は認められなかった(表5A参照)。
8継代増殖し、コラーゲンに継代した細胞は、8継代目に平板効率の低下を示し
た(約29.4集団倍加に相当)。コラーゲンの不在下に増殖した細胞はp6〜p7(約19
〜22の集団倍加に相当)の間に平板効率の低下を示した。
3T3支持細胞(例えば前出のRheinwald及びGreenの文献参照)と共に高血清(5%)
中で樹立した表皮細胞の株をp4で凍結ストックからコラーゲンの存在及び不在下
で培養皿に平板培養した処、平板効率に顕著な相異は認められなかった。更に、
この実験で得られる平板効率はmSBMで増殖させた細胞を使用する場合よりも著し
く低いことが判明した(表5A及び5B参照)。
コラーゲンは9〜14mmの直径範囲に該当する細胞集団、即ち7継代(−CN)又は8
継代(+CN)増殖細胞集団の百分率に影響しないことが判明した(表5C参照)。
参考例5:生体皮膚等価物及びケラチン細胞シートの作成
高血清(5%)及び高カルシウム(1.8mM)中mSBMで増殖したケラチン細胞を使用し
て生体皮膚等価物を作成した。この操作は、MCDB 153で増殖したケラチン細胞を
使用すると実施できないことに留意すべきである。表皮は基底層を維持しながら
層形成及び分化しつつ正常に発達した。
mSBMで増殖したケラチン細胞を常法(例えば特許方法)に従って作成した皮膚等
価物に平板培養して生体皮膚等価物を作成した。次に皮膚等価物をmSBM中2日間
増殖させた後、Ca++を加えて層形成させた。mSBM、0.3%cFBS及びCa++中で皮膚
等価物を引き続き培養し、十分に組織化した分化表皮層を得た。
更に、コラーゲン上mSBM中で細胞を樹立し、集密状態に達したらカルシウム濃
度を1.8mMまで増加させ、mSBMを使用して1.8mM Ca++を4日間毎日供給し、その後
、コラゲナーゼを使用して密着細胞シートを除去することにより、移植等に適す
る層形成表皮細胞のシートを作成した。参考例6
:コラーゲンを被覆した微粒子担体を使用するケラチン細胞の大規模 培養
カルシウム濃度0.08mM及びBHE濃度50μg/mlを有するmSBM培地を使用すると、
コラーゲンを被覆した架橋結合ゼラチン微粒子担体にヒト表皮ケラチン細胞を高
効率で首尾よく平板培養することができた。250ml容Belco培養容器を使用して断
続的(8分置きに2分間ずつ)に30rpmで撹拌すると、ゲルビーズ0.5gを含む小容量
培地(75ml)内に5.1×106ヒト表皮細胞(HEP)を高効率(>50%)で播種することが
できた。ゲルビーズは、mSBMで平衡後、純水100ml中でウシ腱コラーゲン約9.5mg
を一晩被覆し、その後、まずリン酸緩衝溶液で濯ぎ、次にカルシウムを含有しな
いDMEMで濯ぐことにより調製した。1週間後、集密状態のビードをトリプシン-E
DTAで採取し、2.1×107個の細胞を得た。標準培養条件及びmSBMを使用してこれ
らの細胞をT25培養フラスコに平板培養し、24時間後に採取及び計数により平板
効率を決定した処、100%を越えることが判明した。
継代数5のケラチン細胞株HEP 047を使用してこの手順を繰り返した。培地150m
l中にゲルビーズ(表面積約1000cm2)0.25gを含む2つの撹拌フラスコの各々に細胞
6×106を平板培養した。6日後の2つのフラスコからの細胞収量は6.2×107及び5.
6×107であった。こうして平均10倍の細胞数の増加に達することができた。
別の実験の結果、プロテアーゼを使用せずに継代を容易にするために細胞のビ
ーズ間移動が有効であることが判明した。継代数4の細胞株HEP 038を球状コラー
ゲン被覆ゲルビーズに平板培養した。次に、不規則形状のコラーゲン被覆ゼラチ
ンビードを4日後に培養物に加えた。更に2日後にビードを顕微鏡で検査した。細
胞は球状ゲルビーズ及び不規則形状のゼラチンビーズの両方に付着していること
が認められた。
参考例7:mSBM中のカルシウムの2価カチオン代替物の添加
継代数4のヒト表皮ケラチン細胞における細胞増殖及び寸法分布の改良に関し
て、1mMストロンチウム及び3mMマグネシウムをmSBM+/−ウシ視床下部抽出物で
比較した。下表は3種の培養物からの結果を示す。
同様に、別のケラチン細胞株でストロンチウム用量応答を決定した。1mM Srは
細胞収量を1.7×106から2.1×106に増加させることが判明した。9-14μm分布は2
0%から26%に増加した。別の実験で更に別の株によると、1mM Srで細胞収率は1
.45×106から2.66×106に改良され、倍加時間は33.9時間から28.1時間に短縮し
た。
実施例9:外植片副産物を使用するmSBM中初代培養物の樹立
次の改質mSBM組成:
ヒドロコルチゾン 1.1μM
インシュリン 5μg/ml
トランスフェリン 5μg/ml
トリヨードチロニン 20pM
エタノールアミン 1×10-4M
O-ホスホリルエタノールアミン 1×10-4M
アデニン 0.18mM
セレン 5.26×10-8M
表皮成長因子 10ng/ml
Ca++を含まないDMEM 75%
Hams-F-12 25%
ストロンチウム 1mM
を使用して初代外植片培養物を樹立した。改質は、プロゲステロン(cAMP レベル
を低下させるように機能し得る)及びcAMP増進剤を省き、mSBM中で成長促進効果
を有することが判明したストロンチウム(参考例7)を加えた点にある。
新生児包皮から脂肪及び皮下組織を剥離し、1〜2mm2片に細分した。ウシ視床
下部抽出物(BHE)(50μg/ml)を加えながら、又は加えずに上記培地で外植片培養
物を樹立した。BHEを加えない場合が本発明である。
外植平板副産物からの収量を表9Aに示す。
次に、培地条件を一定に維持しながら細胞を直径100mmの培養皿に3×105細胞
/皿で継代した。2代培養物(約1週間後に採取)からの収量を表9Bに示す。
実施例3:外因性 cAMP 増進剤、血清又はウシ視床下部抽出物の不在下の初代か らの正常ヒト表皮細胞の増殖
プロゲステロンを含まず且つ1mM SrCl2を含む改質mSBM基礎培地でコラーゲン
被覆組織培養皿で皮膚外植片の副産物から、3種の異なる起源のヒト表皮細胞を
樹立した。強力なcAMP増進剤であるコレラ毒素、ケレックスト(chelexed)新生児
ウシ血清及びウシ視床下部抽出物の存在下及び不在下で外植片を樹立し、これら
の3種の物質が初代培養及び継代培養の樹立に及ぼす効果を検討した。ウシ血清
及びウシ視床下部抽出物を含まない場合が本発明である。
試験した全条件で細胞は外植片副産物として分化した。細胞収量を全条件で7
連続継代監視した。第1図及び第2図は所与の条件の全細胞を継代した場合に得
られる細胞数として計算した収量/継代を示す。第1図及び第2図中、Sはケレ
ックスト血清(0.3%)を表し、CTはコレラ毒素(9ng/ml)を表し、BEHはウシ視床下
部抽出物(50μg/ml)を表す。
血清、コレラ毒素及びウシ視床下部抽出物のいずれも初代の樹立及び正常ヒト
ケラチン細胞の連続継代に必要でないことが判明した。これら3種の物質を含ま
ない対照培養によると、単に34日間培養及び6日間連続継代後に1×1010の収量が
得られた。更に対照条件によると、血清単独及び血清とコレラ毒素との存在下に
樹立及び増殖した培養物に比較して改良された増殖を示した。
血清の不在下に使用したウシ視床下部抽出物又はコレラ毒素のいずれも最終細
胞収量を増加することができたが、ウシ視床下部抽出物は細胞収量を大幅に改良
すると共に、集団倍加速度が線形に維持される継代数を増加させることができた
。更に、ウシ視床下部抽出物はコレラ毒素よりも著しく大幅に血清の負の効果を
平衡させることが判明した。ウシ視床下部抽出物が血清の存在下又は不在下に存
在する場合、コレラ毒素は有益な効果をもたないことが判明した。
従って、血清、ウシ視床下部抽出物又はサイクリックAMP増進剤のいずれも、
ヒトケラチン細胞の樹立及び連続継代に不要である。実施例4:EGFの不在下の培養及び継代
ケラチン細胞B063を樹立し、実施例2のmSBMにBHEを加えて増殖させ、その後
、2継代後に貯蔵のために凍結させた。これらの細胞を解凍し、BHE不在下上記培
地中、60mm培養皿に1×105/皿で播種した。培養皿の半数には播種後2時間後に10
ng/mlまでEGFを加えた。3継代後に細胞を採取及び計数し、EGFの不在下で増殖し
たものを再培養し、再び集密状態まで増殖させた。データ(表11)から明らかなよ
うに、必要に応じてケラチン細胞はEGFの不在下でmSBM中で増殖することができ
、EGFの存在下の増殖に匹敵する場合もある。
実施例5:ヒドロコルチゾンの不在下の増殖
最小補充が所望される場合、ヒドロコルチゾンは不要であり、この場合、使用
しないほうが好適である。
このことは、ヒドロコルチゾン0、0.04、0.2、0.4又は0.8μg/mlと共に実施例
2の培地中1.7×105/60mm 皿でB063ケラチン細胞株を3継代播種することに
より立証された。24時間後にプレートを採取し、平均平板効率を決定し、更に5
日後に増殖率を決定した。細胞収量は全条件で同等であった。これらの決定の間
で4日間倍加時間を計算した(表12)。
上記実施例は例示の目的で記載したものであり、上記の記載に鑑みて当業者に
予想されるような種々の変形も本発明の趣旨及び請求の範囲に含まれるものと理
解されたい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a cell growth medium.
Most currently used for the persistence of normal mammalian cells, i.
In any medium or system, the proteins necessary to support such growth and growth are
Incorporate indeterminate proteins into the system or use feeder cells to supply
I have.
The presence of such uncertain proteins interferes with the desired end use of the cultured cells
Cells under conditions that minimize the presence of indeterminate proteins.
It is desirable to culture. For example, living skin used as a skin graft for burn patients
Uncertain protein in cultured epidermal cells used to prepare skin equivalents
When such a protein is used, it is possible that such a protein may cause an immune response.
It is also anticipated that equivalents will not be suitable for the desired application. Provide such biological skin equivalents
When using mouse 3T3 foster cells to culture epidermal cells, they are captured by the epidermis.
Residual 3T3 cells or a part of the cells are used for cross-species immunereactio
n) is very likely to occur. Bovine serum is used for the production of such biological skin equivalents.
When used, a similar immune reaction is likely to occur.
Thus, for the sustained growth and proliferation of cells, uncertain proteins at very low concentrations
Chemically defined cell culture media and systems containing or more preferably without any
is necessary. The term “determined” means that a component contains trace amounts of contaminants.
Media or supplements that do not contain any intentionally added uncharacterized supplements
Means a component.
Numerous chemically defined cell culture media for cell growth that meet these needs
It has been developed. Examples of such a medium include a modified Eagle medium (hereinafter referred to as MEM), Ham's
F12 medium, Dulbecco's modified Eagle medium (hereinafter DMEM), MCDB 153 and medium
There is ground 199. However, there are many details in existing chemically defined media.
For successful cell culture, supplemental proteins such as serum or serum-derived factors
It was found that the addition of or the use of cultured cells was necessary. As a result of this,
Uncertain components will be introduced to the ground. Supplementary complex proteins in cell culture
Addition not only introduces uncertain proteins but also increases cell culture costs
.
Problems encountered during culture and sometimes maturation of epithelial cells are now available
Identify the drawbacks of the culture medium and system. Epithelial cells such as epidermal cells are used for living skin, etc.
Production of Valuables and Production of Cultured Epidermal Sheets for Use in Test Systems and Skin Grafts
Used for Living skin and other tissue equivalents, and the
Methods of manufacture and use are described in U.S. Pat.Nos. 4,485,096, 4,835,102, 4,837,379, 1
U.S.S.N. 07 / 505,678 filed on April 6, 990, U.S.S.N. 07/40 filed on September 15, 1989
No. 8,052. The contents of these documents are included in this specification
The text will be referred to hereinafter as "patents". These patents and patent applications are
Requires large growth of skin cells, but currently available media meets this requirement
Can not.
Mammalian epidermis is primarily derived from a single cell type, keratinocytes, at various stages of differentiation.
It is configured. The basal layer isolated from the underlying dermal fibroblasts is mitotic keratin
Including cells. These keratinocytes produce progenitor cells, some of which are
It no longer divides, moves outward from the basal layer, and finally differentiates to form the stratum corneum,
From the surface. Some applications, such as those used for testing percutaneous absorption
In experimental systems, biological skin equivalents must contain a well-developed keratinocyte layer
Therefore, differentiation and maturation of cultured epidermal cells are required.
Form keratinocyte sheets that closely resemble keratinocytes observed in vivo
This creates additional requirements that existing cell growth media and systems must satisfy. Or
The formation of such a sheet involves differentiation of epidermal cells while maintaining a proliferative subpopulation of basal cells.
Sufficient calcium concentration is needed to stratify older and more mature keratinocytes.
It is important. The culture and maturation of keratinocytes are tested in various ways and supplemented serum or
Even when protein was added, the degree of success was not uniform. For example
Keratinocyte proliferation when supplemented with conventional serum in chemically defined media
It was found that the requirements were not met. Achieve keratinocyte proliferation and maturation
To do this, add mouse serum simultaneously with little or no added serum or other uncertain factors.
A chemically defined culture that does not use cultured cells such as embryonic fibroblasts (3T3 cells)
The use of nutrient groups is preferred.
Considering the current state of keratinocyte culture technology, some problems emerge
(Breidahl et al.,Aust. N. Z. J. Surg. 59 (1989) 485-497).
Rheinwald and Green describe a 3T3 foster cell layer that produces clonal growth and multiple passages
Keratinocyte growth method using Rheinwald & Green,Cell
6 (1975) 331-344). In this method, keratinocytes are additionally cloned during passage.
Stratification and separation maintaining a proliferative or relatively undifferentiated basal cell population that can proliferate
It was considered to be a very advanced method because a transformed culture could be formed. Rhei
Despite such advantages of the method of nwald and Green, cultured cells such as mouse 3T3
The use of cells is not preferred. The reason for this is that the 3T3 cells
This is because there is a possibility that the defined protein is present in the cultured cells. 3T3 cells and
And cell fragments can be removed with 0.02% EDTA (Sun & G
reen,Cell 9 (1976) 512-521), complete removal is often difficult and
Removal and consequent effects of stress on cultured epidermal cells are undesirable
Conceivable. The 3T3 rearing system requires a large amount of serum (about 5%),
The defined protein will be added further.
Rheinwald and Green (Above) Even after the presentation, researchers, etc.
Development of a method for culturing epidermal cells to mature keratinocytes in the absence of a cell support
Departure continued. Significant advances in this area have been made by Boyce and HamJ. Invest. Der
matol.81 (1983) reported to 33S-40S. In this method, first, a small amount of dialysis FBS (2%)
F-12 (Peehl & Ham,In Vitro 16 (1980) 526-538)
Used. The keratinocytes were then cultured in a serum-free medium containing a small amount of calcium.
Developed the optimal formulation of this medium to grow by changing the concentration of various components
The medium was named MCDB 153 (Boyce & Ham 1983,Aboveas well asJ. Tiss.Cult.Meth.
9 (1985) 83-93).
MCDB 153 is used in the fields of keratinocyte biology, toxicology, pathology and epidermal cell transfer.
It was reported to be useful in the field of transplant cell transplantation (Boyce & Ham 1985,Above). MC
DB153 is a serum-free medium that does not require cultured cells or has some disadvantages. For example
MCDB153 is extremely flexible in the presence of, for example, calcium and / or serum.
Its use is limited because it is not a medium.
The keratinocyte culture capacity in MCDB 153 is strictly dependent on the calcium concentration of the medium.
As a result, the flexibility of this medium is further limited. In MCDB 153
Growth is maintained by keeping the calcium concentration below about 1.0 mM for optimal
The calcium concentration is about 0.3 mM (Boyce & Ham 1983, Fig. 1, p. 35S,Above).
Adding calcium at a concentration of about 1.0 mM or more in MCDB 153 to cause stratification
Then, cell division stops, and terminal differentiation occurs, and subsequent culturing becomes impossible. That is, the cells
Proliferative basal cell population is lost due to not being resistant to high calcium concentrations in the medium (B
oyce & Ham 1983,Above). Approximately 1.for proper layering and differentiation of adhesive multilayer skin sheets.
Because a physiological concentration of 8 mM calcium is required, MCDB 153
It is not a suitable medium for forming a rat cell layer. Pittelkow and Scott in MCDB 153
Reported formation of implantable epidermal sheets using cultured cells (Mayo Cl
in. Proc. 61 (1986) 771-777) to achieve stratification while maintaining adequate viability.
It was found that it was necessary to return to high serum (10%) DMEM medium in order to achieve this.
The limitations of MCDB 153 also indicate that cells grown in MCDB 153 will grow
Dramatic loss of ability (Boyce & Ham 1983,Above). This finding is
Number of cells show continued differentiation even when the calcium concentration is less than 1.0 mM
This suggests that one of the reasons why the MCDB 153 line is extremely calcium intolerant.
Conceivable. Because calcium triggers the final process of terminal differentiation in related cells
(Rice & Green,Cell, Vol. 18, 681-694, November 1979). Change
In addition, 30% colony formation efficiency and about 24 hours
A population doubling time between is achieved. These properties decline after three generations (Boyce
& Ham1983,Above).
The quality of cells grown in MCDB 153 is sufficient to use in the production of epidermal cell sheets.
High quality, can maintain the consolidation layer for some time in the current MCDB 153 system
It is considered that a stratified culture cannot be obtained.
Others use sub-optimal media and use growth substrates in their systems.
And attempts to obtain an optimal system by, for example, Karasek and Charlton (J.In
vest.Dermal. 56 (1971) 205-210) and Gilchrest et al. (J. Cell Physiol. 112 (1982
197-206) reported the benefits of a protein substrate in the culture of epidermal keratinocytes
But with only marginal success, mainly due to shortcomings in the media formulation
won. Karasek and Charlton (Above) And other researchers have high serum concentrations
(Usually about 10%) was found to be necessary. Gilchrest etc. (CellBiol
. Intl. Rpt. 4 (1980) 1009-1016) Lack of supplemented M199 medium used
The point is that basic nutrients are deficient, such as extremely low inositol concentration
Met.
Eisinger's work (Methods in Skin ReseachSkerrow & Skerrow, Chap. 7, J
. Wiley & Sons Ltd. 1985) and Eisenger et al. (Proc. Natl. Aca. Sci.76 (19
79) 5340-5344) report a method for expanding epidermal cells. According to the author's description
The advantage of their method is that cells can be grown without the use of cultured cells and epidermal components.
It is to let. However, Eisinger (AboveIn the method (),
High cell density is required. Furthermore, the growth rate is slow, and the doubling rate of the total number of cells is
Low (partly because of poor plate efficiency). Therefore, this method
It is not suitable for commercialization of large-scale growth or continuous culture from a single source.
No.
Supplementation of epidermal growth factor and hydrocortisone to basal medium increases keratinocytes
It is well known to those skilled in the art that propagation and spread are enhanced (Barrandon & Green,Cell50
(1987) 1131-1137; Bertolero et al.,Exp. Cell Res. 155 (1984) 64-80). Cyclic
AMP level enhancer (U.S. Pat.No. 4,456,687) and bovine neutral extract (Gilchrest
other,J. Cell Phys.120 (1984) 377-383) or placenta extract (O'Keefe & Chiu,Soc
. Invest. Dermatol. 90 (1988) 2-7) is also advantageous in many cell culture systems.
Looking at the literature, many researchers have found that collagen substrates (Liu et al.,In Vitro 15 (197
9) 813-822) or fibronectin substrate (Kubo et al.,Soc.Invest.Dermatol.88 (19
87) Use 594-601) or try to grow epithelial cells using various
I have seen that most studies only achieve short-term cultures at relatively high seeding densities.
It turns out that it was. Among these modified media containing MCDB 153, the 3T3 cultured cell line
Nothing has approached the level of success observed using.
However, 3T3 rearing systems require cAMP level enhancers to achieve optimal growth.
Typeically requires the use of cholera toxin (Green,Cell 15 (1978) 801-811). this
Artificial enhancement of cAMP levels can complicate studies of the effects and mechanisms of actual growth factors.
Mess up.
Provides prolonged growth and proliferation of cells and, in some cases,
There is a need for a culture medium and system that matures predetermined cells while actively dividing the bottom cells.
You.Summary of the Invention
Cell growth in the cell media and systems of the present invention has a number of advantages, including:
. However, it is not limited to these.
(1) No need for supporting or growing cells.
(2) The growth rate is high even in the absence of serum and / or bovine hypothalamus extract.
(3) Cell proliferation is rapid even in the absence of cAMP level enhancers.
(4) The plate efficiency and colony formation rate can be changed by freely changing the calcium concentration.
30% or more. This is roughly 10% for 3T3, and MCDB 153-
Equivalent to 30% for low calcium. (This property is not
Extremely desirable. )
(5) The cells can be easily used for the production of biological skin equivalents, and the other methods described above.
Can form a multilayered epidermis that is as good as cells grown in MCDB 153 (MCDB 153).
Proliferating cells do not survive well).
(6) Epidermal cells grown on collagen-coated surface are used for transplantation if desired
In order to be able to exfoliate as sheet-like epidermal cells using collagenase
You.
(7) Ca++The flexibility of the system in the concentration range and density dependence is
It offers a number of advantages that are compatible with high volume microparticle carrier culture.
(8) When cells reach about 60% confluence due to rapid growth rate
Approximately synchronized cell populations are generated. Many rounded dividing cells and the present invention
Therefore, the high plating efficiency of the expanded cells means that the transition from beads to beads is
This suggests that it may be possible in carrier culture.
The cell culture medium (culture medium) of the present invention comprises a) about 0.5 to about 50 μg / ml of insulin or
Is about 10-Ten~Ten-8M insulin-like growth factor; b) about 0.05 to about 50 μg / ml
Transferrin, c) about 2-200 pM triiodothyronine, d) about 10-6~ About 10
-2At least one of M ethanolamine or O-phosphoryl-ethanolamine
And e) about 0.005 to about 2.0 mM calcium, and f) DMEM, IDMEM, MEM,
M199, RPMI 1640, Ham's F12, Ham's F10, NCTC 109 and at least NCTC 135
A nutrient source selected from one and contain no undefined mammalian hormones.
And a chemically defined cell culture medium.
Other components that may be included in the medium of the present invention include hydrolysates of about 0.04 to about 4.0 μg / ml.
Cortisone; about 1 to about 50 ng / ml epidermal growth factor; about 0.02 to 2 mM adenine; about 2 × 1
0-Ten~ 2 × 10-8M progesterone; about 10-9~ About 10-7M selenium; about 10-Four~ About 2 x
Ten-3M strontium; cholera toxin, foreskolin, isop
Roterenol, methyl isobutyl xanthine, dibutyryl c-AMP, theophylline,
About 10 selected from at least one of fein and pertussis toxin.-9~Ten-3M1
One or more cAMP level enhancers; about 1 to 50 ng / ml of EGF. Ferrous iron
The ions are from about 0.05 to about 50 μg / ml, ie about 5.6 × 10-Five~ About 5.6 × 10-2M Transfer
Supplied by phosphorus.
It is expected that the media of the present invention may be effective for culturing various cell types. Departure
The cells that are preferably cultured according to the light commercialization are epithelial cells. Preferred epithelial cells
The vesicles can include epidermal cells or epidermal keratinocytes.
The cell culture system includes the above-described cell culture medium, plastic; glass, and collagen.
Fibronectin; laminin; heparan sulfate proteoglycan;
Collagen, fibronectin, laminin or heparan sulfate proteoglycan
A fine particle carrier coated with; or
(a) Collagen solution is contractile agent and contractile agent is dispersed in it
Mixing under conditions to form a gel mixture,
(b) the gel mixture prepared in step (a) is shrunk to a tissue equivalent
Maintain conditions that can form
Support for cells comprising tissue equivalents produced by a method comprising:
trate, also referred to herein as a substrate).
A preferred type of collagen is natural type I collagen from bovine tendon.
One method of culturing epithelial cells is to inoculate the growth support with epithelial cells as described above.
And maintaining the cell culture system under conditions that promote cell growth. This
Cell proliferation obtained by such a method should have a population doubling time of about 16 to about 33 hours.
Features. Further cultivate cells continuously (passage) and achieve about 20 to about 50 doublings
can do. In yet another embodiment, the method further comprises:
At a concentration of about 1.0 mM or more, while maintaining a colony formation rate of about 20 to about 60%.
This enables stratification and differentiation of cells. this
Is important in the formation of living skin equivalents for transplantation and sheet-like epidermis. Change
An embodiment of the invention provides for clonal expansion of cells, i.e., at a cell density of about 30 to about 1000 cells.
Provide seeding.
With the realization of the present invention, a primary (primary) having a colony formation rate of about 20 to about 100%
Provides rapid cell expansion and more than 50 population doublings
. In addition, calcium can be added to 1.0 mM or more, and colony formation of about 20 to about 60%
Cell stratification and differentiation can be achieved while maintaining the rate.
Further, epithelial cells were placed on a collagen-coated fine particle carrier in the cell culture system.
Plate culture at a plate efficiency of about 20 to about 40% to promote cell growth of the microparticle carrier and the plated cells.
A method for culturing epithelial cells in a particulate carrier, including maintaining them under advancing conditions
Provide the law. With the implementation of this method, even when cell growth reaches confluence,
A colony formation rate of ~ 100% is maintained. In addition, calcium concentration,
During periods of rapid congestion and rapid growth, increase from about 0.08 mM to about 1.8 mM,
Cell adhesion due to the shearing force applied to the fine particle carrier
Loss can be reduced.
In addition, fully epithelialized living tissue equivalents can be produced. This way
Is
(a) inoculating the tissue equivalent with epithelial cells,
(b) maintaining the obtained cell culture system under conditions that promote cell growth; and
(c) Calcium is added to physiological concentration and the system is fully keratinized
Maintaining the conditions that allow the formation of layers
And
The media of the present invention is regulated by rapidly growing epithelial cells, thus
Conditioned media is effective as a growth aid and in therapeutic applications such as wound healing
It is.
Details of the Invention
The chemically defined medium of the present invention provides a support that can provide undefined proteins to the medium.
Provide a cell culture in the absence of cells, serum or other components.
Some advantages of the culture medium of the present invention include easy production and flexibility in use
I.e., it can be used at different calcium concentrations and can be added with different growth factors.
And the ability to alter extracellular matrix components. Medium and system of the present invention
Of the epithelial cellsin vitroBiologists and other people involved in manufacturing and / or research
Provide people with a system that satisfies most of their needs.
One medium of the present invention comprises insulin or an insulin-like growth factor, tiger.
Sferrin, triiodothyronine, ethanolamine and / or O-phosphoryl
Contains ethanolamine, calcium and nutrients. For example, a specific cell
Depending on the circumstances, such as, but not limited to, epidermal growth factor (EGF),
Locortisone, strontium, progesterone, selenium and cAMP level enhancers
Other components can also be added to the medium. Hydrocortisone is normal in humans.
Keratinocytes (Rheinwald and Green,supra) Is important for long-term culture
And is therefore a preferred component of intact mSBM. However, most
Hydrocortisone is not necessary if a few auxiliaries are desired, and without it
Would be preferable.
Insulin is present at a concentration of about 0.05 to about 500 μg / ml, preferably about 0.5 to about 50 μg / ml.
Although present, a particularly preferred concentration is 5.0 μg / ml. Insulin is now
Although preferred for economic reasons, proinsulin IGF-1 (10-Ten~Ten-8M)
Alternatively, other insulin-like growth factors can be substituted for insulin. Honcho
Insulin-like growth factors in the textbook are structurally similar to insulin.
Compositions that stimulate insulin-like growth factor receptors, such as insulin
Mean growth factors I and II.
Transferrin is provided at about 0.05 to about 50 μg / ml, preferably at about 5 μg / ml.
More preferably, it is supplied in a concentration.
Triiodothyronine has a stronger effect in the cell culture system of the present invention
Therefore, it is preferable to thyroxine. Triiodothyronine is preferred
Alternatively, it is present at a concentration of about 2 to about 200 pM, more preferably about 20 pM.
Ethanolamine and / or O-phosphoryl-ethanolamine are also examples of the present invention.
It can be used in embodiments. However, these components are combined
It is preferable to use them. Ethanolamine is about 10-6~ About 10-2M, more preferred
About 10-FourM concentration, O-phosphoryl-ethanolamine is about 10-6~about
Ten-2M, more preferably 10-FourIt is present at a concentration of M.
Compared to currently available media, the calcium concentration of the media of the present invention is increased.
Range and still maintain a viable cell culture. Cells
It can grow in medium with 5% serum concentration and 1.8 mM physiological calcium concentration,
Loss of proliferation and terminal differentiation (ie, proliferating basaloid ce
ll population)) reduces serum to 0% and reduces calcium concentration.
A calcium concentration of about 0.005 to about 2.0 mM, more preferably about 0.08 to about 1.0 mM
And optimized by
Minimal layer formation is seen under the calcium conditions used for optimal growth rates
It is. If these cultures are kept confluent, remove larger cells from the culture dish.
Remove and leave the dish with the population formed by the tightly packed layer of small cells. Cal
The addition of calcium allows for more mature cells while maintaining a confluent basal cell layer.
The cells can be stratified. 1.8mM calcium before confluence
The colony appearance and cell distribution will continue to grow until the cells are confluent.
Comparable to those seen with feeder cells. If calcium is below 1.0mM
If maintained, involucrin or transgluta
Few transglutaminase (a marker for epidermal cell differentiation) is found. Mosquito
Lucium is present at about 0.005 to about 2.0 mM, depending on the purpose of culturing the cells. If
Depending on the other components in the medium
provide.
Epidermal growth factor (EGF) is from about 1 to about 50 ng / ml, preferably about 10 ng / ml (mouse EGF) and
Present at about 1 ng / ml (human EGF). EGF is preferred, but human or mouse tumor cells
Vesicle growth factor-α is preferably replaced by EGF at about 10 ng / ml (mouse) and about 1 ng / ml (human).
Can be EGF is an optional component in the medium of the present invention,
It may be preferred for certain applications, such as batch cultivation.
Preferably, hydrocortisone is at a concentration of about 0.04 to about 4.0 μg / ml, but especially
The preferred concentration is 0.4 μg / ml.
In yet another embodiment of the present invention, the medium of the present invention is supplemented with additional components.
it can.
In some cases, components that inhibit fibroblast growth, such as cholera toxin,
It would be desirable to include it.
Belonging to fibroblast growth factor, such as acidic FGF, epidermal keratin growth factor and
And basic FGF (slightly higher concentration) may be used.-Teng / ml ~ about 10-6g / ml
, Preferably about 10-7The effect is obtained at g / ml. Usually, 1 × 10 cellsThreeCells / cmTwothat's all
When arranged on a flat plate, the use of BHE has little or no effect. Said
The media contains another component, about 0.02 mM to about 2.0 mM adenine, about 2 × 10-Ten~ 2 × 10
-8M, preferably 2 × 10-9M progesterone, about 1 × 10-9~ About 1 × 10-7M selenium also
May be added. Progesterone, selenium, in some cases to optimize growth
Can be added.
The system of the present invention establishes a primary cell culture and passages human epithelial cells.
In addition, cyclic AMP enhancers (also referred to as leveling agents), serum and
No bovine hypothalamus extract is required. Prior art studies have shown the addition of cAMP enhancers and
Presence of bovine pituitary extract is not essential for establishing primary cultures of epithelial cells
(Green, 1978, supra, and Boyce and Ham, supra).
, 1985). Although the addition of BHE may have some effect, the effect of
The data show that primary and subculture of epithelial cells using the medium of the invention
Does not require BHE or cAMP enhancer. However, if desired, cAMP enhancer
The present invention may be implemented using
Cyclic AMP enhancers that can be used in the practice of the present invention include cholera toxin,
Β-adrenergic substances such as foreskolin, adrenaline, te
Ofillin, dibutyryl cyclic AMP, methyl isobutyl xanthine, iso
Proterenol, caffeine and pertussis toxin. The preferred substance is
Latoxin and forescoline. Cholera toxin is about 10-8~ About 10-FiveUse with M
Preferably, forescoline is about 10-9~ About 10-3M, preferably about 10-7~ About 10-FiveM
, More preferably 10-6Use with M.
The use of cAMP enhancers in the systems and media of the present invention may
Effective in establishing culture or reestablishing frozen primary cultures or other cells
May also bring. However, in the present invention, a cAMP enhancer or BHE is added.
Cells can be easily established without it. The cells then receive the cAMP enhancer
Any number of subcultures can be performed using the medium of the present invention that does not contain the medium.
It can be used in place of calcium's constitutive need.
Thus, the addition of cationic substitutes has been studied. All cells
It requires some calcium, but calcium promotes differentiation in epidermal keratinocytes.
It also shows the effect. Induction of differentiation (Praeger et al.,J.Cell.Physiol., 132 (1987) 81-89, F
urakawa et al.J.Invest.Dermatol., 90 (1988) 690-696)
It has already been demonstrated that other divalent cations can be used in place of the required components (Ru
bin,J.Cell.Physiol., 91 (1977) 449-458). In the system of the present invention, the stronch
The effect of um and magnesium was investigated. Magnesium is sometimes effective
It turned out to be. When strontium is added, the percentage of proliferating cell population
(9-14 μm distribution) does not change much, but the final cell yield is significantly increased and the population
The doubling time was reduced by about 4 hours. For this, reference was made to Reference Example 7 described below.
No.
Nutrient sources useful in the practice of the present invention are known nutrients essential for cultured cells,
An energy source such as glucose, fructose or galactose;
Essential and non-essential amino acids; water-soluble vitamins (Bs, biotin, folic acid,
(Cotinamide, pantothenic acid, pyroxydine, riboflavin and thiamine)
Fat-soluble vitamins (A, D, E, K and ubiquinone); bicarbonate, calcium, salt
Major inorganic ions such as chloride, magnesium, phosphate, potassium and sodium
Trace elements such as As, Co, Cr, Cu, F, Fe, Mn, Mo, Ni, Se, Si, Sn, V and Zn
Element; lipid; COTwo/ HCOThreeAnd buffers such as HEPES; gases (oxygen and carbon dioxide);
Supply nucleic acid precursors such as adenine, cytidine, hypoxanthine and thymidine
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)
(MEM), M199, RPMI 1640 (all commercially available from Flow Laboratories), and Iscove
(EDMEM, commercially available from Gibco Labs). Minimum required culture
Ground and M199 also need to add phospholipid precursors and non-essential amino acids. Yet another
Vitamin that supplies amino acids, nucleic acids, enzyme cofactors, phospholipid precursors and inorganic salts
Rich commercial mixtures include Ham's F12, Ham's F10 and NCTC109 (all from Flow Laborat
ories) and NCTC 135 (Irvine Scientific).
The components of each of the above nutrient sources are shown in the table below.
* NCTC 109 and 135 list the same components (Ref. 2) with the exception of NCTC 135
Excludes L-cysteine HCl. Ref. 1, page 466, shows that the 135
One of the reasons for removing cysteine is cited by the toxicity of cysteine.
* NCTC 109/135 base medium (9172 & 9502) does not contain components marked with (*). Be
See the Media Introduction for details of the culture medium.
A. In Ref. 2, L-cysteine 10.49 mg / l, L-cysteine HCl 250 mg / l, L-tyrosine 1
6.44mg / l.
B. Not included in powdered media.
C. Plaque Assay (2x) medium does not contain phenol red and glutamine.
Are twice as large.
* A trademark of ICI America's Inc.
In addition, the above-mentioned nutrient sources are commercially available with slightly changed ingredients, and some of them are
Constitutes a nutrient source that can be used in the present invention.
One of the preferred nutrient sources used in the present invention is from about 90 to about 10% Ca++Free DMEM and
About 10% to about 90% of Ham's F12. Particularly preferred nutrients are Ca++Free DMEM
A nutrient source that contains about 75% Ham and about 25% F12. The medium of the present invention is usually
It contains at least about 90%, preferably more than 95%, of the nutrients.
The following shows one specific example of a preferred medium composition of the present invention:
Insulin 5μg / ml
Transferrin 5μg / ml
Triiodothyronine 20pM
Ethanolamine 1 × 10-FourM
O-phosphoryl-ethanolamine 1 × 10-FourM
Adenine 0.18mM
Selenium 3 × 10-8M
Strontium 1mM
Calcium 0.08mM
Nutrition source Ca++Free DMEM: about 90 to about 10%, Ham
F12: about 10 to about 90%.
If desired, to further increase the growth rate or extend the lifespan,
About 1.1 mM hydrocortisone, 10 ng / ml EGF, 2 × 10-9With M progesterone
, About 9 ng / ml of cholera toxin. The pH of this medium is usually near neutral,
For example, it is about 6.8 to 7.4.
One important criterion for measuring the effectiveness of culture media is population fold per day.
The growth rate of the cell type as indicated by the addend. Using the culture system of the present invention
Then, epithelial cells can be cultured without using serum and feeder cells.
Population doubling at a growth rate comparable to that of the primary cell culture
Proliferate more than once. For example, neoplastic foreskin epithelial keratinocytes are
The doubling rarely drops below 0.5 / day on land and in the system.
Shows an average doubling of 1 / day, with a doubling of 1.3-2.0 / day between passages 2 and 5.
(See Table 2). Such a growth rate is that the population doubles every 12-18 hours.
Means
Using the media and systems of the present invention, calcium can be maintained while maintaining the cell substratum.
Can be added to physiological concentrations. Such results have previously been
It could only be obtained with the stem alone. In the culture system and medium of the present invention,
This is because calcium can be added at 1.0 mM or more without destroying the cell population.
Continuous cells of epithelial cells suitable for the production or transplantation of living cells equivalent to such cells
(See Reference Example 5). It also has a negative effect on cell growth
Can be used to culture epithelial cells in microparticle carrier cultures.
It is also possible to grow to an amount (see Reference Example 6). For example, in MCDB 153, cells
Calcium concentration must be low to grow,
If it is low, the cells will not adhere sufficiently to the surface of the fine particle carrier. It shears the particulate carrier
This is a disadvantageous condition when it comes to force. Rheinwald and Green's 3T3 system
In the case of, first coat the microparticle carrier with 3T3 cells and then epithelial cells with 3T3
It may need to be grown on cells.
The medium of the present invention is a calcium-free nutrient that may be
Manufactured using readily available, commercially available ingredients, including sources. In addition, the composition of the medium of the present invention
The fractions are made and combined by methods known to those skilled in the art. In contrast, the city
According to the results of culture studies performed using commercial MCDB 153 equivalents, MCDB 153 equivalents
It seems that there is a limit to the production of.
The system of the present invention is one of the most suitable systems for epithelial cell culture to date.
Not only is it comparable to the 3T3 system, which has been known as
Clearly surpassed. The present invention relates to serum or parenteral
Provided is a cell growth medium for appropriately growing cultured cells independently of vesicles. Of the present invention
Using culture media and systems, primary cultures can be enriched for about 0.5-2.0 / 24 hours (PDL
) Can be established.
The table below compares the currently available media described above with the media and systems of the present invention.
You.
In the present invention, various substrates such as those described in various patents, such as collagen
, Fibronectin, laminin, heparan sulfate proteoglycan and
Tissue equivalents can be used. Natural collagen I derived from bovine tendon is a preferred collagen
It is one of the gen substrates. Under certain conditions, the system of the present invention
Proliferation can be promoted using substrates coated with tin or collagen (see
See Example 3.) When establishing a primary culture or using a serum-containing medium,
For example, use collagen in an amount of about 1% or more, or remove cells from frozen stocks.
Standing may be advantageous. However, if the serum concentration is reduced to about 0.3% or less,
Reduces the serum effect of promoting differentiation, and the matrix components provide the benefits described above.
No longer. If a substrate is used, the substrate must be of high quality. why
However, poor quality cells with partially altered fibronectin or heterogeneous collagen
This is because a culture dish with a coating can also inhibit cell growth.
The presence of a substrate, e.g., a matrix component, results in suboptimal or more
In severe cases, such as when serum factors are present, when cell density is low, tissue
When establishing cells or when longer survival times are needed, cells
It seems that it can form a knee.
Therefore, in this specification, a novel medium and a medium for growing cells such as epithelial cells are described.
The system and system were described, and examples were given. The invention is described in the following non-limiting examples.
Will be more apparent.
The base medium mSBM used in the following reference examples contains the following components:
Hydrocortisone 1.1 μM
Insulin 5μg / ml
Transferrin 5μg / ml
Triiodothyronine 20pM
Ethanolamine 1 × 10-FourM
O-phosphorylethanolamine 1 × 10-FourM
Adenine 0.18mM
Progesterone 2 × 10-9M
Selenium 3 × 10-8M
Cholera toxin 9ng / ml
Epidermal growth factor 10ng / ml
Calcium-free DMEM 75%
Ham F12 25%
Unless otherwise indicated, mSBM also contains 0.3% chelexed fetal bovine serum (cFBS). cFBS
Is not a necessary component of the culture medium, but can be stored frozen for a long period without losing the activity of cholera toxin.
As is traditionally used in cholera toxin supplements,
Also used here.
In the following Reference Examples, a medium called emSBM was also used. This medium contains the components
Includes varying concentrations and the following ingredients:
Triiodothyronine 1.002 × 10-8Increase to M
Cholera toxin increased to 100ng / ml
Bovine hypothalamus extract (BHE) 50 μg / ml
In Reference Example 7, strontium (Sr) was optionally added to the medium.
In some cases, no cAMP enhancer was added to the medium. In Example 3, the cAMP enhancer,
Cells were grown without addition of logesterone, serum or bovine hypothalamus extract. Implementation
Example 11 grows cells without EGF and Example 5 shows cells without hydrocortisone
Was grown.
When primary cultures are established in emSBM, cAMP enhancers, serum, progesterone,
Neither enhanced triiodothyronine nor BHE is required.
The aforementioned medium is usually produced by the following method. However, the components of the present invention are
It should be understood that they can be manufactured and combined in a conventional manner adapted to the specific properties. The present invention
Is a sterile medium. The sterilized components are sterilized after production by a usual method. Less than
In the examples below, a suitable sterilization process was used in each case. Stock of all ingredients
The solution can be stored at -20 ° C. However, nutrient sources can be stored at 4 ° C.
All stock solutions are prepared at a concentration of 500 times the final concentration. Hydrocortizo
(Sigma) was dissolved in absolute ethanol and phosphate buffered saline (PBS).
Dilute. Insulin, transferrin and triiodothyronine (all Sig
A stock solution (manufactured by ma) is prepared as follows. First, no triiodothyronine
Dissolve 2: 1 in water ethanol 1N HCl. Dilute insulin in diluted hydrochloric acid (about 0.1N),
Dissolve transferrin in water. Mix these three solutions and make them 500 times more concentrated with water
Dilute. Ethanolamine and O-phosphorylethanolamine (both from Sigma
Is diluted with water to a concentration 500 times and sterilized by filtration. Progesterone (Sigma) anhydrous
Dissolve in ethanol and dilute with water. Maintains activity when stored for long periods
For this purpose, bovine serum albumin (BSA) can be added. Selenium (Sigma) is ethanolamine
Prepare as in Cholera toxin is commercially available from Sigma under sterile conditions. this
Is diluted with water. EGF is a commercially available sterile product from Biochemical Techno-logies, Inc.
Is dissolved in PBS. Adenine is difficult to dissolve, but can be prepared by many methods known to those skilled in the art.
Can dissolve. Sterile calcium-free DMEM from J.R.Scientific or Hazelton
Obtain. Ham's F12 is obtained from M.A. Bioproducts. BHE (Collaborative Resea
rch or ECGS) dissolves in DMEM with low calcium concentration. Storage of EGF stock solution
BSA can be added to extend the storage time. DMEM and
F12 combines with each other and adds the individual components to the medium. Immediately after preparation
Can be used or stored at 4 ° C. For frozen storage, add EGF until use
Don't do it. The medium obtained in this way is a sterile medium.
The activity of BHE and EGF is evaluated on a lot-by-lot basis. Including BHE or EGF
Growth in a medium containing these components and growth in a medium containing these components is about 0 to about 50 ng / ml.
Supports maximal growth as compared to a range of concentrations of EGF and BHE from about 0 to about 200 μg / ml.
Check the concentration.Reference Example 1: Implementation of primary culture
Foreskin and other tissues, including ears and abdomen, were obtained from routine biopsies and 50 mcg / ml
Wash with phosphate buffered saline (PBS) containing tamycin and 1.25meq fungizone for 2 minutes.
Was. The entire tissue sample is then washed with 95% ethanol for 1 minute to remove surface contaminants.
I left. Thereafter, the plate was washed again with a PBS-gentamicin fungizone solution. Subcutaneous tissue
Remove aseptically and rinse tissue with PBS-gentamicin fungizone solution.
Was subdivided into Using a collagenase-trypsin tissue mixture, subdivide the tissue into 3
Dissociated at 7 ° C. The components of the collagenase dissociation mixture used are as follows.
Collagenase 55.5mg / ml, trypsin 2.0mg / ml, glucose 0.375mg / ml, fungi
Dzone 1 meq / ml and gentamicin 50 mcg / ml in phosphate buffer. On the digest
Remove the supernatant, neutralize, and remove remaining digestion at 30-minute intervals until the tissue is completely dissociated.
The new enzyme was added to the part.
Cell fractions containing a mixed population of dissociated cells are pooled, counted and counted without EGF.
Total volume contains 10ml emSBM (5ug / cmTwoT75 flask (coated with collagen)
2.6 × 10FourPieces / cmTwoWas plated. Such primary cultures become confluent in 7 to 17 days.
Was. One day after plating, aspirate emSBM and add a new emSBM containing 10 ng / ml EGF.
Was replaced with Plate cells every 3 days using emSBM containing EGF, assuming 0 days of plating
The medium was changed with. It takes 7-17 days for the primary culture to become confluent. At this point
Cells can be cultured further continuously as described in Reference Example 2 or frozen for later use.
And stored in liquid nitrogen. Frozen medium is 10% bovine as a base
Includes LCDMEM with baby serum and 10% dimethyl sulfoxide (DMSO). frozen
Cells are removed from the dish and counted as in Reference Example 2.
However, spin down and settle again after counting, 2 × 106~ 5 × 106reconstitute in frozen medium at a density of / ml
And dispensed into 1.8 ml nunc cryovials. Pre-frozen for 18-24 hours
The vial is later transferred to a liquid nitrogen storage tank until needed. These experiments
Table 1 below shows the results. Cell viability was usually above 90%.
The meanings of the abbreviations used in Table 1 are as follows. "HEP" indicates human epithelial cells
Where "n" indicates neonatal foreskin cells and "NF" followed by a number indicates that it is obtained from a source other than foreskin.
Shows human epithelial cells.
Reference Example 2: Effect of continuous passage on colony formation rate ("CFE") and growth rate
Human epithelial cells in a T75 flask obtained in the same manner as in
Place in a flow hood, aspirate the medium, and use a 2 ml / 60 mm dish or 5 ml / T75 trypsinbel.
Versene ((calcium or magnesium free, M.A.Bioproducts) 200
(balanced saline solution of 500 mg / l trypsin with velsen (EDTA) at 500 mg / l). about
The flask was incubated at 37 ° C. for 3 minutes or until cells appeared on the surface of the dish.
Then a 2 ml / 60 mm dish or 5 ml / T75 soybean trypsin inhibitor (phosphate buffered
2.5 mg / ml, GIBCO) was added to the solution. Use a pipette to grow cells
The adhered cells were washed off by spraying on the surface of the scoop. Pipette cell suspension into tube
Then, it was rotated at 1200 rpm for 5 minutes. Aspirate the supernatant, leaving only the cell pellet
did. Resuspend the pellet in an appropriate volume of mSBM without EGF for counting.
(Usually 5 ml is enough). 8833 cells / cm after counting cellsTwo(2.5x10Five/
60 mm dishes) were implanted in a final volume of 4 ml / 60 mm dishes in EGF-free mSBM. 10 cells
% COTwoAnd incubated at 37 ° C. 24 hours later 10 ng / ml EGF was added
. The medium was replaced with a fresh medium (containing EGF) every three days, considering the plating day to be day 0.
Cells became confluent in 5-7 days, at which point they were passaged again.
Epidermal keratinocytes cultured in mSBM are highly mobile and form dispersed colonies
. Therefore, the colony formation rate is estimated as the plate efficiency. Total cells 24 hours after seeding
Plate efficiency, measured by number, was typically 30% to 35% at low passages (P: 3 or P: 4)
However, at this stage, the lag period is particularly short, and the plate efficiency is more than 100% in 24 hours.
Was frequently observed (Table 2).
Epidermal keratinocytes obtained from neonatal foreskin (cell lines FS16, B009 and B013, Table 2)
Throughout passage 6 (shown by other researchers to show a rapidly growing culture)
Initially maintained a population of small round cells (population doublings greater than 25 or cell numbers)
Increased by 6,400-333,000 times). Similarly, epidermal keratin cells obtained from a 2-year-old donor
Vesicles are maintained through 6 passages with population doublings of more than 24 or approximately 4,600 times the number of cells
Increased.
Reference Example 3: Effect of calcium concentration
MSBM (0.08 mM calcium) human epidermal keratinocytes based on the method described above
Or Ca++The cells were cultured in mSBM at a concentration of 1.8 mM with serum concentrations of 0.3% and 1.0%. Culture medium
When calcium was added, the morphology changed. In the presence of large amounts of calcium, cells
It grew in a very confluent colony, but still left a large amount of small proliferating cells. blood
The growth rate did not decrease appreciably when the washing concentration was kept below 1%. A lot of mosquitoes
Cell yields in confluent conditions due to stratification with
It is considerably higher in the cells with the addition of lucium.
Previously, the ability to vary calcium concentration while maintaining a growth culture
Experiments that were not possible, for example with known triggers of terminal differentiation in competent cells
The action of growth factors in relation to certain calcium and the differentiation, proliferation or growth of the growth factors
Studies on the induction of long inhibition can be performed. An example of such an experiment is shown in the table.
3 is shown. This experiment examined the effect of TGFβ on calcium.
It was observed that the effect of TGFβ was reversible even in the presence of calcium.
The above table shows the effects of calcium and TGFβ on human epidermal keratinocytes in mSBM.
Data from two separate experiments are shown.
a)% env-ionophore derived envelope%
b) After removing calcium and TGFβ and culturing in mSBM for another 48 hours,
Recovery was noted.
Note: TGFβ treatment and Ca++% Difference in induced envelope showing the effect on growth is related to growth
There is no.
c) Medium contained 0.3% cFBS. The place where 5ng / ml TGFβ was added is indicated by ((+) T).
Where 1.8 mM calcium was added ((+) Ca++).Example 1: Effect of serum concentration
Collagen containing mSBM using various concentrations of chelexed fetal bovine serum (cFBS)
28.3cm tissue culture dish coated withTwoHuman epithelial cells (HEP) 1.7 × 10FivePlaying pieces
And cultured as described above. The case where the cFBS concentration is 0% is the present invention. 24 hours flat
Plate efficiency, final cell yield, (known to be a small growing cell population (Barrando
n and Green,supra)) The percentage of cells in the 9-14 nM diameter range was determined and is shown in Table 4 below.
Increasing serum concentration did not significantly affect final cell yield, but plate efficiency
Has increased a little. However, increasing serum levels reduced the proportion of small proliferating cells
. This change in the cell population could also be seen by phase contrast microscopy.
Using various serum concentrations ranging from 0 to 5% or more, cells were cultured in mSBM and emSBM.
Can grow. However, increasing the serum concentration to only 1%, 9-
Serum was either terminally differentiated or a cell population as indicated by the apparent loss of cells in the 14 nM range.
Has been found to promote the aging phenomenon. Kellexing calcium (chelexi
The same is true when ng) is removed from serum. Based on the above, serum can be used for cell growth and
Contains factors that directly or indirectly affect differentiation and are not related to calcium
It becomes clear that you are.Reference example 4
:Substrate effect
Substrates of type I collagen or fibronectin were first developed using mSBM or emSBM.
And has been found to be useful in the establishment of epidermal cells from
Have been. Collagen is usually used when culturing human epidermal keratinocytes using mSBM.
Used habitually. However, the actual substrate dependence and substrate lifetime
Investigations were performed to determine the effect on (Huspan).
Human epidermal keratinocytes grown as primary with emSBM using collagen substrate
The frozen stock of vesicles was prepared according to the procedure described above in the presence (+ CN) and absence (-C) of collagen.
N) and plated on mSBM. When confluency is reached, collagen + CN cells
The cells were subcultured in the presence and absence of cells (see Table 5A), and -CN cells were
In the presence and absence of the enzyme-subcultured into culture dishes (see Table 5B). General form, 4-hour plate
Efficiency and cell size distribution were tested at each passage. Flat plate efficiency exceeding 100%
Very short delay before resumption of growth that occurs when cells are subcultured in the medium of the present invention.
Means extra time. Plate cells from each condition, collect at the same time, and
I compared directly. The percentage of cells with a diameter of 9-14 mM indicates the percentage of proliferating cells in the population (
Barrandon and Green, supra).
Cells established from frozen primary cultures in the absence of collagen are cultured on collagen.
Slightly lower plating efficiency compared to cultured cells. Cells in the absence of collagen (-CN)
Furthermore, the plate efficiency was increased by subculture in culture dishes in the presence (+ CN) and absence (-CN) of collagen.
Was consistently better under the (+ CN) condition. However, -CN proliferating cells
It grew to a dense state and could be passaged (see Table 5B).
Maintain in the presence of collagen, then culture in the presence or absence of collagen
Cells passaged in the dishes showed various plating efficiencies, but use of collagen or
Had no obvious advantages or disadvantages in its use (see Table 5A).
Cells grown for 8 passages and passaged to collagen show reduced plate efficiency at 8 passages
(Equivalent to about 29.4 population doublings). Cells grown in the absence of collagen were p6-p7 (about 19
(Equivalent to ~ 22 population doublings).
High serum (5%) with 3T3 feeder cells (see, eg, Rheinwald and Green, supra)
Of epidermal cell lines established in p4 in the presence and absence of collagen from frozen stocks
No significant difference was observed in the plate efficiency when the plate was cultured in a culture dish. Furthermore,
The plate efficiency obtained in this experiment is significantly higher than when using cells grown in mSBM.
(Tables 5A and 5B).
Collagen is a cell population that falls in the diameter range of 9-14 mm, i.e. 7 passages (-CN) or 8
It was found not to affect the percentage of the passaged (+ CN) proliferating cell population (see Table 5C).
Reference Example 5: Preparation of biological skin equivalent and keratin cell sheet
Using keratinocytes grown in mSBM in high serum (5%) and high calcium (1.8 mM)
To make a living skin equivalent. This procedure allows keratinocytes grown in MCDB 153
It should be noted that this cannot be performed if used. The epidermis maintains the basal layer
It developed normally with stratification and differentiation.
Skin prepared from keratinocytes grown in mSBM according to a conventional method (eg, patent method)
Biological skin equivalents were prepared by plating on valencies. Then put the skin equivalent in mSBM for 2 days
After growing, Ca++Was added to form a layer. mSBM, 0.3% cFBS and Ca++Skin inside
The equivalent was subsequently cultured to obtain a well-organized differentiated epidermal layer.
In addition, cells were established in mSBM on collagen and calcium concentration was reached when confluence was reached.
The concentration to 1.8 mM and use mSBM for 1.8 mM Ca++Daily for 4 days, then
Suitable for transplantation, etc. by removing the adherent cell sheet using collagenase
A sheet of layered epidermal cells was prepared.Reference example 6
:Large-scale keratinocytes using collagen-coated microparticle carriers culture
Using an mSBM medium with a calcium concentration of 0.08 mM and a BHE concentration of 50 μg / ml,
Enrich human epidermal keratinocytes with cross-linked collagen microparticle carrier coated with collagen.
Plate cultivation was successful with efficiency. Disconnect using a 250 ml Belco culture vessel.
Stirring continuously (2 minutes every 8 minutes) at 30 rpm, small volume containing 0.5 g gel beads
5.1 x 10 in medium (75 ml)6Highly efficient (> 50%) seeding of human epidermal cells (HEP)
did it. Gel beads are equilibrated with mSBM, and bovine tendon collagen about 9.5 mg in 100 ml of pure water.
Coated overnight, then rinsed first with phosphate buffered saline and then free of calcium.
It was prepared by rinsing with fresh DMEM. One week later, try to remove trypsin-E
Collected by DTA, 2.1 × 107Cells were obtained. Use standard culture conditions and mSBM to
These cells were plated in a T25 culture flask and harvested and counted 24 hours later.
When the efficiency was determined, it was found to exceed 100%.
This procedure was repeated using the keratinocyte cell line HEP 047 at passage 5. Medium 150m
l Gel beads inside (surface area approx.Two) Cells in each of two stirred flasks containing 0.25 g
6 × 106Was plated. Cell yields from the two flasks after 6.2 days were 6.2 x 107 and 5.
6 × 107Met. Thus, an average of 10-fold increase in cell number could be reached.
In another experiment, cell biology was performed to facilitate passage without the use of proteases.
It has been found that movement between doses is effective. Spherical collar for cell line HEP 038 at passage 4
Plated on Gen-coated gel beads. Next, irregularly shaped collagen-coated gelatin
The beads were added to the culture after 4 days. Two more days later, the beads were examined microscopically. Fine
Vesicles are attached to both spherical gel beads and irregularly shaped gelatin beads
Was observed.
Reference Example 7: Addition of a divalent cation substitute for calcium in mSBM
Improving cell proliferation and size distribution in human epidermal keratinocytes at passage 4
1 mM strontium and 3 mM magnesium in mSBM +/- bovine hypothalamus extract
Compared. The table below shows the results from the three cultures.
Similarly, the strontium dose response was determined in another keratin cell line. 1mM Sr
1.7 x 10 cell yield6From 2.1 × 106It was found to increase. 9-14μm distribution is 2
It increased from 0% to 26%. According to yet another strain in another experiment, a cell yield of 1 mM Sr was 1
.45 × 106From 2.66 × 106Doubling time reduced from 33.9 hours to 28.1 hours
Was.
Example 9: Establishment of primary culture in mSBM using explant by-product
The following modified mSBM composition:
Hydrocortisone 1.1 μM
Insulin 5μg / ml
Transferrin 5μg / ml
Triiodothyronine 20pM
Ethanolamine 1 × 10-FourM
O-phosphorylethanolamine 1 × 10-FourM
Adenine 0.18mM
Selenium 5.26 × 10-8M
Epidermal growth factor 10ng / ml
Ca++75% without DMEM
Hams-F-12 25%
Strontium 1mM
Was used to establish primary explant cultures. Modification of progesterone (cAMP level
And can eliminate cAMP enhancer and promote growth in mSBM
In that strontium (Reference Example 7), which was found to have
Peel off fat and subcutaneous tissue from neonatal foreskin, 1-2 mmTwoSubdivided into pieces. Bovine thalamus
Explant culture in the above medium with or without lower extract (BHE) (50 μg / ml)
I established things. The case where BHE is not added is the present invention.
The yield from explant plate by-products is shown in Table 9A.
Next, the cells were placed in a culture dish having a diameter of 100 mm at 3 × 10Fivecell
/ Passaged on a dish. The yield from the secondary culture (collected after about one week) is shown in Table 9B.
Example 3: Primary in the absence of exogenous cAMP enhancer, serum or bovine hypothalamus extract Proliferation of normal human epidermal cells
1mM SrCl without progesteroneTwoWith modified mSBM basal medium containing collagen
Human epidermal cells of three different origins can be obtained from skin explant by-products in coated tissue culture dishes.
Established. Cholera toxin, a powerful cAMP enhancer, chelexed newborn
Explants were established in the presence and absence of bovine serum and bovine hypothalamic extract,
The effects of these three substances on the establishment of primary culture and subculture were examined. Bovine serum
And the case where no bovine hypothalamus extract is contained is the present invention.
At all conditions tested, cells differentiated as explant by-products. Cell yield of 7 under all conditions
Continuous passage was monitored. FIGS. 1 and 2 show the results obtained when all cells under the given conditions were passaged.
The yield / passage calculated as the number of cells obtained is shown. S and K in FIGS. 1 and 2
X represents serum (0.3%), CT represents cholera toxin (9 ng / ml), BEH represents bovine hypothalamus
Partial extract (50 μg / ml).
Serum, cholera toxin, and bovine hypothalamus extract were both primary and normal humans
It was found that it was not required for serial passage of keratinocytes. Including these three substances
According to no control culture, only 1 × 10 after 34 days of culture and 6 days of continuous passageTenThe yield of
Obtained. In addition, according to the control conditions, serum alone and in the presence of serum and cholera toxin
It showed improved growth compared to established and expanded cultures.
Neither bovine hypothalamic extract or cholera toxin used in the absence of serum
Bovine hypothalamus extract significantly improved cell yield, although vesicle yield could be increased
And increased the number of passages where population doubling was maintained linearly
. In addition, bovine hypothalamic extract has significantly more negative serum effects than cholera toxin.
It was found to equilibrate. Bovine hypothalamus extract in the presence or absence of serum
When present, cholera toxin has been found to have no beneficial effect.
Therefore, any of serum, bovine hypothalamus extract or cyclic AMP enhancer,
It is not necessary for the establishment and continuous passage of human keratinocytes.Example 4: Culture and passage in the absence of EGF
Keratinocyte B063 was established and grown by adding BHE to the mSBM of Example 2.
, Were frozen for storage after 2 passages. Thaw these cells and culture in the absence of BHE
1x10 in the ground, 60mm culture dishFive/ Seeded in a dish. Half of the culture dishes are 10 hours after seeding 2 hours after seeding.
EGF was added to ng / ml. Cells are harvested and counted after 3 passages and grown in the absence of EGF.
Was recultured and grown again to confluence. It is clear from the data (Table 11)
As needed, keratinocytes can grow in mSBM in the absence of EGF, if desired.
, May be comparable to growth in the presence of EGF.
Example 5: Growth in the absence of hydrocortisone
If minimal supplementation is desired, hydrocortisone is not required, in which case
It is better not to do so.
This was demonstrated with hydrocortisone at 0, 0.04, 0.2, 0.4 or 0.8 μg / ml in the examples.
1.7 × 10 in medium 2FiveTo seed 3 passages of B063 keratin cell line on 3 / 60mm dish
More proven. Twenty-four hours later, plates are collected, the average plate efficiency is determined, and an additional 5
After a day, the growth rate was determined. Cell yields were comparable under all conditions. Between these decisions
The doubling time was calculated for 4 days (Table 12).
The above examples have been described for the purpose of illustration, and in view of the above description,
It is understood that various modifications as expected are included in the spirit and scope of the present invention.
I want to be understood.
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、実施例3の実験結果を示す細胞収量-培養期間のグラフ
である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 and 2 are graphs showing the experimental results of Example 3 in terms of cell yield and culture period.
Claims (1)
シュリン様成長因子と、b)約0.05〜約50μg/mlのトランスフェリンと、c)
約2〜200pMのトリヨードチロニンと、d)約10-6〜約10-2Mのエタノールアミン
またはO-ホスホリル-エタノールアミンの少なくとも一方と、e)約0.005〜約2.
0mMのカルシウムと、f)DMEM、IDMEM、MEM、M199、RPMI 1640、Ham's F12、Ham'
s F10、NCTC 109及びNCTC 135の少なくとも1つから選択される栄養素源とを含
み、不確定哺乳動物ホルモンを含有しないことを特徴とする化学的に確定された
細胞培養基。 (2) 栄養素源が75%のカルシウム非含有DMEMと25%のHam's F-12とから成る
ことを特徴とする請求項1に記載の培養基。 (3) 更に、約0.04〜約4μg/mlのヒドロコルチゾンを含むことを特徴とす
る請求項1又は2に記載の細胞培養基。 (4) 更に約1〜約50ng/mlの上皮成長因子を含むことを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の細胞培養基。 (5) 更に、コレラ毒素、フォレスコリン、イソプロテレノール、メチルイソ
ブチルキサンチン、ジブチリル c-AMP、テオフィリン、カフェイン及び百日咳菌
毒素の少なくとも1つから選択されたサイクリック AMPのレベル向上剤を約10-9
〜約10-3M含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の細胞培養基。 (6) 更に、約0.02〜約2.0mMのアデニンを含むことを特徴とする請求項1〜
5のいずれかに記載の培養基。Claims: (1) a) about 0.5 to about 50 μg / ml insulin or about 10 −10 to 10 −8 M insulin-like growth factor; b) about 0.05 to about 50 μg / ml transferrin; c)
And triiodothyronine about 2~200pM, d) from about 10 -6 to about 10 -2 M ethanolamine or O- phosphoryl - at least one of ethanolamine, e) from about 0.005 to about 2.
0 mM calcium and f) DMEM, IDMEM, MEM, M199, RPMI 1640, Ham's F12, Ham '
s A chemically defined cell culture medium comprising a nutrient source selected from at least one of F10, NCTC 109 and NCTC 135, and containing no undefined mammalian hormones. (2) The culture medium according to claim 1, wherein the nutrient source comprises 75% calcium-free DMEM and 25% Ham's F-12. (3) The cell culture medium according to claim 1 or 2, further comprising about 0.04 to about 4 µg / ml of hydrocortisone. (4) The composition further comprising about 1 to about 50 ng / ml of epidermal growth factor.
The cell culture medium according to any one of claims 1 to 3. (5) In addition, a cyclic AMP level enhancer selected from at least one of cholera toxin, forescoline, isoproterenol, methyl isobutylxanthine, dibutyryl c-AMP, theophylline, caffeine and B. pertussis toxin is used in an amount of about 10%. -9
The cell culture medium according to any one of claims 1 to 4, wherein the cell culture medium contains from about 10 -3 M to about 10 -3 M. (6) The composition of claim 1, further comprising about 0.02 to about 2.0 mM adenine.
5. The culture medium according to any one of 5.
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