JP4505588B2 - 神経幹細胞の分化誘導方法及び分化誘導培地及び分化誘導剤 - Google Patents
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本発明の第1の分化誘導方法は、培養中の神経幹細胞培地に、コンドロイチナーゼを添加して、該神経幹細胞の分化を誘導する方法である。
神経幹細胞は、国立病院機構大阪医療センター倫理委員会及び産業技術総合研究所倫理委員会承認の下、妊娠9週齢のヒト胎児前脳部より取り出したhNSPCを、継代培養後、前述の神経幹細胞増殖培地で、約4日間培養して得られたニューロスフェアを、トリプシン処理により単一細胞にしたものを測定に用いた。
下記実施例で使用した培地組成は、以下の通りである。
(a)ニューロスフェア法で使用した培地
DMEM /F12(1:1混合物、シグマ社)
ヒト組換え(以下「hr−」と略記する)EGF(Pepro Tech社)20ng/ml
hr−FGF2(Pepro Tech社)20ng/ml
hr−LIF(ケミコン・インターナショナル社)10ng/ml
ヘパリン(シグマ社)5mg/ml
B27(インビトロジェン社)
HEPES15mM
Antibiotic−antimycotic(インビトロジェン社)
DMEM /F12(1:1混合物、シグマ社)
ヘパリン(シグマ社)5mg/ml
B27(インビトロジェン社)
HEPES15mM(インビトロジェン社)
Antibiotic−antimycotic(インビトロジェン社)
1%ウシ胎児血清(JPHバイサイエンス社)
レチノイン酸1μM(シグマ社)
DMEM /F12(1:1混合物、シグマ社)
ヘパリン(シグマ社)5mg/ml
B27(インビトロジェン社)
15mM HEPES(インビトロジェン社)
Antibiotic−antimycotic(インビトロジェン社)
上記神経幹細胞培養培地(a)で、4日間培養した後、培養液を回収した。この培養液を20000×gで15分間遠心分離して、細胞及び細胞くずを除去して、培養上清を得た。
得られた培養上清を、イムノドット(ATTO社)を用いて、10μlづつ、ニトロセルロース膜(Advantec社)にブロッティングした。
コントロールとして、細胞を培養していない神経幹細胞培養液(a)を同様にしてニトロセルロース膜にブロッティングし、同様にブロッキング処理した後、抗体反応させた。抗体反応後、(1)と同様にして発光させた結果を、図1に示す。
実施例1:
神経幹細胞培養培地(a)で、hNSPCを4日間培養した後、培養液を回収し、この培養液を、10000×gで15分間遠心分離し、培養上清を得た。この培養上清を2つに分け、一方を分子量100000以上と100000未満の化合物とを分離できる分離膜を用いて分画した。分子量100000未満の画分(i)及び分子量100000以上で熱処理されていない画分(ii)に、プロテアーゼフリーコンドロイチナーゼABC(生化学工業社)を1mU/mlとなるように添加し、37℃で、1.5時間反応させた。
新しい神経幹細胞培養培地(a)に、1mU/mlとなるようにプロテアーゼフリーコンドロイチナーゼABC(生化学工業社)を添加し、この培養液で、hNSPCを培養した。
hNSPCは、培養開始後、増殖を開始し、ニューロスフェアを形成したが、3日後に、突起をもつ細胞が確認され、分化が誘導されたことが確認できた。
hNSPC培養培地(a)に、単にコンドロイチナーゼを添加しただけでは、分化が誘導されないこと、分化誘導にはhNSPCによる分泌物の存在が必要であることがわかる。
培養中のhNSPCを新しい神経幹細胞培養培地(a)に移し、1mU/mlコンドロイチナーゼABCを添加して、37℃で1時間30分反応させた。
反応後、コンドロイチナーゼABCが含まれている培養液を除去し、細胞を分離した。この細胞をDMEM/F12(1:1混合物)で3回洗浄し、コンドロイチナーゼABCを除いた。洗浄した細胞を新しい神経幹細胞培養培地(a)で培養を開始した。培養後、増殖を開始し、ニューロスフェアが形成された。培養開始から3日すぎても、分化は認められなかった。
従って、予め細胞をコンドロイチナーゼABCで処理しても、ならし培地にコンドロイチナーゼABCが存在しないと、分化を誘導できないことがわかる。
実施例2:
上記実施例1で10日間培養したhNSPCについて、培養液を除去し、分化誘導された細胞集団を回収した。この細胞集団を、4%パラホルムアルデヒドを添加し、4℃で20分間反応させた。パラホルムアルデヒドによる固定後、細胞をPBSで10分間、3回洗浄した。
反応後、培養液を除去して、PBSで洗浄し、更に超純水で洗浄して、封入した。
神経幹細胞増殖培養方法であるニューロスフェア法に用いる培地から、増殖因子を除外した従来の分化誘導培地(上記(b)参照)を用いて、実施例2と同様にして、神経幹細胞を10日間培養した。培養後、実施例1と同様にして、一次抗体反応、二次抗体反応を行い、共焦点レーザースキャン顕微鏡(LSM510、Carl Zeiss社製)を用いて、細胞を観察した。各染色結果を図7〜図9に示す。また、顕微鏡観察に基づいて、ニューロンマーカー分子であるβIII陽性細胞、アストロサイトマーカー分子であるGFAP陽性細胞の割合を解析した結果、表1のようになった。
コントロールとして、分化誘導培地に供する前の細胞について、一次抗体反応及び二次抗体反応を行い、初期の神経細胞の存在割合を調べた。結果を表1に示す。
実施例2で得られた β−III陽性細胞(ニューロン)の種類を確認するために、以下の実験を行った。
一次抗体液として、ヤギ抗コリンアセチルトランスフェラーゼ(chat)ポリクローナル抗体(Chemicon社)を、0.25%ゼラチン、0.01%トリトンX−100を含むPBSで200倍希釈した希釈液を用いた。この一次抗体溶液と4℃で一晩反応させた後、反応液を除去し、PBSで10分間3回洗浄した。次いで、二次抗体液と室温で1時間反応させた。ここで、二次抗体液としては、Alexa抗ヤギIg抗体568を、0.25%ゼラチン、0.01%トリトンX−100を含むPBSで希釈した希釈液を用いた。反応後、反応液を除去し、PBSで10分間3回洗浄した。次いで、ヤギ血清(10%)及びトリトンX−100(0.01%)を含むPBSで、ブロッキング反応(室温、60分間)を行った後、β−III(β−チューブリンに対するモノクローナル抗体:バブコ社)をヤギ血清(10%)及びトリトンX−100(0.01%)を含むPBSで希釈した一次抗体反応液と反応させた(室温、2時間)。反応後、反応液を除去し、PBSで10分間3回洗浄した後、Alexa抗ヤギIgG抗体568を、ヤギ血清(10%)、トリトンX−100(0.01%)、TOPRO3を含むPBSで希釈した二次抗体液と、室温で60分間反応させた。反応液を除去後、細胞をPBSで10分間3回洗浄した後、共焦点レーザースキャン顕微鏡(LSM510、Carl Zeiss社製)を用いて、細胞を観察した。
はじめに、ウサギ抗GABAポリクローナル抗体(シグマ社)とβIII(βチューブリンに対するモノクローナル抗体:バブコ社)との混合液、ウサギ抗グルタミン酸ポリクローナル抗体(シグマ社)とβ−III(バブコ社)との混合液を調製し、これらの混合液をヤギ血清(10%)及びトリトンX−100(0.01%)を含むPBSで希釈した希釈液を一次抗体反応液として用いた。
顕微鏡観察により、各標識二次抗体に基づいて、β−III陽性細胞における各抗体の存在割合を調べた。コリン作動性ニューロンが33.3±6.76%、GABA作動性ニューロンが56.2±9.43%、グルタミン酸作動性ニューロンが11±3.61%であった。
上記神経幹細胞培養培地(a)で、hNSPCを14日間培養した後、培養液を回収し、この培養液を、1000×gで15分間遠心分離し、培養上清を得た。
(1)分化誘導能を有する画分の決定
神経幹細胞培地(a)にhNSPCを播種し、14日間培養した後、10000×gで15分間遠心し、上清を分取した。この上清を分子量100000で分画する限外濾過膜アミコンウルトラ−15(ミリポア社)に移し、分子量100000以上と分子量100000未満に分離した。ここで、分子量100000以上の画分に対しては、分画時にタンパク質濃縮を行なった後、溶媒をDEAEカラム平衡化バッファー(50mM Tris、300mM NaCl)で置換した。
(1)で採取した分化誘導能を有する溶出画分を、ヘパリンカラム平衡化バッファーで10倍希釈した。この希釈液を、陰イオンカラムMONOQカラム(アマシャムバイオサイエンス社)に充填した。ヘパリンカラム平衡化バッファーでカラムを洗浄した後、ヘパリンカラム平衡化バッファーからヘパリンカラム溶出バッファーのグラジエント溶出を行なった。(1)で行なった分化誘導能の確認方法にしたがって、hNSPCへの分化誘導能を評価した結果、50mM Tris、950mM NaCl、0.01%Brij35の溶出バッファー画分から、50mM Tris、1M NaCl、0.01%Brij35の溶出バッファーで溶出される画分では、図15に示すように、分化誘導が見られた。尚、CMCH培地に、50mMトリス+1M NaCl+0.01%Brij35+1mUプロテアーゼフリーコンドロイチナーゼABC(生化学工業社)を添加したものをコントロールとして、CO2インキュベーター内に一晩静置した場合には、図16に示すように、細胞塊から延びる突起が認められなかった。図15及び図16中のスケールバーの長さは、50μmである。
精製した578000ダルトンの分子について、以下のようにして、質量分析計(BRUKERDALTONICS社のUltraflex)を用いて同定した。
上記で単離精製した分化誘導能を有する分子(578000ダルトン)を含む画分を用いて分化誘導された細胞集団を回収した。この細胞集団を、4%パラホルムアルデヒドを添加し、4℃で20分間反応させた。パラホルムアルデヒドによる固定後、細胞をPBSで10分間、3回洗浄した。
反応後、培養液を除去して、PBSで洗浄し、更に超純水で洗浄して、封入した。
従って、本発明の分化誘導方法、分化誘導剤、分化誘導培地は、神経疾患の移植用ニューロン、特にアルツハイマー治療用ニューロンをインビトロで簡易に製造する方法として利用できる。
Claims (12)
- 神経幹細胞の基本培地に塩基性繊維芽細胞増殖因子、上皮増殖因子又は白血球遊走阻止因子が添加された培地にて、ニューロスフェア法で培養中の神経幹細胞培地に、コンドロイチナーゼを添加して、神経幹細胞の分化を誘導する方法。
- 前記培地には血清が含まれていない請求項1に記載の誘導方法。
- 神経幹細胞の基本培地に塩基性繊維芽細胞増殖因子、上皮増殖因子又は白血球遊走阻止因子が添加された培地にて、ニューロスフェア法で培養する神経幹細胞に、ニューロカン及びコンドロイチナーゼを添加して、神経幹細胞の分化を誘導する方法。
- 神経幹細胞に、ニューロカンのコンドロイチナーゼ分解により得られるタンパク質を添加して、神経幹細胞の分化を誘導する方法。
- 前記コンドロイチナーゼは、コンドロイチナーゼABC又はコンドロイチナーゼACである請求項1〜4のいずれかに記載の分化誘導方法。
- コリン作動性ニューロン、GABA作動性ニューロン、及びグルタミン酸作動性ニューロンを分化誘導する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 神経幹細胞及び/又は神経前駆体細胞を、ニューロスフェア法で培養したならし培地(conditioned medium)及びコンドロイチナーゼを含有する神経幹細胞分化誘導培地。
- 前記コンドロイチナーゼは、コンドロイチナーゼABC又はコンドロイチナーゼACである請求項7に記載の神経幹細胞分化誘導培地。
- 神経幹細胞の基本培地に塩基性繊維芽細胞増殖因子、上皮増殖因子又は白血球遊走阻止因子が添加された培地にて、ニューロスフェア法で培養した神経幹細胞及び/又は神経前駆体細胞が分泌するコンドロイチン硫酸プロテオグリカンに、コンドロイチナーゼを処理して得られるタンパク質を主成分とする神経幹細胞の分化誘導剤。
- 神経幹細胞及び/又は神経前駆体細胞をー夜以上、ニューロスフェア法で培養した神経幹細胞増殖用培地の上清とコンドロイチナーゼを含有する神経幹細胞の分化誘導剤。
- ニューロカン及びコンドロイチナーゼを含む神経幹細胞の分化誘導剤。
- ニューロカンのコンドロイチナーゼ分解により得られるタンパク質を有効成分とする神経幹細胞の分化誘導剤。
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