JP5305066B2 - Method of generating corneal endothelial cells from tissue stem cells / tissue progenitor cells - Google Patents

Method of generating corneal endothelial cells from tissue stem cells / tissue progenitor cells Download PDF

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Description

本発明は、角膜内皮以外の自己組織からの、移植治療での使用のための角膜内皮細胞の生成に関する。特に、本発明は、自己組織由来の組織幹細胞/前駆細胞からの、角膜内皮細胞の生成に関する。   The present invention relates to the generation of corneal endothelial cells for use in transplantation therapy from autologous tissues other than corneal endothelium. In particular, the present invention relates to the generation of corneal endothelial cells from autologous tissue-derived tissue stem / progenitor cells.

眼球は、視覚を司る感覚器の主要部である。眼球は角膜及び強膜という厚く強靭な膜状組織によりその形状が支えられている。角膜は眼球の前面に位置し、透明で、一般に黒目と呼ばれる部分を覆っている。強膜は、不透明で、一般に白目と呼ばれる部分と、外部からは視認できない眼球の後方の大部分を覆っている。角膜の後面には、写真機のしぼりにあたる虹彩(虹彩の中央には瞳孔が開いている)、及びレンズにあたる水晶体が存在する。つまり、角膜は、生体が視覚情報を得る際に光が通る通路の前面に位置する。したがって、損傷等により角膜に濁りが生じることは、視覚機能に重大な影響を及ぼす。   The eyeball is the main part of the sensory organ that controls vision. The shape of the eyeball is supported by a thick and strong membranous tissue called cornea and sclera. The cornea is located in front of the eyeball, is transparent, and covers a part commonly called the black eye. The sclera is opaque and covers a portion generally called white eyes and most of the back of the eyeball that cannot be seen from the outside. On the posterior surface of the cornea, there is an iris (a pupil is open at the center of the iris) corresponding to the squeezing of the camera, and a lens corresponding to the lens. That is, the cornea is positioned in front of a passage through which light passes when the living body obtains visual information. Therefore, the turbidity of the cornea due to damage or the like has a significant effect on visual function.

角膜は、組織学的には、外表面側から、角膜上皮、角膜実質、及び角膜内皮の3層からなる構造を有する。上記のとおり視覚機能に重要な角膜の透明性は、角膜内皮の働きにより維持されている。角膜と虹彩の間には、前房(前眼房)と呼ばれる空間が存在し、前房は前房水と呼ばれる一種のリンパ液により満たされている。角膜内皮は、角膜を形成する細胞の生存に必要な物質(グルコース、酸素など)を前房水から取り込み、また角膜中の余分な水分を前房へと排出することで、角膜厚を一定に保ち、かつ角膜の透明性を維持している。角膜内皮のこれらの働きは、ポンプ機能(Na/K ATPアーゼ)及びバリア機能(タイトジャンクションタンパク質(ZO−1))により制御されている。 The cornea histologically has a structure composed of three layers of the corneal epithelium, the corneal stroma, and the corneal endothelium from the outer surface side. As described above, the transparency of the cornea, which is important for visual function, is maintained by the action of the corneal endothelium. A space called an anterior chamber (anterior chamber) exists between the cornea and the iris, and the anterior chamber is filled with a kind of lymph fluid called anterior chamber water. The corneal endothelium keeps the corneal thickness constant by taking up substances necessary for the survival of the cells that form the cornea (glucose, oxygen, etc.) from the anterior chamber water and discharging excess water in the cornea to the anterior chamber. And maintaining the transparency of the cornea. These functions of the corneal endothelium are controlled by a pump function (Na + / K + ATPase) and a barrier function (tight junction protein (ZO-1)).

角膜内皮細胞の減少などにより角膜内皮の機能が障害されると、上記の角膜内皮の水分排出能が低下し、角膜実質部に浮腫が生じる。これは角膜の透明性の低下を招き、したがって視力を低下させる。このような状態は、「水疱性角膜症」と呼ばれている。水疱性角膜症は、例えば、正常では約3,000細胞/mmの角膜内皮細胞密度が、500細胞/mm以下にまで減少した場合に起こり得る。 When the function of the corneal endothelium is impaired due to a decrease in corneal endothelial cells or the like, the water discharging ability of the corneal endothelium is reduced, and edema occurs in the corneal stroma. This leads to a decrease in the transparency of the cornea and thus a loss of visual acuity. Such a condition is called “bullous keratopathy”. Bullous keratopathy can occur, for example, when the normal corneal endothelial cell density of about 3,000 cells / mm 2 is reduced to 500 cells / mm 2 or less.

角膜内皮は、成体では増殖しないことが知られている。つまり、なんらかの傷害により角膜内皮細胞が減少した場合、角膜内皮細胞層は自己再生することができない。したがって、上記の水疱性角膜症などのように重篤な角膜内皮の損傷は、移植によってのみ治療可能である。   The corneal endothelium is known not to grow in adults. That is, when corneal endothelial cells are reduced by some injury, the corneal endothelial cell layer cannot self-regenerate. Therefore, severe corneal endothelium damage such as the above bullous keratopathy can be treated only by transplantation.

角膜内皮損傷患者は、現在は全層角膜移植により処置されている。全層角膜移植は、確立された技術であり、約40年前に日本にもアイバンクが設立され、移植活動が始められた。しかしながら、日本のアイバンクはいまだドナー数が少なく、日本国内で角膜移植の必要な患者が年間約2万人発生するのに対し、実際に移植治療を行うことができる患者は約1/10の2千人程度でしかないと言われている。このような深刻なドナー不足の問題に加えて、ドナー角膜を用いる角膜移植(他家移植)は、拒絶反応という問題を有し、その長期治療成績は良好ではない。   Patients with corneal endothelium injury are currently treated with full-thickness corneal transplants. Full-thickness corneal transplantation is an established technique, and eye bank was established in Japan about 40 years ago, and transplantation activities started. However, the eye bank in Japan still has a small number of donors, and about 20,000 patients need corneal transplantation in Japan every year, whereas about 1/10 patients can actually undergo transplantation treatment. It is said that there are only about 2,000 people. In addition to the serious donor shortage problem, corneal transplantation using a donor cornea (transplant) has a problem of rejection and its long-term treatment results are not good.

上記のような全層角膜移植の課題を解消するために、種々の試みがなされている。
そのような試みの1つは、DSEK(Descemet Stripping Endotherial Keratoplasty)である。これは、ヒト輸入アイバンクなどから入手した角膜の角膜内皮(角膜実質を一部含む)を採取し、疾患眼に移植する方法である。角膜内皮のみを移植するため、全層角膜移植に比べると拒絶反応が少ないと考えられている。
Various attempts have been made to solve the above-mentioned problems of full-thickness corneal transplantation.
One such attempt is DSEK (Descemet Stripping Endotherial Keratoplasty). In this method, corneal endothelium (including part of the corneal stroma) obtained from a human imported eye bank or the like is collected and transplanted to a diseased eye. Since only the corneal endothelium is transplanted, it is considered that there is less rejection compared to full-thickness corneal transplantation.

また、角膜内皮の再生医療に関する公知技術としては、培養角膜内皮細胞を用いる試みが報告されている。これまでに、ヒト輸入アイバンク角膜から角膜内皮細胞を単離し、培養により増殖させた後、ウサギの角膜内皮障害モデル(非特許文献1及び2)、又はサルの角膜内皮障害モデル(非特許文献3)に移植する方法が報告されており、いずれも透明性や角膜厚の改善が認められている。これらの技術では、1つのヒト輸入アイバンク角膜から多数の培養角膜内皮を作製することが可能であるため、ドナー不足の問題を解消できる可能性がある。   In addition, as a known technique related to regenerative medicine for corneal endothelium, attempts to use cultured corneal endothelial cells have been reported. So far, after isolating corneal endothelial cells from human imported eyebank cornea and proliferating them by culture, rabbit corneal endothelial injury model (Non-patent Documents 1 and 2) or monkey corneal endothelial disorder model (Non-patent Document) The method of transplantation is reported in 3), and in both cases, improvement in transparency and corneal thickness has been observed. With these techniques, it is possible to produce a large number of cultured corneal endothelium from one human imported eye bank cornea, which may solve the problem of donor shortage.

上記のいずれの報告においても、移植材料の供給源としては角膜内皮そのものを用いている。しかし、角膜内皮損傷を有する患者自身から角膜内皮材料を採取することは現実的ではないため、臨床応用を考えた場合、健常な他家角膜(ドナー角膜)を用いることとなる。そのため、上記の試みではドナー不足の問題及び他家由来であるための拒絶反応の問題を根本的に解決することができない。   In any of the above reports, the corneal endothelium itself is used as a source of transplant material. However, since it is not realistic to collect corneal endothelial material from a patient who has corneal endothelial injury, a healthy allogeneic cornea (donor cornea) is used when considering clinical application. For this reason, the above-mentioned attempts cannot fundamentally solve the problem of donor shortage and the problem of rejection due to being from other families.

Sumide T. et al.,FASEB J. 2006 Feb;20(2):392−4.(Epub:2005,Dec.9).Sumide T. et al. , FASEB J. et al. 2006 Feb; 20 (2): 392-4. (Epub: 2005, Dec. 9). Mimura T. et al.,Curr Eye Res. 2007 Jul−Aug;32(7−8):617−23.Mimura T. et al. Curr Eye Res. 2007 Jul-Aug; 32 (7-8): 617-23. Koizumi N. et al.,Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007 Oct;48(10):4519−26.Koizumi N. et al. et al. , Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007 Oct; 48 (10): 4519-26.

角膜移植の対象となる患者の数は、全世界で100万人、日本国内で数万人と推定され、そのうち、角膜内皮の障害により生じる水疱性角膜症患者が約80%を占めている。上記のとおり、角膜内皮は自己再生することができないため、角膜内皮の損傷の処置には移植が必要である。しかしながら、現在行われている全層角膜移植は、深刻なドナー不足の問題及び拒絶反応の問題を有している。さらに、これらの問題を解決するために現在までに行われている種々の試みは、いずれも移植材料の供給源として角膜内皮を用いるものであるため、他家材料を用いることが必要である。したがって、これらの試みによってはドナー不足及び拒絶反応の問題を解決することができない。   The number of patients targeted for corneal transplantation is estimated to be 1 million worldwide and tens of thousands in Japan, of which about 80% are bullous keratopathy patients caused by corneal endothelium damage. As described above, since the corneal endothelium cannot self-renew, transplantation is required for the treatment of corneal endothelium damage. However, the current full-thickness corneal transplantation has serious donor shortage problems and rejection problems. Furthermore, since various attempts made so far to solve these problems use the corneal endothelium as a source of transplant material, it is necessary to use a non-family material. Thus, these attempts cannot solve the problem of donor shortage and rejection.

本発明は、角膜内皮以外の供給源から、角膜内皮損傷患者への移植に用い得る自己由来細胞を生成することにより、上記のドナー不足及び拒絶反応の問題を克服し、角膜内皮損傷の治療のための有効で入手容易な移植材料を提供することを目的とする。   The present invention overcomes the above-mentioned donor deficiency and rejection problems by generating autologous cells that can be used for transplantation into corneal endothelial injury patients from a source other than the corneal endothelium, and is used to treat corneal endothelial injury. An object of the present invention is to provide an effective and readily available transplant material.

本発明者らは、容易に採取可能である、虹彩、皮膚をはじめとする全身の生体組織に由来する組織幹細胞/前駆細胞を、トランスフォーミング増殖因子β(TGF−β)を添加した培地中で接着培養することにより、これらの細胞を角膜内皮細胞へ分化誘導することが可能であることを初めて見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors can easily collect tissue stem cells / progenitor cells derived from living body tissues such as iris and skin, and a medium supplemented with transforming growth factor β 2 (TGF-β 2 ). It was found for the first time that these cells can be induced to differentiate into corneal endothelial cells by adhesion culture in the present invention, and the present invention has been completed.

具体的には、本発明は、以下の特徴を有する:
(1)角膜内皮細胞の生成方法であって、
(a)哺乳動物組織由来の細胞を浮遊培養し、スフェアを形成させるステップ;及び
(b)該スフェア又は該スフェアを構成する細胞を、培養基体に接着させ、TGF−βの存在下で培養することにより、角膜内皮細胞への分化を誘導するステップ
を含む、上記方法。
Specifically, the present invention has the following features:
(1) A method for producing corneal endothelial cells,
(A) suspended cultured cells derived from mammalian tissues, a step to form a sphere; the cells constituting the and (b) said spheres or the spheres to adhere to the culture substrate, cultured in the presence of TGF-beta 2 The method comprising the step of inducing differentiation into corneal endothelial cells.

(2)前記スフェアを構成する細胞が、組織幹細胞/前駆細胞の特異的マーカーを発現していることを確認するステップをさらに含む、上記(1)に記載の方法。
(3)前記スフェアを構成する細胞が、神経堤幹細胞の特異的マーカーを発現していることを確認するステップをさらに含む、上記(1)又は(2)に記載の方法。
(2) The method according to (1), further comprising the step of confirming that the cells constituting the sphere express a specific marker for tissue stem cells / progenitor cells.
(3) The method according to (1) or (2) above, further comprising the step of confirming that the cells constituting the sphere express a specific marker for neural crest stem cells.

(4)ステップ(b)でのTGF−βの濃度が少なくとも1ng/mLである、上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の方法。
(5)前記哺乳動物組織が、虹彩実質、角膜実質、皮膚、表皮、骨髄、腸管上皮、心筋、血管内皮及び脂肪組織からなる群より選択される、上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の方法。
(6)前記哺乳動物組織が虹彩実質である、上記(5)に記載の方法。
(4) the concentration of TGF-beta 2 in step (b) is at least 1 ng / mL, the method according to any one of the above (1) to (3).
(5) Any of (1) to (4) above, wherein the mammalian tissue is selected from the group consisting of iris parenchyma, corneal stroma, skin, epidermis, bone marrow, intestinal epithelium, myocardium, vascular endothelium and adipose tissue The method according to one.
(6) The method according to (5) above, wherein the mammalian tissue is iris substance.

本発明によれば、角膜内皮以外の供給源から、角膜内皮損傷患者への移植に用い得る自己由来細胞を生成することが可能となり、これにより角膜内皮損傷の治療に伴うドナー不足及び拒絶反応の問題を回避することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to produce | generate the autologous cell which can be used for a transplant to a corneal-endothelial injury patient from sources other than a corneal endothelium, Thereby, the donor shortage and rejection reaction accompanying the treatment of corneal-endothelial injury. The problem can be avoided.

本発明は、成体組織由来の細胞から、角膜内皮細胞への分化を誘導する方法に関する。
以下の実施例で示されるとおり、本発明者らは、TGF−βが組織幹細胞/前駆細胞から角膜内皮細胞への分化を特異的に誘導し得ることを見出した。
The present invention relates to a method for inducing differentiation of adult tissue-derived cells into corneal endothelial cells.
As shown in the Examples below, the present inventors have found that the TGF-beta 2 can be specifically induced differentiation into corneal endothelial cells from tissue stem cells / progenitor cells.

一実施形態では、本発明の方法は、
(a)哺乳動物組織由来の細胞を浮遊培養し、スフェアを形成させるステップ;及び
(b)該スフェア又は該スフェアを構成する細胞を、培養基体に接着させ、トランスフォーミング増殖因子β(TGF−β)の存在下で培養することにより、角膜内皮細胞への分化を誘導するステップ
を含む。
In one embodiment, the method of the invention comprises:
(A) suspension-culturing cells derived from mammalian tissue to form spheres; and (b) adhering the spheres or cells constituting the spheres to a culture substrate, and transforming growth factor β 2 (TGF- Inducing differentiation into corneal endothelial cells by culturing in the presence of β 2 ).

TGF−βは、線維芽細胞などにより産生され、胚性幹細胞を心筋細胞などに分化させる働きが知られているが(Singla DK. et al.,Biochem Biophys Res Commun. 2005,332(1):135−41)、組織幹細胞/前駆細胞からの角膜内皮細胞への分化に関与していることは全く知られていない。 TGF-beta 2 is produced by such fibroblasts, but serves to differentiate the embryonic stem cells such as cardiomyocytes are known (Singla DK. Et al., Biochem Biophys Res Commun. 2005,332 (1) : 135-41), it is not known at all to be involved in the differentiation of tissue stem cells / progenitor cells into corneal endothelial cells.

本発明の方法に用いるTGF−βは、細胞が由来する哺乳動物由来のアミノ酸配列を有することが望ましい。例えば、ヒト組織から単離した細胞を角膜内皮細胞へと分化させる場合には、ヒト由来TGF−βを用いることが望ましい。TGF−βは、動物組織から精製されたものでもよいし、これをコードする塩基配列を用いて培養細胞などから組み換え的に産生させ、続いて精製されたものでもよい。ヒト由来の配列を有する遺伝子組み換えTGF−βは、例えばR&D SYSTEMS社から市販されている。 TGF-beta 2 for use in the method of the present invention, it is desirable to have the amino acid sequences from mammalian cells will be derived. For example, in the case of differentiating the isolated cells from human tissues and corneal endothelial cells, it is desirable to use a human-derived TGF-β 2. TGF-beta 2 may be those purified from animal tissues, recombinantly raised from such cell culture using a nucleotide sequence encoding, or one which is subsequently purified. Recombinant TGF-beta 2 having the sequence of human origin, for example, are commercially available from R & D SYSTEMS Inc..

本発明の方法を用いることにより、角膜内皮以外の自己由来組織から、角膜内皮損傷の治療に用い得る移植材料を調製することができる。これにより、角膜移植に伴う上記の課題(ドナー不足及び拒絶反応)を回避することができる。   By using the method of the present invention, a transplant material that can be used for the treatment of corneal endothelial injury can be prepared from autologous tissues other than the corneal endothelium. Thereby, said subject (donor shortage and rejection reaction) accompanying corneal transplantation can be avoided.

本明細書において、「自己由来」とは、細胞又は組織が、移植治療の対象となる個体に由来することを意味する。自己由来移植材料を用いることにより、移植治療に伴う拒絶反応の問題を回避することができる。また、自己由来移植材料を用いることは、外来性の病原体の感染を防ぐという点でも有利である。   In the present specification, “self-derived” means that a cell or tissue is derived from an individual to be transplanted. By using the autologous transplant material, the problem of rejection associated with transplantation treatment can be avoided. The use of autologous transplant material is also advantageous in that it prevents infection by exogenous pathogens.

本発明において「スフェア」(sphere)とは、当該技術分野で通常用いられる意味を有する。この用語は、典型的には細胞接着のためのコーティングを施していないプラスチック製培養容器などの、非接着性培養基体上で、適切な培地を用いて培養した細胞により形成される、浮遊細胞塊を意味する。   In the present invention, “sphere” has a meaning usually used in the art. The term refers to a suspended cell mass formed by cells cultured in a suitable medium on a non-adhesive culture substrate, such as a plastic culture vessel that is typically not coated for cell adhesion. Means.

以下に例示するものなどのスフェア培養法によりスフェアを形成する細胞は、神経幹細胞などの組織幹細胞/前駆細胞の特徴を有することが知られている。   Cells that form spheres by sphere culture methods such as those exemplified below are known to have characteristics of tissue stem cells / progenitor cells such as neural stem cells.

組織由来の細胞からスフェアを形成させる方法は、当該技術分野で周知である(例えば、Yoshida et al.,STEM CELLS,2006,24:2714−2722;Wong et al.,J. Cell Biol.,2006,175(6):1005−1015などを参照されたい)。具体的には、例えば、採取した動物組織をトリプシン又はコラゲナーゼ等を用いて処理して単一細胞懸濁液とし、得られた細胞を、表皮増殖因子(EGF)、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)及びN2 supplementを添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)/F12培地にて、非コーティングプラスチックディッシュ中で5〜14日間培養する。   Methods for forming spheres from tissue-derived cells are well known in the art (eg, Yoshida et al., STEM CELLS, 2006, 24: 2714-2722; Wong et al., J. Cell Biol., 2006). 175 (6): 1005-1015, etc.). Specifically, for example, the collected animal tissue is treated with trypsin or collagenase to obtain a single cell suspension, and the obtained cells are treated with epidermal growth factor (EGF), basic fibroblast growth factor. Culture in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) / F12 medium supplemented with (bFGF) and N2 supplement in an uncoated plastic dish for 5-14 days.

本発明の方法のステップ(b)では、ヘパラン硫酸、デルマタン硫酸、I型コラーゲン、III型コラーゲン、IV型コラーゲン、V型コラーゲン、又はラミニンなどでコーティングされた培養基体上で細胞を培養することにより、該細胞を該基体に接着させる。   In step (b) of the method of the present invention, cells are cultured on a culture substrate coated with heparan sulfate, dermatan sulfate, type I collagen, type III collagen, type IV collagen, type V collagen, laminin or the like. The cells are allowed to adhere to the substrate.

本発明において、細胞培養に用いる培地は、目的とする細胞(組織幹細胞/前駆細胞又は角膜内皮細胞)が正常に生育し得るものであれば特に制約されないが、最終的に生成された角膜内皮細胞をヒトでの移植に用いる場合、培地成分の由来が明確なもの、又は医薬品としての使用が認められている成分からなるものが望ましい。   In the present invention, the medium used for cell culture is not particularly limited as long as the target cell (tissue stem cell / progenitor cell or corneal endothelial cell) can grow normally, but the corneal endothelial cell finally produced is not limited. When the is used for transplantation in humans, it is desirable that the medium components have a clear origin or components that have been approved for use as pharmaceuticals.

細胞培養のための温度及びCO濃度等の条件は、用いる細胞の性質に応じて適宜設定されるが、一般に4〜6%CO、33〜37℃、特に5%CO、37℃程度とする。 Conditions such as temperature and CO 2 concentration for cell culture are appropriately set according to the properties of the cells used, but generally 4 to 6% CO 2 , 33 to 37 ° C., particularly about 5% CO 2 and 37 ° C. And

本明細書において、「組織幹細胞/前駆細胞」との用語は、全能性を有する胚性幹細胞(ES細胞)との対比において用いられ、いずれかの組織に特異的に存在する未分化細胞を意味する。   In this specification, the term “tissue stem cell / progenitor cell” is used in comparison with an embryonic stem cell (ES cell) having totipotency, and means an undifferentiated cell that specifically exists in any tissue. To do.

ヒトをはじめとする哺乳動物の胚発生の過程では、外胚葉から形成された神経管の一部の細胞が、神経堤(神経冠;neural crest)と呼ばれる細胞の集合体を形成する。この神経堤に含まれる細胞が、将来、末梢神経のニューロン及びグリア細胞、並びに頭部の多くの結合組織を形成する。近年、組み換えマウスを用いた実験から、角膜内皮細胞が神経堤に由来することが明らかとなった(Gage et al.,Invest.Ophthalmol.Vis.Sci.,2005,46:4200−4208)。また一方で、神経堤は間葉系幹細胞と呼ばれる未分化細胞の発生源でもあることが報告されている(Takashima Y. et al.,Cell.2007,129(7):1377−88)。   In the process of embryonic development in mammals including humans, some cells of the neural tube formed from the ectoderm form a collection of cells called neural crest (neural crest). The cells contained in this neural crest will in the future form peripheral nerve neurons and glial cells and many connective tissues of the head. Recently, experiments using recombinant mice revealed that corneal endothelial cells were derived from neural crest (Gage et al., Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., 2005, 46: 4200-4208). On the other hand, it has been reported that the neural crest is also a source of undifferentiated cells called mesenchymal stem cells (Takashima Y. et al., Cell. 2007, 129 (7): 1377-88).

現在、本発明の属する技術分野では、成体組織において、神経堤由来細胞の性質を有する未分化細胞(神経堤幹細胞)及び間葉系組織に分化し得る未分化細胞(間葉系幹細胞)が存在することが一般に認識されている。本明細書中、神経堤幹細胞又は間葉系幹細胞は、上記の組織幹細胞/前駆細胞に包含される。組織幹細胞/前駆細胞は全身の組織に存在することが知られており、例えば、上記の神経堤幹細胞又は間葉系幹細胞の性質を有する細胞が、虹彩実質、角膜実質、皮膚、表皮、骨髄、腸管上皮、心筋、血管内皮及び脂肪組織などの多数の組織に存在することが示されている(Yoshida S. et al.,Stem Cells 2006,24(12):2714−2722;Wong C.E. et al.,J.Cell Biol.,2006,75(6):1005−1015;Fuchs E. et al.,Cell,2004,116:769−778;Spradling A. et al.,Nature,2001:414:98−104;Tomita Y. et al.,J. Cell Biol.,2005,170(7):1135−46;Ishikawa M. et al.,Stem Cells Dev.,2004,13(4):344−9;Boquest AC. et al.,Methods Mol Biol.,2006,325:35−46)。   At present, in the technical field to which the present invention belongs, there are undifferentiated cells (neural crest stem cells) having properties of neural crest-derived cells and undifferentiated cells (mesenchymal stem cells) that can differentiate into mesenchymal tissues in adult tissues. It is generally recognized that In the present specification, neural crest stem cells or mesenchymal stem cells are included in the tissue stem cells / progenitor cells described above. Tissue stem cells / progenitor cells are known to be present in systemic tissues. For example, cells having the properties of neural crest stem cells or mesenchymal stem cells described above are iris stroma, corneal stroma, skin, epidermis, bone marrow, It has been shown to be present in numerous tissues such as intestinal epithelium, myocardium, vascular endothelium and adipose tissue (Yoshida S. et al., Stem Cells 2006, 24 (12): 2714-2722; Wong CE. et al., J. Cell Biol., 2006, 75 (6): 1005-1015; Fuchs E. et al., Cell, 2004, 116: 769-778; Splatling A. et al., Nature, 2001: 414. : 98-104; Tomita Y. et al., J. Cell Biol., 200 5, 170 (7): 1135-46; Ishikawa M. et al., Stem Cells Dev., 2004, 13 (4): 344-9; Boquest AC. Et al., Methods Mol Biol., 2006, 325: 35-46).

したがって、本発明の方法は、神経堤幹細胞又は間葉系幹細胞をはじめとする、組織幹細胞/前駆細胞を含むこれらのいずれの組織を用いても行うことができる。   Therefore, the method of the present invention can be performed using any of these tissues including tissue stem / progenitor cells, including neural crest stem cells or mesenchymal stem cells.

本発明の方法の一実施形態では、哺乳動物組織は、虹彩実質、角膜実質、皮膚、表皮、骨髄、腸管上皮、心筋、血管内皮及び脂肪組織からなる群より選択される。好適には、哺乳動物組織は、虹彩実質である。   In one embodiment of the method of the present invention, the mammalian tissue is selected from the group consisting of iris parenchyma, corneal stroma, skin, epidermis, bone marrow, intestinal epithelium, myocardium, vascular endothelium and adipose tissue. Preferably, the mammalian tissue is iris parenchyma.

上記の各組織は、従来技術で用いられる角膜内皮組織そのものとは異なり、角膜内皮損傷を患った患者からも採取可能である。したがって、本発明の方法を用いることにより、角膜内皮損傷患者への移植に用いるための角膜内皮細胞を、自己由来の組織から取得することができる。   Each of the above tissues can be collected from a patient suffering from corneal endothelial injury, unlike the corneal endothelial tissue itself used in the prior art. Therefore, by using the method of the present invention, corneal endothelial cells for use in transplantation to corneal endothelial injury patients can be obtained from autologous tissue.

本発明の方法は、好ましい実施形態では、スフェアを構成する細胞が、組織幹細胞/前駆細胞及び/又は神経堤幹細胞の特異的マーカーを発現していることを確認するステップをさらに含む。組織幹細胞/前駆細胞の特異的マーカーは当該技術分野で公知であり、例えば、ABCG2、Nestinなどが挙げられる。神経堤幹細胞の特異的マーカーもまた当該技術分野で公知であり、例えば、Sox2、Musashi1、Wnt1、Twist、Snail、Sox9などが挙げられる。これらのマーカーうちの複数のものの発現を確認することが望ましく、最も好ましくはABCG2及びNestin、又はSox2及びMusashi1の組み合わせの発現を確認する。   In a preferred embodiment, the method of the present invention further includes the step of confirming that the cells constituting the sphere express a specific marker of tissue stem cells / progenitor cells and / or neural crest stem cells. Specific markers for tissue stem / progenitor cells are known in the art, and include, for example, ABCG2, Nestin and the like. Specific markers of neural crest stem cells are also known in the art, and include, for example, Sox2, Musashi1, Wnt1, Twist, Snail, Sox9 and the like. It is desirable to confirm the expression of a plurality of these markers, most preferably the expression of a combination of ABCG2 and Nestin, or Sox2 and Musashi1.

これらのマーカー遺伝子の発現は、特異的抗体を用いる免疫染色若しくはウエスタンブロット、又はRT−PCRのような公知の手法を用いて検出することができる。免疫染色及びウエスタンブロットに用いられる特異的抗体としては、抗ABCG2抗体(KAMIYA BIOMEDICAL COMPANY社製)、抗Sox2抗体(SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY社製)、抗Nestin抗体(SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY社製)、抗Musashi1抗体(NEUROMICS ANTIBODIES社製)などの市販のものを用いることができる。また、これらのマーカー遺伝子のcDNA塩基配列は公知である(例えば、ヒトABCG2:GenBank登録番号NM_004827;ヒトSox2:GenBank登録番号:NM_003106)。したがって、それら公知の塩基配列を参照して特異的プライマーを設計し、RT−PCRに用いることができる。   The expression of these marker genes can be detected using a known technique such as immunostaining or Western blot using a specific antibody, or RT-PCR. Specific antibodies used for immunostaining and Western blotting include anti-ABCG2 antibody (manufactured by KAMIYA BIOMEDICAL COMPANY), anti-Sox2 antibody (manufactured by SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY), anti-Nestin antibody (manufactured by SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY anti-antibody) Commercially available products such as (NEUROMICS ANTIBODIES) can be used. The cDNA base sequences of these marker genes are known (for example, human ABCG2: GenBank accession number NM_004827; human Sox2: GenBank accession number: NM_003106). Therefore, specific primers can be designed with reference to these known base sequences and used in RT-PCR.

遺伝子発現を解析するための手法については、Sambrook J. et al.,1989, Molecular Cloning:A Laboratory Manual, Second Edition, Books 1−3, Cold Spring Harbor Laboratory Press;Ausubel, F. M. et al.,1995;Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N.Y.;Shevach E. M. and Strober W.,1992,Current Protocols in Immunology, John Wiley & Sons, New York, NYなどを参照されたい。   For methods for analyzing gene expression, see Sambrook J. et al. et al. , 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Books 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory Press; Ausubel, F .; M.M. et al. 1995, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N .; Y. Shevach E .; M.M. and Strober W. , 1992, Current Protocols in Immunology, John Wiley & Sons, New York, NY, and the like.

好ましい実施形態では、特異的マーカーの発現に加えて、BrdUアッセイなどにより細胞増殖能を確認する。BrdUアッセイの手法は公知であり、具体的には、例えば5’−Bromo−2’−deoxyuridine Labeling&Detection Kit I(Roche社)を用いて、製造元の説明書に従い実施する。   In a preferred embodiment, in addition to expression of a specific marker, cell proliferation ability is confirmed by a BrdU assay or the like. The method of BrdU assay is known, and specifically, for example, 5'-Bromo-2'-deoxyuridine Labeling & Detection Kit I (Roche) is used according to the manufacturer's instructions.

本発明の方法のさらなる実施形態では、ステップ(b)でのTGF−βの濃度が少なくとも0.2ng/mL、好ましくは少なくとも1ng/mLである。TGF−βの濃度は、0.2〜400ng/mL、好ましくは1〜200ng/mL、さらに好ましくは5〜100ng/mLの範囲であってもよい。この範囲未満では細胞の分化が十分に起こらない。この範囲を超える濃度では、細胞毒性が生じる可能性がある。 In a further embodiment of the method of the present invention, the concentration of TGF-beta 2 of at least 0.2 ng / mL, at step (b) is preferably at least 1 ng / mL. The concentration of TGF-beta 2 can, 0.2~400ng / mL, preferably 1~200ng / mL, more preferably be in the range of 5-100 ng / mL. Below this range, cell differentiation does not occur sufficiently. At concentrations exceeding this range, cytotoxicity can occur.

本発明において、角膜内皮細胞とは、生体眼球の角膜の最内層に位置する細胞と同様の特性を有する細胞を意味する。そのような特性は、例えば特異的な遺伝子発現により確認することができる。角膜内皮細胞で特異的に発現される遺伝子としては、例えば、VIII型コラーゲン及びN−カドヘリンが挙げられる。これらの両者の発現を確認することが好ましいが、VIII型コラーゲンの発現のみを確認してもよい。これらの遺伝子のcDNA塩基配列は公知である(例えば、ヒトVIII型コラーゲンα1(COL8A1):GenBank登録番号NM_001850;ヒトN−カドヘリン:GenBank登録番号NM_001792)。特異的遺伝子発現を確認する方法は、上記と同様、当該技術分野で周知である。   In the present invention, the corneal endothelial cell means a cell having the same characteristics as a cell located in the innermost layer of the cornea of a living eyeball. Such characteristics can be confirmed, for example, by specific gene expression. Examples of genes specifically expressed in corneal endothelial cells include type VIII collagen and N-cadherin. Although it is preferable to confirm the expression of both of these, only the expression of type VIII collagen may be confirmed. The cDNA base sequences of these genes are known (for example, human type VIII collagen α1 (COL8A1): GenBank accession number NM_001850; human N-cadherin: GenBank accession number NM_001792). Methods for confirming specific gene expression are well known in the art as described above.

また、本発明における角膜内皮細胞は、生体内の角膜内皮細胞と同様に、集合物としては、敷石状の配列を示し、細胞間にタイトジャンクションを形成するという特徴を有する。   Moreover, the corneal endothelial cell in the present invention is characterized by showing a cobblestone-like arrangement as an aggregate and forming a tight junction between the cells, like an in vivo corneal endothelial cell.

本発明は、本発明の方法により生成される角膜内皮細胞にも関する。
角膜内皮細胞から、角膜内皮障害の治療に用い得る移植材料を調製する方法は周知である(Sumide et al.,上掲;Mimura et al.,上掲;Koizumi et al.,上掲)。例えば、研究用輸入アイバンク角膜や動物角膜から角膜内皮細胞を単離し、I型コラーゲンシート又は温度応答性培養ディッシュ上で、FBS、FGF2などを含む培養液中にて培養することにより、培養角膜内皮細胞シートを作製することができる。
The present invention also relates to corneal endothelial cells produced by the method of the present invention.
Methods for preparing transplant materials that can be used to treat corneal endothelial disorders from corneal endothelial cells are well known (Sumide et al., Supra; Mimura et al., Supra; Koizumi et al., Supra). For example, corneal endothelial cells are isolated from a research imported eye bank cornea or animal cornea and cultured in a culture medium containing FBS, FGF2 or the like on a type I collagen sheet or a temperature-responsive culture dish. Endothelial cell sheets can be produced.

したがって、本発明はまた、本発明の方法により得られる角膜内皮細胞から作製される、角膜内皮細胞シートなどの移植用材料にも関する。   Therefore, the present invention also relates to a transplant material such as a corneal endothelial cell sheet prepared from corneal endothelial cells obtained by the method of the present invention.

さらに、本発明は、哺乳動物組織由来の細胞から角膜内皮細胞を生成するためのキットをも包含する。そのようなキットは、少なくとも、TGF−β及び使用説明書を含んでなる。 Furthermore, the present invention also includes a kit for generating corneal endothelial cells from cells derived from mammalian tissue. Such a kit at least comprising a TGF-beta 2 and instructions for use.

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの具体的な実施形態に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these specific embodiments.

組織幹細胞/前駆細胞の単離
ウサギ又はマウス眼球より虹彩組織を採取し、虹彩上皮を機械的に剥離した。ハサミを用いて虹彩実質を細断し、0.1%コラゲナーゼを含むDMEM中で37℃、25〜45分間インキュベートし、組織片が溶解したことを確認した。得られた細胞懸濁液を遠心分離(1,500rpm、5分間)し、ペレットをDMEMで再懸濁し、ナイロンメッシュ(Becton,Dickinson and Company社製、メッシュサイズ:40μm)でろ過することで組織断片を除去した。
Isolation of tissue stem / progenitor cells Iris tissue was collected from rabbit or mouse eyeballs, and the iris epithelium was mechanically detached. The iris parenchyma was shredded with scissors and incubated in DMEM containing 0.1% collagenase at 37 ° C. for 25-45 minutes to confirm that the tissue pieces had dissolved. The resulting cell suspension is centrifuged (1,500 rpm, 5 minutes), the pellet is resuspended in DMEM, and filtered through a nylon mesh (Becton, Dickinson and Company, mesh size: 40 μm). Fragments were removed.

再度遠心分離(1,500rpm、5分間)した後、1×10細胞/mLでスフェア培養用培地(DMEM/F12中、20ng/mL bFGF、20ng/mL EGF、1×N2 supplement)に懸濁し、非接着性培養ディッシュ上にて5%CO、37℃で浮遊培養を行い、3日ごとに培地を交換した。細胞播種7〜10日後、ボール状のスフェアが形成されていることを確認した(一次スフェア;図1a)。 After centrifugation again (1,500 rpm, 5 minutes), the suspension is suspended in sphere culture medium (20 ng / mL bFGF, 20 ng / mL EGF, 1 × N2 supplement in DMEM / F12) at 1 × 10 5 cells / mL. Then, floating culture was performed at 37 ° C. with 5% CO 2 on a non-adhesive culture dish, and the medium was changed every 3 days. 7 to 10 days after cell seeding, it was confirmed that ball-shaped spheres were formed (primary sphere; FIG. 1a).

さらに、0.25%トリプシン・EDTAでの処理によりスフェアをばらし、1×10細胞/mLで再びスフェア培養用培地中に懸濁し、非接着性培養ディッシュ上で5%CO、37℃にて浮遊培養を行い、3日ごとに培地を交換した。7〜10日間培養することにより、二次スフェアを形成させた(二次スフェア;図1b)。このことは、スフェアに含まれる細胞が自己複製能を有することを示唆している。 Furthermore, the spheres were separated by treatment with 0.25% trypsin / EDTA, suspended again in the sphere culture medium at 1 × 10 5 cells / mL, and 5% CO 2 at 37 ° C. on a non-adhesive culture dish. The suspension culture was performed, and the medium was changed every 3 days. Secondary spheres were formed by culturing for 7 to 10 days (secondary spheres; FIG. 1b). This suggests that the cells contained in the sphere have a self-replicating ability.

また、神経堤由来細胞において特異的にGFPを発現する遺伝子組換えマウス(P0−Cre−EGFPマウス;Kanakubo S.et al.,Genes Cells,2006,11:8,919−33)を用いて上記と同様にスフェアを作製したところ、虹彩実質由来スフェアはGFP陽性であり、神経堤由来であることが示された(図1c及びd)。   Moreover, the above-mentioned using a genetically modified mouse (P0-Cre-EGFP mouse; Kanakubo S. et al., Genes Cells, 2006, 11: 8, 919-33) that specifically expresses GFP in neural crest-derived cells. When the spheres were prepared in the same manner as above, the iris parenchyma-derived spheres were GFP-positive, indicating that they were derived from the neural crest (FIGS. 1c and d).

次に、スフェアの増殖能について、以下のようにBrdUアッセイによる検討を行った。5’−Bromo−2’−deoxyuridine Labeling & Detection Kit I(Roche社)を用いた。方法としては、BrdUを培養液中に添加し(10μM)、1時間、37℃でインキュベートした後にスフェアを回収した。スフェアの新鮮凍結切片を作製し、抗BrdU抗体を用いて免疫染色を実施した。結果を図2aに示す。スフェア中に、BrdUを取り込む増殖細胞が存在することが示された(図2a)。   Next, the proliferation ability of the spheres was examined by BrdU assay as follows. 5'-Bromo-2'-deoxyuridine Labeling & Detection Kit I (Roche) was used. As a method, BrdU was added to the culture medium (10 μM), and the spheres were collected after incubation at 37 ° C. for 1 hour. Fresh frozen sections of spheres were prepared and immunostained with anti-BrdU antibody. The result is shown in FIG. It was shown that there are proliferating cells that take up BrdU in the sphere (FIG. 2a).

次に、免疫染色によりスフェアの未分化性について検討した。免疫染色は、スフェアの新鮮凍結切片を作製し、該切片を市販の特異的抗体とインキュベートし(抗ABCG2:BXP−21、KAMIYA BIOMEDICAL COMPANY社製;抗Sox2:Y−17、SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY社製;抗βIII−チュブリン:TUJ−1、R&D SYSTEMS社製;抗Nestin:Rat−401、SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY社製;抗Musashi1:NEUROMICS ANTIBODIES社製)さらに標識二次抗体(それぞれ、ALEXA−568標識抗マウスIgG、ALEXA−568標識抗ヤギIgG、ALEXA−488標識抗マウスIgG、ALEXA−568標識抗ラットIgG、ALEXA−594標識抗ウサギIgG;MOLECULAR PROBES社製)とインキュベートすることにより行い、次いで蛍光顕微鏡にて観察した。それぞれの染色において、HOECHST33342を用いて核染色を行った。   Next, sphere undifferentiation was examined by immunostaining. For immunostaining, fresh frozen sections of spheres were prepared, and the sections were incubated with commercially available specific antibodies (anti-ABCG2: BXP-21, KAMIYA BIOMEDIC COMPANY; anti-Sox2: Y-17, SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY) Anti-βIII-tubulin: TUJ-1, manufactured by R & D SYSTEMS; anti-Nestin: Rat-401, SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY; anti-Musashi1: NEUROMICS ANTIBODIES) and labeled secondary antibody (respectively ALEXA-568 labeled) IgG, ALEXA-568 labeled anti-goat IgG, ALEXA-488 labeled anti-mouse IgG, ALEXA-568 labeled anti-rat IgG, ALEXA-594 labeled anti-rabbit IgG; performed by incubating MOLECULAR PROBES Co.) and, then observed under a fluorescence microscope. In each staining, nuclear staining was performed using HOECHST33342.

ウサギ虹彩実質スフェア中には、幹細胞マーカーであるABCG2及びSox2をそれぞれ発現する細胞が存在した(図2b及びc)。さらに、虹彩実質スフェアを神経誘導培地(DMEM/F12中、1×N2 supplement)中で約7日間接着培養したところ、神経マーカーであるβIII−チュブリンを発現する細胞が見られたことから、スフェアには神経に分化可能な未分化細胞が存在することも示された(図2d)。また、マウス虹彩実質スフェア中にも、同様に幹細胞マーカーであるNestin、Musashi1及びSox2の発現が認められた(図2e〜g)。   In the rabbit iris parenchyma sphere, cells expressing stem cell markers ABCG2 and Sox2 were present, respectively (FIGS. 2b and c). Furthermore, when the iris parenchyma sphere was adherently cultured in a nerve induction medium (1 × N2 supplement in DMEM / F12) for about 7 days, cells expressing the neuronal marker βIII-tubulin were found. It was also shown that there are undifferentiated cells that can differentiate into nerves (FIG. 2d). Similarly, expression of stem cell markers Nestin, Musashi1 and Sox2 was also observed in mouse iris parenchymal spheres (FIGS. 2e-g).

結果
以上のことから、虹彩実質組織から形成させたスフェアを構成する細胞は、神経堤幹細胞の性質を有する組織幹細胞/前駆細胞であることが確認された。
From the above results , it was confirmed that the cells constituting the sphere formed from iris parenchymal tissue were tissue stem cells / progenitor cells having the properties of neural crest stem cells.

角膜内皮細胞への分化誘導
上記のようにしてウサギ虹彩実質由来細胞から形成させたスフェアを、角膜内皮誘導培地(DMEM/F12中、1〜50ng/mL TGF−β、1×N2 supplement)中で、接着培養した。TGF−βは、ヒトTGF−β由来の配列を有し、組み換え的に生成された、市販のものを用いた(R&D SYSTEMS社製)。具体的には、遠心分離(500rpm、1分間)によりスフェア培養用培地からスフェアを取り出し、約10スフェア/mLで角膜内皮誘導培地に加え、I型コラーゲンでコーティングしたプラスチック製培養ディッシュ上に播種し、5%CO、37℃にて9日間インキュベートした(図3a〜c)。分化誘導後、スフェア周辺部より細胞が遊走及び増殖し、角膜内皮細胞に特徴的な多角形の敷石状細胞が出現した(図3b及びc)。
Induction of differentiation into corneal endothelial cells The spheres formed from rabbit iris parenchymal cells as described above were added to corneal endothelium-inducing medium (1-50 ng / mL TGF-β 2 , 1 × N2 supplement in DMEM / F12). Then, adhesion culture was performed. TGF-beta 2 has a sequence derived from the human TGF-beta 2, which is recombinantly produced, using the commercially available (R & D Ltd. SYSTEMS Inc.). Specifically, the spheres are removed from the sphere culture medium by centrifugation (500 rpm, 1 minute), added to the corneal endothelium induction medium at about 10 spheres / mL, and seeded on a plastic culture dish coated with type I collagen. Incubated for 9 days at 37 ° C., 5% CO 2 (FIGS. 3a-c). After differentiation induction, cells migrated and proliferated from the periphery of the sphere, and polygonal paving stones characteristic of corneal endothelial cells appeared (FIGS. 3b and 3c).

角膜内皮機能の一つであるバリア機能を検証するため、タイトジャンクションタンパク質であるZO−1についての免疫染色を行った(抗ZO−1抗体:1A12、ZYMED社製)。結果を図3dに示す。ZO−1が細胞間に発現していることが見て取れる。このことは、虹彩実質由来スフェアから形成させた敷石状の細胞層の細胞間にタイトジャンクションが形成され、したがって角膜内皮の主要な機能であるバリア機能を有し得ることを示している。   In order to verify the barrier function, which is one of corneal endothelial functions, immunostaining was performed for ZO-1, which is a tight junction protein (anti-ZO-1 antibody: 1A12, manufactured by ZYMED). The result is shown in FIG. It can be seen that ZO-1 is expressed between cells. This indicates that tight junctions are formed between the cells of the cobblestone-like cell layer formed from the iris parenchymal sphere, and thus can have a barrier function that is a main function of the corneal endothelium.

分化誘導後の細胞を回収し、定量的RT−PCR法によりマーカー発現を検討した。陰性対照として、TGF−βを加えなかったこと以外は上記と同様に培養した細胞を用い、陽性対照として、ウサギ角膜内皮組織から調製した角膜内皮細胞を用いた。 Cells after differentiation induction were collected, and marker expression was examined by quantitative RT-PCR. As a negative control, except that no addition of TGF-beta 2 using cells cultured in the same manner as described above, was used as a positive control and corneal endothelial cells prepared from rabbit corneal endothelial tissue.

VIII型コラーゲン、N−カドヘリン及びVE−カドヘリンについては、以下のプライマーを用いてリアルタイムRT−PCRを行った。GAPDHは内部標準として用いた。
VIII型コラーゲン
フォワード:GGCGCCTACTATGGGATCAAG(配列番号1)
リバース:GGGCTGGTATTGTGGAATTTGTG(配列番号2)
N−カドヘリン
フォワード:CCTACATATGGCCTTTCCAACACA(配列番号3)
リバース:GGGACTTCGCCATAGAATGTCATG(配列番号4)
VE−カドヘリン
フォワード:GCAGCACTTCTACCACTTCCT(配列番号5)
リバース:GGGATCCGAGGCCAGTAC(配列番号6)
GAPDH
フォワード:CGGTGCACGCCATCAC(配列番号7)
リバース:CCGTCACGCCACAGCTT(配列番号8)
PCR条件は次のとおりである:50℃、2分間;95℃、10分間;95℃、15秒間、60℃、60秒間(45サイクル)。
For type VIII collagen, N-cadherin and VE-cadherin, real-time RT-PCR was performed using the following primers. GAPDH was used as an internal standard.
Type VIII collagen Forward: GGCGCCTACTATGGGATCAAG (SEQ ID NO: 1)
Reverse: GGGCTGGTATTTGTGGAATTTGTG (SEQ ID NO: 2)
N-cadherin Forward: CCTACATATGGCCCTTCCAACACA (SEQ ID NO: 3)
Reverse: GGGACTTCGCCATAATAGTCATG (SEQ ID NO: 4)
VE-cadherin Forward: GCAGCACTTCTCACTACTTCCT (SEQ ID NO: 5)
Reverse: GGGATCCGAGGCCAGTAC (SEQ ID NO: 6)
GAPDH
Forward: CGGTGCACGCCCATCAC (SEQ ID NO: 7)
Reverse: CCGTCACGCCACAGCTT (SEQ ID NO: 8)
PCR conditions are as follows: 50 ° C., 2 minutes; 95 ° C., 10 minutes; 95 ° C., 15 seconds, 60 ° C., 60 seconds (45 cycles).

結果を図4a〜cに示す。角膜内皮特異的マーカーであるVIII型コラーゲン及びN−カドヘリンの発現が検出されたが、一方で血管内皮マーカーであるVE−カドヘリンは発現していなかった(図4a〜c)。   The results are shown in FIGS. Expression of corneal endothelium-specific markers VIII collagen and N-cadherin was detected, whereas vascular endothelial marker VE-cadherin was not expressed (FIGS. 4a-c).

ここで、VIII型コラーゲンは、定量的RT−PCRにおいて、生体組織から採取した角膜上皮細胞と比較して、角膜内皮細胞で約90倍高い発現を示す(図5)。したがって、VIII型コラーゲンは、角膜内皮細胞の特異的マーカーである。   Here, type VIII collagen shows about 90-fold higher expression in corneal endothelial cells compared to corneal epithelial cells collected from living tissue in quantitative RT-PCR (FIG. 5). Thus, type VIII collagen is a specific marker for corneal endothelial cells.

また、Na/K ATPアーゼについて、RT−PCR及び電気泳動による発現の検討を行った。以下のプライマーを用いた。GAPDHは内部標準として用いた。
Na /K ATPアーゼ
フォワード:GAGTGGAAGGAGTTCGTGTGGA(配列番号9)
リバース:TTGAGTTTCTGGACGTGCTGG(配列番号10)
GAPDH
フォワード:GTGCCGAGTACGTGGTGGAATC(配列番号11)
リバース:CCCTCGGATGCCTGCTTCA(配列番号12)
In addition, the expression of Na + / K + ATPase was examined by RT-PCR and electrophoresis. The following primers were used. GAPDH was used as an internal standard.
Na + / K + ATPase Forward: GAGTGGAAGGAGTTCGTTGGA (SEQ ID NO: 9)
Reverse: TTGAGTTTCTGGACGTGCTGG (SEQ ID NO: 10)
GAPDH
Forward: GTGCCGAGTACGTGGTGGAATC (SEQ ID NO: 11)
Reverse: CCCTCGGATGCCCTCTTCA (SEQ ID NO: 12)

PCR条件は次のとおりである:94℃、5分間;94℃、30秒間、60℃、30秒間、72℃、30秒間(30サイクル);72℃、7分間。   PCR conditions are as follows: 94 ° C., 5 minutes; 94 ° C., 30 seconds, 60 ° C., 30 seconds, 72 ° C., 30 seconds (30 cycles); 72 ° C., 7 minutes.

結果を図4dに示す。ポンプ機能の指標であるNa/K ATPアーゼの発現が認められた(図4d)。 The result is shown in FIG. Expression of Na + / K + ATPase, which is an index of pump function, was observed (FIG. 4d).

結果
以上の結果から、虹彩実質由来の組織幹細胞/前駆細胞は、TGF−βを含む培地で分化誘導を行うことにより、角膜内皮細胞に分化し得ることが示された。上記のとおり、角膜内皮細胞から、適切な条件での培養により、角膜内皮損傷の治療のための角膜内皮細胞シートを作製することができる。したがって、この結果は、虹彩実質組織から、角膜内皮損傷の治療に用いることができる移植用材料を作製することが可能であることを明確に示している。
From the results above results, tissue stem cells / progenitor cells derived from iris real by performing a differentiation-inducing medium containing the TGF-beta 2, it has been shown to be capable of differentiating into the corneal endothelial cells. As described above, a corneal endothelial cell sheet for treatment of corneal endothelial injury can be produced from corneal endothelial cells by culturing under appropriate conditions. Therefore, this result clearly shows that it is possible to produce a transplant material that can be used to treat corneal endothelial injury from iris parenchyma.

上記のとおり、神経堤幹細胞をはじめとする組織幹細胞/前駆細胞は、角膜実質、皮膚、表皮、骨髄、腸管上皮、心筋、血管内皮及び脂肪組織などの多数の組織に存在することが示されている(Yoshida S. et al.,上掲;Wong C.E. et al.,上掲;Fuchs E. et al.,上掲;Spradling A. et al.,上掲;Tomita Y. et al.,上掲;Ishikawa M. et al.,上掲;Boquest AC. et al.,上掲)。これらの組織に由来する組織幹細胞/前駆細胞も、上記虹彩実質由来細胞と同様に、角膜内皮細胞への分化が可能であり、したがって角膜内皮損傷の治療のための移植材料の供給源として用いることができる。   As mentioned above, tissue stem / progenitor cells including neural crest stem cells have been shown to be present in many tissues such as corneal stroma, skin, epidermis, bone marrow, intestinal epithelium, myocardium, vascular endothelium and adipose tissue (Yoshida S. et al., Supra; Wong CE et al., Supra; Fuchs E. et al., Supra; Splatling A. et al., Supra; Tomita Y. et al., Supra. Ishikawa M. et al., Supra; Boquest AC. Et al., Supra). Tissue stem cells / progenitor cells derived from these tissues can be differentiated into corneal endothelial cells in the same manner as the above-mentioned iris parenchymal cells, and therefore should be used as a source of transplant material for the treatment of corneal endothelial injury. Can do.

角膜内皮細胞への分化誘導におけるTGF−β の特異的効果
実施例2の分化誘導と同様の方法を用いて、Wnt3a(100ng/mL;R&D SYSTEMS社製)、TGF−β(30ng/mL;R&D SYSTEMS社製)及びBMP2(20ng/mL;R&D SYSTEMS社製)について、角膜内皮細胞への分化誘導能を検討した。これら3種類の因子は、いずれも細胞分化に関与することが知られている。
Using the same method as differentiation inducing TGF-beta 2 specific effect Example 2 in the differentiation induction of corneal endothelial cells, Wnt3a (100ng / mL; R & D Ltd. SYSTEMS Inc.), TGF-β 2 (30ng / mL R & D SYSTEMS) and BMP2 (20 ng / mL; R & D SYSTEMS) were examined for their ability to induce differentiation into corneal endothelial cells. These three types of factors are all known to be involved in cell differentiation.

それぞれ、単独(Wnt3a:w、TGF−β:t、BMP2:b)および、Wnt3a及びTGF−βを同時添加(w+t)、Wnt3aを3日間添加後、さらにTGF−βを添加(w→t)、Wnt3a、TGF−β及びBMP2を同時添加(w+t+b)した。各細胞サンプルについて、培養開始9日後に細胞からmRNAを抽出し、VIII型コラーゲン発現について検討した。 Respectively (Wnt3a: w, TGF-β 2 : t, BMP2: b) and Wnt3a and TGF-β 2 were added simultaneously (w + t), Wnt3a was added for 3 days, and TGF-β 2 was further added (w → t), Wnt3a, and the TGF-β 2 and BMP2 were simultaneously added (w + t + b). For each cell sample, mRNA was extracted from the cells 9 days after the start of culture, and expression of type VIII collagen was examined.

結果を図6に示す。「t」で示したTGF−βでは、単独添加で顕著に高いVIII型コラーゲン発現の誘導が認められる。一方、「w」で示したWnt3aの単独添加、又は「b」で示したBMP2の単独添加では、VIII型コラーゲンの発現誘導は認められなかった。しかし、Wnt3a及び/又はBMP2と同時にTGF−βを添加することにより、VIII型コラーゲン発現を誘導することが可能であった。このことは、TGF−βが、組織幹細胞/前駆細胞から角膜内皮細胞への分化を特異的に誘導し得ることを示している。 The results are shown in FIG. In TGF-beta 2 indicated by "t", it is observed induction of significantly higher VIII collagen expression alone added. On the other hand, when Wnt3a indicated by “w” alone or BMP2 indicated by “b” alone was added, expression induction of type VIII collagen was not observed. However, the addition of Wnt3a and / or BMP2 simultaneously with TGF-beta 2, it was possible to induce type VIII collagen expression. This is, TGF-beta 2 have shown that the tissue stem cells / progenitor cells may specifically induced differentiation into corneal endothelial cells.

本発明の方法により生成される角膜内皮細胞は、角膜移植対象患者の治療のための好適な移植材料であり、再生医療において有用である。   Corneal endothelial cells produced by the method of the present invention are suitable transplant materials for the treatment of corneal transplant patients, and are useful in regenerative medicine.

虹彩実質由来の組織幹細胞/前駆細胞スフェアを表す写真である。a及びbは野生型マウスから得られたスフェアの位相差顕微鏡像である(a:一次スフェア、b:二次スフェア)。c及びdはP0−Cre−EGFPマウスから得られたスフェアの位相差顕微鏡像(c)及び蛍光顕微鏡像(d)である。It is a photograph showing the tissue stem cell / progenitor cell sphere derived from iris parenchyma. a and b are phase contrast microscopic images of spheres obtained from wild-type mice (a: primary sphere, b: secondary sphere). c and d are phase contrast microscopic images (c) and fluorescent microscopic images (d) of spheres obtained from P0-Cre-EGFP mice. ウサギ虹彩実質由来スフェアの特性を表す写真である。a:BrdUアッセイ、b:ABCG2免疫染色像、c:Sox2免疫染色像、d:神経誘導培地中で接着培養後のβIII−チュブリン免疫染色像。It is the photograph showing the characteristic of a rabbit iris parenchymal origin sphere. a: BrdU assay, b: ABCG2 immunostained image, c: Sox2 immunostained image, d: βIII-tubulin immunostained image after adhesion culture in nerve induction medium. マウス虹彩実質由来スフェアの特性を表す写真である。e:Nestin免疫染色像、f:Musashi1免疫染色像、g:Sox2免疫染色像。It is the photograph showing the characteristic of a mouse iris parenchymal origin sphere. e: Nestin immunostained image, f: Musashi1 immunostained image, g: Sox2 immunostained image. 虹彩実質由来スフェアからの角膜内皮細胞への分化誘導を表す写真である。a〜c:位相差顕微鏡像(a:分化誘導3日後、b:分化誘導6日後、c:分化誘導9日後)、d:ZO−1免疫染色像。It is a photograph showing the differentiation induction to the corneal endothelial cell from an iris parenchymal origin sphere. a to c: Phase contrast microscopic images (a: 3 days after differentiation induction, b: 6 days after differentiation induction, c: 9 days after differentiation induction), d: ZO-1 immunostained image. 虹彩実質由来スフェアからの分化誘導により得られた角膜内皮細胞の遺伝子発現解析を表す図である。a:VIII型コラーゲン、b:N−カドヘリン、c:VE−カドヘリン、d:Na/K ATPアーゼ。a〜cのデータは、GAPDHについて得られた増幅量との比として表している。It is a figure showing the gene expression analysis of the corneal endothelial cell obtained by the differentiation induction from an iris parenchymal origin sphere. a: Type VIII collagen, b: N-cadherin, c: VE-cadherin, d: Na + / K + ATPase. The data of a to c are expressed as a ratio with the amplification amount obtained for GAPDH. VIII型コラーゲンが角膜内皮細胞の特異的マーカーであることを表すグラフである。定量的RT−PCRにおいて、VIII型コラーゲンは、角膜上皮(「角膜上皮(vivo)」)と比較して、角膜内皮組織由来細胞(「角膜内皮(vivo)」)において90倍、培養角膜内皮(「角膜内皮(vitro)」)において125倍高いmRNA発現が見られた。It is a graph showing that type VIII collagen is a specific marker of corneal endothelial cells. In quantitative RT-PCR, type VIII collagen is 90 times more in corneal endothelial tissue-derived cells ("vivo") compared to corneal epithelium ("corneal epithelium (vivo)"), cultured corneal endothelium ("vivo"). 125-fold higher mRNA expression was found in the “corneal endothelium”. TGF−βが、組織幹細胞/前駆細胞から角膜内皮細胞への分化を特異的に誘導することを表すグラフである。TGF-beta 2 is a graph showing that specifically induce differentiation into corneal endothelial cells from tissue stem cells / progenitor cells.

配列番号1〜12:プライマー Sequence number 1-12: Primer

Claims (4)

角膜内皮細胞の生成方法であって、
(a)哺乳動物の虹彩実質組織由来の細胞を浮遊培養し、スフェアを形成させるステップ;及び
(b)該スフェア又は該スフェアを構成する細胞を、I型コラーゲンでコーティングされた培養基体に接着させ、TGF−βの存在下で培養することにより、角膜内皮細胞への分化を誘導するステップ
を含む、上記方法。
A method for producing corneal endothelial cells, comprising:
(A) suspension culturing cells derived from mammalian iris parenchyma and forming spheres; and (b) adhering the spheres or cells constituting the spheres to a culture substrate coated with type I collagen. by culturing in the presence of TGF-beta 2, thereby inducing differentiation into corneal endothelial cells, the method described above.
前記スフェアを構成する細胞が、組織幹細胞/前駆細胞の特異的マーカーを発現していることを確認するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, further comprising the step of confirming that the cells constituting the sphere express a specific marker of tissue stem / progenitor cells. 前記スフェアを構成する細胞が、神経堤幹細胞の特異的マーカーを発現していることを確認するステップをさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1, further comprising the step of confirming that the cells constituting the sphere express a specific marker for neural crest stem cells. ステップ(b)でのTGF−βの濃度が少なくとも1ng/mLである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 At least 1 ng / mL concentration of TGF-beta 2 in step (b), the method according to any one of claims 1 to 3.
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