JP5342194B2 - 器官原基形成方法 - Google Patents
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Description
そのため、そのような感染等の問題のない、インビトロ(in vitro)(生体外培養)において、器官形成することが求められている。
<1> 器官原基形成方法であって、
アーリーES細胞を、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分を含む培養液中で培養し、胚様体を形成する胚様体形成工程と、
前記胚様体を、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分を含む培養液中で培養し、胚子様構造体を形成する胚子様構造体形成工程と、
を含むことを特徴とする器官原基形成方法である。
<2> 器官原基が、歯の原基である前記<1>に記載の器官原基形成方法である。
<3> 前記<1>から<2>のいずれかに記載の方法により得られることを特徴とする器官原基である。
<4> 器官原基が、歯の原基である前記<3>に記載の器官原基である。
<器官原基形成方法>
本発明の器官原基形成方法は、胚様体形成工程と、胚子様構造体形成工程とを少なくとも含み、必要に応じて、摘出工程などのその他の工程を含んでなる。
前記胚様体形成工程は、アーリーES細胞を、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液(conditioned medium)に含まれる成分を含む培養液中で培養し、胚様体を形成する工程である。
前記アーリーES細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マウス、ラットなどの齧歯類由来の幹細胞、ブタ、サルやヒトなどの霊長類由来の幹細胞、あるいは、前記動物由来のES細胞、人工多能性幹細胞、組織由来多能性幹細胞などの幹細胞を用いることができる。
前記アーリーES細胞の取得方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ishiwata I et al. Hum Cell 14, 283−291, 2001.に記載の方法により、取得することができる。
前記胚様体形成工程の培養液は、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分(以下、「ETFs(Embryotrophic factors)」と称することがある)を少なくとも含み、必要に応じてその他の成分を含んでいる。
前記培養液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、DMEM/F12、HAM F12、α−MEM、などが挙げられる。
前記ETFsの調製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヒト子宮頸部の扁平上皮癌細胞株(SKG−II)由来の無血清増殖株(SKG−II−SF)を培養し、その培養液を脱塩後、凍結乾燥する方法が挙げられる。
前記ETFsに含まれる成分としては、例えば、IL−1α、IL−1β、IL−2、IL−3、IL−4、IL−5、IL−6、IL−9、IL−10、IL−12、EGF、TNF−α、TGF−α、IGF−I、GH、PDGF−AB、IGF−BP−3、FGF−2、VEGF、LIF、HGF、などが挙げられる。
前記各成分のETFs中の一般的な含有量としては、例えば、以下が挙げられる。
IL−1α(Interleukin−1α)・・・≦3.0pg/mL
IL−1β(Interleukin−1β)・・・100pg/mL〜200pg/mL
IL−2(Interleukin−2)・・・≦5.0pg/mL
IL−3(Interleukin−3)・・・≦31pg/mL
IL−4(Interleukin−4)・・・≦2.0pg/mL
IL−5(Interleukin−5)・・・≦5.0pg/mL
IL−6(Interleukin−6)・・・50pg/mL〜150pg/mL
IL−9(Interleukin−9)・・・400pg/mL〜500pg/mL
IL−10(Interleukin−10)・・・≦5.0pg/mL
IL−12(Interleukin−12)・・・≦7.8pg/mL
EGF(Epidermal growth factor)・・・0.5ng/mL〜2.0ng/mL
TNF−α(Tumor necrosis factor−α)・・・≦5.0pg/mL
TGF−α(Transforming growth factor−α)・・・≦5.0pg/mL
IGF−I(Insulin−like growth factor−I)・・・≦6.3ng/mL
GH(Growth Hormone)・・・0.1ng/mL〜0.5ng/mL
PDGF−AB(Platelet−derived growth factor−AB)・・・450pg/mL〜550pg/mL
IGF−BP−3(Insulin−like growth factor−binding protein−3)・・・≦0.2μg/mL
FGF−2(Fibroblast growth factor−2)・・・35pg/mL〜45pg/mL
VEGF(Vascular endothelial growth factor)・・・1ng/mL〜10ng/mL
LIF(Leukemia inhibitory factor)・・・25pg/mL〜35pg/mL
HGF(Hepatocyte growth factor)・・・0.5ng/mL〜1.5ng/mL
なお、前記ETFsに代えて、前記ETFsに含まれる各成分の市販品を培養液に添加してもよい。
前記胚様体形成工程の培養の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、懸濁培養法が好ましい。
前記培養の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、37℃が好ましい。
前記胚様体形成工程の培養の期間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。通常、懸濁培養法により24時間〜48時間で胚様体が形成される。
前記胚子様構造体形成工程は、前記胚様体を、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分を含む培養液中で培養し、胚子様構造体を形成する工程である。
これにより、胚子様構造体中に器官原基を形成することができる。
前記胚子様構造体形成工程の培養液は、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分(以下、「ETFs(Embryotrophic factors)」と称することがある)を少なくとも含み、必要に応じてその他の成分を含んでいる。
なお、前記ETFsに代えて、前記ETFsに含まれる各成分の市販品を培養液に添加してもよい。
前記胚子様構造体形成工程の培養の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、灌流培養法が好ましい。
図6に、前記灌流培養法に用いる装置の一例の模式図を示す。図6中、61は、灌流培養における空気(5% CO2、95% air)を示し、該空気の流れを矢印で示す。また、62は、培養液を示し、該培養液の流れを矢印で示す。なお、63は、ポリテトラフルオロエチレンチューブを示し、64は、デュアルポンプを示し、65は、ローズチャンバーを示す。
また、図7A、及び図7Bにローズチャンバーの一例の模式図を示す。図7Aは、ローズチャンバーの正面図(前から見た図)である。図7A中、71は、雲母を示し、72は、カバーガラスを示し、73は、シリコンガスケットを示す。図7Bは、ローズチャンバーの平面図(上から見た図)である。
前記培養の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、37℃が好ましい。
前記胚子様構造体形成工程の培養の期間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。通常、1ヶ月程で完全な胚子様構造体が形成される。
−摘出工程−
前記摘出工程は、前記胚子様構造体から器官原基を摘出する工程である。
前記摘出の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明の器官原基形成方法によって得ることができる上記器官原基は、再生医療の原料として好適に用いることができる。
<マウス アーリーES細胞を用いた器官原基の形成>
−マウス アーリーES細胞の準備−
マウス アーリーES細胞は、Ishiwata I et al.Hum Cell 14, 283−291, 2001.に記載の方法に従って準備した。
受精後、通法により過排卵処理をしたマウスの卵管から、2細胞期胚を採取した(図1)。前記2細胞期胚を、ETFsを添加した培養液中で単層培養し、3胚葉胚(図2の21)を誘導した。前記3胚葉胚の胚外に成長(outgrowth)した小型球形細胞群(図2の22)を濾紙法にてコロニアルクローニング(colonial cloning)し、マウス アーリーES細胞を得た。
前記マウス アーリーES細胞を、15%FBS含有DMEM/F12培養液に下記組成のETFsを0.1mL/mL添加した培養液中で、37℃で48〜72時間、懸濁培養(1×106個/drop)し、胚様体を得た。
図3、図4は、懸濁培養の説明図である。図4中、41は、アーリーES細胞塊を示す。
前記ETFsは、ヒト子宮頸部の扁平上皮癌細胞株(SKG−II)の無血清増殖株(SKG−II−SF、理化学研究所バイオリソースセンター細胞銀行、登録番号RCB0685)を、DMEM/F12培地で4日間静置培養し、その順化培養液(conditioned medium)を凍結乾燥、限外濾過により脱塩し、調製した。
前記天然ETFsには、次の成分が含まれていた。
IL−1α ・・・ ≦3.0pg/mL
IL−1β ・・・ 163pg/mL
IL−2 ・・・ ≦5.0pg/mL
IL−3 ・・・ ≦31pg/mL
IL−4 ・・・ ≦2.0pg/mL
IL−5 ・・・ ≦5.0pg/mL
IL−6 ・・・ 104pg/mL
IL−9 ・・・ 453pg/mL
IL−10 ・・・ ≦5.0pg/mL
IL−12 ・・・ ≦7.8pg/mL
EGF ・・・ 1.3ng/mL
TNF−α ・・・ ≦5.0pg/mL
TGF−α ・・・ ≦5.0pg/mL
IGF−I ・・・ ≦6.3ng/mL
GH ・・・ 0.17ng/mL
PDGF−AB ・・・ 510pg/mL
IGF−BP−3 ・・・ ≦0.2μg/mL
FGF−2 ・・・ 37pg/mL
VEGF ・・・ ≧1,000pg/mL
LIF ・・・ 31pg/mL
HGF ・・・ 1.1ng/mL
前記胚様体を、15%FBS含有DMEM/F12培養液に上記組成のETFsを0.1mL/mL添加した培養液中で、37℃で、灌流培養した。
図5は、本実施例で用いた灌流培養装置の説明図である。図5中、51は培養液交換用ウィンドウを示し、52は装置内温度維持センサーを示し、53は培養チャンバー・チャンバーラックを示し、54は灌流用ポンプを示し、55は保温ヒーター付き培養液ボトルを示す。
前記培養28日後には、胚子様構造体の形成が確認された(図8)。また、胚子様構造体内には、表皮・毛包(図9)、気管(図10)、心臓(図11)、網膜(図12)、神経管(図13)、消化管(図14)、骨・軟骨(図15)、歯(図16〜図18)の原基の形成が確認された。
なお、図9中、矢印は、毛包(毛の原基)を示す。図10中、矢印は、気管上皮の線毛を示す。図11中、111は、心筋層を示し、112は、弁を示す。図12中、121は、網膜神経細胞層を示し、122は、網膜の色素上皮層(メラニン色素の沈着)を示す。図15中、151は、骨を示し、152は、軟骨を示す。図16中、161は、歯冠形成期(前期)の歯胚を示す。図18中、181は、エナメル質を示し、182は、象牙質を示し、183は、エナメル芽細胞を示し、184は、象牙芽細胞を示す。
22 小型球形細胞群
41 アーリーES細胞塊
51 培養液交換用ウィンドウ
52 装置内温度維持センサー
53 培養チャンバー・チャンバーラック
54 灌流用ポンプ
55 保温ヒーター付培養液ボトル
61 空気(5% CO2、95% air)
62 培養液
63 ポリテトラフルオロエチレン チューブ
64 デュアル ポンプ
65 ローズ チャンバー
71 雲母
72 カバーガラス
73 シリコンガスケット
111 心筋層
112 弁
121 網膜神経細胞層
122 網膜の色素上皮層(メラニン色素の沈着)
151 骨
152 軟骨
161 歯冠形成期(前期)の歯胚
181 エナメル質
182 象牙質
183 エナメル芽細胞
184 象牙芽細胞
Claims (1)
- 器官原基形成方法であって、
アーリーES細胞を、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分を5体積%〜10体積%含む培養液中で培養し、胚様体を形成する胚様体形成工程と、
前記胚様体を、ヒト子宮頸部扁平上皮癌細胞株の無血清増殖株の順化培養液に含まれる成分を5体積%〜10体積%含む培養液中で培養し、胚子様構造体を形成する胚子様構造体形成工程と、を含み、
前記器官原基が、歯の原基であることを特徴とする器官原基形成方法。
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