JP5408520B2 - Skin model construct - Google Patents

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Description

本発明は、皮膚モデル構築物に関する。より詳しくは、本発明は、皮膚モデル構築物、前記皮膚モデル構築物の製造方法及び皮膚の分化のシミュレーション方法に関する。   The present invention relates to a skin model construct. More specifically, the present invention relates to a skin model construct, a method for producing the skin model construct, and a skin differentiation simulation method.

動物において、細胞分化や形態形成に際しては、種々の因子が発現していることが知られている。例えば、マウスにおいて、集塊状で培養された間充織細胞では、上皮の形態形成が行なわれるが、偏平な細胞形態をとる単層で培養された間充織細胞では、上皮の形態形成が行なわれないことが知られている。マウスにおける前記上皮の形態形成に関与する因子として、集塊状で培養された間充織細胞で産生され、偏平な細胞形態をとる単層で培養された間充織細胞では産生されないエピモルフィンが単離されている(特許文献1を参照)。さらに、前記特許文献1には、マウスのエピモルフィンのホモログとして、ヒトのエピモルフィンが開示されている。   It is known that various factors are expressed in animal differentiation and morphogenesis in animals. For example, in mice, epithelial morphogenesis occurs in mesenchymal cells cultured in agglomerated form, whereas epithelial morphogenesis occurs in mesenchymal cells cultured in a monolayer that assumes a flat cell morphology. It is known not to. As a factor involved in the epithelial morphogenesis in the mouse, epimorphin produced by a mesenchymal cell cultured in agglomerated form and not produced by a mesenchymal cell cultured in a monolayer having a flat cell shape is single. (See Patent Document 1). Further, Patent Document 1 discloses human epimorphin as a homolog of mouse epimorphin.

一方、皮膚の疾患の発症機構の解明や前記疾患の治療又は予防薬の開発には、疾患モデル動物や、三次元培養皮膚モデル(非特許文献1、非特許文献2を参照のこと)が用いられている。   On the other hand, disease model animals and three-dimensional cultured skin models (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2) are used to elucidate the onset mechanism of skin diseases and develop therapeutic or preventive drugs for the diseases. It has been.

しかしながら、前記疾患モデル動物の場合、個体間でのバラツキが大きく、多検体のスクリーニングに十分な再現性を得ることが困難であるという欠点がある。さらに、前記疾患モデル動物の場合、ヒトにおける特定の疾患状態を示すモデルの樹立が困難である場合があり、疾患モデルの種類そのものが少ないという欠点がある。   However, in the case of the disease model animal, there is a drawback that variation among individuals is large and it is difficult to obtain sufficient reproducibility for screening of multiple specimens. Furthermore, in the case of the disease model animal, it may be difficult to establish a model showing a specific disease state in humans, and there is a drawback that there are few types of disease models themselves.

また、非特許文献1及び非特許文献2記載の三次元培養皮膚モデルは、培養法が確立されている正常表皮細胞を、線維芽細胞を含むコラーゲンゲル層などの支持体に播種し、三次元に培養して、層形成を行なうことにより、正常状態の皮膚構造を擬した構造を構築したモデルである。そのため、非特許文献1及び非特許文献2記載の三次元培養皮膚モデルは、前記疾患モデル動物に比べて、モデル間のバラツキが小さいため、多検体のスクリーニングに適した再現性を得ることができる。しかしながら、非特許文献1及び非特許文献2記載の三次元培養皮膚モデルは、製造に際して、層形成による正常状態の皮膚構造を擬した構造の構築に時間がかかるという欠点がある。
特許第2849517号公報 ベル(Bell E)ら、「再構築皮膚の製法(Recipes for reconstituting skin.)」、ジャーナル オブ バイオメカニカル エンジニアリング(Journal of Biomechanical Engineering)、1991年、第113巻、p.113-119 スクープ(Schoop VM)ら、「ヒト皮膚線維芽細胞との器官型培養におけるHaCaTケラチノサイトの表皮形成及び分化(Epidermal organization and differentiation of HaCaT keratinocytesin organotypic coculture with human dermal fibroblasts.)」、ジャーナル オブ インベスティゲイティブ ダーマトロジー(Journal of Investigative Dermatology)、1991年、第112巻、p.343-353
Further, the three-dimensional cultured skin model described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 is a method in which normal epidermal cells for which a culture method is established are seeded on a support such as a collagen gel layer containing fibroblasts. This is a model in which a structure simulating the skin structure in a normal state is constructed by cultivating and layering. Therefore, the three-dimensional cultured skin model described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 has less variation between models compared to the disease model animal, and therefore can obtain reproducibility suitable for screening of multiple specimens. . However, the three-dimensional cultured skin model described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 has a drawback in that it takes time to construct a structure imitating a normal skin structure by layer formation.
Japanese Patent No. 2849517 Bell E et al., “Recipes for reconstituting skin.”, Journal of Biomechanical Engineering, 1991, Vol. 113, pp. 113-119. Schoop VM et al., “Epidermal organization and differentiation of HaCaT keratinocytes in organotypic coculture with human dermal fibroblasts.”, Journal of Investigative Journal of Investigative Dermatology, 1991, 112, p.343-353

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、皮膚モデル構築物を、短時間で簡便に製造することができる、皮膚モデル構築物の製造方法を提供することを1つの目的とする。また、本発明は、短時間で簡便に製造することができ、種々の皮膚状態を簡便に再現することができる、皮膚モデル構築物を提供することを他の目的とする。本発明は、短時間で簡便に皮膚の分化をシミュレーションすることができる、皮膚の分化のシミュレーション方法を提供することをさらに他の目的とする。   This invention is made | formed in view of the said prior art, and it aims at providing the manufacturing method of a skin model construct which can manufacture a skin model construct simply in a short time. Another object of the present invention is to provide a skin model construct that can be easily produced in a short time and that can easily reproduce various skin conditions. It is still another object of the present invention to provide a skin differentiation simulation method that can easily simulate skin differentiation in a short time.

すなわち、本発明の要旨は、
(1) 表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することを特徴とする皮膚モデル構築物の製造方法、
(2) 前記表皮基底細胞が、外因的に核酸が導入された遺伝子導入表皮基底細胞である前記(1)記載の皮膚モデル構築物の製造方法、
(3) 前記支持体が、コラーゲンゲルである前記(1)又は(2)に記載の皮膚モデル構築物の製造方法。
(4) 前記(1)〜(3)いずれかに記載の製造方法により得られる皮膚モデル構築物、
(5) 表皮基底細胞と前記表皮基底細胞の分化細胞とを含む細胞クラスターからなり、
前記細胞クラスターの最表部に形成され、前記表皮基底細胞を含有した基底層と、
前記基底層の内側に形成され、前記表皮基底細胞の分化細胞を含有した分化細胞層と
を有してなり、
前記分化細胞層の内側に空間が形成されてなる皮膚モデル構築物、
(6) 前記分化細胞層が、前記基底層の内側に形成され、有棘細胞を含有した有棘層と、
前記有棘層の内側に形成され、顆粒細胞を含有した顆粒層と、
前記顆粒層の内側に形成された角化層と
からなる前記(5)記載の皮膚モデル構築物、並びに
(7) 表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することを特徴とする皮膚の分化のシミュレーション方法、
に関する。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A method for producing a skin model construct, comprising culturing cell aggregates of epidermal basal cells in a support body containing a component of an extracellular matrix and serving as a scaffold,
(2) The method for producing a skin model construct according to (1), wherein the epidermal basal cells are gene-introduced epidermal basal cells into which a nucleic acid has been introduced exogenously,
(3) The manufacturing method of the skin model structure as described in said (1) or (2) whose said support body is a collagen gel.
(4) A skin model construct obtained by the production method according to any one of (1) to (3),
(5) a cell cluster comprising epidermal basal cells and differentiated cells of the epidermal basal cells,
A basal layer formed on the outermost part of the cell cluster and containing the epidermal basal cells;
A differentiated cell layer formed inside the basal layer and containing differentiated cells of the epidermal basal cell,
A skin model construct in which a space is formed inside the differentiated cell layer,
(6) The spinous layer, wherein the differentiated cell layer is formed inside the basal layer and contains spinous cells;
A granule layer formed inside the barbed layer and containing granule cells;
The skin model construct according to (5), comprising a keratinized layer formed inside the granule layer, and (7) a cell aggregate of epidermal basal cells containing an extracellular matrix component, and a scaffold A method of simulating the differentiation of skin, characterized by culturing in a support body,
About.

本発明の皮膚モデル構築物の製造方法は、皮膚モデル構築物を、短時間で簡便に製造することができるという優れた効果を奏する。また、本発明の皮膚モデル構築物は、短時間で簡便に製造することができ、種々の皮膚状態を簡便に再現することができるという優れた効果を奏する。本発明の皮膚の分化のシミュレーション方法は、短時間で簡便に皮膚の分化をシミュレーションすることができるという優れた効果を奏する。   The method for producing a skin model construct of the present invention has an excellent effect that the skin model construct can be easily produced in a short time. In addition, the skin model construct of the present invention can be easily produced in a short time, and has an excellent effect that various skin states can be easily reproduced. The skin differentiation simulation method of the present invention has an excellent effect that skin differentiation can be simulated easily in a short time.

本発明の皮膚モデル構築物の製造方法は、表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することを特徴としている。したがって、本発明の製造方法は、皮膚モデル構築物を、短時間で簡便に製造することができるという優れた効果を奏する。   The method for producing a skin model construct of the present invention is characterized in that cell aggregates of epidermal basal cells are cultured in a support containing an extracellular matrix component and serving as a scaffold. Therefore, the production method of the present invention has an excellent effect that the skin model construct can be easily produced in a short time.

また、本発明の製造方法では、表皮基底細胞の細胞凝集物を前記支持体内で培養するため、本発明の製造方法は、従来の三次元培養皮膚モデルの製造方法のように、例えば、線維芽細胞を含む支持体を用いることに比べ、より均質化された条件下で行なうことができる。これにより、本発明の製造方法は、皮膚モデル構築物を、再現性よく実質的に均質に製造することができるという優れた効果を奏する。   Further, in the production method of the present invention, cell aggregates of epidermal basal cells are cultured in the support. Therefore, the production method of the present invention is, for example, a fibroblast as in the conventional method of producing a three-dimensional cultured skin model. Compared to using a support containing cells, it can be performed under more homogenized conditions. Thereby, the manufacturing method of this invention has the outstanding effect that a skin model structure can be manufactured substantially homogeneously with high reproducibility.

表皮基底細胞の細胞凝集物は、例えば、表皮基底細胞を細胞との接着性の極めて低い表面上で旋回培養すること、細胞との接着性の極めて低い容器で静置培養することなどにより得られる。前記旋回培養は、水平面上の回転運動を培養容器に負荷することにより行なわれる。なお、前記細胞との接着性は、細胞を播種後、少なくとも1時間、好ましくは細胞塊形成が完了する10時間以上、静置させても表面に接着しない程度であればよい。   Cell aggregates of epidermal basal cells can be obtained, for example, by rotating and culturing epidermal basal cells on a surface with extremely low adhesion to cells, or stationary culture in a container with extremely low adhesion to cells. . The swivel culture is performed by loading a culture vessel with a rotational motion on a horizontal plane. The adhesion to the cells may be such that it does not adhere to the surface even if the cells are allowed to stand for at least 1 hour after seeding, preferably 10 hours or more after completion of cell mass formation.

前記旋回培養における旋回速度は、細胞凝集物を良好に形成させる観点から、好ましくは10rpm以上、より好ましくは50rpm以上であり、細胞の状態を良好に維持する観点から、好ましくは180rpm以下、より好ましくは150rpm以下である。   The rotation speed in the rotation culture is preferably 10 rpm or more, more preferably 50 rpm or more from the viewpoint of favorably forming cell aggregates, and preferably 180 rpm or less, more preferably from the viewpoint of maintaining a good cell state. Is 150 rpm or less.

前記旋回培養における二酸化炭素(CO2)濃度は、適宜設定することができる。前記CO2濃度は、好ましくは5体積%である。 The carbon dioxide (CO 2 ) concentration in the swirl culture can be set as appropriate. The CO 2 concentration is preferably 5% by volume.

前記旋回培養における培養温度は、細胞を良好に生育させる観点から、好ましくは36℃〜38℃、より好ましくは36.5℃〜37.5℃(例えば、37℃など)である。   The culture temperature in the swirl culture is preferably 36 ° C. to 38 ° C., more preferably 36.5 ° C. to 37.5 ° C. (for example, 37 ° C., etc.) from the viewpoint of favorably growing the cells.

前記表皮基底細胞の旋回培養に用いられる培地は、表皮基底細胞の生育に適した培地であればよい。前記培地としては、特に限定されないが、例えば、熱不活性化血清(例えば、熱不活性化FCSなど)を含むダルベッコ改変培地(DMEM)とHamF12との混合培地(熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地)、熱不活性化血清を含むDMEM培地、熱不活性化血清を含むMEM培地などが挙げられる。なかでも、細胞のコロニー増殖に適する観点から、好ましくは熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地である。なお、前記熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地は、遺伝子導入表皮基底細胞の三次元培養に際して当該熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地を用いた場合、例えば、特定の物質に対する抗体により当該物質を阻害する操作を行なうことが可能になり、疾患の発症機構の解明や前記疾患の治療又は予防薬の開発への応用性に優れる点で有利である。   The medium used for the rotation culture of the epidermal basal cells may be any medium suitable for the growth of epidermal basal cells. The medium is not particularly limited. For example, a mixed medium of Dulbecco's modified medium (DMEM) containing heat-inactivated serum (for example, heat-inactivated FCS) and HamF12 (DMEM / containing heat-inactivated FCS) HamF12 medium), DMEM medium containing heat-inactivated serum, MEM medium containing heat-inactivated serum, and the like. Among these, from the viewpoint of being suitable for cell colony growth, a heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium is preferable. When the heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium is used in the three-dimensional culture of the transgenic epidermal basal cells, the heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium can be obtained, for example, by an antibody against a specific substance. It is possible to perform an operation for inhibiting a substance, which is advantageous in that it is excellent in applicability to elucidation of the onset mechanism of a disease and the development of a therapeutic or preventive drug for the disease.

前記旋回培養における培養容器には、細胞凝集物を形成させる観点から、細胞との接着性が低い培養容器、好ましくは細胞非接着性の培養容器が用いられる。   From the viewpoint of forming cell aggregates, a culture vessel with low adhesion to cells, preferably a cell non-adhesive culture vessel, is used as the culture vessel in the swirl culture.

前記旋回培養における培養時間は、用いられる表皮基底細胞の種類に応じて適宜設定することができる   The culture time in the swirl culture can be appropriately set according to the type of epidermal basal cells used.

前記表皮基底細胞としては、表皮の基底層を構成する細胞であればよく、ケラチノサイト及びメラノサイトが挙げられる。前記表皮基底細胞は、ケラチノサイト単独又はメラノサイト単独であってもよく、ケラチノサイトとメラノサイトとの混合物であってもよい。   The epidermal basal cells may be cells constituting the basal layer of the epidermis, and include keratinocytes and melanocytes. The epidermal basal cells may be keratinocytes alone or melanocytes alone or a mixture of keratinocytes and melanocytes.

前記表皮基底細胞としては、特に限定されないが、例えば、ヒト表皮基底細胞、マウス表皮基底細胞などが挙げられる。なかでも、ヒトの皮膚構造を良好に再現する観点及びヒトの皮膚の状態を十分に再現する観点から、正常に分化する能力を有したヒト表皮基底細胞が好ましい。前記ヒト表皮基底細胞としては、特に限定されないが、例えば、HaCaT細胞(ブライトクロイツ(Breitkreutz D)、ヨーロピアン ジャーナル オブ セル バイオロジー(European Journal of Cell Biology)、1998年発行、第75巻、p.273-286.)、正常ヒト皮膚表皮角化細胞(NHEK)などが挙げられる。なかでも、前記ヒト表皮基底細胞は、細胞の性質が継代回数によらず比較的均一であり、細胞分化状態が正常である観点から、好ましくは、HaCaT細胞が望ましい。   The epidermal basal cells are not particularly limited, and examples thereof include human epidermal basal cells and mouse epidermal basal cells. Of these, human epidermal basal cells having the ability to differentiate normally are preferable from the viewpoint of well reproducing the human skin structure and sufficiently reproducing the human skin state. The human epidermal basal cells are not particularly limited, and examples thereof include HaCaT cells (Breitkreutz D, European Journal of Cell Biology, 1998, Vol. 75, p.273. -286.), Normal human skin epidermal keratinocytes (NHEK) and the like. Among these, the human epidermal basal cells are preferably HaCaT cells from the viewpoint that the cell properties are relatively uniform regardless of the number of passages and the cell differentiation state is normal.

前記表皮基底細胞は、正常表皮基底細胞であってもよく、外因的に核酸が導入された遺伝子導入表皮基底細胞であってもよい。表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、本発明の製造方法における支持体内における前記細胞凝集物の培養の過程において、正常な表皮基底細胞から角質層の細胞への分化過程が再現される。このように、表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、本発明の製造方法によれば、正常な皮膚と同様の層を有する皮膚モデル構築物を得ることができる。また、表皮基底細胞が遺伝子導入表皮基底細胞である場合、本発明の製造方法によれば、導入された核酸に含まれる遺伝子に応じる挙動を反映する皮膚モデル構築物を得ることができる。   The epidermal basal cell may be a normal epidermal basal cell or a gene-introduced epidermal basal cell into which a nucleic acid has been introduced exogenously. When the epidermal basal cells are normal epidermal basal cells, the differentiation process from normal epidermal basal cells into stratum corneum cells is reproduced in the process of culturing the cell aggregate in the support in the production method of the present invention. Thus, when the epidermal basal cells are normal epidermal basal cells, according to the production method of the present invention, a skin model construct having a layer similar to normal skin can be obtained. When the epidermal basal cells are gene-introduced epidermal basal cells, according to the production method of the present invention, it is possible to obtain a skin model construct that reflects the behavior according to the gene contained in the introduced nucleic acid.

前記表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、前記正常表皮基底細胞の増殖性を維持して、良好な状態の皮膚モデル構築物を得る観点から、前記正常表皮基底細胞は、好ましくは未分化状態に維持され、かつ継代培養の回数が少ない細胞である。   When the epidermal basal cell is a normal epidermal basal cell, the normal epidermal basal cell is preferably in an undifferentiated state from the viewpoint of maintaining the proliferative property of the normal epidermal basal cell and obtaining a good skin model construct. And the number of subcultures is low.

前記遺伝子導入表皮基底細胞は、核酸を、前記正常表皮基底細胞に、外因的に導入することなどにより得ることができる。かかる遺伝子導入表皮基底細胞では、外因的に導入された前記核酸に由来するタンパク質などが発現する。   The gene-introduced epidermal basal cell can be obtained by exogenously introducing a nucleic acid into the normal epidermal basal cell. In such gene-introduced epidermal basal cells, proteins derived from the exogenously introduced nucleic acids and the like are expressed.

なお、前記遺伝子導入表皮基底細胞は、正常表皮基底細胞が有する特定の内因性タンパク質の発現量を増加又は減少させるための転写調節エレメントからなる核酸を、前記正常表皮基底細胞に、外因的に導入することなどにより得られる細胞であってもよい。かかる遺伝子導入表皮基底細胞では、正常表皮基底細胞の特定の内因性タンパク質の発現量が、正常状態での発現量に比べ増加又は減少する。   The gene-introduced epidermal basal cell exogenously introduces into the normal epidermal basal cell a nucleic acid comprising a transcriptional regulatory element for increasing or decreasing the expression level of a specific endogenous protein possessed by the normal epidermal basal cell. It may be a cell obtained by doing so. In such a transgenic epidermal basal cell, the expression level of a specific endogenous protein in the normal epidermal basal cell is increased or decreased compared to the expression level in a normal state.

前記核酸としては、特に限定されないが、発生分化制御因子の遺伝子又は前記遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸、皮膚構成タンパク質の遺伝子又は前記遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸、皮膚構成物質の産生に関与する因子の遺伝子又は前記遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸、皮膚疾患関連因子の遺伝子又は前記遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸、細胞死制御因子の遺伝子をコードする核酸、転写調節因子をコードする核酸、転写調節エレメントからなる核酸などが挙げられる。   The nucleic acid is not particularly limited, but a nucleic acid encoding a gene for a developmental differentiation regulator or a mutant gene corresponding to the gene, a gene for a skin constituent protein, a nucleic acid encoding a mutant gene corresponding to the gene, or a skin constituent A nucleic acid encoding a gene of a factor involved in the production of a gene or a mutant gene corresponding to the gene, a nucleic acid encoding a gene of a skin disease-related factor or a mutant gene corresponding to the gene, a nucleic acid encoding a gene of a cell death controlling factor , Nucleic acids encoding transcriptional regulatory factors, nucleic acids comprising transcriptional regulatory elements, and the like.

本明細書において、前記発生分化制御因子とは、分化に関与する分子であり、個体の形態形成過程で発現し、機能する因子をいう。前記発生分化制御因子の中では、好ましくは皮膚組織の分化に作用する発生分化制御因子である。また、本明細書において、皮膚構成タンパク質とは、皮膚構造を構成するタンパク質をいう。前記皮膚構成タンパク質としては、特に限定されないが、例えば、コラーゲン、ケラチンなどが挙げられる。さらに、本明細書において、皮膚構成物質の産生に関与する因子とは、セラミド脂質などの皮膚構成物質の合成・分解に関与する酵素などが挙げられる。なお、本明細書においては、前記発生分化制御因子の概念及び皮膚構成タンパク質の概念には、それぞれ、皮膚疾患関連因子の概念が包含されていてもよい。また、前記転写調節因子とは、前記発生分化制御因子、前記皮膚構成タンパク質又は前記皮膚疾患関連因子の発現制御に関与する転写調節因子をいう。前記転写調節因子としては、特に限定されないが、例えば、C/EBPなどが挙げられる。さらに、前記転写調節エレメントとは、前記発生分化制御因子、前記皮膚構成タンパク質又は前記皮膚疾患関連因子の発現制御に関わる塩基配列からなるエレメントをいう。   In the present specification, the developmental differentiation regulator is a molecule involved in differentiation, and refers to a factor that is expressed and functions in the morphogenesis process of an individual. Among the developmental differentiation regulators, developmental differentiation regulators that act on the differentiation of skin tissue are preferable. Moreover, in this specification, a skin constituent protein means the protein which comprises a skin structure. Although it does not specifically limit as said skin constituent protein, For example, collagen, keratin, etc. are mentioned. Furthermore, in the present specification, factors involved in the production of skin constituents include enzymes involved in the synthesis and degradation of skin constituents such as ceramide lipids. In the present specification, the concept of the developmental differentiation control factor and the concept of the skin constituent protein may each include the concept of a skin disease-related factor. The transcriptional regulatory factor refers to a transcriptional regulatory factor involved in the expression control of the developmental differentiation regulator, the skin constituent protein, or the skin disease-related factor. Although it does not specifically limit as said transcriptional regulatory factor, For example, C / EBP etc. are mentioned. Furthermore, the transcriptional regulatory element refers to an element comprising a base sequence involved in the expression control of the developmental differentiation regulator, the skin constituent protein, or the skin disease-related factor.

前記核酸としては、具体的には、例えば、エピモルフィンの遺伝子をコードする核酸、コラーゲンの遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸、ケラチンの遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸、セラミダーゼの遺伝子に対応する変異遺伝子をコードする核酸などが挙げられる。   Specific examples of the nucleic acid include a nucleic acid encoding an epimorphin gene, a nucleic acid encoding a mutant gene corresponding to a collagen gene, a nucleic acid encoding a mutant gene corresponding to a keratin gene, and a ceramidase gene. And a nucleic acid encoding a mutant gene corresponding to.

正常表皮基底細胞への核酸の導入は、特に限定されないが、例えば、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクターなどのウイルスベクターを用いる方法〔例えば、モレキュラー クローニング:ア ラボラトリー マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)、ザンブルーク(Sambrook)ら、コールドスプリングハーバープレス(Cold Spring Harbor Press)、1989年発行など参照)などにより行なうことができる。前記ウイルスベクターを用いる方法のなかでは、前記核酸の発現産物を安定に発現させる場合には、レトロウイルスベクターを用いる方法が望ましく、発現量を自在に制御して前記核酸の発現産物を発現させる場合、アデノウイルスベクターを用いる方法が望ましい。なお、本発明の皮膚構築物の製造方法では、前記正常表皮基底細胞への核酸の導入は、表皮基底細胞の旋回培養に際して、前記レトロウイルスベクターに前記核酸を挿入して得られたベクターを用いて得られた組換えレトロウイルスを、前記正常表皮基底細胞を含む培養物に添加して、前記組換えレトロウイルスを前記正常表皮基底細胞に感染させること、又は前記アデノウイルスベクターに前記核酸を挿入して得られたベクターを用いて得られた組換えアデノウイルスを、前記正常表皮基底細胞を含む培養物に添加して、前記組換えアデノウイルスを前記正常表皮基底細胞に感染させることにより行なうことができる。   The introduction of the nucleic acid into normal epidermal basal cells is not particularly limited. For example, a method using a viral vector such as a retroviral vector or an adenoviral vector [eg, Molecular Cloning: A Laboratory Manual] For example, see Sambrook et al., Cold Spring Harbor Press, published in 1989). Among the methods using the viral vector, when the expression product of the nucleic acid is stably expressed, a method using a retroviral vector is desirable, and the expression product of the nucleic acid is expressed by freely controlling the expression level. A method using an adenovirus vector is desirable. In the method for producing a skin construct of the present invention, the introduction of the nucleic acid into the normal epidermal basal cell is carried out using a vector obtained by inserting the nucleic acid into the retroviral vector during the rotation culture of the epidermal basal cell. The obtained recombinant retrovirus is added to the culture containing the normal epidermal basal cells and the normal epidermal basal cells are infected with the recombinant retrovirus, or the nucleic acid is inserted into the adenoviral vector. The recombinant adenovirus obtained using the vector obtained above is added to a culture containing the normal epidermal basal cells, and the normal adenovirus is infected with the normal epidermal basal cells. it can.

前記遺伝子導入表皮基底細胞は、得られた細胞中における導入された核酸の存在、細胞における前記核酸の発現産物の機能の発現などを指標として選択することができる。   The gene-introduced epidermal basal cell can be selected using as an index the presence of the introduced nucleic acid in the obtained cell, the expression of the function of the expression product of the nucleic acid in the cell, and the like.

前記細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体は、基底膜成分である細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ内部で表皮基底細胞を生育させることができる支持体であればよい。前記支持体としては、特に限定されないが、例えば、コラーゲン、ラミニン、細胞外マトリックス成分代用物、これらの少なくとも1つを含有する合成高分子化合物などが挙げられる。前記細胞外マトリックス成分代用物としては、特に限定されないが、例えば、EHSザルコーマ(Engelbreth-Holm-Swarm sarcoma)抽出物などが挙げられる。前記合成高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、メチルセルロース、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。また、前記支持体は、前記細胞外マトリックスの成分を含むものであれば、温度、光照射などの物理的刺激によりゾル−ゲル転移を生じるポリマーであってもよい。これらのなかでは、真皮に豊富に含まれており、高純度で均一なものが容易に、かつ安価に調製できるとともに、細胞の接着・増殖を良好に促進する観点から、好ましくは前記コラーゲンゲル、より好ましくはI型コラーゲンからなるコラーゲンゲルである。   The support that contains the extracellular matrix component and serves as a scaffold may be any support that contains the extracellular matrix component that is a basement membrane component and that can grow epidermal basal cells inside. . The support is not particularly limited, and examples thereof include collagen, laminin, an extracellular matrix component substitute, and a synthetic polymer compound containing at least one of these. Although it does not specifically limit as said extracellular matrix component substitute, For example, an EHS sarcoma (Engelbreth-Holm-Swarm sarcoma) extract etc. are mentioned. The synthetic polymer compound is not particularly limited, and examples thereof include methyl cellulose and polyvinyl alcohol. In addition, the support may be a polymer that causes a sol-gel transition by physical stimulation such as temperature and light irradiation as long as it includes a component of the extracellular matrix. Among these, the collagen gel, which is abundantly contained in the dermis, can be prepared easily and inexpensively with high purity and uniformity, and from the viewpoint of favorably promoting cell adhesion and proliferation, preferably the collagen gel, More preferred is a collagen gel comprising type I collagen.

前記コラーゲンゲルは、前記細胞凝集物から皮膚モデル構築物を効率よく得る観点から、好ましくは前記細胞凝集物の最表部の細胞を前記コラーゲンゲルに接触させて足場依存性増殖条件下に維持しつつ、当該細胞凝集物の内部の細胞を前記コラーゲンゲルから隔離させて足場非依存性増殖条件下に維持できるゲル強度を有するゲルである。   From the viewpoint of efficiently obtaining a skin model construct from the cell aggregate, the collagen gel is preferably maintained under anchorage-dependent growth conditions by contacting the outermost cell of the cell aggregate with the collagen gel. The gel has a gel strength that allows the cells inside the cell aggregate to be isolated from the collagen gel and maintained under anchorage-independent growth conditions.

前記支持体がコラーゲンゲルである場合、前記細胞凝集物は、コラーゲンゲル内に包埋される。前記コラーゲンゲルは、例えば、氷水浴中で、表皮基底細胞の培養に適した培地の10倍濃縮培地に、100mM HEPES(2−〔4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル〕エタンスルホン酸)緩衝液(pH7.4)を最終濃度:20mM、炭酸水素ナトリウムを最終濃度:26mM、水酸化ナトリウムを最終濃度:5mM、0.5質量%I型コラーゲン酸可溶化溶液をI型コラーゲンの最終濃度として0.4質量%となるように添加することにより混合物を得、得られた混合物を37℃で維持してゲル形成を行なうことにより製造することができる。コラーゲンゲル内への前記細胞凝集物の包埋は、前記ゲル形成に際して、前記混合物中に前記細胞凝集物を入れ、得られた混合物を37℃で維持してゲル形成させることにより行なわれる。   When the support is a collagen gel, the cell aggregate is embedded in the collagen gel. The collagen gel is prepared by adding 100 mM HEPES (2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] ethanesulfonic acid in a 10-fold concentrated medium suitable for culturing epidermal basal cells in an ice water bath, for example. ) Final concentration of buffer solution (pH 7.4): 20 mM, final concentration of sodium bicarbonate: 26 mM, final concentration of sodium hydroxide: 5 mM, 0.5 mass% type I collagen acid solubilized solution of final type I collagen A mixture can be obtained by adding to a concentration of 0.4% by mass, and the obtained mixture can be maintained at 37 ° C. to form a gel. Embedding the cell aggregates in a collagen gel is performed by placing the cell aggregates in the mixture and forming the gel by maintaining the mixture at 37 ° C. during gel formation.

前記コラーゲンゲルの製造に用いられる前記表皮基底細胞の培養に適した培地は、表皮基底細胞の生育に適した培地であればよい。前記培地としては、特に限定されないが、例えば、熱不活性化血清(例えば、熱不活性化FCSなど)を含むダルベッコ改変培地(DMEM)とHamF12との混合培地(熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地)、熱不活性化血清を含むDMEM培地、熱不活性化血清を含むMEM培地などが挙げられる。なかでも、細胞のコロニー増殖に適する観点から、好ましくは熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地である。なお、前記熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地は、遺伝子導入表皮基底細胞の三次元培養に際して当該熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地を用いた場合、例えば、特定の物質に対する抗体により当該物質を阻害する操作を行なうことが可能になり、疾患の発症機構の解明や前記疾患の治療又は予防薬の開発への応用性に優れる点で有利である。なお、前記培地は、例えば、   The medium suitable for culturing the epidermal basal cells used for the production of the collagen gel may be any medium suitable for the growth of epidermal basal cells. The medium is not particularly limited. For example, a mixed medium of Dulbecco's modified medium (DMEM) containing heat-inactivated serum (for example, heat-inactivated FCS) and HamF12 (DMEM / containing heat-inactivated FCS) HamF12 medium), DMEM medium containing heat-inactivated serum, MEM medium containing heat-inactivated serum, and the like. Among these, from the viewpoint of being suitable for cell colony growth, a heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium is preferable. When the heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium is used in the three-dimensional culture of the transgenic epidermal basal cells, the heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium can be obtained, for example, by an antibody against a specific substance. It is possible to perform an operation for inhibiting a substance, which is advantageous in that it is excellent in applicability to elucidation of the onset mechanism of a disease and the development of a therapeutic or preventive drug for the disease. The medium is, for example,

前記支持体内における前記細胞凝集物の培養に際して、二酸化炭素(CO2)濃度は、適宜設定することができる。前記CO2濃度は、好ましくは5体積%である。 In culturing the cell aggregate in the support, the carbon dioxide (CO 2 ) concentration can be appropriately set. The CO 2 concentration is preferably 5% by volume.

前記支持体内における前記細胞凝集物の培養における培養温度は、細胞を良好に生育させる観点から、好ましくは36℃〜38℃、より好ましくは36.5℃〜37.5℃(例えば、37℃など)である。   The culture temperature for culturing the cell aggregate in the support is preferably 36 ° C. to 38 ° C., more preferably 36.5 ° C. to 37.5 ° C. (for example, 37 ° C., etc.) from the viewpoint of favorable cell growth. ).

前記支持体内における前記細胞凝集物の培養は、前記支持体を、表皮基底細胞が生育できる培地中に浸漬させて維持することにより行なわれる。前記支持体内における前記細胞凝集物の培養に用いられる培地としては、特に限定されないが、ケラチノサイト用無血清培地に5〜20質量%程度の牛胎仔血清を添加した培地などが挙げられる。前記ケラチノサイト用無血清培地としては、特に限定されないが、例えば、無血清のダルベッコ改変培地(DMEM)とHamF12との混合培地(DMEM/HamF12培地)、α―MEM、DMEMなどが挙げられる。前記培地は、インスリン等の細胞増殖促進因子を適宜含有していてもよい。   The cell aggregates in the support are cultured by immersing and maintaining the support in a medium in which epidermal basal cells can grow. The medium used for culturing the cell aggregate in the support is not particularly limited, and examples thereof include a medium obtained by adding about 5 to 20% by mass of fetal calf serum to a serum-free medium for keratinocytes. The serum-free medium for keratinocytes is not particularly limited, and examples thereof include a serum-free Dulbecco's modified medium (DMEM) and HamF12 mixed medium (DMEM / HamF12 medium), α-MEM, DMEM, and the like. The medium may appropriately contain a cell growth promoting factor such as insulin.

前記支持体内における前記細胞凝集物の培養に用いられる培養容器としては、特に限定されるものではなく、通常の培養容器に、アガロース、ポリヒドロキシエチルメタクリレートなどを均一にコートした容器、超低接着表面プレート(コーニング社製、商品名:ウルトラローアタッチメントプレート)などが挙げられる。   The culture vessel used for culturing the cell aggregate in the support is not particularly limited, and a normal culture vessel coated with agarose, polyhydroxyethyl methacrylate or the like uniformly, an ultra-low adhesion surface Plate (made by Corning, trade name: Ultra Low Attachment Plate) and the like.

前記表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、前記支持体内における前記細胞凝集物の培養における培養時間は、この正常表皮基底細胞の分化により細胞凝集物から形成される細胞クラスターの内部に空間が形成されるに適した時間であればよい。前記培養時間は、細胞凝集物から形成される細胞クラスターの内部に空間を形成させる観点から、好ましくは少なくとも3日間、より好ましくは5日間以上であり、短期間に分化を追跡することができる観点から、好ましくは10日以下である。このように、本発明の製造方法は、例えば、線維芽細胞を含むコラーゲンゲルなどの支持体を調製し、当該支持体上で正常表皮細胞の三次元培養を行なう従来の三次元培養皮膚モデルの製造方法に比べ、短い時間で皮膚モデル構築物を得ることができるという優れた効果を奏する。   When the epidermal basal cell is a normal epidermal basal cell, the culture time for culturing the cell aggregate in the support is such that there is a space inside the cell cluster formed from the cell aggregate due to the differentiation of the normal epidermal basal cell. It may be a time suitable for forming. The culture time is preferably at least 3 days, more preferably 5 days or more from the viewpoint of forming a space inside the cell cluster formed from cell aggregates, and the viewpoint that differentiation can be followed in a short time Therefore, it is preferably 10 days or less. Thus, the production method of the present invention is, for example, a conventional three-dimensional cultured skin model in which a support such as a collagen gel containing fibroblasts is prepared and normal epidermal cells are three-dimensionally cultured on the support. Compared to the production method, the skin model structure can be obtained in a short time.

一方、前記表皮基底細胞が遺伝子導入表皮基底細胞である場合、前記支持体内における前記細胞凝集物の培養における培養時間は、目的に応じて適宜設定することができる。   On the other hand, when the epidermal basal cells are gene-introduced epidermal basal cells, the culture time for culturing the cell aggregate in the support can be appropriately set according to the purpose.

前記表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、前記支持体内における前記細胞凝集物の培養に際しては、培養時間の経過に伴い、前記細胞凝集物から表皮基底細胞と前記表皮基底細胞の分化細胞とを含む細胞クラスターが形成される。細胞クラスターでは、当該細胞クラスターの最表部から内部方向に向かって、正常な皮膚と同様に、前記正常表皮基底細胞を含有する基底層と、前記正常表皮基底細胞が分化した細胞を含有する分化細胞層、具体的には、細胞凝集物の内部方向に向かって順に、有棘層と、顆粒層と、角質層とが形成され、この細胞凝集物の最内部に空間が形成されていく。   When the epidermal basal cell is a normal epidermal basal cell, when culturing the cell aggregate in the support body, as the culture time elapses, the cell aggregate from the epidermal basal cell and the differentiated cell of the epidermal basal cell A cell cluster containing is formed. In the cell cluster, from the outermost part of the cell cluster toward the inside, the normal layer containing the normal epidermal basal cell and the differentiation containing the differentiated cell of the normal epidermal basal cell, as in normal skin A cell layer, specifically, a spiny layer, a granule layer, and a stratum corneum are formed in order toward the inner direction of the cell aggregate, and a space is formed in the innermost part of the cell aggregate.

ここで、ヒトの正常な皮膚構造は、下層から順に、真皮と、基底層と、有棘層と、顆粒層と、角質層とからなる。また、ヒトの正常な皮膚構造では、基底層のケラチノサイトは、サイトケラチン−5及びサイトケラチン−14が発現し、その後、分化の過程で、正常な皮膚構造の有棘層のケラチノサイトでは、サイトケラチン−1及びサイトケラチン−10が発現し、エンボプラキン、ペリプラキン、インボルクリンが発現するようになる。さらに、前記エンボプラキンとペリプラキンとがヘテロダイマーを形成し、形成されたヘテロダイマーと前記インボルクリンとが細胞膜上で結合するとともに、トランスグルタミナーゼ1が、発現し、ヘテロダイマーと前記インボルクリンとの間以外に、細胞膜上の他のタンパク質との間に架橋構造を形成する。また、正常な皮膚構造の顆粒層では、上層部で、ロリクリンが発現し、発現したロリクリンが、トランスグルタミナーゼ−3の作用によりSPR分子との架橋を形成し、これにより、前記有棘層で生成した架橋構造が補強される。正常な皮膚構造の角質層では、前記顆粒層まで存在していた細胞核や、細胞内小器官が消失する。また、正常な皮膚構造の角質層では、成熟コーニファイドエンベロープが生成する。   Here, a normal human skin structure is composed of a dermis, a basal layer, a spiny layer, a granular layer, and a stratum corneum in order from the lower layer. In the normal human skin structure, keratinocytes in the basal layer express cytokeratin-5 and cytokeratin-14, and then, in the process of differentiation, in the keratinocytes in the spinous layer of the normal skin structure, cytokeratin -1 and cytokeratin-10 are expressed, and emboplatin, periplakin, and involucrin are expressed. Further, the embossed plakin and periplakin form a heterodimer, the formed heterodimer and the involucrin bind on the cell membrane, and transglutaminase 1 is expressed, in addition to between the heterodimer and the involucrin, A cross-linked structure is formed with other proteins on the cell membrane. In the granular layer of normal skin structure, loricrin is expressed in the upper layer, and the expressed loricrin forms a cross-link with the SPR molecule by the action of transglutaminase-3, thereby generating in the spiny layer. The crosslinked structure is reinforced. In the stratum corneum having a normal skin structure, the cell nuclei and intracellular organelles existing up to the granular layer disappear. In the stratum corneum with normal skin structure, a mature, confined envelope is generated.

このように、表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することにより、短時間で簡便に皮膚の分化をシミュレーションすることができる。   In this way, by culturing cell aggregates of epidermal basal cells in a support body containing an extracellular matrix component and serving as a scaffold, differentiation of skin can be simulated easily in a short time.

本発明には、表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することを特徴とする皮膚の分化のシミュレーション方法も含まれる。   The present invention also includes a method for simulating skin differentiation, which comprises culturing cell aggregates of epidermal basal cells in a support body containing an extracellular matrix component and serving as a scaffold.

本発明の皮膚の分化のシミュレーション方法では、前記表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、前記支持体内における前記細胞凝集物の培養に際して、正常な皮膚と同様の表皮基底細胞の分化過程を再現することができる。   In the skin differentiation simulation method of the present invention, when the epidermal basal cell is a normal epidermal basal cell, the differentiation process of the epidermal basal cell similar to normal skin is reproduced when the cell aggregate is cultured in the support. can do.

本発明の皮膚モデル構築物は、本発明の製造方法により得られる皮膚モデル構築物である。   The skin model construct of the present invention is a skin model construct obtained by the production method of the present invention.

また、本発明の皮膚モデル構築物は、表皮基底細胞と前記表皮基底細胞の分化細胞とを含む細胞クラスターからなり、
前記細胞クラスターの最表部に形成され、前記表皮基底細胞を含有した基底層と、
前記基底層の内側に形成され、前記表皮基底細胞の分化細胞を含有した分化細胞層と
を有し、
前記分化細胞層の内側に空間が形成されている構築物である。本発明の皮膚モデル構築物は、本発明の製造方法で得ることができるため、短時間で簡便に製造することができる。
The skin model construct of the present invention comprises a cell cluster comprising epidermal basal cells and differentiated cells of the epidermal basal cells,
A basal layer formed on the outermost part of the cell cluster and containing the epidermal basal cells;
A differentiated cell layer formed inside the basal layer and containing differentiated cells of the epidermal basal cell,
It is a construct in which a space is formed inside the differentiated cell layer. Since the skin model construct of the present invention can be obtained by the production method of the present invention, it can be easily produced in a short time.

また、本発明の皮膚モデル構築物は、前記表皮基底細胞と、前記表皮基底細胞の分化細胞とを含む細胞クラスターからなるため、前記表皮基底細胞として用いる細胞の種類などに応じて、種々の皮膚状態を簡便に再現することができるという優れた効果を奏する。   Further, since the skin model construct of the present invention comprises a cell cluster including the epidermal basal cells and differentiated cells of the epidermal basal cells, various skin states can be used depending on the types of cells used as the epidermal basal cells. It is possible to easily reproduce the above.

前記表皮基底細胞の分化細胞としては、前記表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、有棘細胞、顆粒細胞、角質細胞などが挙げられる。   Examples of the differentiated cells of the epidermal basal cells include spiny cells, granule cells, and corneocytes when the epidermal basal cells are normal epidermal basal cells.

また、前記表皮基底細胞が正常表皮基底細胞である場合、前記分化細胞層は、前記基底層の内側に形成され、有棘細胞を含有した有棘層と、
前記有棘層の内側に形成され、顆粒細胞を含有した顆粒層と、
前記顆粒層の内側に形成された角化層と
からなる。
When the epidermal basal cell is a normal epidermal basal cell, the differentiated cell layer is formed inside the basal layer, and includes a spiny layer containing spinous cells,
A granule layer formed inside the barbed layer and containing granule cells;
It consists of a keratinized layer formed inside the granular layer.

以下に実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
DMEM/HamF12(シグマ−アルドリッチ社製)に、終濃度:10質量%となるように熱不活性化FCSを添加し、熱不活性化FCS含有DMEM/HamF12培地(以下、「DH10」という)を得た。
Example 1
Heat-inactivated FCS was added to DMEM / HamF12 (manufactured by Sigma-Aldrich) to a final concentration of 10% by mass, and a heat-inactivated FCS-containing DMEM / HamF12 medium (hereinafter referred to as “DH10”) was added. Obtained.

正常ヒト表皮ケラチノサイト細胞株であるHaCaT細胞を、DH10中、5体積%CO2下、37℃で培養した。 HaCaT cells, a normal human epidermal keratinocyte cell line, were cultured in DH10 at 37 ° C. under 5% by volume CO 2 .

つぎに、得られたHaCaT細胞を、1000U/ml DNアーゼI(シグマ−アルドリッチ社製)を含むDH10 350μlに懸濁した。得られた懸濁物を、24−ウェルディッシュ(コーニング社製、超低接着表面)中、100rpmで回転させながら、5体積%CO2下、37℃で24時間旋回培養して、平滑で丸い細胞凝集物を形成させた。 Next, the obtained HaCaT cells were suspended in 350 μl of DH10 containing 1000 U / ml DNase I (manufactured by Sigma-Aldrich). The resulting suspension was cultivated in a 24-well dish (manufactured by Corning, ultra-low adhesion surface) at 100 rpm, rotating at 5 ° C. CO 2 for 24 hours at 37 ° C., and smooth and round. Cell aggregates were formed.

形成された細胞凝集物を、0.5質量%タイプIAコラーゲン溶液(株式会社高研製)で調製された高密度のコラーゲンゲル中に包埋した。包埋後の細胞凝集物を、終濃度5μg/mlのインスリンを含むDH10中、5体積% CO2下、37℃で3日間培養して、細胞クラスターを得た。また、得られた細胞クラスターを位相差顕微鏡下で観察した。結果を図1に示す。図1は、実施例1で培養開始から3日目の細胞クラスターの位相差顕微鏡により観察結果を示す図面代用写真である。図中、スケールバーは、50μmを示す。 The formed cell aggregate was embedded in a high-density collagen gel prepared with a 0.5 mass% type IA collagen solution (manufactured by Koken Co., Ltd.). The cell aggregates after embedding were cultured in DH10 containing insulin at a final concentration of 5 μg / ml for 3 days at 37 ° C. under 5 vol% CO 2 to obtain cell clusters. Moreover, the obtained cell cluster was observed under the phase-contrast microscope. The results are shown in FIG. FIG. 1 is a drawing-substituting photograph showing the observation results of a cell cluster on the third day from the start of culture in Example 1 using a phase contrast microscope. In the figure, the scale bar indicates 50 μm.

図1の結果から、培養開始から3日目の細胞クラスターは、複数の層が形成され、その最内部に空間が形成されたほぼ球状の構造を有することがわかる。   From the results of FIG. 1, it can be seen that the cell cluster on the third day from the start of the culture has a substantially spherical structure in which a plurality of layers are formed and a space is formed in the innermost part.

以上のように、予め、表皮基底細胞の旋回培養を行なうことにより細胞凝集物を形成させ、ついで、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することにより、複数の層が形成され、その最内部に空間が形成されたほぼ球状の構造を有する細胞クラスターが得られることがわかる。   As described above, by rotating the epidermal basal cells in advance, cell aggregates are formed and then cultured in a support body that contains extracellular matrix components and serves as a scaffold. It can be seen that a cell cluster having a substantially spherical structure in which a space is formed in the innermost part is obtained.

(実施例2)
(1)培養期間の経過に伴う細胞クラスターの構造の変化
実施例1と同様にして、表皮基底細胞の旋回培養を行なうことにより、平滑で丸い細胞凝集物を形成させた。
(Example 2)
(1) Changes in the structure of cell clusters with the passage of the culture period In the same manner as in Example 1, by rotating the epidermal basal cells, smooth and round cell aggregates were formed.

形成された細胞凝集物を、0.5質量%タイプIAコラーゲン溶液(株式会社高研製)で調製された高密度のコラーゲンゲル中に包埋し、終濃度5μg/mlのインスリンを含むDH10中、5体積% CO2下、37℃で培養するとともに、培養過程での細胞クラスターの構造の変化を電子顕微鏡下で観察した。結果を図2に示す。 The formed cell aggregate was embedded in a high-density collagen gel prepared with a 0.5 mass% type IA collagen solution (manufactured by Koken Co., Ltd.), and in DH10 containing insulin at a final concentration of 5 μg / ml, While culturing at 37 ° C. under 5% by volume CO 2 , changes in the structure of cell clusters during the culturing process were observed under an electron microscope. The results are shown in FIG.

図2は、実施例2における培養過程での細胞クラスターの構造の変化を概略的に示す概略説明図である。図中、1は、培養開始から一日目の細胞クラスターを示し、2は、培養開始から4日目の細胞クラスターを示し、3は、培養開始から8日目の細胞クラスターを示す。図中、スケールバーは、100μmを示す。   FIG. 2 is a schematic explanatory view schematically showing changes in the structure of cell clusters during the culture process in Example 2. FIG. In the figure, 1 indicates a cell cluster on the first day from the start of culture, 2 indicates a cell cluster on the fourth day from the start of culture, and 3 indicates a cell cluster on the eighth day from the start of culture. In the figure, the scale bar indicates 100 μm.

また、図2に示されるように、細胞クラスターは、培養開始から1日目では、密に凝集した構造であったが、培養開始から4日目では、複数の層が形成され、その最内部に空間が形成されたほぼ球状の構造を形成していった。その後、培養開始から8日目では、培養開始から4日目の細胞クラスターに比べ、細胞クラスターの内部に形成されている空間が大きくなり、培養物の大きさ自体も大きくなっていた。   In addition, as shown in FIG. 2, the cell cluster had a densely aggregated structure on the first day from the start of the culture, but on the fourth day from the start of the culture, a plurality of layers were formed, and the innermost An almost spherical structure was formed in which a space was formed. After that, on the 8th day from the start of the culture, the space formed inside the cell cluster was larger and the size of the culture itself was larger than the cell cluster on the 4th day from the start of the culture.

以上のことから、予め、表皮基底細胞の旋回培養を行なうことにより細胞凝集物を形成させ、ついで、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することにより、培養期間の経過とともに、細胞凝集物から生じる細胞クラスターの構造が変化することがわかる。   Based on the above, cell aggregates are formed in advance by swirling culture of epidermal basal cells, and then cultured in a support body that contains extracellular matrix components and serves as a scaffold. It can be seen that the structure of the cell cluster resulting from the cell aggregate changes with time.

(2)培養期間の経過に伴う細胞クラスターにおける各種分化マーカーの発現プロファイル
前記培養開始から1日目の細胞クラスター、培養開始から4日目の細胞クラスター及び培養開始から1日目の細胞クラスターについて、皮膚の分化の各分化段階の分化マーカーの発現を調べた。
(2) Expression profiles of various differentiation markers in the cell cluster over the course of the culture period About the cell cluster on the first day from the start of culture, the cell cluster on the fourth day from the start of culture, and the cell cluster on the first day from the start of culture, The expression of differentiation markers at each differentiation stage of skin differentiation was examined.

培養開始から1日目、4日目及び8日目の細胞クラスターそれぞれを、SDSサンプルバッファー(組成:62.5mM Tris−HCl(pH6.5)、10質量%グリセロール、2質量% SDS、5体積% 2−メルカプトエタノール、0.0025質量%ブロモフェノールブルー)に添加して、5分間煮沸し、全細胞ライゼート試料を得た。   The cell clusters on the first day, the fourth day, and the eighth day from the start of the culture were respectively mixed with an SDS sample buffer (composition: 62.5 mM Tris-HCl (pH 6.5), 10% by mass glycerol, 2% by mass SDS, 5 volumes). % 2-mercaptoethanol, 0.0025 mass% bromophenol blue) and boiled for 5 minutes to obtain a whole cell lysate sample.

得られた各全細胞ライゼート試料を、4−20質量%濃度勾配SDS−ポリアクリルアミドゲルに負荷した後、電気泳動を行なった。つぎに、全てのタンパク質バンドをPVDF膜(商品名:イモビロン−P、ミリポアコーポレーション製)に転写させた。転写後のPVDF膜を、5質量%スキムミルクTBS溶液とともに室温で60分間インキュベーションした。その後、得られたPVDF膜を、一次抗体とともに、室温で60分間インキュベーションし、その後、HRP−標識二次抗体とともに、室温で60分間インキュベーションした。前記一次抗体として、サイトケラチン−14に対するポリクローナル抗体(コバンス社製)、サイトケラチン−5に対するモノクローナル抗体(コバンス社製)、サイトケラチン−1に対するポリクローナル抗体(コバンス社製)、インボルクリンに対するモノクローナル抗体(サンタクルズバイオテクノロジーインコーポレーティッド製)、β−アクチンに対するモノクローナル抗体(シグマ−アルドリッチ社製)、プロカスペース−3および活性化カスペース−3について、カスペース−3に対するポリクローナル抗体(ストレスジェン社製)、プロカスペース−14および活性化カスペース−14について、カスペース−14に対するポリクローナル抗体(イムジェネックス社製)それぞれを用いた。また、HRP−標識二次抗体として、一次抗体に応じて、HRP−標識抗マウスIgG抗体及びHRP−標識抗ラビットIgG抗体を用いた。サイトケラチン−1は、有棘層及び顆粒層、サイトケラチン−5は、基底層、サイトケラチン−14は、基底層の分化マーカーであり、インボルクリンは、有棘層及び顆粒層の分化マーカーであり、β−アクチンは、内部対照であり、プロカスペース−3は、アポトーシスの最終段階で働くプロテアーゼのマーカーであり、活性化カスペース−3は、プロカスペース−3が切断され実行因子としての機能をもったもののマーカーであり、プロカスペース−14は、皮膚の終末分化において発現する角質層の分化マーカーであり、活性化カスペース−14は、プロカスペース−14が切断され実行因子としての機能をもったもののマーカーである。結果を図3に示す。   Each obtained whole cell lysate sample was loaded on a 4-20 mass% concentration gradient SDS-polyacrylamide gel and then subjected to electrophoresis. Next, all protein bands were transferred to a PVDF membrane (trade name: Immobilon-P, manufactured by Millipore Corporation). The transferred PVDF membrane was incubated with a 5% by weight skim milk TBS solution for 60 minutes at room temperature. The resulting PVDF membrane was then incubated with the primary antibody for 60 minutes at room temperature, and then incubated with the HRP-labeled secondary antibody for 60 minutes at room temperature. As the primary antibody, a polyclonal antibody against cytokeratin-14 (manufactured by Covance), a monoclonal antibody against cytokeratin-5 (manufactured by Covance), a polyclonal antibody against cytokeratin-1 (manufactured by Covans), a monoclonal antibody against involcrine (Santa Cruz) Biotechnology Inc., monoclonal antibody against β-actin (Sigma-Aldrich), procaspace-3 and activated caspase-3, polyclonal antibody against caspase-3 (manufactured by StressGen), For Procaspase-14 and Activated Caspase-14, polyclonal antibodies against Caspase-14 (Imgenex) were used. Further, as the HRP-labeled secondary antibody, an HRP-labeled anti-mouse IgG antibody and an HRP-labeled anti-rabbit IgG antibody were used according to the primary antibody. Cytokeratin-1 is a spiny layer and granule layer, cytokeratin-5 is a basal layer, cytokeratin-14 is a basal layer differentiation marker, involucrin is a spiny layer and granule layer differentiation marker , Β-actin is an internal control, procaspace-3 is a marker for proteases that act in the final stages of apoptosis, and activated caspase-3 is cleaved from procaspace-3 as an executioner Procaspace-14 is a functional marker, and is a stratum corneum differentiation marker expressed in the terminal differentiation of skin. Activated caspase-14 is cleaved from procaspace-14 as an execution factor It is a marker with the function of. The results are shown in FIG.

図3は、培養開始から1日目、4日目及び8日目の細胞クラスターにおける各種分化マーカーのイムノブロット解析の結果を示す図面代用写真である。図中、レーン1、レーン2及びレーン3は、それぞれ、図2の1、2及び3に対応する。また、図中、(a)は、サイトケラチン−14、(b)は、サイトケラチン−5、(c)は、サイトケラチン−1、(d)は、インボルクリン、(e)は、β−アクチン、(f)は、プロカスペース−3、(g)は、活性化カスペース−3、(h)は、プロカスペース−14、(i)は、活性化カスペース−14を示す。   FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing the results of immunoblot analysis of various differentiation markers in the cell clusters on day 1, 4 and 8 from the start of culture. In the figure, lane 1, lane 2, and lane 3 correspond to 1, 2, and 3 in FIG. 2, respectively. In the figure, (a) is cytokeratin-14, (b) is cytokeratin-5, (c) is cytokeratin-1, (d) is involucrin, and (e) is β-actin. , (F) shows procaspace-3, (g) shows activated caspase-3, (h) shows procaspace-14, and (i) shows activated caspase-14.

図3の結果から、培養開始から1日目の細胞クラスターに比べ、最内部に空間が形成されている培養開始から4日目の細胞クラスター及び培養開始から8日目の細胞クラスターでは、有棘層及び顆粒層の分子マーカーであるインボルクリン及びサイトケラチン1の発現が増加していることがわかる。したがって、細胞クラスター中において、表皮基底細胞が有棘層の細胞及び顆粒層の細胞へ分化していることが示唆される。   From the results shown in FIG. 3, compared to the cell cluster on the first day from the start of the culture, the cell cluster on the fourth day from the start of the culture and the cell cluster on the eighth day from the start of the culture in which a space is formed in the innermost part are spiny. It can be seen that expression of involucrin and cytokeratin 1, which are molecular markers of the layer and the granule layer, is increased. Therefore, it is suggested that in the cell cluster, epidermal basal cells are differentiated into spinous layer cells and granule layer cells.

また、図3の結果から、培養開始から4日目の細胞クラスターに比べ、最内部に空間が形成されている培養開始から8日目の細胞クラスターでは、有棘層及び顆粒層の分子マーカーであるインボルクリン及びサイトケラチン1の発現が、より増加していることがわかる。したがって、培養期間の経過に伴って、表皮基底細胞から有棘層の細胞及び顆粒層の細胞への分化が進行することがわかる。   In addition, from the results shown in FIG. 3, compared with the cell cluster on the 4th day from the start of the culture, the cell cluster on the 8th day from the start of the culture in which the space is formed in the innermost part, the molecular markers of the spinous layer and the granular layer are used. It can be seen that the expression of certain involucrin and cytokeratin 1 is increased. Therefore, it can be seen that differentiation from epidermal basal cells into spinous layer cells and granule layer cells progresses as the culture period elapses.

また、図3の結果から、培養開始から1日目の細胞クラスターに比べ、培養開始から4日目の細胞クラスターにおいて、基底層の分子マーカーであるサイトケラチン5及びサイトケラチン14が増加していることがわかる。さらに、図3の結果から、培養開始から4日目の細胞クラスターに比べ、培養開始から8日目の細胞クラスターにおいて、基底層の分子マーカーであるサイトケラチン5及びサイトケラチン14がやや増加していることがわかる。これらの結果より、培養期間の経過に伴って、最内部に形成される空間が大きくなることに伴い、細胞クラスターにおいて、基底層の分子マーカーであるサイトケラチン5及びサイトケラチン14が増加していることがわかる。かかる結果より、培養期間の経過に伴って、細胞クラスターの球状の構造の直径が大きくなり、コラーゲンゲルと接触している細胞が多くなるためであることが示唆される。   Moreover, from the result of FIG. 3, the cytokeratin 5 and the cytokeratin 14 which are the molecular markers of a basal layer are increasing in the cell cluster of the 4th day from the culture start compared with the cell cluster of the 1st day from the culture start. I understand that. Further, from the results of FIG. 3, cytokeratin 5 and cytokeratin 14 which are molecular markers of the basal layer are slightly increased in the cell cluster on the 8th day from the start of the culture as compared with the cell cluster on the 4th day from the start of the culture. I understand that. From these results, with the progress of the culture period, cytokeratin 5 and cytokeratin 14, which are molecular markers of the basal layer, increase in the cell cluster as the space formed in the innermost portion increases. I understand that. From these results, it is suggested that the diameter of the spherical structure of the cell cluster increases with the passage of the culture period, and the number of cells in contact with the collagen gel increases.

さらに、図3の結果から、培養開始から1日目の細胞クラスター、培養開始から4日目の細胞クラスター及び培養開始から8日目の細胞クラスターにおいて、プロカスペース−3の量の変化が見られず、活性化カスペース−3の発現量にも変化がないことがわかる。したがって、培養期間の経過に伴う細胞クラスターの最内部における空間の形成は、プロカスペース−3からの活性化カスペース−3の生成が見られないため、細胞傷害由来のアポトーシスにより引き起こされる事象ではないことが示唆される。   Further, from the results of FIG. 3, changes in the amount of procaspace-3 were observed in the cell cluster on the first day from the start of culture, the cell cluster on the fourth day from the start of culture, and the cell cluster on the eighth day from the start of culture. It can be seen that there is no change in the expression level of activated caspase-3. Therefore, the formation of the space in the innermost part of the cell cluster with the progress of the culture period does not show the generation of activated caspase-3 from procaspase-3, so that in the event caused by apoptosis derived from cytotoxicity Not suggested.

また、図3の結果から、培養開始から1日目の細胞クラスターに比べ、培養開始から4日目の細胞クラスターにおいて、プロカスペース−14が減少し、活性化カスペース−14が増加しているため、カスペース−14の活性化が生じていることがわかる。さらに、図3の結果から、培養開始から4日目の細胞クラスターに比べ、培養開始から8日目の細胞クラスターにおいて、プロカスペース−14が減少し、活性化カスペース−14が増加しているため、カスペース−14の活性化が生じていることがわかる。これらの結果より、細胞クラスターにおいて、三次元培養皮膚モデル及びヒトの皮膚の角質層で見られるのと同様に、培養期間の経過に伴って、カスペース−14の活性化が見られるため、培養期間の経過に伴う細胞クラスターの最内部における空間の形成は、表皮基底細胞から角質層の細胞への終末分化により引き起こされることが示唆される。   In addition, from the results shown in FIG. 3, procaspase-14 decreased and activated caspase-14 increased in the cell cluster on the fourth day from the start of the culture as compared to the cell cluster on the first day from the start of the culture. Therefore, it can be seen that activation of caspase-14 occurs. Further, from the results shown in FIG. 3, procaspase-14 decreased and activated caspase-14 increased in the cell cluster on the eighth day from the start of the culture as compared to the cell cluster on the fourth day from the start of the culture. Therefore, it can be seen that activation of caspase-14 occurs. From these results, the activation of caspase-14 is observed with the passage of the culture period in the cell cluster as in the three-dimensional cultured skin model and the stratum corneum of human skin. It is suggested that the formation of the innermost space of the cell cluster with the passage of time is caused by terminal differentiation from epidermal basal cells to stratum corneum cells.

以上のことから、予め、表皮基底細胞の旋回培養を行なうことにより細胞凝集物を形成させ、ついで、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することにより得られる細胞クラスターは、ヒトの皮膚と同様に、コラーゲンの接している基底層から脱核した角質層までの各層の分化状態を反映していることがわかる。したがって、前記細胞クラスターは、皮膚のモデルとして用いることができる皮膚モデル構築物であることが示唆される。また、前記細胞クラスターは、前記支持体内での培養時間の経過に伴って、皮膚における表皮基底細胞の分化と同様の分化過程が見られるため、前記皮膚モデル構築物の製造方法は、皮膚の分化過程モデルとして有用である。   From the above, cell clusters obtained by swirling culture of epidermal basal cells in advance to form cell aggregates and then culturing in a support body that contains extracellular matrix components and serves as a scaffold As in human skin, it can be seen that it reflects the differentiation state of each layer from the basal layer in contact with collagen to the enucleated stratum corneum. Therefore, it is suggested that the cell cluster is a skin model construct that can be used as a skin model. In addition, since the cell cluster shows a differentiating process similar to the differentiation of epidermal basal cells in the skin as the culture time in the support body elapses, the method for producing the skin model construct includes a process of skin differentiation. Useful as a model.

従来の三次元培養皮膚モデルは、製造に際して、煩雑な操作を行なう必要があるとともに、製造に、20日間を要する。   The conventional three-dimensional cultured skin model requires complicated operations during production, and requires 20 days for production.

しかしながら、前記皮膚モデル構築物は、表皮基底細胞の旋回培養の開始から、基底層と有棘層と顆粒層と角質層とを有するヒトの皮膚と同様の層を形成するまでの期間は、わずか4日間である。したがって、前記皮膚モデル構築物は、従来の三次元培養皮膚モデルに比べ、製造が簡単で、製造に要する時間が少ない点で優れる。また、平板培養では、表皮基底細胞は、基底層と有棘層と顆粒層と角質層とを有するヒトの皮膚と同様の層を形成せず、かつヒトの皮膚の角質層で見られるカスペース−14の活性化が見られないのに対し、前記皮膚モデル構築物では、基底層と有棘層と顆粒層と角質層とを有するヒトの皮膚と同様の層を形成し、ヒトの皮膚や三次元培養皮膚モデルと同様に、カスペース−14の活性化が見られる。したがって、前記皮膚モデル構築物は、平面培養により培養された表皮基底細胞に比べ、より皮膚に近いモデルである点で優れる。   However, in the skin model construct, the period from the start of swiveling culture of epidermal basal cells to the formation of a layer similar to human skin having a basal layer, a spiny layer, a granule layer, and a stratum corneum is only 4 Days. Therefore, the skin model construct is superior to the conventional three-dimensional cultured skin model in that it is easy to manufacture and requires less time for manufacturing. In plate culture, epidermal basal cells do not form a layer similar to human skin having a basal layer, a spiny layer, a granule layer, and a stratum corneum, and are found in the stratum corneum of human skin. In contrast, the skin model construct forms a layer similar to human skin having a basal layer, a spiny layer, a granule layer, and a stratum corneum. As with the original cultured skin model, activation of caspase-14 is observed. Therefore, the skin model construct is superior in that it is a model closer to the skin than the epidermal basal cells cultured by planar culture.

(実施例3)
IL−2シグナルペプチド(配列番号:3)をコードする核酸(配列番号:4)を、発生分化制御因子であるエピモルフィンをコードするcDNA(配列番号:1)におけるエピモルフィン(配列番号:2)のN末端に対応する部位に付加し、IL−2シグナルペプチド結合エピモルフィンをコードする核酸を得た。得られたIL−2シグナルペプチド結合エピモルフィンをコードする核酸と、アデノウイルス発現システム(クローンテック社製、商品名:Adeno−X Expression System 1)とを用いて、IL−2シグナルペプチド結合エピモルフィン発現用の組換えアデノウイルスを構築した。
(Example 3)
The nucleic acid (SEQ ID NO: 4) encoding the IL-2 signal peptide (SEQ ID NO: 3) is converted into epimorphin (SEQ ID NO: 2) in the cDNA (SEQ ID NO: 1) encoding epimorphin, which is a developmental differentiation regulator. Was added to the site corresponding to the N-terminus of the nucleic acid to obtain a nucleic acid encoding IL-2 signal peptide-bound epimorphin. Using the obtained nucleic acid encoding IL-2 signal peptide-bound epimorphin and an adenovirus expression system (Clontech, trade name: Adeno-X Expression System 1), IL-2 signal peptide-bound epimorphin A recombinant adenovirus for expression was constructed.

HaCaT細胞を、1000U/ml DNアーゼI(シグマ−アルドリッチ社製)を含むDH10 350μlに懸濁し、得られた懸濁物を、24−ウェルディッシュ(超低接着表面、コーニング社製)中、100rpmで回転させた。   HaCaT cells were suspended in 350 μl of DH10 containing 1000 U / ml DNase I (Sigma-Aldrich), and the obtained suspension was suspended at 100 rpm in a 24-well dish (super low adhesion surface, Corning). It was rotated with.

いくつかのウェルに、前記組換えアデノウイルス(10pfu)を添加して、HaCaT細胞に導入し、IL−2シグナルペプチド結合エピモルフィンを一過性発現する遺伝子導入表皮基底細胞(HaCaT−Av−EPM細胞)を得た。 In some wells, the recombinant adenovirus (10 7 pfu) is added, introduced into HaCaT cells, and a transgenic epidermal basal cell (HaCaT-Av) that transiently expresses IL-2 signal peptide-bound epimorphin. -EPM cells).

また、いくつかのウェルに、IL−2シグナルペプチド結合エピモルフィンをコードするcDNAをもたないアデノウイルスを添加して、HaCaT細胞に導入し、HaCaT−Av−対照細胞を得た。   In addition, adenovirus without cDNA encoding IL-2 signal peptide-binding epimorphin was added to some wells and introduced into HaCaT cells to obtain HaCaT-Av-control cells.

得られたHaCaT−Av−EPM細胞を、前記実施例1と同様に培養して、細胞クラスターを形成させた。その後、形成された細胞クラスターを、前記実施例1と同様に、0.5質量%タイプIAコラーゲン溶液(株式会社高研製)で調製された高密度のコラーゲンゲル中に包埋し、終濃度5μg/mlのインスリンを含むDH10中、5体積% CO2下、37℃で3日間培養し、細胞クラスターを得た。 The obtained HaCaT-Av-EPM cells were cultured in the same manner as in Example 1 to form cell clusters. Thereafter, the formed cell cluster was embedded in a high-density collagen gel prepared with a 0.5 mass% type IA collagen solution (manufactured by Koken Co., Ltd.) in the same manner as in Example 1, and the final concentration was 5 μg. Cell clusters were obtained by culturing for 3 days at 37 ° C. in 5% by volume CO 2 in DH10 containing / ml insulin.

また、HaCaT−Av−EPM細胞に代えて、HaCaT−Av−対照細胞を用い、同様にして、細胞クラスターを得た。   Further, instead of HaCaT-Av-EPM cells, HaCaT-Av-control cells were used to obtain cell clusters in the same manner.

前記HaCaT−Av−対照細胞から得られた細胞クラスター及び前記HaCaT−Av−EPM細胞から得られた細胞クラスターそれぞれを、インボルクリンに対するアフィニティー精製抗体(サンタクルズバイオテクノロジーインコーポレーティッド製)と、室温で60分間インキュベーションし、その後、AlexaFluor488−標識二次抗体(インビトロジェン社製、商品名:AlexaFluor488−標識抗マウスIgG抗体)とともに、室温で60分間インキュベーションして、免疫細胞化学染色を行なった。なお、細胞核を、ヨウ化プロピジウムで対比染色した。また、前記HaCaT−Av−対照細胞から得られた細胞クラスター及びHaCaT−Av−EPM細胞から得られた細胞クラスターそれぞれを位相差顕微鏡および蛍光顕微鏡により観察した。これにより、表皮基底細胞に発生分化制御因子をコードする核酸を導入した場合の細胞クラスターの形態及び前記細胞クラスターでのマーカーの発現を調べた。結果を図4に示す。   The cell cluster obtained from the HaCaT-Av-control cell and the cell cluster obtained from the HaCaT-Av-EPM cell were each treated with an affinity purified antibody against involucrin (manufactured by Santa Cruz Biotechnology Inc.) for 60 minutes at room temperature. After incubation, immunocytochemical staining was performed by incubation with AlexaFluor488-labeled secondary antibody (Invitrogen, trade name: AlexaFluor488-labeled anti-mouse IgG antibody) for 60 minutes at room temperature. Cell nuclei were counterstained with propidium iodide. The cell clusters obtained from the HaCaT-Av-control cells and the cell clusters obtained from the HaCaT-Av-EPM cells were observed with a phase contrast microscope and a fluorescence microscope. Thereby, the morphology of the cell cluster when the nucleic acid encoding the developmental differentiation regulator was introduced into the epidermal basal cell and the expression of the marker in the cell cluster were examined. The results are shown in FIG.

図4は、表皮基底細胞に発生分化制御因子をコードする核酸を導入した場合の細胞クラスターの形態及び前記細胞クラスターでのマーカーの発現への影響を調べた結果を示す図面代用写真である。図中、スケールバーは、いずれも50μmである。図4(A)の(a)は、HaCaT−Av−対照細胞から得られた細胞クラスターの位相差顕微鏡観察の結果を示す図面代用写真、(b)は、HaCaT−Av−対照細胞から得られた細胞クラスターの免疫細胞化学染色の結果を示す図面代用写真であり、図4(B)の(a)は、HaCaT−Av−EPM細胞から得られた細胞クラスターの蛍光顕微鏡観察の結果を示す図面代用写真、(b)は、HaCaT−Av−EPM細胞から得られた細胞クラスターの免疫細胞化学染色の結果を示す図面代用写真である。図中、4は、形成された空間、5は、インボルクリンに対する染色位置の一例、6は、ヨウ化プロピジウムに対する染色位置の一例である。   FIG. 4 is a drawing-substituting photograph showing the results of examining the morphology of a cell cluster and the effect of marker expression on the cell cluster when a nucleic acid encoding a developmental differentiation regulator is introduced into epidermal basal cells. In the figure, the scale bars are all 50 μm. FIG. 4 (A) (a) is a drawing-substituting photograph showing the results of phase contrast microscopic observation of a cell cluster obtained from HaCaT-Av-control cells, and (b) is obtained from HaCaT-Av-control cells. 4A is a drawing-substituting photograph showing the result of immunocytochemical staining of the cell cluster, and FIG. 4B is a drawing showing the result of fluorescence microscope observation of the cell cluster obtained from HaCaT-Av-EPM cells. A substitute photo, (b), is a drawing substitute photo showing the results of immunocytochemical staining of a cell cluster obtained from HaCaT-Av-EPM cells. In the figure, 4 is a formed space, 5 is an example of a staining position for involucrin, and 6 is an example of a staining position for propidium iodide.

図4(A)の(a)の結果及び図4(A)の(b)の結果から、HaCaT−Av−対照細胞から得られた細胞クラスターの最内部に空間が形成され、前記空間に隣接する層では、細胞核が見られないことがわかる。かかる図4の結果と、図3の結果とから、この空間の形成は、表皮基底細胞から角質層の細胞への終末分化に起因する脱核を伴うことが示唆される。   From the result of (a) in FIG. 4 (A) and the result of (b) in FIG. 4 (A), a space is formed in the innermost part of the cell cluster obtained from the HaCaT-Av-control cell and is adjacent to the space. It can be seen that there is no cell nucleus in the layer. The results of FIG. 4 and FIG. 3 suggest that the formation of this space is accompanied by enucleation due to terminal differentiation from epidermal basal cells to stratum corneum cells.

また、図4(A)の(b)の結果から、コラーゲンゲルと接触しておらず、形成された空間の内側に沿って、有棘層及び顆粒層の分子マーカーであるインボルクリンの発現が見られている。したがって、HaCaT−Av−対照細胞から得られた細胞クラスターでは、コラーゲンと接している基底層、コラーゲンとの結合が消失することにより分化し、インボルクリンを発現した有棘層と顆粒層および脱核した空間が示す角質層とを有するヒトの皮膚と同様の層を形成していることが示唆される。   In addition, from the result of (b) of FIG. 4 (A), expression of involucrin, which is a molecular marker of the spinous layer and the granular layer, is observed along the inner side of the formed space without being in contact with the collagen gel. It has been. Therefore, in the cell cluster obtained from the HaCaT-Av-control cells, the basal layer in contact with collagen, the spinal layer and granule layer expressing involucrin, and enucleated were differentiated by the loss of the binding to collagen. It is suggested that a layer similar to human skin having a stratum corneum indicated by a space is formed.

一方、図4(B)の(a)の結果及び図4(B)の(b)の結果から、HaCaT−Av−EPM細胞から得られた細胞クラスターは、空間が形成されず、インボルクリンの粒子が沈着している構造を有している。図4(A)の(a)、(b)、図4(B)の(a)及び(b)の結果から、HaCaT−Av−EPM細胞から得られた細胞クラスターでは、外因的に導入されたエピモルフィンの遺伝子の過剰発現が、ヒトの皮膚と同様の層の形成を阻害していることが示唆される。これらの結果から、予め、表皮基底細胞の旋回培養を行なうことにより細胞凝集物を形成させ、ついで、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養する前記皮膚モデル構築物の製造方法において、表皮基底細胞として、発生分化制御因子をコードする核酸などを導入した遺伝子導入基底細胞を用いることにより、当該発生分化制御因子の機能を調べることができることがわかる。また、前記皮膚モデル構築物の製造方法において、表皮基底細胞として、疾患関連因子の遺伝子を導入した遺伝子導入表皮基底細胞を用いることにより、簡便に、皮膚の疾患状態を再現できる可能性があることが示唆される。   On the other hand, from the result of (a) in FIG. 4B and the result of (b) in FIG. 4 (B), the cell cluster obtained from the HaCaT-Av-EPM cell does not form a space, and particles of involucrin Has a deposited structure. From the results of (a) and (b) of FIG. 4 (A) and (a) and (b) of FIG. 4 (B), the cell cluster obtained from the HaCaT-Av-EPM cells was introduced exogenously. It is suggested that overexpression of the epimorphin gene inhibits the formation of layers similar to human skin. From these results, production of the skin model construct is carried out in which cell aggregates are formed in advance by swirling culture of epidermal basal cells, and then cultured in a support body containing an extracellular matrix component and serving as a scaffold. In the method, it can be seen that the function of the developmental differentiation regulator can be examined by using, as the epidermal basal cell, a transgenic basal cell into which a nucleic acid encoding a developmental differentiation regulator is introduced. In addition, in the method for producing a skin model construct, it may be possible to easily reproduce a skin disease state by using a gene-introduced epidermal basal cell into which a gene of a disease-related factor is introduced as an epidermal basal cell. It is suggested.

実施例1における培養開始から8日目の細胞クラスターの位相差顕微鏡により観察結果を示す図面代用写真である。図中、スケールバーは、50μmを示す。2 is a drawing-substituting photograph showing the observation results of the cell clusters on the eighth day from the start of culture in Example 1 using a phase contrast microscope. In the figure, the scale bar indicates 50 μm. 実施例2における培養過程での細胞クラスターの構造の変化を概略的に示す概略説明図である。図中、スケールバーは、100μmを示す。6 is a schematic explanatory diagram schematically showing changes in the structure of cell clusters during the culture process in Example 2. FIG. In the figure, the scale bar indicates 100 μm. 実施例2における培養開始から1日目、4日目及び8日目の細胞クラスターの各種分化マーカーのイムノブロット解析の結果を示す図面代用写真である。2 is a drawing-substituting photograph showing the results of immunoblot analysis of various differentiation markers of the cell clusters on the first, fourth, and eighth days from the start of culture in Example 2. FIG. 実施例3における表皮基底細胞に発生分化制御因子をコードする核酸を導入した場合の細胞クラスターの形態及び前記細胞クラスターでのマーカーの発現への影響を調べた結果を示す図面代用写真である。図中、スケールバーは、いずれも50μmである。FIG. 6 is a drawing-substituting photograph showing the results of examining the morphology of cell clusters and the effect on marker expression in the cell clusters when a nucleic acid encoding a developmental differentiation regulator is introduced into epidermal basal cells in Example 3. FIG. In the figure, the scale bars are all 50 μm.

配列番号:3は、IL−2シグナルペプチドのアミノ酸配列である。   SEQ ID NO: 3 is the amino acid sequence of the IL-2 signal peptide.

配列番号:4は、IL−2シグナルペプチドをコードする核酸の塩基配列である。   SEQ ID NO: 4 is the base sequence of nucleic acid encoding IL-2 signal peptide.

Claims (7)

表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することを特徴とする皮膚モデル構築物の製造方法。   A method for producing a skin model construct, comprising culturing cell aggregates of epidermal basal cells in a support body containing a component of an extracellular matrix and serving as a scaffold. 前記表皮基底細胞が、外因的に核酸が導入された遺伝子導入表皮基底細胞である請求項1記載の皮膚モデル構築物の製造方法。   The method for producing a skin model construct according to claim 1, wherein the epidermal basal cell is a gene-introduced epidermal basal cell into which a nucleic acid has been introduced exogenously. 前記支持体が、コラーゲンゲルである請求項1又は2に記載の皮膚モデル構築物の製造方法。   The method for producing a skin model construct according to claim 1 or 2, wherein the support is a collagen gel. 請求項1〜3いずれか1項に記載の製造方法により得られる皮膚モデル構築物。   The skin model structure obtained by the manufacturing method of any one of Claims 1-3. 表皮基底細胞と前記表皮基底細胞の分化細胞とを含む細胞クラスターからなり、
前記細胞クラスターの最表部に形成され、前記表皮基底細胞を含有した基底層と、
前記基底層の内側に形成され、前記表皮基底細胞の分化細胞を含有した分化細胞層と
を有してなり、
前記分化細胞層の内側に空間が形成されてなる皮膚モデル構築物。
A cell cluster comprising epidermal basal cells and differentiated cells of the epidermal basal cells,
A basal layer formed on the outermost part of the cell cluster and containing the epidermal basal cells;
A differentiated cell layer formed inside the basal layer and containing differentiated cells of the epidermal basal cell,
A skin model construct in which a space is formed inside the differentiated cell layer.
前記分化細胞層が、前記基底層の内側に形成され、有棘細胞を含有した有棘層と、
前記有棘層の内側に形成され、顆粒細胞を含有した顆粒層と、
前記顆粒層の内側に形成された角化層と
からなる請求項5記載の皮膚モデル構築物。
The differentiated cell layer is formed inside the basal layer and contains spinous cells;
A granule layer formed inside the barbed layer and containing granule cells;
The skin model construct according to claim 5, comprising a keratinized layer formed inside the granular layer.
表皮基底細胞の細胞凝集物を、細胞外マトリックスの成分を含有し、かつ足場となる支持体内で培養することを特徴とする皮膚の分化のシミュレーション方法。   A method of simulating skin differentiation, comprising culturing cell aggregates of epidermal basal cells in a support body containing a component of an extracellular matrix and serving as a scaffold.
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