JP5887333B2 - 毛色が制御された移植用再生毛包原基の製造方法、当該移植用再生毛包原基を含む組成物、およびその移植方法 - Google Patents
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Description
即ち、本発明は、移植後に生じる発毛の毛色が制御された移植用再生毛包原基の製造方法であって、間葉系細胞を含む第1の細胞集合体を調製する工程、上皮系細胞を含む第2の細胞集合体を調製する工程、色素幹細胞を含む細胞集合体を調製する工程、前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体との少なくとも一方に、前記色素幹細胞を含む細胞集合体とを結合させる工程、及び、続いて、前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体であって、少なくとも一方が、前記色素幹細胞を含む細胞集合体と結合した前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体とを密着させて支持体内部で培養する工程、を含む、移植用再生毛包原基の製造方法に関する。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記第2の細胞集合体が上皮系細胞から実質的に構成されることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記色素幹細胞を含む細胞集合体が、単一化処理されたものであることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記色素幹細胞が、サブバルジ領域由来のメラノブラスト、または、毛母基底部由来のメラノサイト前駆細胞であることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記細胞集合体同士を結合させる工程において、前記第1の細胞集合体の細胞数または前記第2の細胞集合体の細胞数と、前記色素幹細胞を含む細胞集合体の細胞数との比が、0.1:1〜100:1の範囲内であることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記間葉系細胞が、毛乳頭細胞または真皮毛根鞘細胞であることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記上皮系細胞が、バルジ領域上皮細胞または毛母基底部上皮細胞であることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記間葉系細胞または上皮系細胞が、成体の毛包由来であることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記再生毛包原基にガイドを挿入する工程をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記再生毛包原基を移植した際に再生する再生毛包が、メラノブラストの幹細胞ニッチを備えることを特徴とする。
また、本発明の移植用再生毛包原基の製造方法の一実施態様においては、前記再生毛包原基を移植した際に再生する再生毛包が、永続的に有色毛を形成可能であることを特徴とする。
さらに、本発明の別の態様は、上記移植用再生毛包原基の製造方法により作製された移植用再生毛包原基を、対象とする部位へ移植する工程を含む、毛色が制御された移植用再生毛包原基の移植方法に関する。
また、本発明の移植用再生毛包原基の移植方法の一実施態様においては、前記ガイドを移植部位より突出した状態で維持することにより、移植した再生毛包原基の上皮系細胞側の部分と前記対象の上皮系細胞とがガイドに沿って伸長し、連結することを特徴とする。
さらに、本発明の一実施態様においては、本発明により作製される移植用再生毛包原基の移植後に再生する再生毛包において、メラノブラストの幹細胞ニッチを形成させることができる。これにより、毛胞中のメラノブラストの幹細胞ニッチが、メラノブラストを維持するとともに、メラノサイトを適宜供給することができるため、長期間にわたり有色毛を形成させることができる。
また、本明細書において、「色素幹細胞」とは、色素細胞(メラノサイト)へ分化するメラノサイト前駆細胞、メラノブラスト(色素幹細胞)を意味する。なお、色素幹細胞を含むという場合には、上記細胞のいずれか一種を用いることもできるし、組み合わせて用いることもできる。また、メラノブラストとは、メラノサイトおよびメラノサイト前駆細胞へと分化可能であって、未分化状態の色素を持たない幹細胞をいう。メラノブラストは、毛包中の特定の幹細胞ニッチにて長期間、未分化状態が維持される。また、メラノサイト前駆細胞とは、メラノサイトへ分化可能な前駆細胞であって、未分化状態の色素を持たない前駆細胞をいう。そして、色素細胞(メラノサイト)とは、最終分化した色素を有する細胞をいう。
また、本明細書において、「色素幹細胞を含む細胞集合体」とは、上記のような色素幹細胞を含む組織や領域、これらの組織や領域を酵素処理や単一化処理等により細胞単位に分離させた状態の細胞、または、分離した細胞を遠心分離等により細胞凝集塊にした状態を含む。また、色素幹細胞を含む細胞集合体は、実質的に色素幹細胞より構成される細胞集合体とすることもできる。
また、本発明において、「毛母基底部」とは、毛球部の毛母のうちでAuber氏線よりも下方に位置し、メラニンを産生するメラノサイトが分布しない領域をいう。
なお、メラノブラストは毛包の上皮層に存在するため、色素幹細胞としてメラノブラストを用いる際は、上皮系細胞を含む細胞集合体へ結合させる方が幹細胞の機能を維持できる点で好ましい。
しかしながら、第1の細胞集合体の細胞数または第2の細胞集合体の細胞数と、色素幹細胞を含む細胞集合体の細胞数との比は、作製される再生毛包原基の毛色を制御できる限りにおいて上記の範囲に限定されない。
第1の細胞集合体および第2の細胞集合体の両方に色素幹細胞を含む細胞集合体を結合させる際にも、それぞれの細胞集合体に対して、上記の範囲内となるように色素幹細胞を含む細胞集合体を結合させることができる。
またこのとき、第1の細胞集合体または第2の細胞集合体に結合させる色素幹細胞の細胞数の割合を調整することで、毛色の濃淡についても制御することができる。
また、毛包以外に由来する色素幹細胞としては、皮膚内の表皮層内に分布しているものを用いることができる。
また、毛包からの色素幹細胞の調製は、例えば、メラノブラストを含むサブバルジ領域を分離する際には、顕微鏡検鏡下で皮脂腺と立毛筋を目印として、バルジ領域に隣接した定常部最下端部として分離することができる。また、メラノサイト前駆細胞を含む毛母基底部を分離する際には、顕微鏡検鏡下、毛乳頭の毛球部を目印として、Auber氏線よりも下方の可変部最下端部より分離することができる。さらに、メラノブラストのマーカーであるDctのプロモーター下にGFPを組み込んだ遺伝子を導入した動物由来の細胞や培養細胞を材料とする場合は、酵素処理により単一化した細胞から、さらにメラノブラストをセルソーターで分離・取得することができる。また、組織から間葉系細胞、上皮系細胞、サブバルジ領域、および毛母基底部等を分離する際には、分離を容易に行うため酵素を用いてもよい。酵素としては、ディスパーゼ、コラゲナーゼ、トリプシン等、公知のものを挙げることができ、当業者は適宜好ましい酵素を使用することができる。
本発明で用いられる支持担体としては、例えば、コラーゲン、アガロースゲル、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、寒天、ハイドロゲル、セルマトリクス(商品名)、メビオールゲル(商品名)、マトリゲル(商品名)、エラスチン、フィブリン、ラミニン、細胞外マトリクス混合物、ポリグリコール酸(PGA)、ポリ乳酸(PLA)、乳酸/グリコール酸共重合体(PLGA)等を挙げることができる。中でも、適切な硬さや保持力を有するコラーゲン、アガロースゲル、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、寒天、ハイドロゲル、セルマトリクス、メビオールゲル、マトリゲル、細胞外マトリクス混合物、エラスチン、フィブリン、ラミニンが好ましい。
例えば、支持担体は液状のものを用い、第1と第2の細胞集合体からなる再生毛包原基を配置した後に硬化させてもよい。例えば培養用のディッシュ上にコラーゲンゲルドロップを作製し、コラーゲンドロップ内に再生毛包原基を配置した後、37℃のCO2インキュベータ内で培養することにより、コラーゲンをゲル化させることができる。
また、配置した後に、支持担体を固化する工程を設けることも好ましい。これにより、細胞がさらに凝集して、より高密度な状態とすることができる。例えば、コラーゲンゲルの場合、培養温度下で数分〜数十分間静置することによって固化することができる。このとき、細胞集合体内に細胞以外の成分が少なければ少ないほど、より高密度な状態が実現される。
培養期間は、長くすることによって、再生毛包原基の形成をより進行させることができる。所望の状態を得るために、例えば、1日以上、2日以上、6日以上、30日以上、50日以上、100日以上、又は300日以上培養してもよく、培養の途中で、培地や培養条件を変更することもできる。
例えば、再生毛包原基を移植した際に、機能的な毛髪を得るためには、再生毛包原基を少なくとも1日培養することが好ましく、2日以上がより好ましい。
支持担体を単独で培養する場合、培養条件は、一般的な動物細胞の培養に用いられる条件とすることができる。また、培養には、哺乳動物由来の血清を添加してもよく、またこれらの細胞の増殖や分化に有効であることが知られている各種細胞因子を添加してもよい。このような細胞因子としては、FGF、BMP等を挙げることができる。
また、再生毛包原基となる細胞集合体へのガイドの挿入は、器官培養開始直後、すなわち、上皮系細胞および間葉系細胞を培地内へ配置した後すぐに挿入することができる。しばらく培養した後に、ガイドを挿入する際には、再生毛包原基の上皮系細胞は器官培養により細胞接着により強度を増すことから、ガイドの素材強度(たとえばステンレス線などを用いたり)とガイドの先端を鋭利とするなどで貫通力を増すことで、培養開始後1〜2日目に挿入することもできる。ガイド挿入のタイミングを、器官原基作成直後とすることは、ナイロン糸などの生体に対する異物応答が低くフレキシブルな素材を用いることができる点において好ましい。また、しばらく培養した後にガイドを挿入すると、第1の細胞集合体と第2の細胞集合体との接触面がより強固に接着しており、ガイドの挿入により接触面を壊すことがなく、この点において好ましい。
本発明の製造方法により作製された毛色が制御された移植用再生毛包原基を移植することにより、毛色が制御された発毛を移植部位において得ることができる。特に、成体由来の毛包より再生毛包原基を再構築した際であっても、その再生毛包原基の移植により、移植部位において有色毛を得ることができる。
毛色が制御された移植用再生毛包原基は、当業者に公知の方法で対象とする部位に移植することができ、例えば、シャピロ式植毛術やチョイ式植毛器を用いた植毛、空気圧を利用したインプランター等を使用し、移植することができる。シャピロ式植毛術とは、対象とする移植部位にマイクロメス等で移植創を作った後に、ピンセットを用いて移植物を移植する方法である。このような植毛術を適用する際には、移植用再生毛包原基がガイドを有することで、再生毛包原基を直接触れることなく操作可能であり、簡便に操作することができる。
ガイドは、再生毛包原基を移植後しばらくしてレシピエント側の上皮系細胞と、再生毛包原基の上皮系細胞由来の側との連続性が確保された後、移植部位より抜くことができる。ガイドを抜くタイミングは、適宜設定することができるが、例えば、移植後3日〜7日で移植部位から抜くことが好ましい。または、ガイドが、自然と移植部位より抜けるまで放置することもできる。生体吸収性の材料のガイドは、自然と移植部位より抜けるか、分解・吸収されるまで放置することができる。
また、本明細書において用いられる「含む」との用語は、文脈上明らかに異なる理解をすべき場合を除き、記述された事項(部材、ステップ、要素、数字など)が存在することを意図するものであり、それ以外の事項(部材、ステップ、要素、数字など)が存在することを排除しない。
第一の、第二のなどの用語が種々の要素を表現するために用いられるが、これらの要素はそれらの用語によって限定されるべきではないことが理解される。これらの用語は一つの要素を他の要素と区別するためのみに用いられているのであり、例えば、第一の要素を第二の要素と記し、同様に、第二の要素は第一の要素と記すことは、本発明の範囲を逸脱することなく可能である。
また、本明細書において、毛包における上方または下方の表現は、便宜上、毛包の構成において、毛乳頭が存在する部分を下方とし、毛包において毛乳頭とは反対側、すなわち毛が発毛・伸長する方向を上方とする。
(1)実験動物
7−8週齢のC57BL/6マウス(日本クレア)およびC57BL/6 6−TgN(act−EGFP)マウスより毛包を採取した。また、下記実験手法により作製された再生毛包原基は6−8週齢のBalb/c nu/nuマウス(SLC)に移植した。動物の飼育および実験は、関連法規、省令、および指針を遵守し、東京理科大学動物実験倫理審査会の承認のもとに実施した。
7−8週齢のC57BL/6マウスを頸椎脱臼により安楽死させた後に、毛球部を傷つけないように頬部皮膚全層および皮下組織を採取した。頬髭周囲の皮下組織を除去した後に、毛包を分離した。分離した毛包より成長期I−IV期の頬髭毛包を選択し、選択した頬髭毛包より25G注射針を用いてコラーゲン鞘を取り除き、毛包を露出させた。さらに、露出させた毛包より毛球部を分離し、毛乳頭を摘出した。なお、分離した毛包および摘出した毛乳頭を作業中に保存するための保存液として、10 mMのHEPES,10%牛胎児血清、および1%ペニシリン・ストレプトマイシン溶液を含むDMEM培地(DMEM10)を用いた。分離した毛乳頭は、3.5cm培養プラスチックディッシュ(日本ベクトン・ディッキンソン)に播種し、10ng/mlのFGF2(和光純薬)を含むDMEM10にて、5%CO2、37℃、湿度95%環境下にて初代培養を行った。初代培養毛乳頭細胞は4日目および8日目に培地交換し、9日間培養したのちに、再生毛包原基の作製のために使用した。9日間培養後の初代培養毛乳頭細胞は、PBS(−)で3回洗浄した後に、0.05%トリプシンを含む10mM EDTA溶液(GIBCO)で剥離し、DMEM10でトリプシン中和し、十分洗浄した後に氷温下で使用時まで保存した。
上記(2)において分離した頬髭組織の毛包より、25G注射針を用いてコラーゲン鞘を取り除き、バルジ領域を分離した。バルジ領域組織は終濃度4.8U/mlのDispase II(Becton Dickson)及び100U/mlのCollagenase(Worthington,Lakewood,NJ)溶液にて37℃で4分間反応させ、その後、25G注射針を用いて外科的にバルジ領域上皮組織とバルジ周囲の間葉組織とに分離した。分離したバルジ領域上皮組織は0.05%Trypsin(Invitrogen,Carlsbad,US)でインキュベータにて1時間酵素処理を行い、35μm poreセルストレイナーを通して単一化細胞とした。
また、再生毛包原基の作製直前に、培養毛乳頭細胞は0.05%Trypsin(Invitrogen, Carlsbad,US)にて回収し、35μm poreセルストレイナーを通して単一化細胞とした。
再生毛包原基は器官原基法に従って作製した。以下に手順の詳細を記載する。上記のように取得した、単一化したバルジ領域細胞と単一化した培養毛乳頭細胞は、それぞれシリコングリースを塗布した1.5mlマイクロチューブ(エッペンドルフ)に移し、遠心分離器にかけた。遠心分離により沈殿した単一化したバルジ領域細胞または単一化した培養毛乳頭細胞を回収するため、遠心後の培養液の上清をGELoader Tip0.5−20ml(エッペンドルフ)を用いて完全に除去した。次に、シリコングリース(東レ・ダウコーニング)を塗布したペトリディッシュ上にCellmatrix type I−A (Nitta gelatin,Osaka,Japan)を30ml滴下してコラーゲンゲルドロップを作製し、上記にて調製した単一化した培養毛乳頭細胞を0.1−10mlのピペットチップ(Quality Scientific plastics)を用いて、0.2ml程度注入し細胞凝集塊を作製した。続いて、同ゲルドロップ内へ、上記にて調製したバルジ領域細胞を0.1−10mlのピペットチップ(Quality Scientific plastics)を用いて、培養毛乳頭細胞の凝集塊の上に密着させるように0.2ml程度注入し細胞凝集塊を作製した。さらに細胞凝集塊のバルジ領域細胞より全長5mmのナイロン糸(松田医科工業)を挿し、その後37℃にて5分間静置し、ゲルドロップを固化させることにより、バルジ領域細胞と培養毛乳頭細胞の結合をより強固にすることで再生毛包原基を作製した。
(5)サブバルジ領域細胞の調製
(3)に記載のバルジ領域の取得と同様の手順で、7−8週齢のC57BL/6マウスの頬髭の毛包よりリングブルスト付着部位より上方の定常領域を分離し、バルジ領域に隣接した定常部最下端部をサブバルジ領域として分離し、酵素処理および細胞分離用フィルタを用いて単一化したサブバルジ領域細胞とした。
上記(2)において分離した、7−8週齢のC57BL/6マウス頬髭組織の毛包の毛球部からコラーゲン鞘と真皮毛根鞘を除去し、25G注射針を用いて毛乳頭の基底部に隣接している毛母基底部組織を分離した。分離した毛母基底部組織を0.25%トリプシンにて37℃で10分間処理し、DMEM10で洗浄したのちに35μm poreセルストレイナーを通して単一化した毛母基底部細胞とした。
ヌードマウスを定法に従ってペントバルビタール麻酔を行い、背部をイソジン消毒した後、自然横臥位をとらせた。Vランスマイクロメス(日本アルコン)を用いて穿刺し、皮膚表皮層から真皮層下層部に至る移植創を形成した。移植創は体表面より垂直方向に400μmの深度までとし、水平方向は1mm程度とした。ナイロン糸製ガイドを挿入した再生毛包原基よりコラーゲンゲルを除去し、移植創の体表側に上皮細胞成分が向くように挿入した。移植創上端部に再生毛包原基の上皮細胞成分の上端部が露出するよう移植深度を調節し、ナイロン糸製ガイドが体表面に露出するように位置させた。ナイロン糸製ガイドを移植創に近接した皮膚表面にステリストリップ(スリーエム)で固定し、その後、ナースバンおよびサージカルテープ(スリーエム)で移植創を保護した。移植後5−7日で保護テープを除去し、移植物の生着を目視または蛍光実体顕微鏡で判定した後に経過観察を行った。
再生毛包原基の移植部位を目視および蛍光実体顕微鏡にて観察し、発毛を評価した。
(1)再生毛包原基の皮内移植による体毛と髭の再生における毛色
有色マウスの成体頬髭由来のバルジ領域と成体頬髭由来の毛乳頭細胞より作製した再生毛包原基の移植により再生した髭は95.5%の頻度で白色であった(図2a)。図1に示すように、毛幹にメラニン沈着し毛色を制御する色素幹細胞は、バルジ領域下方のサブバルジ領域に分布していることが知られている。また、メラノサイトの前駆細胞は毛球部の毛母基底部にも分布し、毛母中でメラノサイトへと分化して毛幹に色づける。成体頬髭由来の再生毛包原基は、メラノブラストが含まれないバルジ領域に限局して再生毛包原基を構築したため、再生毛包原基はメラノブラストを持たず、再生した毛包の毛母に分化したメラノサイトが含まれないために白色となる可能性が示唆された。
マウス成体頬髭毛包において、有色毛メラノブラストが存在するサブバルジ領域および、メラノサイト前駆細胞が分布する毛母基底部領域よりそれぞれ単一化した細胞を取得して再生毛包原基を構成する細胞集合体に添加したときに、再生毛の毛色に影響するかどうかを検証した。再生毛包原基を皮内移植後3週間後に発毛した毛幹の色と性状を解析した結果、サブバルジ領域または毛母基底部細胞を添加した両方の区において、黒色毛の再生毛を得ることに成功した(図2bの黒矢印及び図2c)。
その結果、毛母基底部添加区においては、再生毛包原基移植後36日目および306日目においても、黒色毛が形成されていることが確認された(図6)。本試験において、再生毛包原基により形成する毛包は、平均約15日で毛周期が1周するため、平均約20回黒色毛の形成が繰り返されていることが確認された。一方、対照区においては、移植後306日目においても、白色毛の形成しか認められなかった。
さらに、色素幹細胞の添加により作製した再生毛包原基より再生した毛包は、その毛包内にメラノブラストの幹細胞ニッチを再生可能であることが示された。また、色素幹細胞の添加により作製した再生毛包原基より再生した毛包は、有色毛の形成を永続的に維持可能であることが示された。これは、再生された毛包内のメラノブラストの幹細胞ニッチにおいて、長期間に渡りメラノブラストを維持することができ、かつ、さらに毛包の生理的な機能を再現して毛母にメラノサイトを供給することができることを示す。
Claims (14)
- 移植後に生じる発毛の毛色が制御された移植用再生毛包原基の製造方法であって、
間葉系細胞を含む第1の細胞集合体を調製する工程、
上皮系細胞を含む第2の細胞集合体を調製する工程、
色素幹細胞を含む細胞集合体を調製する工程、
前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体との少なくとも一方に、前記色素幹細胞を含む細胞集合体とを結合させる工程、及び、
続いて、前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体であって、少なくとも一方が、前記色素幹細胞を含む細胞集合体と結合した前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体とを密着させて支持体内部で培養する工程、
を含む、移植用再生毛包原基の製造方法であって、
前記色素幹細胞が、単一化処理されたものである、
方法。 - 前記第1の細胞集合体が間葉系細胞から実質的に構成される請求項1に記載の製造方法。
- 前記第2の細胞集合体が上皮系細胞から実質的に構成される、請求項1に記載の製造方法。
- 前記色素幹細胞が、サブバルジ領域由来のメラノブラスト、または、毛母基底部由来のメラノサイト前駆細胞である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記色素幹細胞が、毛母基底部由来のメラノサイト前駆細胞である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記細胞集合体同士を結合させる工程において、前記第1の細胞集合体の細胞数または前記第2の細胞集合体の細胞数と、前記色素幹細胞を含む細胞集合体の細胞数との比が、0.1:1〜100:1の範囲内である請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記第1の細胞集合体と前記第2の細胞集合体とを密着させて支持体内部で培養する工程において、前記第1の細胞集合体の細胞数と、前記第2の細胞集合体の細胞数との比が、0.3:1〜1:1の範囲内である請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記間葉系細胞が、毛乳頭細胞または真皮毛根鞘細胞である請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記上皮系細胞が、バルジ領域上皮細胞または毛母基底部上皮細胞である請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記間葉系細胞または上皮系細胞が、成体の毛包由来である請求項1〜9のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記再生毛包原基にガイドを挿入する工程をさらに含む 、請求項1〜10のいずれか一項に記載の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法によって作製される、毛色が制御された移植用再生毛包原基を含む組成物。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の製造方法により作製された移植用再生毛包原基を、対象とする部位へ移植する工程を含む、毛色が制御された移植用再生毛包原基の移植方法であって、
前記移植の対象はヒト以外である、
方法。 - 請求項11に記載の製造方法により作製された移植用再生毛包原基を、対象とする部位へ移植する工程を含む、毛色が制御された移植用再生毛包原基の移植方法であって、
前記移植の対象はヒト以外であり、
前記ガイドを移植部位より突出した状態で維持することにより、移植した再生毛包原基の上皮系細胞側の部分と前記対象の上皮系細胞とがガイドに沿って伸長し、連結することを特徴とする、移植用再生毛包原基の移植方法。
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