JP6330039B2 - 細胞構造体及び細胞構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
(1) 生体親和性高分子ブロックと少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の上記細胞間の隙間に複数個の上記生体親和性高分子ブロックが配置され、かつ空隙を有する細胞構造体であって、上記細胞構造体の体積に対する上記生体親和性高分子ブロックの体積の割合が10〜30%であり、上記細胞構造体の体積に対する上記細胞の体積の割合が20〜50%であり、かつ上記細胞構造体の体積に対する上記空隙の体積の割合が35〜60%である、上記の細胞構造体。
(2) 上記細胞が、少なくともヒト間葉系幹細胞を含む、(1)に記載の細胞構造体。
(3) 上記細胞が、少なくとも血管系細胞を含む、(1)又は(2)に記載の細胞構造体。
(4) 細胞移植のために使用される、(1)から(3)の何れかに記載の細胞構造体。
(5) 腎皮膜への細胞移植のための使用される、(4)に記載の細胞構造体。
(6) 上記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが10μm以上300μm以下である、(1)から(5)の何れかに記載の細胞構造体。
(7) 厚さ又は直径が400μm以上3cm以下である、(1)から(6)の何れかに記載の細胞構造体。
(8) 上記生体親和性高分子ブロックがリコンビナントペプチドからなる、(1)から(7)の何れかに記載の細胞構造体。
(9) 上記リコンビナントペプチドが、
配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるペプチド;
配列番号1に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;又は
配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;
の何れかである、(8)に記載の細胞構造体。
(10) 上記生体親和性高分子ブロックにおいて、上記生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている、(1)から(9)の何れかに記載の細胞構造体。
(11) 上記生体親和性高分子ブロックが、
生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a;及び
上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b:
を含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックである、(1)から(10)の何れかに記載の細胞構造体。
(12) 上記生体親和性高分子ブロックが、
生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a;
上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b;及び
工程bで得られた多孔質体を粉砕する工程c:
を含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックである、(1)から(11)の何れかに記載の細胞構造体。
(13) 上記細胞構造体の内部において血管が形成されている、(1)から(12)の何れかに記載の細胞構造体。
(14) 生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a、及び上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程bを含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合する工程を含む、(1)から(13)の何れかに記載の細胞構造体を製造する方法。
(15) (1)から(13)の何れかに記載の細胞構造体の複数個を融合させることによって得られる細胞構造体。
(16) (1)から(13)又は(15)の何れかに記載の細胞構造体を、細胞移植を必要とする患者に移植する工程を含む細胞移植方法。
(17) 細胞構造体を、腎皮膜に移植する、(16)に記載の細胞移植方法。
(18) 細胞移植治療剤の製造のための、(1)から(13)又は(15)の何れかに記載の細胞構造体の使用。
(19) 細胞移植治療剤が、腎皮膜に移植される細胞移植治療剤である、(18)に記載の使用。
(20) (1)から(13)又は(15)の何れかに記載の細胞構造体を含む、細胞移植治療剤。
(21) 腎皮膜に移植される細胞移植治療剤である、(20)に記載の細胞移植治療剤。
本発明は、生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の上記細胞間の隙間に複数個の上記生体親和性高分子ブロックが配置され、かつ空隙を有する細胞構造体であって、上記細胞構造体の体積に対する上記生体親和性高分子ブロックの体積の割合が10〜30%であり、上記細胞構造体の体積に対する上記細胞の体積の割合が20〜50%であり、かつ上記細胞構造体の体積に対する上記空隙の体積の割合が35〜60%である、上記細胞構造体に関する。なお、本発明の細胞構造体は、本明細書中において、モザイク細胞塊(モザイク状になっている細胞塊)と称する場合もある。
細胞構造体の全体が視野に入る画像を用意する。その画像から、photoshop(登録商標)などの画像抽出ソフトを用いて生体親和性高分子ブロックのみを抽出した画像、並びに細胞のみを抽出した画像を用意する。これからの抽出画像を、Imagej(登録商標)などの画像ソフトを用いて、細胞構造体(モザイク細胞塊)全体が占める面積、生体親和性高分子ブロックが占める面積、及び細胞が占める面積を算出する。細胞構造体(モザイク細胞塊)全体が占める面積に対する生体親和性高分子ブロックが占める面積の割合を、細胞構造体の体積に対する生体親和性高分子ブロックの体積の割合とみなし、細胞構造体(モザイク細胞塊)全体が占める面積に対する細胞が占める面積の割合を、細胞構造体の体積に対する細胞の体積の割合とみなす。空隙の体積の割合は、「空隙の体積の割合=細胞構造体の体積の割合(100%)−生体親和性高分子ブロックの体積の割合−細胞の体積の割合」として算出する。即ち、本発明で言う空隙とは、細胞構造体が占める空間のうち、生体親和性高分子ブロックが占める空間及び細胞占める空間以外の空間を意味する。
(1−1)生体性親和性高分子
生体性親和性とは、生体に接触した際に、長期的かつ慢性的な炎症反応などのような顕著な有害反応を惹起しないことを意味する。本発明で用いる生体親和性高分子は、生体に親和性を有するものであれば、生体内で分解されるか否かは特に限定されないが、生分解性高分子であることが好ましい。非生分解性材料として具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル、ステンレス、チタン、シリコーンおよびMPC(2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン)などが挙げられる。生分解性材料としては、具体的にはリコンビナントペプチドなどのポリペプチド(例えば、以下に説明するゼラチン等)、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸コポリマー(PLGA)、ヒアルロン酸、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、コンドロイチン、セルロース、アガロース、カルボキシメチルセルロース、キチン、およびキトサンなどが挙げられる。上記の中でも、リコンビナントペプチドが特に好ましい。これら生体親和性高分子には細胞接着性を高める工夫がなされていてもよい。具体的には、1.「基材表面に対する細胞接着基質(フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン)や細胞接着配列(アミノ酸一文字表記で現わされる、RGD配列、LDV配列、REDV配列、YIGSR配列、PDSGR配列、RYVVLPR配列、LGTIPG配列、RNIAEIIKDI配列、IKVAV配列、LRE配列、DGEA配列、及びHAV配列)ペプチドによるコーティング」、「基材表面のアミノ化、カチオン化」、又は「基材表面のプラズマ処理、コロナ放電による親水性処理」といった方法を使用できる。
本発明で用いる高分子のGRAVY値を上記範囲とすることにより、親水性が高く、かつ、吸水性が高くなることから、栄養成分の保持に有効に作用し、結果として、本発明の細胞構造体(モザイク細胞塊)における細胞の安定化・生存しやすさに寄与するものと推定される。
本発明で用いる生体親和性高分子は、架橋されているものでもよいし、架橋されていないものでもよいが、架橋されているものが好ましい。架橋されている生体親和性高分子を使用することにより、培地中で培養する際および生体に移植した際に瞬時に分解してしまうことを防ぐという効果が得られる。一般的な架橋方法としては、熱架橋、アルデヒド類(例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドなど)による架橋、縮合剤(カルボジイミド、シアナミドなど)による架橋、酵素架橋、光架橋、紫外線架橋、疎水性相互作用、水素結合、イオン性相互作用などが知られている。本発明ではグルタルアルデヒドを使用しない架橋方法を使用することが好ましい。本発明では、アルデヒド類又は縮合剤を使用しない架橋方法を使用することがより好ましい。即ち、本発明における生体親和性高分子ブロックは、好ましくは、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックであり、より好ましくは、アルデヒド類又は縮合剤を含まない生体親和性高分子ブロックである。本発明で使用する架橋方法としては、さらに好ましくは熱架橋、紫外線架橋、又は酵素架橋であり、特に好ましくは熱架橋である。
本発明で言うリコンビナントゼラチンとは、遺伝子組み換え技術により作られたゼラチン類似のアミノ酸配列を有するポリペプチドもしくは蛋白様物質を意味する。本発明で用いることができるリコンビナントゼラチンは、コラーゲンに特徴的なGly−X−Yで示される配列(X及びYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す)の繰り返しを有するものが好ましい。ここで、複数個のGly−X−Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。好ましくは、細胞接着シグナルが一分子中に2配列以上含まれている。本発明で用いるリコンビナントゼラチンとしては、コラーゲンの部分アミノ酸配列に由来するアミノ酸配列を有するリコンビナントゼラチンを用いることができる。例えばEP1014176、US特許6992172号、国際公開WO2004/85473、国際公開WO2008/103041等に記載のものを用いることができるが、これらに限定されるものではない。本発明で用いるリコンビナントゼラチンとして好ましいものは、以下の態様のリコンビナントゼラチンである。
この最小アミノ酸配列の含有量は、細胞接着・増殖性の観点から、タンパク質1分子中3〜50個が好ましく、さらに好ましくは4〜30個、特に好ましくは5〜20個である。最も好ましくは12個である。
好ましくは、リコンビナントゼラチンはテロペプタイドを有さない。
好ましくは、リコンビナントゼラチンは、アミノ酸配列をコードする核酸により調製された実質的に純粋なポリペプチドである。
(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるペプチド;
(2)配列番号1に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;又は
(3)配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上(さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上)の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;
である。
本発明では、上記した生体親和性高分子からなるブロック(塊)を使用する。
本発明における生体親和性高分子ブロックの形状は特に限定されるものではない。例えば、不定形、球状、粒子状、粉状、多孔質状、繊維状、紡錘状、扁平状およびシート状であり、好ましくは、不定形、球状、粒子状、粉状および多孔質状であり、より好ましくは不定形である。不定形とは、表面形状が均一でないもののことを示し、例えば、岩のような凹凸を有する物を示す。
生体親和性高分子ブロックの製造方法は、特に限定されないが、例えば、生体親和性高分子の多孔質体を、粉砕機(ニューパワーミルなど)を用いて粉砕することにより、生体親和性高分子ブロックを得ることができる。
生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度(“溶媒融点−3℃”)以下となる、凍結処理により凍結する工程a;及び
上記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程b:
を含む方法により、生体親和性高分子ブロックを製造することができる。
本発明ではさらに好ましくは、上記工程bで得られた多孔質体を粉砕することによって、生体親和性高分子ブロックを製造することができる。
本発明で用いる細胞は、本発明の細胞構造体の目的である、細胞移植を行えるものであれば任意の細胞を使用することができ、その種類は特に限定されない。また、使用する細胞は1種でもよいし、複数種の細胞を組合せて用いてもよい。また、使用する細胞として、好ましくは、動物細胞であり、より好ましくは脊椎動物由来細胞、特に好ましくはヒト由来細胞である。脊椎動物由来細胞(特に、ヒト由来細胞)の種類は、万能細胞、体性幹細胞、前駆細胞、又は成熟細胞の何れでもよい。万能細胞としては、例えば、胚性幹(ES)細胞、生殖幹(GS)細胞、又は人工多能性幹(iPS)細胞を使用することができる。体性幹細胞としては、例えば、間葉系幹細胞(MSC)、造血幹細胞、羊膜細胞、臍帯血細胞、骨髄由来細胞、心筋幹細胞、脂肪由来幹細胞、又は神経幹細胞を使用することができる。前駆細胞及び成熟細胞としては、例えば、皮膚、真皮、表皮、筋肉、心筋、神経、骨、軟骨、内皮、脳、上皮、心臓、腎臓、肝臓、膵臓、脾臓、口腔内、角膜、骨髄、臍帯血、羊膜、又は毛に由来する細胞を使用することができる。ヒト由来細胞としては、例えば、ES細胞、iPS細胞、MSC、軟骨細胞、骨芽細胞、骨芽前駆細胞、間充織細胞、筋芽細胞、心筋細胞、心筋芽細胞、神経細胞、肝細胞、ベータ細胞、線維芽細胞、角膜内皮細胞、血管内皮細胞、角膜上皮細胞、羊膜細胞、臍帯血細胞、骨髄由来細胞、又は造血幹細胞を使用することができる。また、細胞の由来は、自家細胞又は他家細胞の何れでも構わない。
本発明においては、生体親和性高分子ブロックと細胞とを用いて、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックをモザイク状に3次元的に配置させることによって細胞移植のために適した厚みを有することが可能となる。さらに、生体親和性高分子ブロックと細胞とがモザイク状に3次元に配置されることにより、構造体中で細胞が均一に存在する細胞構造体が形成され、外部から細胞構造体の内部への栄養送達を可能となる。これにより、本発明の細胞構造体を用いて細胞移植を行うと、血管を形成することが可能となる。
本発明の細胞構造体としては、細胞構造体の内部において血管形成されているものが好ましい。
本発明の細胞構造体は、生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合することによって製造することができる。より具体的には、本発明の細胞構造体は、生体親和性高分子ブロックと、細胞とを交互に配置することにより製造できる。製造方法は特に限定されないが、好ましくは生体親和性高分子ブロックを形成したのち、細胞を播種する方法である。具体的には、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートすることによって、本発明の細胞構造体を製造することができる。例えば、容器中、容器に保持される液体中で、細胞と、予め作製した生体親和性高分子ブロックとをモザイク状に配置する。配置の手段としては、自然凝集、自然落下、遠心、攪拌を用いることで、細胞と生体親和性基材からなるモザイク状の配列形成を促進又は制御することが好ましい。
(a)別々に調製した細胞構造体(モザイク細胞塊)同士を融合させる、又は
(b)分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる、
などの方法により所望の大きさの細胞構造体を製造することができる。融合の方法、ボリュームアップの方法は特に限定されない。
(a)は非血管系細胞を用いて前述の方法で細胞構造体を形成した後、血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法である。ここで、「血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程」とは、前述した、調製した細胞構造体(モザイク細胞塊)同士を融合させる方法、および、分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる方法、いずれも含むものである。
(b)は血管系細胞を用いて前述の方法で細胞構造体を形成した後、非血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法である。ここで、「非血管系細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程」とは、前述した、調製した細胞構造体(モザイク細胞塊)同士を融合させる方法、および、分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる方法、いずれも含むものである。
(c)は、非血管系細胞および血管系細胞を実質的に同時に使用し、前述の方法で細胞構造体を形成させる製造方法である。
本発明の細胞構造体は、細胞移植のために使用することができる。具体的には、本発明の細胞構造体は、例えば、重症心不全、重度心筋梗塞等の心臓疾患、脳虚血・脳梗塞といった疾患部位に細胞移植の目的で使用できる。また、糖尿病性の腎臓、膵臓、末梢神経、眼、四肢の血行障害などの疾患に対しても用いることができる。
リコンビナントペプチド(リコンビナントゼラチン)として以下記載のCBE3を用意した(国際公開WO2008/103041号公報に記載)。
CBE3:
分子量:51.6kD
構造: GAP[(GXY)63]3G
アミノ酸数:571個
RGD配列:12個
イミノ酸含量:33%
ほぼ100%のアミノ酸がGXYの繰り返し構造である。CBE3のアミノ酸配列には、セリン、スレオニン、アスパラギン、チロシン及びシステインは含まれていない。CBE3はERGD配列を有している。
等電点:9.34
GRAVY値:−0.682
1/IOB値:0.323
GAP(GAPGLQGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGPAGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPP)3G
[PTFE厚・円筒形容器]
底面厚さ3mm、直径51mm、側面厚さ8mm、高さ25mmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製円筒カップ状容器を用意した。PTFE製円筒カップカップ状容器は曲面を側面としたとき、側面は8mmのPTFEで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も3mmのPTFEで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。よって、円筒カップ状容器の内径は43mmになっている。以後、この容器のことをPTFE厚・円筒形容器と称する。
厚さ1mm、直径47mmのアルミ製円筒カップ状容器を用意した。円筒カップ状容器は曲面を側面としたとき、側面は1mmのアルミで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も1mmのアルミで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。また、側面の内部にのみ、肉厚1mmのテフロン(登録商標)を均一に敷き詰め、結果として円筒カップの内径は45mmになっている。また、この容器の底面にはアルミの外に2.2mmの硝子板を接合した状態にしておく。以後、この容器のことをアルミ硝子・円筒形容器と称する。
PTFE厚・円筒形容器にCBE3水溶液を流し込み、真空凍結乾燥機(TF5−85ATNNN:宝製作所)内で冷却棚板を用いて底面からCBE3水溶液を冷却した。PTFE厚・円筒形容器を使用し、CBE3水溶液の最終濃度は4質量%であり、水溶液量は4mLである。棚板温度の設定は、−10℃になるまで冷却し、−10℃で1時間、その後−20℃で2時間、さらに−40℃で3時間、最後に−50℃で1時間凍結を行った。得られた凍結品は、その後、棚板温度を−20℃設定に戻してから−20℃で24時間の真空乾燥を行い、24時間後にそのまま真空乾燥を続けた状態で棚板温度を20℃へ上昇させ、十分に真空度が下がる(1.9×105Pa)まで、さらに20℃で48時間の真空乾燥を実施した後に、真空凍結乾燥機から取り出した。上記により多孔質体を得た。
アルミ硝子板・円筒形容器にCBE3水溶液を4mL流し込み、冷凍庫内で冷却棚板を用いて底面からCBE3水溶液を冷却した。この際の容器、CBE3水溶液の最終濃度、液量、および棚板温度の設定の組み合わせは、以下に記載の通りで用意した。また、棚板温度は予め設定温度になるまで十分冷却しておいたところへ、CBE3水溶液入りの容器を設置することで凍結を実施した。
アルミ硝子板・円筒形容器を使用し、CBE3水溶液の最終濃度は4質量%であり、水溶液量は4mLである。棚板温度の設定は、予め−60℃に冷却しておいたところへCBE3水溶液入りのアルミ硝子板・容器を置き、棚板温度はそのまま−60℃を維持して、凍結を行った。得られた凍結品に対して、その後、凍結乾燥を行い、多孔質体を得た。
アルミ硝子板・円筒形容器を使用し、CBE3水溶液の最終濃度は7.5質量%であり、水溶液量は4mLである。棚板温度の設定は、予め−60℃に冷却しておいたところへCBE3水溶液入りのアルミ硝子板・容器を置き、棚板温度はそのまま−60℃を維持して、凍結を行った。得られた凍結品に対して、その後、凍結乾燥を行い、多孔質体を得た。
条件A、条件B、条件Cの多孔質体を作製する際、それぞれの水溶液は、底面から冷却されるため、円中心部の水表面温度が最も冷却されにくい。従って、円中心部の水表面部分が、溶液内で最も温度の高い液温となるため、円中心部の水表面部分の液温を測定した。以下、円中心部の水表面部分の液温のことを内部最高液温と称する。
実施例2において条件A、B又はCにより作製したCBE3多孔質体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM−2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回の計5分間行った。得られた粉砕物をステンレス製ふるいでサイズ分けし、25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmのCBE3ブロックを得た。その後、減圧下で160℃で熱架橋(架橋時間は8〜48時間)を施して、リコンビナントペプチドブロックを得た。
比較例として、架橋方法を熱架橋に変更したこと以外は特開2014−12114号公報に記載の方法に準じて、比較用リコンビナントペプチド単純凍結多孔質体を以下の通りに作製した。
50℃で、2000mgのCBE3を18mLの超純水に溶解し、終濃度10%のCBE3溶液20mLを作製した。白板にシリコン枠(5cm×10cm程度)をつけ、空気の隙間がないようにシリコン枠を白板に押し付けてから、その枠内へ上記のCBE3溶液(50℃)を流し込んだ。液を流し込んだら、4℃へ移して約1時間ゲル化させて、4mm厚程度の薄い板状のゲルを作製した。ゲル化を確認した後、−80℃へ移して、ゲルを3時間凍結させた。凍結後、凍結乾燥機(EYELA、FDU−1000)で凍結乾燥を行った。得られた凍結乾燥体は多孔質体であった。以後、これを単純凍結多孔質体と称する。
比較例1で得られた単純凍結多孔質体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM−2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回の計5分間行った。得られた粉砕物をステンレス製ふるいでサイズ分けし、25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmのCBE3ブロックを得た。得られたCBE3ブロックを160℃のオーブンに入れ、6〜72時間熱架橋した。以後、これを単純凍結ブロックと称する。
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて1×105cells/mLに調整し、実施例4で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように添加した。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置した。これにより、CBE3ブロックとhMSC細胞からなる、直径1mm程度の球状のモザイク細胞塊を作製した。このモザイク細胞塊は、細胞1個当たり0.001μgのCBE3ブロックを含む。なお、U字型のプレート中で作製したため、このモザイク細胞塊は球状であった。なお、条件A、B又はCの何れにおいても、またCBE3ブロックの大きさについては25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmの何れにおいても、同様のモザイク細胞塊が得られた。
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて1×105cells/mLに調整し、比較例2で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように添加した。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置した。これにより、CBE3ブロックとhMSC細胞からなる、直径1mm程度の球状のモザイク細胞塊を作製した。このモザイク細胞塊は、細胞1個当たり0.001μgのCBE3ブロックを含む。なお、U字型のプレート中で作製したため、このモザイク細胞塊は、球状であった。なお、CBE3ブロックの大きさについては25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmの何れにおいても、同様のモザイク細胞塊が得られた。
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて1×105cells/mLまたは4×105cells/mLに調整した。得られた細胞懸濁液200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置した。これにより、直径約400μm又は直径約1mmの球状の細胞塊を作製した。1×105cells/mLで作製した細胞塊は細胞塊小、4×105cells/mLで作製した細胞塊は細胞塊大と称する。
実施例5のモザイク細胞塊(CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)、比較例3のモザイク細胞塊(CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)、及び比較例4の細胞塊大について、組織切片を作製した。3例とも培養7日の細胞塊を用いた。実施例5のモザイク細胞塊、比較例3のモザイク細胞塊、及び比較例4の細胞塊大を10%ホルマリン緩衝液に浸漬し、ホルマリン固定を行った。その後、パラフィンで包埋し、細胞塊の組織切片を作製した。切片はHE染色(ヘマトキシリン・エオシン染色)に供した。切片像を図4に示した。
ヒト血管内皮前駆細胞(hECFC)を増殖培地(Lonza:EGM−2+ECFC serum supplement)にて1×105cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.05mg/mLとなるように添加した。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレートに播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、hECFCとCBE3ブロックからなる扁平状のモザイク細胞塊を作製した。
hECFCとCBE3ブロックからなる扁平状のモザイク細胞塊を有するスミロンセルタイトX96Uプレートから培地を除去し、hMSCとCBE3ブロックを含む上記混合物200μLを、上記スミロンセルタイトX96Uプレートに播種した。卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、hMSCとhECFCとCBE3ブロックからなる直径1mm程度の球状のモザイク細胞塊を作製した。
条件A、B又はCの何れにおいても、またCBE3ブロックの大きさについては25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmの何れにおいても、同様のモザイク細胞塊が得られた。
ヒト血管内皮前駆細胞(hECFC)を増殖培地(Lonza:EGM−2+ECFC serum supplement)にて1×105cells/mLに調整した。得られた細胞懸濁液200μLをスミロンセルタイトX96Uプレートに播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、ECFCの細胞塊を作製した。
ECFCの細胞塊を有するスミロンセルタイトX96Uプレートから培地を除去し、hMSCを含む細胞懸濁液200μLを上記スミロンセルタイトX96Uプレートに播種した。卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、hMSCとhECFCからなる直径1mm程度の球状の細胞塊を作製した。
実施例5で作製した2日目のモザイク細胞塊(本発明のCBE3ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。なお、条件A、B又はCの何れにおいても、またCBE3ブロックの大きさについては25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmの何れにおいても、同様の結果であった。
実施例7で作製した2日目のモザイク細胞塊(本発明のCBE3ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。なお、条件A、B又はCの何れにおいても、またCBE3ブロックの大きさについては25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmの何れにおいても、同様の結果であった。
比較例3で作製した2日目のモザイク細胞塊(比較用のリコンビナントペプチド単純凍結ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。なお、CBE3ブロックの大きさについては25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmの何れにおいても、同様の結果であった。
比較例5で作製した2日目の細胞塊5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、細胞塊が自然に融合することが明らかになった。
実施例5で作製したモザイク細胞塊(条件A、B及びCの3種類;CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)、比較例3で作製したモザイク細胞塊(単純凍結)(CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)、及び比較例4で作製した細胞塊(ブロックなし)について、各モザイク細胞塊又は細胞塊中の細胞が産生・保持しているATP(アデノシン三リン酸)量を定量した。ATPは生物全般のエネルギー源として知られ、ATP合成量・保持量を定量することで、細胞の代謝活性の状態、活動状態を知ることができる。測定には、CellTiter−Glo(Promega社)を用いた。実施例5および比較例3で作製したモザイク細胞塊と、比較例4で作製した細胞塊大について、ともに7日目の細胞塊について、CellTiter−Gloを用いて、各モザイク細胞塊又は細胞塊中のATP量を定量した。実施例5のモザイク細胞塊に比べ、比較例3のモザイク細胞塊では、ATP量が少ない結果となった。(図5)。 また、生体親和性高分子ブロック及び空隙のない細胞塊大においても、実施例3のモザイク細胞塊に比べるとATP量が少ないことが分かる。比較例4の細胞塊における元の細胞数は、比較例3のモザイク細胞塊における元の細胞数の4倍であることにより、比較例3のモザイク細胞塊よりも比較例4の細胞塊の方がATP量が多くなっている。図5に示す結果から、体積比が生体親和性高分子ブロック14〜24%、細胞28〜42%、空隙35〜57%のモザイク細胞塊では、細胞の産生するATP量が多いことが分かる。
実施例5(条件A;CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)並びに比較例4の細胞塊大及び細胞塊小を用いて、ライブイメージングによる生細胞死細胞の染め分けを実施した。
染色試薬はLIVE/DEAD Viability Kit (Life Technology)を用いた。培養5日後と培養11日後のモザイク細胞塊及び細胞塊について、以下の手順により、生細胞と死細胞とを染色した。モザイク細胞塊と細胞塊を作製した96ウェルU字プレート中で、PBSで2回洗浄し、8 μM Calcein(登録商標) AM(Life Technology)と20μM EthD-1(Ethidium Homodimer-1; Life Technology社)中に37℃で30分遮光静置した。その後、Ex/Em〜495 nm/〜515 nm(緑:生細胞)および、Ex/Em〜495 nm/〜635 nm(赤:死細胞)で蛍光顕微鏡を用いて観察した。
移植動物としてNOD/SCID(チャールズリバー)のオスマウス(4〜6週齢)を用いた。麻酔下でマウス腹部の体毛を除去し、上腹部の皮下に切れ込みを入れ、切れ込みからはさみを差し込み、皮膚を筋肉から剥がした。その後、実施例8、実施例9及び比較例6で作成したモザイク細胞塊をピンセットで取り出し、切れ込みから1.5cmほど下の腹部寄りの皮下に移植し、皮膚の切れ込み部を縫合した。
なお、実施例8のモザイク細胞塊としては、条件A、B及びC、そしてCBE3ブロックの大きさが53〜106μmのものを使用し、実施例9のモザイク細胞塊としては、条件C、そしてCBE3ブロックの大きさが53〜106μmのものを使用し、比較例6のモザイク細胞塊としては、CBE3ブロックの大きさが53〜106μmのものを使用した。
移植動物としてNOD/SCID(チャールズリバー)のオスマウス(4〜6週齢)を用いた。麻酔下でマウス腹部の体毛を除去し、腹部の中心部に縦に切れ込みを入れて開腹し、内臓を外に引き出し、腎臓を露出させた。腎臓の腎被膜をピンセットでつまみ、被膜と実質の間に実施例9のモザイク細胞塊および比較例7の細胞塊を置いた。その後、外に出した内臓を腹部に戻し、切開部を縫合した。
なお、実施例9のモザイク細胞塊としては、条件C、CBE3ブロックの大きさが53〜106μmのものを使用した。
実施例12及び13において移植を行ったマウスの解剖は、移植から1週、2週、4週及び8週後に行った。皮下移植したものは、腹部の皮膚を剥がし、モザイク細胞塊が付着した皮膚を、約1平方cmの正方形の大きさに切り取った。モザイク細胞塊が腹部の筋肉にも付着している場合は、筋肉と共に採取した。腎被膜下移植したものは、モザイク細胞塊を含む腎臓を採取した。
モザイク細胞塊が付着した皮膚または腎臓について組織切片を作製した。組織を4%パラホルムアルデヒドまたは10%ホルマリン緩衝液に浸漬し、ホルマリン固定を行った。その後、パラフィンで包埋し、モザイク細胞塊を含む皮膚の組織切片を作製した。切片はHE染色(ヘマトキシリン・エオシン染色)を行い、標本とした。
また、hECFC染色用にCD31抗体(EPT Anti CD31/PECAM-1)にDAB発色を用いたキット(ダコLSAB2キット ユニバーサル K0673 ダコLSAB2キット/HRP(DAB) ウサギ・マウス一次抗体両用)による免疫染色を行った。
比較例6の単純凍結ブロックを用いたモザイク細胞塊(生細胞数81cells、血管0本/mm3)に比べ、実施例8の条件A、B又はCのブロックを用いたモザイク細胞塊(条件A:生細胞数244cells、血管61本/mm3、条件B:生細胞数98cells、血管20本/mm3、条件C:生細胞数168cells、血管31本/mm3)では、血管が多く形成され、細胞も多く生存していることが分かる。
血管形成については、以下のように4段階で評価した。血管が存在しない場合は0点、低密度で存在する場合には1点、中程度の密度で存在する場合には2点、高密度で存在する場合には3点で評価した。
細胞生存:
細胞生存については、以下のように4段階で評価した。生細胞がほとんど存在しない場合には0点、まばらに存在する場合には1点、混み合って存在する場合には2点、埋め尽くすように存在している場合には3点で評価した。
細胞死:
死細胞については、以下のように4段階で評価した。死細胞が存在しない場合には0点、死細胞がほとんど存在しない場合には1点、まばらに存在する場合には2点、多く存在する場合には3点で評価した。
血漿集積については、以下のように4段階で評価した。血漿が存在しない場合には0点、わずかに存在する場合には1点、多く存在する場合には2点、血漿で満たされている場合には3点で評価した。
繊維化:
繊維化については、以下のように4段階で評価した。繊維化していない場合には0点、わずかに繊維を形成している場合には1点、繊維化が進行中である場合には2点、繊維化が進んで繊維が完全に形成されている場合には3点で評価した。
条件D:
アルミ硝子板・円筒形容器を使用し、CBE3水溶液の最終濃度7.5質量%であり、水溶液量は4mLである。棚板温度の設定は、予め−40℃に冷却しておいたところへCBE3水溶液入りのアルミ硝子板・容器を置き、棚板温度はそのまま−40℃を維持して、凍結を行った。得られた凍結品に対して、その後、凍結乾燥を行い、多孔質体を得た。
参考例1において条件Dにより作製したCBE3多孔質体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM−2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回の計5分間行った。得られた粉砕物をステンレス製ふるいでサイズ分けし、25〜53μm、53〜106μm及び106μm〜180μmのCBE3ブロックを得た。その後、減圧下で160℃で熱架橋(架橋時間は8〜48時間)を施して、リコンビナントペプチドブロックを得た。
実施例4の条件Aのブロック(CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)と参考例1の条件Dのブロック(CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)と比較例2の単純凍結ブロック(CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)について、ブロックの表面構造と断面の形を見るために、SEM像の撮影とHE標本作製を行った。SEM像を図12に示し、HE標本を図13に示した。
この表面構造の違いによって、実施例4および参考例1のブロックを用いた細胞構造体では空隙が多く、比較例2のブロックを用いた細胞構造体では空隙が少なくなると考えられる。
ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKit(登録商標))にて5×103cells/mLに調整し、実施例4で作製したCBE3ブロック(条件A;CBE3ブロックの大きさは53〜106μm)を0.1mg/mLとなるように添加した。得られた混合物200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置した。作製したモザイク細胞塊について、SEM像の撮影を行った。SEM像を図14に示した。
これにより、培養液や酸素が通る隙間が形成されることから、間隙を介した液・ガス交換によってモザイク細胞塊内部でも細胞が生存することが示唆される。
Claims (9)
- 生体親和性高分子ブロックと少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の前記細胞間の隙間に複数個の前記生体親和性高分子ブロックが配置され、かつ空隙を有する細胞構造体を含む、腎皮膜に移植される細胞移植治療剤であって、前記細胞構造体の体積に対する前記生体親和性高分子ブロックの体積の割合が10〜30%であり、前記細胞構造体の体積に対する前記細胞の体積の割合が20〜50%であり、かつ前記細胞構造体の体積に対する前記空隙の体積の割合が35〜60%であり、前記細胞が少なくとも間葉系幹細胞と血管系細胞とを含む、細胞移植治療剤。
- 間葉系幹細胞がヒト間葉系幹細胞である、請求項1に記載の細胞移植治療剤。
- 前記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが10μm以上300μm以下である、請求項1又は2に記載の細胞移植治療剤。
- 厚さ又は直径が400μm以上3cm以下である、請求項1から3の何れか一項に記載の細胞移植治療剤。
- 前記生体親和性高分子ブロックがリコンビナントペプチドからなる、請求項1から4の何れか一項に記載の細胞移植治療剤。
- 前記リコンビナントペプチドが、
配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるペプチド;
配列番号1に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;又は
配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ生体親和性を有するペプチド;
の何れかである、請求項5に記載の細胞移植治療剤。 - 前記生体親和性高分子ブロックにおいて、前記生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている、請求項1から6の何れか一項に記載の細胞移植治療剤。
- 生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a、及び前記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程bを含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合する工程を含む、細胞構造体を製造する方法であって、
前記細胞構造体が、生体親和性高分子ブロックと少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の前記細胞間の隙間に複数個の前記生体親和性高分子ブロックが配置され、かつ空隙を有する細胞構造体であって、前記細胞構造体の体積に対する前記生体親和性高分子ブロックの体積の割合が10〜30%であり、前記細胞構造体の体積に対する前記細胞の体積の割合が20〜50%であり、かつ前記細胞構造体の体積に対する前記空隙の体積の割合が35〜60%である細胞構造体である、
前記の方法。 - 生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温である内部最高液温が、未凍結状態で、溶媒融点より3℃低い温度以下となる、凍結処理により凍結する工程a、及び前記工程aで得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程bを含む方法により製造される生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合する工程を含む、請求項1から7の何れか1項に記載の細胞移植治療剤を製造する方法。
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