JP6684413B2 - 血液神経関門インヴィトロモデルおよびその作製方法 - Google Patents
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Description
(1)下記(a)〜(e)の工程を含む、血液神経関門インヴィトロモデルの作製方法。
(a)条件不死化末梢神経ペリサイトを多孔性メンブレン上にシート状になるまで培養する工程;
(b)条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞を培養容器中でシート状になるまで培養する工程、
(c)工程(b)で作製した条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートを剥がす工程、
(d)工程(c)で作製した条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートを、工程(a)で培養した条件不死化末梢神経ペリサイトのシートに層状に接触させる工程、および
(e)工程(d)で作製した、条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートおよび条件不死化末梢神経ペリサイトのシートの2層を含む細胞培養物を共培養する工程
(2)前記条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞および条件不死化末梢神経ペリサイトが、各々、初代培養末梢神経微小血管内皮細胞および初代培養末梢神経ペリサイトに温度感受性SV40 large T抗原の遺伝子を導入して作製したものであることを特徴とする、上記(1)に記載の血液神経関門インヴィトロモデルの作製方法。
(3)前記工程(b)において、条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞を温度応答性培養容器で培養することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の血液神経関門インヴィトロモデルの作製方法。
(4)下から多孔性メンブレン、条件不死化末梢神経ペリサイトのシートおよび条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートの順に積層されていることを特徴とする、血液神経関門インヴィトロモデル。
(5)前記条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞および条件不死化末梢神経ペリサイトが、各々、初代培養末梢神経微小血管内皮細胞および初代培養末梢神経ペリサイトに温度感受性SV40 large T抗原の遺伝子を導入して作製したものであることを特徴とする、上記(4)に記載の血液神経関門インヴィトロモデル。
(a)条件不死化末梢神経ペリサイトを多孔性メンブレン上にシート状になるまで培養する工程;
(b)条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞を培養容器中でシート状になるまで培養する工程、
(c)工程(b)で作製した条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートを剥がす工程、
(d)工程(c)で作製した条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートを、工程(a)で培養した条件不死化末梢神経ペリサイトのシートに層状に接触させる工程、および
(e)工程(d)で作製した、条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートおよび条件不死化末梢神経ペリサイトのシートの2層を含む細胞培養物を共培養する工程
温度条件不死化細胞としては、限定はしないが、初代培養細胞(初代培養末梢神経ペリサイト、初代培養末梢神経微小血管内皮細胞)に温度感受性SV 40 large T抗原の遺伝子を導入したものを例示することができる。温度感受性SV 40 large T抗原は、約33℃で培養する細胞内において、強力ながん抑制遺伝子であるp53、Rb蛋白と結合し、これらの機能を阻害する。その結果、持続的な細胞増殖を誘導する。温度条件不死化末梢神経ペリサイトおよび温度条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞の作製方法は、Shimizu ら、Journal of Cell physiology 226:255-266 2011に詳細に記載されているので参照のこと。
温度感受性SV 40 large T抗原を用いて作製した条件不死化細胞をシート状になるまで培養する工程(例えば、上記工程(a)、(b))において、培養温度は32℃〜34℃、好ましくは33℃としてもよい。また、血管内皮細胞シートおよびペリサイトシートを共培養するときの培養温度は、35℃〜38℃、好ましくは37℃としてもよい。
なお、各初代培養細胞の調製については、当業者であれば周知の方法により実施することができる。
そこで、発明者らは、ペリサイトを多孔性メンブレン上にシート状になるまで培養し、また、血管内皮細胞は別途培養容器等においてシート状になるまで培養して、ペリサイトのシート(細胞層)に血管内皮細胞のシート(細胞層)を層状に接触させて、2種類の細胞層を共培養したところ、本発明にかかるBNBモデルを構築することに成功した。
各細胞の培養は、いわゆる「細胞シート(細胞同士がシート状に結合した細胞の培養物のことで、単層であっても複数層であってもよいが、好ましくは単層である)」が形成されるまで行えばよく、細胞密度がオーバーコンフルエント(コンフルエントな状態よりも細胞密度がやや高い状態)、例えば、1.0 × 106細胞cm-2〜2.0 × 106細胞cm-2、好ましくは、1.5 × 106細胞cm-2程度になるまで培養するとよい(図3左図)。
ここで多孔性メンブレンは、培養容器の底面に直接接触しないように、培養液中に浸漬した状態で使用可能なものが好ましい。このような多孔性メンブレンおよび培養容器は、市販品を入手することも可能である(例えば、Corning International社、Thermo Scientific社、Greiner Bio-One International社などが提供する細胞培養インサート(細胞培養インサートの底面が多孔性メンブレンからなる)と培養容器)。
本発明の実施形態で用いる多孔性メンブレンは、多数の孔を有している。本発明にかかる血液神経関門インヴィトロモデルは、末梢神経系に作用する物質あるいは末梢神経系に有害な影響を及ぼす物質のBNB透過性などの評価を行うために使用することができる。そのため、当該多孔性メンブレンは、種々の物質等が透過可能な程度のポアサイズの孔、例えば、直径0.4μm〜8μm程度の孔を有している必要がある。孔のサイズは、本発明のBNBモデルを用いて血液神経関門の透過性等を評価する物質の大きさに依存して適宜選択することができる。
条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞の細胞シートを作製するために培養する培養容器は、通常使用される培養容器であればよく、細胞がその表面上で細胞シートを形成し得るものであればいかなるものであってもよく、少なくとも、細胞が接着し得るような平坦な部分を具備し、典型的には、細胞培養皿、細胞培養ボトル(または、フラスコ)であり、市販される培養用ディッシュなどが使用可能であり、材質も特に限定されない。培養容器の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。
また、培養容器は、その培養表面が温度変化等によってその物性が変化する材料(温度応答性材料)で作製されているか、あるいは、該温度応答性材料によって培養容器の培養表面が層状に被覆されている温度応答性培養容器であってもよい。このような温度応答性培養容器は、通常の培養温度下(例えば、20℃以上)では、培養表面が疎水性で細胞を安定に接着させることができ、温度を低下(例えば、20℃より低い温度)させることにより、培養表面が親水性となり特別な処理(例えば、トリプシン処理など)を行うことなく、細胞外マトリクスを保持したまま、シートの状態で細胞を容易に回収することができる。このような温度応答性培養容器は、市販されているものを取得して使用することができる。
より好ましくは、前述の温度応答性培養容器を使用して、条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞の細胞シートを形成させたのち、該温度応答性培養容器から細胞の剥離が容易になる温度、例えば、20℃以下にして、該細胞シートが培養容器から剥離しやすい状態にし、剥がすことができる。
剥離しやすくなった細胞シートはピンセットなどで剥がすことも可能であるが、例えば、細胞シート上面に、吸水性支持膜(例えば、PVDF膜、ニトロセルロース膜のような、細胞に親和性を有する材質からなる基材)を被せて、細胞を膜に移し取ることによって細胞を剥離、回収することもできる。吸水性支持膜を使用する場合には、末梢神経微小血管内皮細胞の細胞シート上に吸水性支持膜を重ねて、20℃〜25℃で数分間(1〜10分間程度)静置して細胞シートを吸水性支持膜に接着させたのち、ゆっくりと支持膜を持ち上げることにより、細胞シートを支持膜へ接着させた状態で、培養容器から剥がすことができる(図3中央図)。吸水性支持膜は市販されているため、市販品を購入し、添付の説明書に従って、細胞シートを支持膜へ移し取ることができる。
この工程において、細胞培養物は、例えば、図2右図に示すように、下から多孔性メンブレン、末梢神経ペリサイトのシートおよび末梢神経微小血管内皮細胞のシートの順に積層された層構造を形成している。本実施形態において、条件不死化細胞として、温度感受性SV 40 large T抗原を導入した細胞を用いる場合には、細胞の2層構造を形成した後、細胞の増殖を止めて分化を促すために、培養温度を35℃〜38℃、好ましくは37℃程度としてもよい。
本実施形態に係る血液神経関門インヴィトロモデルは、血液神経関門の薬物透過性などを評価する目的で使用することができる。例えば、多孔性メンブレンの上部の培養液に評価したい薬物を添加し、多孔性メンブレンの下部の培養液に当該薬物がどの程度検出されるかを調べることによって、該薬物の血液神経関門の透過性を評価することができる。
1−1.ヒト由来温度感受性不死化末梢神経ペリサイトシートの作製
コラーゲンコートされたTranswell細胞培養インサート(3μm孔:Corning International社製)の表面にヒト由来温度感受性末梢神経内膜微小血管由来血管周細胞(ヒト由来温度感受性末梢神経ペリサイト)を10%FBSを含有するDMEM培地で33℃、5%CO2条件下でオーバーコンフルエント(150×104/cm2)となるまで)培養し、ヒト由来温度感受性不死化末梢神経ペリサイト細胞シートを作製した。後の共焦点顕微鏡による観察のため、ヒト由来温度感受性末梢神経ペリサイトはあらかじめcell tracker blueTMでリビング染色したものを用いた。
上記ヒト由来温度感受性不死化末梢神経ペリサイトは、文献(Shimizu et al., Journal of Cell physiology 226:255-266 2011)に記載の方法に従って作製した。簡潔に述べると、ヒトのBNBから単離培養した末梢神経ペリサイトの初代培養株に、温度感受性SV-40 large T抗原(tsA58)を含有するレトロウイルスベクターを導入して作製した。温度感受性SV-40 large T抗原は33℃の培養条件で細胞内に発現され細胞を不死化させる一方で、37℃の培養条件では温度感受性SV-40 large T抗原は代謝消失し、細胞の不死化が誘導されず成熟細胞に分化する特徴をもつ。従って、ヒト由来温度感受性不死化BNB構成末梢神経ペリサイト株では33℃培養下では不死化細胞として増殖し、37℃培養下では増殖せずにペリサイトへと分化する。
温度応答性培養皿であるUpCell(登録商標:セルシード社製)をコラーゲンコートし、ヒト由来温度感受性不死化−末梢神経内膜内微小血管内皮細胞(ヒト由来温度感受性不死化PnMECs)を播種し、20%FBSを含有するEGM-2 Bulletkit培地(Lonza社製)で33℃、5%CO2条件下でオーバーコンフルエント(150×104/cm2)となるまで)培養し、ヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートを作製した。作製したヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートの写真を図3左図に示す。後の共焦点顕微鏡による観察のため、ヒト由来温度感受性不死化PnMECsはあらかじめcell tracker greenTMでリビング染色したものを用いた。
ヒト由来温度感受性不死化PnMECsは、文献(Shimizu et al., Journal of Cell physiology 226:255-266 2011)に記載の方法に従って作製した。簡潔に述べると、ヒトのBNBから単離培養した末梢神経内膜内微小血管内皮細胞(PnMECs)の初代培養株に、上記温度感受性SV-40 large T抗原(tsA58)を含有するベクターを導入して作製した。作製したヒト由来温度感受性不死化PnMECsでは33℃培養下では不死化細胞として増殖し、37℃培養下では増殖せずに血管内皮細胞へと分化する。
なお、UpCellは温度応答性ポリマーでコートされており、20℃以下では疎水性から親水性に変化する特性を持ち、このポリマーをコートしたUpCellで細胞を培養し、温度を20℃に下げるとポリマーが親水性に変化することで培養皿から細胞が遊離し、細胞の構造と機能を保ったままシート状の培養細胞を回収できる特性を有する。
ヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートを作製した温度応答性培養皿を20℃に冷却し、作製したヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シート上にCellShifter(セルシード社製)を重ねて20〜25℃で5分静置し、CellShifterとヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートを接着させた。次に、CellShifterをピンセットでゆっくりと持ち上げることでヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートを回収した(図3中央図)。図3右図に示すように回収したヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートを、上述で作製したヒト由来温度感受性不死化末梢神経ペリサイト細胞シート上に接着するように転写した。転写後20℃で1分静置後、250μlの20%FBSを含有するDMEM培地をCellShifter上に滴下し、CellShifterをピンセットでつまんでヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートからはがした。はがしたCellShifterには、ヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞は残っていなかった。こうして得られた、ヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シートとヒト由来温度感受性不死化末梢神経ペリサイト細胞シートの2層構造からなるBNBモデルを37℃で共培養し、細胞増殖を抑えると共に血管内皮細胞とペリサイトに分化成熟させた。なお、後述するBNBモデルの共焦点顕微鏡による観察、及びバリア機能の評価においては、作製したインヴィトロBNBモデルを37℃、5%CO2条件下で5日間共培養後のものを用いた。
2−1.BNBモデルの共焦点顕微鏡による観察
作製したインヴィトロBNBモデルを共焦点顕微鏡(Leica SP5 laser scanning confocal microscope (Leica Wetzlar))で3D構築像を作成した。結果を図4に示す。図4右側上図の BNBモデルの血管内皮細胞層(上層)の横断面および右側下図の BNBモデルのペリサイト層(下層)の横断面にて示されるように、作製したインヴィトロBNBモデルは2層構造をとっていることが確認された。また、本発明により作製したインヴィトロBNBモデルが細胞培養インサート上にPnMECs層、ペリサイト層の2層構造を保ち、ペリサイトがPnMECsに直接作用するというBNBの解剖学的特性を持ったインヴィトロBNBモデルであることが明らかとなった。
作製したインヴィトロBNBモデルと従来の方法として用いられていたインヴィトロBNBモデル(細胞培養インサートの上面にヒト由来温度感受性不死化PnMECs細胞シート、下面に末梢神経ペリサイト細胞シートを培養させたモデル)を用いて、血液脳関門の透過性評価として一般的に用いられている方法、すなわち、FITCを付加させた10K−デキストランをインサートの上面に投与し、60分後にウェル内へ透過したデキストランの吸光度測定(OD459)を行い、細胞透過性を比較した。
従来のインヴィトロBNBモデルの作製は、上記Shimizu らの文献に記載の方法に準じて行った。簡潔に述べると、コラーゲンコートされたTranswell細胞培養インサート(3μm孔:Corning International社製)の上面にヒト由来温度感受性不死化PnMECs、ヒト由来温度感受性不死化末梢神経ペリサイトを上記インサートの下面に播種し、(EGM-2 Bulletkit (Lonza)培地で培養することで作製した。結果を図5に示す。
図5に示すように、本発明のインヴィトロBNBモデルが従来型のインヴィトロBNBモデルよりも有意に細胞透過性が低下していることが明らかとなった。したがって、本発明のインヴィトロBNBモデルが従来のモデルよりもバリア機能が高いことが明らかとなった。また、上記作製したBNBモデルは、作製工程における33℃から37℃への温度変化や、共培養5日経過によってもバリア機能を維持していることから、様々な条件下でのバリア機能評価を行うことができることが明らかとなった。
Claims (5)
- 下記(a)〜(e)の工程を含む、血液神経関門インヴィトロモデルの作製方法。
(a)条件不死化末梢神経ペリサイトを多孔性メンブレン上にシート状になるまで培養する工程;
(b)条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞を培養容器中でシート状になるまで培養する工程、
(c)工程(b)で作製した条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートを剥がす工程、
(d)工程(c)で作製した条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートを、工程(a)で培養した条件不死化末梢神経ペリサイトのシートに層状に接触させる工程、および
(e)工程(d)で作製した、条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートおよび条件不死化末梢神経ペリサイトのシートの2層を含む細胞培養物を共培養する工程 - 前記条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞および条件不死化末梢神経ペリサイトが、各々、初代培養末梢神経微小血管内皮細胞および初代培養末梢神経ペリサイトに温度感受性SV40 large T抗原の遺伝子を導入して作製したものであることを特徴とする、請求項1に記載の血液神経関門インヴィトロモデルの作製方法。
- 前記工程(b)において、条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞を温度応答性培養容器で培養することを特徴とする請求項1または2に記載の血液神経関門インヴィトロモデルの作製方法。
- 下から多孔性メンブレン、条件不死化末梢神経ペリサイトのシートおよび条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞のシートの順に積層されていることを特徴とする、血液神経関門インヴィトロモデル。
- 前記条件不死化末梢神経微小血管内皮細胞および条件不死化末梢神経ペリサイトが、各々、初代培養末梢神経微小血管内皮細胞および初代培養末梢神経ペリサイトに温度感受性SV40 large T抗原の遺伝子を導入して作製したものであることを特徴とする、請求項4に記載の血液神経関門インヴィトロモデル。
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