JP6814593B2 - 幹細胞及び投与システム - Google Patents

Description

本発明は、再生医療等で用いられる幹細胞と、幹細胞を患者に投与するための投与システムに関する。

幹細胞投与による治療は、患者の欠損した部位を再生する再生医療等で広範囲に亘って実用化されている。そして、幹細胞を安全に且つ効率的に培養する技術も各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。
幹細胞投与による治療においては、例えば再生すべき部位（患者の欠損部位）に幹細胞が効率的に受容されることが、治療の効率を大きく左右する。
しかし、投与した幹細胞を希望する部位に受容される様に誘導する技術は、現時点では確立していない。

特開２０１２−１５７２６３公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、患者に投与された後、希望する部位、すなわち再生するべき人体の部位或いはその近傍で効率的に受容されることが可能な幹細胞と、その様な幹細胞を投与するための投与システムの提供を目的としている。

発明者は、幹細胞の温度と、幹細胞を投与したい（身体の）部位との間に相関関係があること、当該部位における細胞の温度受容体が活性化すると幹細胞治療の効率が向上すること、細胞の温度受容体が活性化する温度は個人差が少なく、概略均等であることに着目した。
本発明は係る着目に基づいており、本発明の幹細胞は、幹細胞を投与したい（身体の）部位の細胞における温度受容体が活性化する温度に温度調整されていることを特徴としている。

ここで、「幹細胞を投与したい（身体の）温度受容体が活性化する温度」は４℃〜４０℃の範囲内であり、個々の部位により異なっている。
例えば、肺であれば温度刺激により温度受容体ＴＲＰＭ８が活性化される２８℃以下であるか、或いは温度受容体ＴＲＰＡ１が活性化される１７℃以下であるのが好ましく、例えば１０℃に温度調整するのが好ましい。
また、前立腺の場合には、温度刺激により温度受容体ＴＲＰＭ８が活性化される２８℃以下であるのが好ましく、或いはＴＲＰＭ８は活性化されるがＴＲＰＡ１は活性化されない温度である２８℃〜１７℃であるのが好ましく、例えば２０℃に温度調整されるのが好ましい。

本発明において、幹細胞は脂肪或いは臍帯から培養した幹細胞（脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞）であるのが好ましい。
そして、脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞は、血清を含まない培地（無血清培地）により培養されることが好ましい。

また、本発明の実施に際して、前記血清を含まない培地は、還元型グルタチオンおよびフィブロネクチンを含むのが好ましい。そして、培地中の還元型グルタチオンの濃度が２０μｇ／ｍｌ〜２００μｇ／ｍｌであるのが好ましい。さらに培地中のフィブロネクチンがカイコ発現リコンビナントタンパク質であるのが好ましい。或いは、前記培地がエコチンをさらに含むのが好ましい。それに加えて、前記培地が分子量４０００以下の超低分子ヒアルロン酸をさらに含むのが好ましい。

本発明の幹細胞を患者に投与するための幹細胞投与システム（１００）は幹細胞を投与したい（身体の）部位の温度受容体が活性化する温度に幹細胞の温度を調整する温度調整システム（１０）を備えていることを特徴としている。
そして前記温度調整システム（１０）は、前記幹細胞を一時的に貯留して患者に投与する幹細胞投与装置（１：幹細胞貯留槽）と、加熱装置（２Ａ：ヒーター）を備え幹細胞投与装置（１）に貯留された幹細胞の温度を調整（制御）する幹細胞温度調整装置（２：調温槽）と、幹細胞温度調整装置（２：調温槽）の加熱量を制御する加熱制御装置（３：サーモスタット）と、制御装置（４：コントロールユニット）を有し、
制御装置（４：コントロールユニット）は、前記患者における幹細胞を投与するべき部位を決定し、当該部位における細胞の温度受容体が活性化する温度を調整するべき幹細胞の温度として、制御信号（温度制御信号）を加熱制御装置（３：サーモスタット）に対して発信する機能を有することが好ましい。

上述した様に、人体の各部位における温度受容体毎に活性化する温度が異なる。
本発明によれば、幹細胞を投与したい（身体の）部位の温度受容体が活性化する温度に温度調整されているので、本発明の幹細胞が、再生治療を受ける患者に投与されれば、当該患者の再生したい箇所に幹細胞が受容され易くなり、再生治療の効率が向上する。

また本発明において、脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞を用いれば各種疾病に有効であり、且つ、安全性が高い。
そして無血清培地により幹細胞を培養すれば、外来ウイルスによる汚染、異種タンパク質混入に起因するアレルギー反応、幹細胞の不均一製等の問題を防止することが出来る。

本発明の実施形態で用いられる幹細胞投与システムを示すブロック図である。 実施形態の幹細胞投与システムにより実行される幹細胞投与の手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１において全体を符号１００で示す幹細胞投与システムは、医療機関２００から再生治療等を受ける患者Ｐの再生部位に関する情報を取得し、幹細胞を培養して、培養した幹細胞を患者Ｐに投与するシステムである。そして幹細胞投与システム１００は、培養した幹細胞を患者Ｐに投与するに際して、投与する幹細胞を所定の温度に調整したうえで患者Ｐに投与する機能を有しており、ここで「所定の温度」は、患者Ｐの再生部位（幹細胞を投与したい部位）における細胞の温度受容体が活性化する温度である。
幹細胞投与システム１００は温度調整システム１０と幹細胞培養装置２０を備えている。ここで温度調整システム１０は、幹細胞の温度を、幹細胞を投与したい（再生医療の対象となる）身体部位の細胞における温度受容体が活性化する温度に調整する機器である。そして幹細胞培養装置２０は、温度調整システム１０による幹細胞の温度調整に先立ち、医療機関２００の幹細胞培養の指示（実行ラインＡＬ１）に基づき幹細胞を培養する装置である。

温度調整システム１０は、幹細胞投与装置１（幹細胞貯留槽）と、幹細胞温度調整装置２（調温槽）と、加熱制御装置３（サーモスタット）を有している。サーモスタット３は制御装置４（コントロールユニット）と情報の授受可能な態様で接続されている。
幹細胞貯留槽１は、幹細胞培養装置２０で培養された幹細胞を患者Ｐに投与する直前の段階で一時的に貯留し、幹細胞の温度を所定温度（再生部位における細胞の温度受容体が活性化する温度）に調整した上で、患者Ｐに投与する機能を有する。ここで、幹細胞貯留槽１における温度調整機能は、調温槽２、サーモスタット３と協働して実行される。

調温槽２には伝熱流体Ｗ（例えば純水）が充填されると共に、充填幹細胞貯留槽１が収容されている。そして調温槽２は、外側に設けたヒーター２Ａにより、伝熱流体Ｗを介して（いわゆる「湯せん」により）、幹細胞貯留槽１に貯留された幹細胞の温度調整（制御）を行う機能を有している。伝熱流体Ｗを介して（いわゆる「湯せん」により）温度調整（制御）を行うのは、幹細胞に急激な温度変化を与えると幹細胞が損傷する恐れがあるからである。
調温槽２中の複数個所（図１では水面近傍及び底部近傍）に温度センサ２Ｂが設けられており、温度センサ２Ｂは調温槽２に充填された伝熱流体Ｗの温度を検出し、当該検出結果（水温）は情報伝達ラインＩＬ１を介してサーモスタット３に送信される。温度センサ２Ｂの検出結果を受け、サーモスタット３から調温槽２のヒーター２Ａには調温槽２の加熱量を制御する信号（加熱制御信号）が情報伝達ラインＩＬ２を介して送信される。
調温槽２の底部近傍には対流発生装置２Ｃが設けられ、対流発生装置２Ｃは調温槽２中の水Ｗを対流し（矢印Ｃ）、伝熱流体Ｗの温度を均一に保っている。調温槽２中の伝熱流体Ｗを対流（Ｃ）し且つ複数個所で液温（水温）を計測することにより、調温槽２内の液温を均一に維持して、幹細胞貯留槽１内の幹細胞の温度を正確に調整している。

サーモスタット３は、コントロールユニット４で決定した調整するべき幹細胞の温度を温度制御信号として受信し（情報伝達ラインＩＬ３）、調温槽２の伝熱流体Ｗの液温（水温）が所定の温度（再生部位における細胞の温度受容体が活性化する温度）になる様に、上述した様にヒーター２Ａ（調温槽２）の加熱量を制御する機能を有している。
コントロールユニット４は、再生部位特定ブロック４Ａ、幹細胞温度決定ブロック４Ｂ、記憶ブロック４Ｃを備える。

コントロールユニット４の再生部位特定ブロック４Ａは、医療機関２００から情報伝達ラインＩＬ４を介して再生治療等を受ける患者Ｐの再生部位に関する情報を取得して、患者Ｐにおける幹細胞を投与するべき部位を決定し、情報伝達ラインＩＬ５を介して当該部位についての情報を幹細胞温度決定ブロック４Ｂに送信する機能を有している。また、再生部位特定ブロック４Ａは、情報伝達ラインＩＬ６を介して、特定した幹細胞を投与するべき部位（再生部位）についての情報を記憶ブロック４Ｃに送信する機能を有している。
幹細胞温度決定ブロック４Ｂは、（再生部位特定ブロック４Ａで特定された）幹細胞を投与するべき部位の情報を受信した後、情報伝達ラインＩＬ７を介して記憶ブロック４Ｃから「幹細胞を投与したい身体の部位における細胞の温度受容体が活性化する温度（適合温度）」のデータを取得して、患者Ｐに投与するべき部位における細胞の温度受容体が活性化する温度（適合温度）を決定する機能を有している。

幹細胞温度決定ブロック４Ｂで決定した幹細胞の温度（患者Ｐに投与するべき部位における細胞の温度受容体が活性化する温度：適合温度）は、幹細胞温度決定ブロック４Ｂからの制御信号（温度制御信号）として、情報伝達ラインＩＬ３を介して、サーモスタット３に送信される。
ここで記憶ブロック４Ｃは、再生部位特定ブロック４Ａで特定した幹細胞を投与するべき部位の情報や、「身体の各部位における細胞の温度受容体が活性化する温度（適合温度）」のデータを記憶する機能を有し、記憶ブロック４Ｃに蓄積された情報は、必要に応じてブロックに送信される。

幹細胞投与システム１００では、医療機関２００の指示（実行ラインＡＬ１）に基づいて、患者Ｐから脂肪或いは臍帯を取得した脂肪或いは臍帯（ラインＡＬ２）から、幹細胞培養装置２０により、脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞を培養する。明確には図示されていないが、幹細胞培養装置２０においては無血清培地を用いて、脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞を培養している。
幹細胞培養装置２０で培養された幹細胞は、ラインＡＬ３を介して温度調整システム１０内の幹細胞貯留槽１に送られ一時貯留される。その際に、温度調整システム１０により、患者Ｐの幹細胞を投与したい部位における細胞の温度受容体が活性化する温度に調温される。
温度調整システム１０で所定温度（患者Ｐの幹細胞を投与したい部位における細胞の温度受容体が活性化する温度：適合温度）に調整された幹細胞は、公知の装置を用いてラインＡＬ４を介して、幹細胞貯留槽１（幹細胞投与装置）から患者Ｐに投与される。
図1では、幹細胞投与システム１００を医療機関２００と別体に示しているが、幹細胞投与システム１００を医療機関２００の一部として構成することが可能である。

次に、主として図２を参照して、図示の実施形態による幹細胞投与の手順を説明する。
図２のステップＳ１では、（例えば医療機関２００からの情報に基づいて）患者Ｐの脂肪或いは臍帯より、幹細胞培養装置２０（図１）で幹細胞を培養する（脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞を培養する）。
次のステップＳ２では、培養された幹細胞を患者Ｐへの投与直前の段階で、幹細胞貯留槽１（図１）へ一時的に貯留する。そしてステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、幹細胞貯留槽１に貯留された幹細胞が温度調整システム１０により温度調整される。上述した様に、当該温度調整は、幹細胞貯留槽１に貯留された幹細胞を投与したい（再生したい）身体の部位における細胞の温度受容体が活性化する温度（適合温度）となる様に行われる。
次のステップＳ４では、ステップＳ３で温度調整された幹細胞を患者Ｐに投与する。幹細胞の投与は、公知の装置を用いて公知の技術により行われる。
幹細胞が患者Ｐに投与されたならば、図２で示す手順は完了する。

上述した適合温度は、投与したい箇所が例えば肺であれば、肺の細胞の温度受容体が活性化する温度であり、例えば、温度刺激により温度受容体ＴＲＰＭ８が活性化される２８℃以下、或いは温度受容体ＴＲＰＡ１が活性化される１７℃以下であり、図示の実施形態では肺の場合には１０℃に温度調整される。
また、投与したい箇所が例えば前立腺の場合には、温度刺激により温度受容体ＴＲＰＭ８が活性化される２８℃以下、より好ましくは、温度受容体ＴＲＰＭ８は活性化されるが温度受容体ＴＲＰＡ１は活性化されない２８℃〜１７℃である。図示の実施形態では、前立腺の場合には２０℃に温度調整される。

前述したように、患者に投与される幹細胞は脂肪或いは臍帯から培養した幹細胞（脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞）である。そして脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞は、血清を含まない培地（無血清培地）で培養される。
図示の実施形態では、当該無血清培地は、還元型グルタチオンおよびフィブロネクチンを含み、培地中の還元型グルタチオンの濃度が２０μｇ／ｍｌ〜２００μｇ／ｍｌであり、培地中のフィブロネクチンがカイコ発現リコンビナントタンパク質であり、エコチン及び分子量４０００以下の超低分子ヒアルロン酸を含んでいる。

図示の実施形態では、投与される幹細胞の温度が、温度調整システム１０により、幹細胞が投与されるべき人体の部位における細胞の温度受容体が活性化する温度（適合温度）に温度調整されているので、例えば再生治療を受ける患者に投与されれば、当該患者の再生したい箇所に幹細胞が受容され易くなる。すなわち、再生治療を行うべき個所に幹細胞が集中し易くなり、再生治療の効率が向上する。例えば、患者における欠損部位が再生するまでの期間が短縮され（治療期間が短縮され）、患者に投与する幹細胞の量も少なくすることが出来る。
図示の実施形態において、「幹細胞を投与したい部位の温度受容体が活性化する温度」は４℃〜４０℃の範囲内であり、また、伝熱流体Ｗを介して（いわゆる「湯せん」により）温度調整（制御）を行っているので、培養された幹細胞に急激な温度変化を与えて幹細胞が損傷する恐れがない。

ここで、図示の実施形態では、脂肪由来の幹細胞或いは臍帯由来の幹細胞を用いているので、各種疾病に有効であり、且つ、安全性が高い。
そして無血清培地により幹細胞を培養しているので、外来ウイルスによる汚染、異種タンパク質混入に起因するアレルギー反応、幹細胞の不均一製等の問題を防止することが出来る。

［実験例１］
肺が欠損して肺機能が低下し、肺の再生治療が必要な複数の患者について、脂肪から培養した幹細胞と、臍帯から培養した幹細胞の各々について、常温に保持した状態で投与した場合と、肺を構成する細胞における温度受容体ＴＲＰＭ８及び温度受容体ＴＲＰＡ１が活性化される温度である１０℃に温度調整して投与した場合を比較した。
なお、脂肪由来の幹細胞も、臍帯由来の幹細胞も、血清を含まない培地（無血清培地）であって、還元型グルタチオンおよびフィブロネクチンを含み、培地中の還元型グルタチオンの濃度が２０μｇ／ｍｌ〜２００μｇ／ｍｌであり、培地中のフィブロネクチンがカイコ発現リコンビナントタンパク質であり、さらにエコチンと分子量４０００以下の超低分子ヒアルロン酸を含む培地により培養した。

係る発明者の実験によれば、脂肪から培養した幹細胞を投与した場合も、臍帯から培養した幹細胞を投与した場合も、肺を構成する細胞における温度受容体ＴＲＰＭ８及び温度受容体ＴＲＰＡ１が活性化される温度である１０℃に保持した場合の方が、早期に欠損した肺が再生した。そして、幹細胞を投与する回数も少なかった。
実験例１から、肺を構成する細胞における温度受容体が活性化する温度に保持した幹細胞を投与することにより、肺の再生治療の効率が向上することが確認できた。

［実験例２］
前立腺の再生治療を行う複数の患者について、常温に保持した状態で投与した場合と、前立腺を構成する細胞における温度受容体ＴＲＰＭ８は活性化されるが温度受容体ＴＲＰＡ１は活性化されない温度である２０℃に保持した場合を比較した。
実験例２においても、実験例１と同様に、脂肪から培養した幹細胞と、臍帯から培養した幹細胞の各々について、比較した。培養に使用した培地についても、実験例１と同様である。

前立腺の再生治療についても、脂肪から培養した幹細胞を投与した場合も、臍帯から培養した幹細胞を投与した場合も、前立腺を構成する細胞における温度受容体ＴＲＰＭ８は活性化されるが温度受容体ＴＲＰＡ１は活性化されない温度である２０℃に保持した場合の方が、前立腺を構成する細胞が早期に再生した。そして、幹細胞を投与する回数も少なかった。
実験例２から、前立腺を構成する細胞における温度受容体ＴＲＰＭ８は活性化されるが温度受容体ＴＲＰＡ１は活性化されない温度である２０℃に保持した幹細胞を投与することにより、前立腺の再生治療の効率が向上することが確認できた。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１・・・幹細胞貯留槽（幹細胞投与装置）
２・・・調温槽（幹細胞温度調整装置）
２Ａ・・・ヒーター（加熱装置）
２Ｂ・・・温度センサ
２Ｃ・・・対流発生装置
３・・・サーモスタット（加熱制御装置）
４・・・コントロールユニット（制御装置）
４Ａ・・・再生部位特定ブロック
４Ｂ・・・幹細胞温度決定ブロック
４Ｃ・・・記憶ブロック
１０・・・温度調整システム
２０・・・幹細胞培養装置
１００・・・幹細胞投与システム
２００・・・医療機関
Ｐ・・・患者

Claims (4)

1. 幹細胞を患者に投与するための幹細胞投与システムにおいて、患者に投与する幹細胞を培養する培養装置と、幹細胞を投与したい部位の温度受容体が活性化する温度に幹細胞の温度を調整する幹細胞温度調整装置と、幹細胞温度調整装置で温度調整された幹細胞を患者に投入する幹細胞投与装置を備えていることを特徴とする幹細胞投与システム。
2. 前記温度が４℃〜２８℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の幹細胞投与システム。
3. 前記幹細胞温度調整装置が伝熱流体を介して温度調整を行うことを特徴とする請求項１、２のいずれか1項に記載の幹細胞投与システム。
4. 前記幹細胞温度調整装置は幹細胞を患者に投与する直前の段階で一時的に貯留し、前記幹細胞の温度を所定温度に調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の幹細胞投与システム。

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