JP6890138B2 - Msc成長予測因子アッセイ - Google Patents
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Description
本出願は、2016年7月21日に提出された米国仮特許出願第62/365,313号の利益を主張する。米国仮特許出願第62/365,313号の全開示(本文、図、写真)は、あらゆる目的のために、本明細書において参照によって援用される。
該当せず。
本開示は、幹細胞の分野、幹細胞の増殖のための方法、及び骨髄から得られる幹細胞の様々なバッチの増殖能力を決定するための方法に関する。
間葉系間質細胞(MSC)は、接着クローン線維芽細胞コロニーを形成し、20回を超える集団倍加を受けることができた細胞として骨髄(BM)培養物において最初に検出され、よって、それらは、コロニー形成単位線維芽細胞(CFU−f)と命名された。Friedenstein et al. (1970) Cell Tissue Kinet 3:393-403;Friedenstein et al. (1976) Exp. Hematol. 5:267-274。培養によって増やされたこれらの細胞が、骨、軟骨、細網組織、及び脂肪組織に分化する並びに造血微小環境を変える(Friedenstein et al. (1974) Exp. Hematol. 2:83-92;Owen & Friedenstein (1988) Ciba Found. Symp. 136:42-60)能力は、それらの有力なセクレトーム(たとえばPaul & Anisimov (2013) Biochimie 95:2246-2256)及び免疫調節特性(たとえばMenard & Tarte (2013) Stem Cell Res. Ther. 4:64-69)と共に、これらの細胞を細胞治療事業の最前線に立たせた。350を超える臨床試験が、現在、骨髄又は他の供給源から増やした間葉系間質細胞を様々な骨格障害、変性障害、及び免疫障害の有望な治療として使用している。
間葉系間質細胞の産生プロセスの初期に(すなわちコロニー形成段階で)間葉系間質細胞の成長性(すなわち増殖力)を予測するための迅速で信頼できる方法が本明細書において開示される。方法は、軽く固定され且つ、透過処理された細胞における、同じ細胞コロニーにおける、分化及び細胞数のアッセイを利用する。ある実施形態では、アルファ−平滑筋アクチン(α−SMA)のレベルは、分化の程度についての測定値を提供し、より低いα−SMAレベルは、それほど分化していない細胞型と相関する。ある実施形態では、乳酸デヒドロゲナーゼ(LDH)活性は、細胞数についての測定値を提供し、より高いLDH活性は、より高い細胞数と相関する。
本開示の実施は、別段の指示がない限り、当技術分野の技術の範囲内にある、細胞生物学、毒性学、分子生物学、生化学、細胞培養、免疫学、腫瘍学、組換えDNAの分野、及び関係する分野における標準的な方法及び従来の技術を用いる。そのような技術は、文献において記載されており、それによって、当業者らに入手可能である。たとえばAlberts, B. et al., “Molecular Biology of the Cell,” 5th edition, Garland Science, New York, NY, 2008;Voet, D. et al. “Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level,” 3rd edition, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2008;Sambrook, J. et al., “Molecular Cloning: A Laboratory Manual,” 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001;Ausubel, F. et al., “Current Protocols in Molecular Biology,” John Wiley & Sons, New York, 1987及び定期的な最新情報;Freshney, R.I., “Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique,” 4th edition, John Wiley & Sons, Somerset, NJ, 2000;及びthe series “Methods in Enzymology,” Academic Press, San Diego, CAを参照。
細胞培養のための標準的な方法は、当技術分野において知られている。たとえばR. I. Freshney “Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique,” Fifth Edition, Wiley, New York, 2005を参照。
本発明者らは、より低い程度の分化を有するMSC培養物が、より高い増殖力を有し、そのため、MSCの培養物中の細胞の分化の程度を、培養物が由来する細胞ロットの増殖力を予測するために使用することができることを見出した。したがって、本明細書において開示される方法の一部として、MSCの培養物中の細胞の分化の程度が、決定される。MSC分化の任意のマーカーを、当技術分野において知られているように、使用することができる。ある実施形態では、筋線維芽細胞分化のマーカーを、使用することができる。たとえば、アルファ−平滑筋アクチン(αSMA)、形質転換成長因子ベータ(TGF−β)、及び/又はフィブロネクチンのED−Aドメインを、分化マーカーとして使用することができ、より低いαSMA、TGF−β、及び/又はED−Aドメインのレベルは、より低い程度の分化と正相関する。
本明細書において開示される方法において、MSCの培養物中の大きなコロニーの数は、培養物が得られた細胞ロットの成長性(すなわち増殖力)を決定するために使用される因子のうちの1つである。したがって、本開示は、細胞数を決定し、細胞ロットの成長性を予測するプロセスにおいて前記決定を使用するための方法を提供する。
本明細書において記載される方法の予測値を向上させるために、コロニーにおけるαSMAレベルは、細胞当たりのαSMAレベルについての代用値を提供するために、そのコロニーにおける細胞内LDH活性の値に対して標準化した。細胞当たりのこの標準化αSMA値を得るための一実施形態では、αSMAレベルは、コロニーに結合した抗αSMA抗体のng/mlとして表現され、LDHレベルは、mU/ml LDH活性として表現される(Unitsは、LDH Cytotoxicity Detectionキット(Clontech Laboratories、Mountain View、CA)によって定義される)。
高い増殖力(又は高い成長性)を有する細胞ロットを同定するために、本開示は、細胞培養物中の細胞数及びマーカーのレベルの両方をアッセイするための方法を提供する。特に、分散した単一コロニーが平板培養細胞から成長するように、培養物は、低密度で平板培養される(たとえば培養皿において又はマイクロタイタープレートのウェルにおいて)。任意の個々のコロニーについて、本明細書において開示されるアッセイは、コロニーにおける細胞の数及びコロニーにおけるマーカー分子のレベルの両方を測定することができる。
本明細書において開示される方法の目的のうちの1つは、骨髄細胞を培養するプロセスの初期に、MSCの治療用誘導体の製造のために、高い成長性及び/又は高い増殖力を有する骨髄細胞のロットの選択を可能にすることである。1つのそのような治療用誘導体は、Notch細胞内ドメイン(NICD)をコードする核酸により培養MSCをトランスフェクトすることによって製造される。たとえば米国特許第7,682,825号(その中で「神経前駆体細胞」を指す細胞の調製のための);米国特許第8,945,919号(その中で「神経再生細胞」を指す細胞の調製のための);米国特許出願公開第2010/0310529号(その中で「分化制限細胞」を指す細胞の調製のための);及び国際公開第2016/161290号(その中で「NICD一時的トランスフェクトMSCの子孫」又は「DNTT−MSC」を指す細胞の調製のための)を参照されたい。これらの開示は、細胞療法で使用するためのNICDトランスフェクトMSCを製造するためのプロセスを説明する目的のために本明細書において参照によって援用される。
実施例1:骨髄間質細胞の調製及び培養
健康なヒトドナー由来の骨髄穿刺液を、Lonza(Allendale、NJ)又はAllCells(Alameda、CA)から購入し、冷たい容器で夜のうちに配達してもらった。穿刺液サンプル(1〜3ml)を、10%ウシ胎児血清(HyClone、Logan、UT、MSC成長のために選択したロット)、GlutaMAX(Invitrogen、Carlsbad、CA)、及びペニシリン/ストレプトマイシンを補足したMSC成長培地(アルファ最小必須培地(αMEM、Mediatech、Tewksbury、MA))において3倍に希釈し、8分間1200rpmで遠心分離した。上清を、注意深く除去し、ペレットを、遠心分離前の容量と等しい容量で再懸濁した。一定分量を取り出し、白血球(WBC)カウントのためにErythrocyte Lysis Reagent(Sigma、St.Louis、MO)中に希釈した。これらの洗浄した骨髄細胞を、マイクロタイターアッセイにおいて使用するために(実施例4及び5)並びに大量培養物を生成するために培養した(実施例6)。
αSMA発現及びコロニー成長の間の関係を解明し、それによって、α−SMAレベルの測定を、増殖力を予測するための方法の一部として使用することができるかどうかを決定するために、細胞増殖速度及びα−SMAレベルを、平板培養の10日後に骨髄細胞のコロニーにおいて測定した。
MSCコロニーにおけるαSMA発現がロット成長性に関係するかどうかを決定するために、コロニーにおけるαSMAを測定し、コロニーにおける細胞の数に対してその発現を標準化するロバスト性のある(robust)アッセイを、継代MSCを使用して開発した。細胞内LDH活性についての比色定量アッセイを、細胞数についての代用物として選んだ。先の観察は、ホルマリンにより軽く固定された細胞が、実質的な割合の細胞内LDH活性を保持することを示唆した。Baba et al. (1971) J. Cell. Biol. 51:621-635も又参照されたい。したがって、LDH検出に対する固定及び透過処理の条件の影響を、継代2及び4の間で継代MSCにおいて検査した。これらの研究のために、MSCを数え、4、1.3、及び0.4×103細胞/ウェルで96ウェルプレートの中に平板培養した。翌日、培養物を20又は40分間固定し、次いで、20分間、透過処理し、洗浄した。実験の別のセットにおいて、細胞は、20分間固定し、20、40、又は60分間、透過処理し、次いで、洗浄した。残存LDH活性は、下記に記載されるように決定した。細胞数は、培養物のトリパンブルー染色を使用して決定した。
固定後にLDH活性の保持が観察されたことに基づいて(実施例3)、選択した固定及び透過処理の時間を使用して、αSMAの細胞内免疫細胞化学的検出のために細胞を処理し、その後、同じ細胞においてLDH活性を検出することが可能であると考えられた。この考えを確認するために、継代2〜4のMSCを、様々な細胞密度で96ウェルマイクロタイタープレート中で平板培養した。1日後、細胞を20分間固定し、20分間、透過処理し、1時間、HRPコンジュゲート抗αSMA抗体と反応させた。抗体が結合した後、細胞内LDH活性を検出し、その後、HRP活性の比色定量検出を続けた。これらの条件下で、LDH及びαSMAの値は、平板培養細胞数に比例した(図2C及び2D)。次いで、αSMA発現値は、「αSMA/細胞」値を得るために対応するLDH活性値に対して標準化した。細胞濃度>250細胞/ウェルについては、標準化は、予想通り、ある一定の値を提供し、250細胞/ウェルの濃度以下では、標準化は、様々な結果をもたらした(図2E)。
方法
上記に記載される結果に基づいて、2つの比色定量アッセイプロトコール−残存LDH活性及びαSMAタンパク質発現検出−を、同じマイクロタイタープレート上で成長している複数のコロニーをアッセイするために使用する単一のプロトコールの中に組み込んだ。これらの実験のために、洗浄した骨髄細胞(実施例1において記載されるように得た)を、6.6×104WBCs/mlの濃度で再懸濁し、透明な底を有する96ウェル黒色マイクロプレート(Costar(登録商標))の中に平板培養した(ウェル当たり100μlの細胞懸濁液)。α−SMA標準物質及びLDH標準物質用に並びにホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)コントロール用に指定したウェルは、下記のプロトコールに示されるまで未使用のままにした。この密度での平板培養は、ウェルの30%未満においてコロニーの成長をもたらし、したがって、ウェル当たり1つを超えるコロニーを有する可能性が低いことを確実にした。
ALCアッセイデータの処理は、プログラムしたExcelテンプレートを使用して行った。HRPコントロールデータは、必要であれば、異なるプレート及び実験の間で調整するために使用した。次いで、それぞれのプレートについて、両方の測定パラメーターについてのバックグラウンド値:LDHについては、コロニーなしのすべてのウェルの平均+1標準偏差(SD)、HRPについては、コロニーなしのすべてのウェルの平均として計算した。次いで、バックグラウンドを、対応するデータセットから引き算した。この方法は、さらなる計算から、50個未満の細胞を有するウェルの排除を可能にし、同時に、HRPシグナルについてそれほどストリンジェントではない条件は、非常に低いレベルのαSMA発現を有するコロニーの排除を予防した。次いで、αSMA発現は、同じウェルからの対応するLDHシグナルに対して標準化した(αSMA/細胞についての代用物)。コロニーデータはすべて、高い〜低いLDHレベルにソートし、LDH≧0.4mU/mlを有するコロニー(「大きなコロニー」)のパーセンテージを決定した。この閾値は、典型的に、BMロットにおける大きなコロニーとして15%以上のコロニーを分類した。これらの大きなコロニーにおいて、標準化αSMA発現を平均した。したがって、それぞれのBMロットは、大きなコロニーの細胞における平均αSMAレベル(本明細書でAv(αSMA/LDH)LCとして称される)及び大きなコロニーのパーセンテージによって特徴付けられた。
統計分析(対応又は独立t検定及び線形回帰分析)並びに図示は、Prism 6ソフトウェア(GraphPad、San Diego、CA)を使用して行った。p<0.05は、統計的に有意と見なした。
ロット当たり34〜89コロニー(中央値52)を産生する10のBM MSCロットを、平板培養の10日間後(10日目)に分析した。10のロットのうちの9つのロットについて、それぞれのコロニーについてのLDH値(細胞数についての代用物)をその対応する標準化αSMA/LDH値(細胞当たりのαSMAの平均量についての代用物)に対してプロットすることにより、それぞれのコロニーのサイズ及びそのαSMA/細胞の間に負の相関がもたらされた(p<0.05)。さらに、LDH対αSMA/LDH値の分布は、細胞のそれぞれのロットについて特徴的であり、したがって、この分布は、異なるロットを区別するために使用することができる。細胞の2つのロット(ドナーAC12及びD127から得た)からの例示的なデータを、図3Aに示す。
MSCの10のロットを、3継代、大量培養で成長させた。これらのロットのそれぞれについて、CFUfコロニー形成率(図4)、大きなコロニーのパーセント(LDH>0.4mU/mlを有するものとして定義される、図5)、サイズによる大きなコロニーの分布(LDH、図6)、及びそれぞれのコロニーにおける標準化αSMA(αSMA/LDH、図7)を決定した。
GRn=dH0/dWBC×dH1/dP1×...×dHn/dPn
ここで、dHnは、継代nの収集時の細胞密度であり、dPnは、継代nの平板培養時の細胞密度であり、dWBCは、初めのBM平板培養時の細胞密度である。成長速度の分析は、MSCロットを、継代3でのその累積的な成長速度(GR)に基づいて、成長が遅い(GR≦1)又は成長が速い(GR>1)と分類することができたことを明らかにした。図8Aを参照。
Claims (13)
- 骨髄懸濁液の複数のロットの中から、高い増殖力を有する間葉系間質細胞(MSC)のロットを選択するための方法であって、
(A)低密度で、骨髄懸濁液のそれぞれのロット由来の細胞のサンプルを別々に平板培養すること;
(B)単一コロニーを形成させるために、前記別々に平板培養された細胞を培養すること;
(C)MSCのそれぞれのロットについて、
(i)アルファ−平滑筋アクチン(αSMA)のレベル;及び
(ii)それぞれの培養物中の大きなコロニーのパーセンテージ;ここで、前記大きなコロニーは:
(a)4.0milliUnits/ml又はそれ以上のLDH活性のレベル有するか、又は
(b)少なくとも1,000個の細胞を含有する、
コロニーである;
を測定すること;並びに
(D)培養物が
(i)他のロットと比較して低いレベルのαSMA及び
(ii)他のロットと比較して高いパーセンテージの大きなコロニー
を表す1又は複数のロットを選択すること、
を含み、
培養物が、試験されている他のロットと比較して、低いレベルのαSMA及び高いパーセンテージの大きなコロニーを有する前記1又は複数のロットは、高い増殖力を有する、方法。 - αSMAレベルは、コロニーを抗αSMA抗体と接触させ、前記抗体により前記コロニーの免疫活性を測定することによって決定される、請求項1に記載の方法。
- αSMAレベルは、反応を示す抗αSMA抗体のng/mlとして表現される、請求項1又は2に記載の方法。
- コロニーにおけるαSMAのレベルを前記コロニーの細胞の数に対して標準化することをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コロニーにおける細胞の数は、前記コロニーのLDH活性のレベルに相当する、請 求項4に記載の方法。
- αSMAのレベルが大きなコロニーにおいて測定される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記大きなコロニーについての標準化αSMA/LDH値は、前記培養物中の大きなコロニーのパーセンテージの関数として表現される、請求項4〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 100未満である大きなコロニーについての標準化αSMA/LDH値及び40%を超える大きなコロニーのパーセンテージを有する培養物は、高い増殖力を有するMSCのロットに相当する、請求項7に記載の方法。
- ステップ(C)の測定は、ステップ(A)において前記細胞を平板培養した10日後に行われる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 高い増殖力を有する前記1又は複数のロットは、MSCの治療用誘導体を製造するためのプロセスにおいて使用される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 大量培養で高い増殖力を有する細胞を成長させることをさらに含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- Notch細胞内ドメインをコードする配列を含むポリヌクレオチドにより大量培養中の前記MSCをトランスフェクトすることをさらに含み、前記ポリヌクレオチドは、完全長Notchタンパク質をコードしない、請求項11に記載の方法。
- 高い増殖力を有する間葉系間質細胞(MSC)のロットを同定するための方法であって、
(a)低密度でMSCのサンプルを平板培養すること;
(b)単一のコロニーが形成されるようにMSCを培養すること;
(c)それぞれのコロニーにおけるαSMAレベルを測定すること;
(d)それぞれのコロニーにおけるLDH活性を測定すること;
(e)大きなコロニーの数を決定すること;ここで、前記大きなコロニーは:
(a)4.0milliUnits/ml又はそれ以上のLDH活性のレベル有するか、又は
(b)少なくとも1,000個の細胞を含有する、
コロニーである;
(f)前記大きなコロニーについての平均αSMA/LDH値を得るために、前記大きなコロニーにおいてLDH活性のレベルに対してαSMAのレベルを標準化すること;及び
(g)培養物中の大きなコロニーのパーセンテージの関数として、前記大きなコロニーについての平均αSMA/LDH値を表現することを含み、 低い平均αSMA/LDH値及び高いパーセンテージの大きなコロニーによって特徴付けられる培養物を提供するMSCのロットは、高い増殖力を有するロットである、方法。
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