JP6956398B2 - Screening method for anticancer drugs using cancer organoids - Google Patents

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本発明は、in vitroでヒトのがん組織類似の構造体(がんオルガノイド)を構築する方法、並びに、該がんオルガノイドを用いた、がん幹細胞を標的とする抗がん薬のin vitroスクリーニング方法に関する。 The present invention relates to a method for constructing a structure (cancer organoid) similar to human cancer tissue in vitro, and an in vitro anticancer drug targeting cancer stem cells using the cancer organoid. Regarding the screening method.

がん幹細胞は、がんの転移・再発・治療抵抗性の責任細胞であると考えられており、がん患者の予後不良に深く関与している。そのため、がん幹細胞を標的とした抗がん薬の開発が求められているが、がん幹細胞はがん組織において極めて少数の細胞集団を形成しているにすぎないため、ハイスループットスクリーニング(HTS)にたえ得る量のがん幹細胞を取得することは困難である。HTSにたえ得るスケールアップが可能な細胞材料として従来用いられてきたがん細胞株は、ヒトがん組織に類似した組織を構築する能力を有しない。患者組織から誘導したがんオルガノイドでは一定のリアリティーはみられるものの、オルガノイド構築能を有するがん幹細胞と、比較対照とすべき非幹細胞がん細胞を十分量得ることができない(非特許文献1、2)。 Cancer stem cells are considered to be responsible cells for cancer metastasis, recurrence, and treatment resistance, and are deeply involved in the poor prognosis of cancer patients. Therefore, the development of anticancer drugs targeting cancer stem cells is required, but high-throughput screening (HTS) because cancer stem cells form a very small cell population in cancer tissues. It is difficult to obtain a sufficient amount of cancer stem cells. Cancer cell lines that have been conventionally used as a scale-up capable cell material that can withstand HTS do not have the ability to construct tissues similar to human cancer tissues. Although a certain degree of reality is observed in cancer organoids derived from patient tissues, it is not possible to obtain a sufficient amount of cancer stem cells capable of constructing organoids and non-stem cell cancer cells to be compared and controlled (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 1, 2).

Takebeらは、ヒト肝がん細胞株と内皮細胞及び間葉系幹細胞とを共培養することで、自己組織化によりがんオルガノイドを形成させ得ることを報告しているが(非特許文献3)、得られた組織とヒトがん組織の類似性は明らかではないし、組織構築の主体となるがん幹細胞は得られていない。 Takebe et al. Have reported that by co-culturing human liver cancer cell lines with endothelial cells and mesenchymal stem cells, cancer organoids can be formed by self-organization (Non-Patent Document 3). The similarity between the obtained tissue and human cancer tissue is not clear, and cancer stem cells, which are the main constituents of tissue construction, have not been obtained.

一方、本発明者らは最近、ヒト大腸がん又は肺がん細胞株にOCT3/4、SOX2、KLF4を導入することにより、がん幹細胞様の細胞を誘導することに成功し、これらの細胞を誘導型がん幹細胞(iCSC)と命名した(特許文献1、非特許文献4)。誘導型大腸がん幹細胞は、元のがん細胞に比べて高い薬剤排出能を有しており、in vivoでヒトの大腸がん組織の構造をよく模倣した。しかしながら、誘導型がん幹細胞をin vitroで培養した場合に、in vivoと同様に、がん組織に類似した構造を形成し得るか否かについては明らかではない。 On the other hand, the present inventors have recently succeeded in inducing cancer stem cell-like cells by introducing OCT3 / 4, SOX2, and KLF4 into human colon cancer or lung cancer cell lines, and induce these cells. It was named type cancer stem cell (iCSC) (Patent Document 1, Non-Patent Document 4). Inducible colorectal cancer stem cells have higher drug excretion capacity than the original cancer cells and well mimic the structure of human colorectal cancer tissue in vivo. However, it is not clear whether induced cancer stem cells can form a structure similar to cancer tissue when cultured in vitro, as in vivo.

国際公開第2015/199088号International Publication No. 2015/199088

Vaira, V. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2010) 107(18): 8352-8356Vaira, V. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2010) 107 (18): 8352-8356 van de Wetering, M. et al., Cell (2015) 161: 933-945van de Wetering, M. et al., Cell (2015) 161: 933-945 Takebe, T. et al., Cell Stem Cell (2015) 16: 556-565Takebe, T. et al., Cell Stem Cell (2015) 16: 556-565 Oshima, N. et al., PLoS One (2014) 9(7): e101735Oshima, N. et al., PLoS One (2014) 9 (7): e101735

本発明の目的は、HTSにたえ得る、がん幹細胞を標的とした抗がん薬のin vitroスクリーニング系を提供することである。 An object of the present invention is to provide an in vitro screening system for an anticancer drug targeting cancer stem cells, which can respond to HTS.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく、本発明者らが樹立した誘導型がん幹細胞(iCSC)に着目し、該iCSCから浮遊培養によりスフェアを形成させ、免疫組織化学的分析により、in vitroでのがん組織類似の構造体(がんオルガノイド)の形成能について調べた。その結果、大腸がん及び肺がんのいずれのiCSCからも、それぞれのヒトがん組織類似の免疫組織化学的特徴を有する組織様構造体、即ちがんオルガノイドを形成させることができた。さらに、iCSCと間質細胞(間葉系幹細胞(MSC)及び血管内皮細胞)との共培養により、ヒトがん組織と同様の、がん細胞のみならず、αSMA陽性細胞及び血管内皮細胞を含む大きな細胞塊を形成させることにも成功した。 In order to achieve the above object, the present inventors focused on the induced cancer stem cells (iCSC) established by the present inventors, formed spheres from the iCSC by suspension culture, and performed immunohistochemical analysis. , The ability to form cancer tissue-like structures (cancer organoids) in vitro was investigated. As a result, it was possible to form tissue-like structures having immunohistochemical characteristics similar to those of human cancer tissues, that is, cancer organoids, from both iCSCs of colorectal cancer and lung cancer. Furthermore, by co-culturing iCSC and stromal cells (mesenchymal stem cells (MSC) and vascular endothelial cells), not only cancer cells similar to human cancer tissue but also αSMA-positive cells and vascular endothelial cells are contained. We also succeeded in forming a large cell mass.

次に、本発明者らは、iCSCと、iCSCの維持培養過程で分化した非幹細胞がん細胞とについて、マイクロアレイを用いて網羅的遺伝子発現を比較し、iCSC特異的に高発現を示す遺伝子として、大腸がんについてはregulator of calcineurin 2(RCAN2)、肺がんについてはインターロイキン(IL)-6遺伝子を同定した。RCAN2はカルシニューリンを阻害することが知られているので、カルシニューリン阻害薬であるFK506を添加してスフェア形成アッセイを行ったところ、FK506添加により誘導型大腸がん幹細胞のスフェア形成能は促進された。一方、カルシニューリンはNFATタンパク質の核移行を促進することが知られているので、逆にNFATの核から細胞質への移行を促進することが知られているGSK3を阻害したところ、いずれのGSK3阻害薬を用いた場合でも、誘導型大腸がん幹細胞のスフェア形成能は有意に抑制された。GSK阻害薬は抗がん作用を有することが知られていることから、これらの結果は、がん幹細胞を三次元培養して得られるスフェア(即ち、がん組織類似の構造体=がんオルガノイド)の形成能に対する抑制効果を指標として、抗がん薬、特にがん幹細胞を標的とする抗がん薬の薬効評価が可能であること、並びに、がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で顕著に発現レベルの変動する遺伝子を同定し、該遺伝子(産物)を標的とする薬剤を被検物質とすることにより、より効率的にがん幹細胞を標的とする抗がん薬の探索が可能となることを強く示唆している。 Next, the present inventors compared the comprehensive gene expression of iCSC and non-stem cell cancer cells differentiated in the maintenance culture process of iCSC using a microarray, and used them as genes showing high expression specifically for iCSC. , The regulator of calcineurin 2 (RCAN2) was identified for colon cancer, and the interleukin (IL) -6 gene was identified for lung cancer. Since RCAN2 is known to inhibit calcineurin, a sphere formation assay was performed by adding the calcineurin inhibitor FK506, and the addition of FK506 promoted the sphere formation ability of induced colorectal cancer stem cells. On the other hand, calcineurin is known to promote the translocation of NFAT protein to the nucleus. Conversely, when GSK3, which is known to promote the translocation of NFAT from the nucleus to the cytoplasm, was inhibited, any GSK3 inhibitor was used. The sphere-forming ability of induced colon cancer stem cells was significantly suppressed even when the drug was used. Since GSK inhibitors are known to have anticancer activity, these results are obtained from spheres obtained by three-dimensional culture of cancer stem cells (that is, cancer tissue-like structures = cancer organoids). ) Can be used as an index to evaluate the efficacy of anticancer drugs, especially anticancer drugs that target cancer stem cells, and cancer stem cells and non-stem cell cancer cells Search for anti-cancer drugs that target cancer stem cells more efficiently by identifying genes whose expression levels fluctuate significantly among them and using drugs that target the genes (products) as test substances. Strongly suggests that is possible.

そこで、本発明者らは、上記の仮説を実証すべく、誘導型肺がん幹細胞又は元の肺がん細胞と、MSC及び血管内皮細胞との共培養により作製した肺がんオルガノイドの組織構築能力に及ぼすIL-6及び抗IL-6抗体の効果について調べた。その結果、IL-6の添加により、元の肺がん細胞から形成される細胞塊はより充実し、αSMA陽性細胞数が有意に増加したのに対し、抗IL-6抗体の添加により、誘導型肺がん幹細胞から形成される細胞塊では、αSMA陽性細胞数が有意に減少した。また、誘導型肺がん幹細胞から形成される細胞塊はシスプラチン(CDDP)抵抗性であったが、抗IL-6抗体を併用すると著明な細胞減少が認められ、肺がんオルガノイドの構造が破壊された。これらの結果は、上記の仮説を支持するものであると同時に、肺がん幹細胞はIL-6を高発現することによりMSCからαSMA陽性細胞への分化を促進し、肺がんオルガノイド形成に寄与しており、IL-6阻害薬はIL-6の当該効果を遮断することで、MSCからαSMA陽性細胞への分化を抑制し得ることを示すものである。 Therefore, in order to substantiate the above hypothesis, the present inventors exert on the tissue-building ability of lung cancer organoids prepared by co-culturing induced lung cancer stem cells or original lung cancer cells with MSC and vascular endothelial cells. And the effect of anti-IL-6 antibody was investigated. As a result, the addition of IL-6 enriched the cell mass formed from the original lung cancer cells and significantly increased the number of αSMA-positive cells, whereas the addition of anti-IL-6 antibody resulted in induced lung cancer. In the cell mass formed from stem cells, the number of αSMA-positive cells was significantly reduced. In addition, the cell mass formed from induced lung cancer stem cells was cisplatin (CDDP) resistant, but when combined with anti-IL-6 antibody, marked cell loss was observed, and the structure of lung cancer organoids was destroyed. These results support the above hypothesis, and at the same time, lung cancer stem cells promote the differentiation of MSC into αSMA-positive cells by highly expressing IL-6, and contribute to the formation of lung cancer organoids. It is shown that the IL-6 inhibitor can suppress the differentiation of MSC into αSMA-positive cells by blocking the effect of IL-6.

本発明者らは、これらの知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 以下の工程を含む抗がん薬のスクリーニング方法。
(1)がん幹細胞を三次元培養して得られるがんオルガノイドに被検物質を接触させる工程
(2)該がんオルガノイドの脱構築を生じさせた被検物質を抗がん薬として選択する工程
[2] がんオルガノイドが、がん幹細胞と間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞との共培養により得られるものである、[1]に記載の方法。
[3] 以下の工程を含む抗がん薬のスクリーニング方法。
(1)がん幹細胞を被検物質の存在下で三次元培養してがんオルガノイド形成を誘導する工程
(2)被検物質の非存在下で三次元培養した場合に比べて、がんオルガノイドの形成を阻害した被検物質を抗がん薬として選択する工程
[4] 工程(1)において、がん幹細胞を、間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞と共培養する、[3]に記載の方法。
[5] 被検物質が、がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で有意に発現レベル及び/又はエピジェネティック修飾が異なる遺伝子の発現又は機能を調節し得る物質である、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6] がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で有意に発現レベル及び/又はエピジェネティック修飾が異なる遺伝子を同定する工程をさらに含む、[5]に記載の方法。
[7] がん幹細胞が、外来性の初期化因子を導入した非幹細胞がん細胞を、胚性幹(ES)細胞を維持し得ない条件下で培養することにより誘導されたものである、[1]〜[6]のいずれかに記載の方法。
[8] 誘導されたがん幹細胞が、
(a)外来性の初期化因子を導入していない非幹細胞がん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度のABCトランスポーター阻害薬の存在下で、薬剤排除能を有するものであるか、あるいは
(b)トリプシン処理により培養容器から解離しないものである、
[7]に記載の方法。
[9] がん幹細胞が大腸がん幹細胞又は肺がん幹細胞である、[1]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10] がん幹細胞と、間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞とを、三次元培養にて共培養する工程を含む、がんオルガノイドの製造方法。
[11] がん幹細胞が、外来性の初期化因子を導入した非幹細胞がん細胞を、胚性幹(ES)細胞を維持し得ない条件下で培養することにより誘導され、かつ
(a)外来性の初期化因子を導入していない非幹細胞がん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度のABCトランスポーター阻害薬の存在下で、薬剤排除能を有するものであるか、あるいは
(b)トリプシン処理により培養容器から解離しないものである、[10]に記載の方法。
[12]がん幹細胞と、間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞とが、in vitroで自己組織化されてなるがんオルガノイド。
[13][10]又は[11]に記載の方法により得られる、[12]に記載のがんオルガノイド。
[14]IL-6調節薬を含有してなる、間葉系幹/前駆細胞からαSMA陽性細胞への分化制御剤。
As a result of further research based on these findings, the present inventors have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for screening an anticancer drug, which comprises the following steps.
(1) Step of contacting a test substance with a cancer organoid obtained by three-dimensionally culturing cancer stem cells (2) Selecting a test substance that has caused deconstruction of the cancer organoid as an anticancer drug Step [2] The method according to [1], wherein the cancer organoid is obtained by co-culturing cancer stem cells with mesenchymal stem / progenitor cells and vascular endothelial cells.
[3] A method for screening an anticancer drug, which comprises the following steps.
(1) Step of culturing cancer stem cells three-dimensionally in the presence of a test substance to induce cancer organoid formation (2) Compared to the case of three-dimensional culturing in the absence of a test substance, cancer organoids Step of selecting a test substance that inhibits the formation of cancer as an anticancer drug [4] In step (1), cancer stem cells are co-cultured with mesenchymal stem / progenitor cells and vascular endothelial cells, [3]. The method described in.
[5] The test substance is a substance capable of regulating the expression or function of a gene whose expression level and / or epigenetic modification is significantly different between cancer stem cells and non-stem cell cancer cells [1] to The method according to any one of [4].
[6] The method according to [5], further comprising identifying genes whose expression levels and / or epigenetic modifications differ significantly between cancer stem cells and non-stem cell cancer cells.
[7] Cancer stem cells are derived by culturing non-stem cell cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has been introduced under conditions in which embryonic stem (ES) cells cannot be maintained. The method according to any one of [1] to [6].
[8] Induced cancer stem cells
(A) It has a drug exclusion ability in the presence of an ABC transporter inhibitor at a concentration effective for suppressing the drug exclusion ability of non-stem cell cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has not been introduced. Or (b) it does not dissociate from the culture vessel by trypsin treatment.
The method according to [7].
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the cancer stem cells are colon cancer stem cells or lung cancer stem cells.
[10] A method for producing a cancer organoid, which comprises a step of co-culturing a cancer stem cell with a mesenchymal stem / progenitor cell and a vascular endothelial cell in a three-dimensional culture.
[11] Cancer stem cells are induced by culturing non-stem cell cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has been introduced under conditions in which embryonic stem (ES) cells cannot be maintained, and (a). In the presence of an ABC transporter inhibitor at a concentration effective in suppressing the drug-eliminating ability of non-stem cell cancer cells that have not introduced an exogenous reprogramming factor, or has a drug-eliminating ability. (B) The method according to [10], which does not dissociate from the culture vessel by trypsin treatment.
[12] A cancer organoid in which cancer stem cells, mesenchymal stem / progenitor cells, and vascular endothelial cells are self-assembled in vitro.
[13] The cancer organoid according to [12], which is obtained by the method according to [10] or [11].
[14] A regulator of differentiation of mesenchymal stem / progenitor cells into αSMA-positive cells, which comprises an IL-6 regulator.

本発明によれば、がん幹細胞、非幹細胞がん細胞及び該がん細胞から誘導されるがんオルガノイドの三つ組(triad)を用いることで、新規ながん幹細胞標的治療薬の開発が可能となる。がん幹細胞としてiCSCを使用すれば、これらはいずれも試料の量的制限がないという点において、患者がん組織由来試料を用いる方法よりも優位であるし、得られる組織とヒトがん組織の類似性においても既存技術よりも優れている。 According to the present invention, it is possible to develop a novel cancer stem cell target therapeutic agent by using a triad of cancer stem cells, non-stem cell cancer cells and cancer organoids derived from the cancer cells. Become. The use of iCSC as a cancer stem cell is superior to the method using a sample derived from patient cancer tissue in that there is no quantitative limitation on the sample, and it is possible to obtain tissue and human cancer tissue. It is also superior to existing technologies in terms of similarity.

iCSC由来のスフェアの特徴を示す。(A)親SW480細胞、1st V50-OKS細胞由来の非V50細胞、及び2nd V50-OKS細胞におけるスフェア形成能を示す。相当な数のスフェアが2nd V50-OKS細胞において形成される。各実験のスフェアの数を示す(n = 3)。 * p <0.05、** p <0.01 (B)親SW480細胞及び2nd V50-OKS細胞のスフェアの組織学的及び免疫組織化学的分析を示す。親SW480細胞に由来するスフェアは、CK20、CK7が陰性であり、CDX2が陽性であった。2nd V50-OKS細胞由来のスフェアは、CK20、CDX2が陽性であり、CK7が陰性であった。The characteristics of iCSC-derived spheres are shown. (A) parental SW480 cells, showing 1 st V50-OKS cell-derived non-V50 cells, and the spheres forming ability in 2 nd V50-OKS cells. Substantial number of spheres are formed in a 2 nd V50-OKS cells. The number of spheres in each experiment is shown (n = 3). * P <0.05, showing a histological and immunohistochemical analysis of spheres of ** p <0.01 (B) parental SW480 cells and 2 nd V50-OKS cells. The spheres derived from the parent SW480 cells were negative for CK20 and CK7 and positive for CDX2. 2 nd V50-OKS cell derived spheres, CK20, CDX2 is positive, CK7 were negative. (A)親株SW480ではなく、iCSC由来のスフェアは、HUVECとMSCとの共培養において、集合細胞(collective cell)のコロニーとなった。 (B)共培養されたスフェアにおける組織学的及び免疫組織化学的分析を示す。iCSC、HUVEC及びMSCに由来するスフェアは、α-SMA及びCD31が陽性であり、スフェアの外側のみがKi67陽性であった。親SW480、HUVEC及びMSCに由来するスフェアは、α-SMA及びCD31が陰性であり、全体的にKi67陽性であった。(A) Spheres derived from iCSC, not the parent strain SW480, became colonies of collective cells in co-culture of HUVEC and MSC. (B) Histological and immunohistochemical analysis of co-cultured spheres is shown. The spheres derived from iCSC, HUVEC and MSC were positive for α-SMA and CD31, and only the outside of the sphere was Ki67 positive. The spheres derived from the parents SW480, HUVEC and MSC were negative for α-SMA and CD31 and were totally positive for Ki67. Mock-SW480細胞、非V50-OKS細胞及び2nd V50細胞における遺伝子プロファイルの比較を示す。(A)Mock-SW480と2nd V50-OKS細胞との間の遺伝子発現において、3914個のプローブが、有意差を有するものとして同定された(t検定、偽陽性率(FDR)<0.05及び2倍差、灰色のドットで示す)。(B)1st V50-OKS細胞由来の非V50細胞と2nd V50-OKS細胞との間の遺伝子発現において、56プローブが、有意差を有するものとして同定された(t検定、偽発見率(FDR)<0.05及び2倍差、灰色のドットで示す)。(C)非V50、モックよりも2ndV50においてより高く発現するプローブ、及び非V50、モックよりも2nd V50においてより低く発現するプローブのベン図を示す。ベン図において、各4つのプローブが重複していた。(D)ベン図において、重複する8つのプローブのmRNA発現レベルを示す(n=3)。(E)選別後5日目の、親SW480細胞、1st V50-OKS細胞由来の非V50細胞及び2nd V50-OKS細胞におけるSEMA6A、FAM105A及びRCAN2の総転写物レベルのqRT-PCRを示す(n=3)。 * p <0.05Mock-SW480 cells, shows a comparison of gene profile in non-V50-OKS cells and 2 nd V50 cells. (A) Mock-SW480 and 2 nd V50-OKS in gene expression between cells, 3914 probesets were identified as having a significant difference (t-test, the false positive rate (FDR) <0.05 and 2 Double difference, indicated by gray dots). (B) in gene expression between non-V50 cells from 1 st V50-OKS cells and 2 nd V50-OKS cells, 56 probes were identified as having a significant difference (t-test, the false discovery rate ( FDR) <0.05 and 2x difference, indicated by gray dots). (C) Non-V50, the probe is expressed higher in 2 nd V50 than mock, and non-V50, shows a Venn diagram of a probe to lower expression in 2 nd V50 than mock. In the Venn diagram, each of the four probes overlapped. (D) The Venn diagram shows the mRNA expression levels of the eight overlapping probes (n = 3). (E) shows the 5 days after selection, parental SW480 cells, 1 st V50-OKS cell-derived non-V50 cells and 2 nd V50-OKS SEMA6A in a cell, the total transcript levels of qRT-PCR of FAM105A and RCAN2 ( n = 3). * p <0.05 図4は、FK506添加実験における、初期化因子の導入からFK506の添加開始までの一連の流れを示した模式図を示す。FIG. 4 shows a schematic diagram showing a series of flows from the introduction of the reprogramming factor to the start of the addition of FK506 in the FK506 addition experiment. (A)FK506の添加有り又は無しの場合における、親SW480細胞及び2nd V50-OKS細胞の細胞数を、播種後5日目に計数した(n = 3)。 * P <0.05、** P <0.01 (B)FK506の添加有り又は無しの場合における、親SW480細胞及び2nd V50-OKS細胞の形態の変化を示す。(C)FK506の添加有り又は無しの場合における、2nd V50-OKS細胞のスフェア形成能を示す。 FK506を添加した2nd V50-OKS細胞において、スフェア形成の数が増加した。(D)播種後10日目での、FK506の添加有り又は無しの場合における、親SW480細胞又は2nd V50-OKS細胞のスフェアの数を示す(n = 3)。 * p <0.05、** p <0.01 (E)FK506の添加有り又は無しの場合における、iCSCのスフェアの組織学的及び免疫組織化学的分析を示す。両方のスフェアは、CK20、CDX2が陽性であり、CK7が陰性であった。(A) The cell numbers of parent SW480 cells and 2nd V50-OKS cells with or without addition of FK506 were counted on the 5th day after seeding (n = 3). * P <0.05, in the case of addition or without ** P <0.01 (B) FK506 , shows a change in the form of the parent SW480 cells and 2 nd V50-OKS cells. (C) in the case of addition or without FK506, shows a sphere-forming ability of the 2 nd V50-OKS cells. In 2 nd V50-OKS cells supplemented with FK506, the number of spheres formed is increased. (D) at 10 days after sowing, in the case of addition or without FK506, the number of spheres of parental SW480 cells or 2 nd V50-OKS cells (n = 3). * p <0.05, ** p <0.01 (E) The histological and immunohistochemical analysis of iCSC spheres with or without the addition of FK506 is shown. Both spheres were positive for CK20, CDX2 and negative for CK7. GSK3阻害は誘導型大腸がん幹細胞の能力を抑制することを示す。(A)平面接着培養における、GSK3α及びGSK3βに対するsiRNA添加の効果を示す。(B)平面接着培養における、バルプロ酸(VPA)又はCHIR99021添加の効果を示す。(C)スフェア形成能に及ぼすバルプロ酸(VPA)又はCHIR99021(CHIR)添加の効果を示す。GSK3 inhibition is shown to suppress the ability of induced colorectal cancer stem cells. (A) The effect of siRNA addition on GSK3α and GSK3β in planar adhesive culture is shown. (B) Shows the effect of adding valproic acid (VPA) or CHIR99021 in planar adhesive culture. (C) Shows the effect of addition of valproic acid (VPA) or CHIR99021 (CHIR) on the ability to form spheres. 誘導型肺がん幹細胞のスフェア形成能を示す。(A)肺がん細胞(A549)、それから誘導された肺がん幹細胞(OKS-A549)及びトランスフェクションコントロール(EGFP-A549)のスフェア形成能を示す。(B)肺がん細胞(A549)及びそれから誘導された肺がん幹細胞(OKS-A549-Colony)由来のスフェアの位相差像(上)及びHE染色像(下)を示す。Shows the ability of induced lung cancer stem cells to form spheres. (A) Shows the sphere-forming ability of lung cancer cells (A549), derived lung cancer stem cells (OKS-A549) and transfection control (EGFP-A549). (B) Phase difference images (top) and HE-stained images (bottom) of spheres derived from lung cancer cells (A549) and lung cancer stem cells (OKS-A549-Colony) derived from them are shown. in vitroでの肺がん様組織(肺がんオルガノイド)の作製の模式図(上)及び作製された肺がん細胞(A549)由来及び肺がん幹細胞由来の組織の免疫染色の結果(下)を示す。下図中、右列は実際のヒト肺がん組織を示す。αSMAは、ヒト肺がん組織にみられるcancer associated fibroblast(CAF)のマーカー、CK7は上皮(すなわち、がん癌細胞)のマーカーである。The schematic diagram (top) of the preparation of lung cancer-like tissue (lung cancer organoid) in vitro and the result of immunostaining of the prepared lung cancer cell (A549) -derived and lung cancer stem cell-derived tissue (bottom) are shown. In the figure below, the right column shows the actual human lung cancer tissue. αSMA is a marker for cancer associated fibroblast (CAF) found in human lung cancer tissue, and CK7 is a marker for epithelium (ie, cancer cancer cells). 誘導型肺がん幹細胞と間質細胞との共培養によってヒト肺がん組織類似の組織を構築できたことを示す。(A) 肺がん細胞(A549)由来及び肺がん幹細胞由来の組織のAlcian blue-PAS 染色を示す。誘導型肺がん幹細胞(OSK-A549-Colony)から作製した組織では、ムチン分泌を伴う極性のある腺管様構造がみられた。(B)がん細胞(誘導型肺がん幹細胞または親細胞株)をGFPで着色、血管内皮細胞株HUVECをm-cherryで着色し、作製したオルガノイドを蛍光顕微鏡観察した。(C)(B)で観察されたmCherryの蛍光強度(mcherry陽性細胞数)の変化を示す。(D)肺がん細胞(A549)由来及び肺がん幹細胞(OSK-A549-Colony)由来の組織中のHUVEC由来CD31陽性細胞の、免疫組織化学分析による検出を示す。(E)肺がん細胞(A549)、肺がん幹細胞(OSK-A549-Colony)由来の組織及びヒト肺がん組織標本におけるKi67陽性細胞の分布を示す。(F)肺がん細胞(A549)及び肺がん幹細胞(OSK-A549-Colony)由来の組織において、組織の内側及び外側に存在するKi67陽性細胞数を示す。(G)定量RT-PCRにより、肺がん幹細胞が特異的にIL-6を高発現していることを示す。(H)IL-6添加により、蛍光標識された肺がん細胞(A549)由来の組織における蛍光強度が増加することを示す。(I)抗IL-6抗体添加により、蛍光標識された肺がん細胞(A549)由来の組織における蛍光強度は減弱しないことを示す。It is shown that a tissue similar to human lung cancer tissue could be constructed by co-culture of induced lung cancer stem cells and stromal cells. (A) Alcian blue-PAS staining of tissues derived from lung cancer cells (A549) and lung cancer stem cells is shown. Tissues made from induced lung cancer stem cells (OSK-A549-Colony) showed a polar duct-like structure with mucin secretion. (B) Cancer cells (induced lung cancer stem cells or parent cell lines) were colored with GFP, vascular endothelial cell line HUVEC was colored with m-cherry, and the produced organoids were observed under a fluorescence microscope. (C) The change in the fluorescence intensity (mcherry-positive cell number) of mCherry observed in (B) is shown. (D) HUVEC-derived CD31-positive cells in lung cancer cell (A549) -derived and lung cancer stem cell (OSK-A549-Colony) -derived tissues are detected by immunohistochemical analysis. (E) The distribution of Ki67-positive cells in tissues derived from lung cancer cells (A549), lung cancer stem cells (OSK-A549-Colony), and human lung cancer tissue specimens is shown. (F) In tissues derived from lung cancer cells (A549) and lung cancer stem cells (OSK-A549-Colony), the number of Ki67-positive cells present inside and outside the tissues is shown. (G) Quantitative RT-PCR shows that lung cancer stem cells specifically express IL-6. (H) It is shown that the addition of IL-6 increases the fluorescence intensity in tissues derived from fluorescently labeled lung cancer cells (A549). (I) It is shown that the addition of anti-IL-6 antibody does not attenuate the fluorescence intensity in tissues derived from fluorescently labeled lung cancer cells (A549). IL-6が肺がん幹細胞特異的に高発現していること、並びに抗IL-6抗体とシスプラチン(CDDP)併用により、誘導型癌幹細胞由来組織が破壊されることを示す。(A)A549とそこから作製した誘導型肺癌幹細胞における遺伝子発現をマイクロアレイで比較した結果を示す。(B, C, D)誘導型肺がん幹細胞と間質細胞との共培養により作製した組織のCDDPに対する応答性、及び肺がん幹細胞由来の組織において抗IL-6抗体を併用した場合のCDDPに対する応答性の変化を示す。It is shown that IL-6 is highly expressed specifically for lung cancer stem cells, and that the combined use of anti-IL-6 antibody and cisplatin (CDDP) destroys inducible cancer stem cell-derived tissues. (A) The results of microarray comparison of gene expression in A549 and inducible lung cancer stem cells prepared from it are shown. (B, C, D) Response to CDDP of tissues prepared by co-culture of induced lung cancer stem cells and stromal cells, and response to CDDP when anti-IL-6 antibody is used in combination with lung cancer stem cell-derived tissues. Shows the change of. IL-6はMSCをαSMA陽性細胞へと変化させることで肺がん組織形成に正の効力を有し、抗IL-6抗体はこれを遮断することを示す。(A, B, C)通常の肺がん細胞株(A549)を用いた共培養で形成される細胞集塊に及ぼすIL-6添加の効果を示す。(D, E, F)肺がん幹細胞を用いた共培養で形成されるがんオルガノイドに及ぼす抗IL-6抗体添加の効果を示す。(G)MSCを単独で接着培養したものにIL-6を添加すると、αSMA陽性細胞が出現することを示す。It is shown that IL-6 has a positive effect on lung cancer tissue formation by converting MSC into αSMA-positive cells, and anti-IL-6 antibody blocks this. (A, B, C) The effect of IL-6 addition on the cell clumps formed by co-culture using a normal lung cancer cell line (A549) is shown. (D, E, F) The effect of anti-IL-6 antibody addition on cancer organoids formed by co-culture using lung cancer stem cells is shown. (G) It is shown that αSMA-positive cells appear when IL-6 is added to the adhesive culture of MSC alone.

[I]抗がん薬のスクリーニング方法
本発明は、がん幹細胞を標的とする新規な抗がん薬のスクリーニング方法(以下、「本発明の方法」ともいう。)を提供する。本発明の方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。
(1)がん幹細胞を三次元培養して得られるがんオルガノイドに被検物質を接触させる工程
(2)該がんオルガノイドの脱構築を生じさせた被検物質を抗がん薬として選択する工程
(工程(1)及び(2)を含む方法を、以下、「本発明の方法A」ともいう。)
あるいは、
(1’)がん幹細胞を被検物質の存在下で三次元培養してがんオルガノイド形成を誘導する工程
(2’)被検物質の非存在下で三次元培養した場合に比べて、がんオルガノイドの形成を阻害した被検物質を抗がん薬として選択する工程
(工程(1’)及び(2’)を含む方法を、以下、「本発明の方法B」ともいう。)
[I] Screening Method for Anticancer Drugs The present invention provides a method for screening a novel anticancer drug that targets cancer stem cells (hereinafter, also referred to as “method of the present invention”). The method of the present invention is characterized by including the following steps.
(1) Step of contacting a test substance with a cancer organoid obtained by three-dimensionally culturing cancer stem cells (2) Selecting a test substance that has caused deconstruction of the cancer organoid as an anticancer drug Steps (The method including steps (1) and (2) is also hereinafter referred to as "method A of the present invention").
or,
(1') Step of three-dimensionally culturing cancer stem cells in the presence of a test substance to induce cancer organoid formation (2') Compared to the case of three-dimensional culture in the absence of a test substance, The step of selecting a test substance that inhibits the formation of organoids as an anticancer drug (the method including steps (1') and (2') is hereinafter also referred to as "method B of the present invention").

1.がんオルガノイド
ここで「がんオルガノイド」とは、天然のがん組織において通常観察され得る構造と類似した構造を有する、in vitroで誘導された組織構造体を意味する。例えば、がん幹細胞と、該がん幹細胞から分化した非幹細胞がん細胞とを少なくとも含み、それらが、天然のがん組織で観察されるのと同様の形態で組織化されたものが挙げられる。好ましい一実施態様においては、本発明のがんオルガノイドは、がん幹細胞及び非幹細胞がん細胞に加えて、間質細胞(例えば、間葉系幹/前駆細胞(MSC/MPC)に由来するαSMA陽性細胞及び/又は血管内皮細胞等)などの、天然のがん組織を構成する非がん細胞を含むことができる。
1. 1. Cancer Organoids As used herein, the term "cancer organoid" means an in vitro induced tissue structure having a structure similar to that normally observed in natural cancer tissues. For example, cancer stem cells and non-stem cell cancer cells differentiated from the cancer stem cells may be included and organized in a manner similar to that observed in natural cancer tissues. .. In a preferred embodiment, the cancer organoids of the invention are αSMA derived from stromal cells (eg, mesenchymal stem / progenitor cells (MSC / MPC)) in addition to cancer stem cells and non-stem cell cancer cells. It can include non-cancer cells that make up natural cancer tissue, such as positive cells and / or vascular endothelial cells).

天然のがん組織と同等の組織学的特性を有することは、例えば、がん幹細胞及び/又は非幹細胞がん細胞に特異的なマーカーの発現を指標として、免疫組織化学的分析により確認することができる。例えば、大腸がんオルガノイドの場合、典型的な大腸がん組織の染色パターンとして、CK20陽性、CK7陰性、CDX2陽性等の免疫組織化学的所見を示すことにより確認することができる。また、肺がんオルガノイドの場合、CK7陽性、TTF1陽性、NapsinA陽性等の免疫組織化学的所見を示すことにより確認することができる。また、がんオルガノイドががん幹細胞とMSC/MPCとの共培養により得られる場合、MSC/MPC由来の筋線維芽細胞のマーカーであるαSMA陽性、さらに、がんオルガノイドが血管内皮細胞との共培養により得られる場合には、血管内皮細胞マーカーであるCD31陽性の免疫組織化学的所見を示すことにより確認することもできる。 Having the same histological characteristics as natural cancer tissue should be confirmed by immunohistochemical analysis, for example, using the expression of markers specific to cancer stem cells and / or non-stem cell cancer cells as an index. Can be done. For example, in the case of colorectal cancer organoids, it can be confirmed by showing immunohistochemical findings such as CK20 positive, CK7 negative, and CDX2 positive as a typical staining pattern of colorectal cancer tissue. In the case of lung cancer organoids, it can be confirmed by showing immunohistochemical findings such as CK7 positive, TTF1 positive, and Napsin A positive. In addition, when cancer organoids are obtained by co-culture of cancer stem cells and MSC / MPC, αSMA positive, which is a marker of MSC / MPC-derived myofibroblasts, and cancer organoids are co-cultured with vascular endothelial cells. When obtained by culture, it can also be confirmed by showing immunohistochemical findings positive for CD31, which is a vascular endothelial cell marker.

本発明の方法に使用するがんオルガノイドのがん種は特に制限されず、天然の任意のがんに対応するものが挙げられる。例えば、上皮細胞由来の癌であり得るが、非上皮性の肉腫や血液がんであってもよい。より具体的には、例えば、頭頸部のがん(例えば、上顎がん、咽頭がん、喉頭がん、舌がん、甲状腺がん)、胸部のがん(例えば、乳がん、肺がん(非小細胞肺がん、小細胞肺がん))、消化器のがん(例えば、食道がん、胃がん、十二指腸がん、大腸がん(結腸がん、直腸がん)、肝がん(肝細胞がん、胆管細胞がん)、胆嚢がん、胆管がん、膵がん、肛門がん)、泌尿器のがん(例えば、腎がん、尿管がん、膀胱がん、前立腺がん、陰茎がん、精巣(睾丸)がん)、生殖器のがん(例えば、子宮がん(子宮頸がん、子宮体がん)、卵巣がん、外陰がん、膣がん)、皮膚のがん(例えば、基底細胞がん、有棘細胞がん)を含むが、これらに限定されない。好ましい一実施態様においては、大腸がんオルガノイド、肺がんオルガノイド等が挙げられる。 The type of cancer organoid used in the method of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include those corresponding to any natural cancer. For example, it can be a cancer derived from epithelial cells, but it can also be a non-epithelial sarcoma or a hematological cancer. More specifically, for example, head and neck cancer (eg, maxillary cancer, pharyngeal cancer, laryngeal cancer, tongue cancer, thyroid cancer), chest cancer (eg, breast cancer, lung cancer (non-small)). Cellular lung cancer, small cell lung cancer)), gastrointestinal cancer (eg, esophageal cancer, gastric cancer, duodenal cancer, colon cancer (colon cancer, rectal cancer), liver cancer (hepatocellular cancer, bile duct) Cellular cancer), bile sac cancer, bile duct cancer, pancreatic cancer, anal cancer), urinary cancer (eg, renal cancer, urinary tract cancer, bladder cancer, prostate cancer, penis cancer, Testis cancer (testicle cancer), genital cancer (eg, uterine cancer (cervical cancer, uterine body cancer), ovarian cancer, genital cancer, vaginal cancer), skin cancer (eg, cervical cancer) (Bass cell carcinoma, spinous cell carcinoma), but not limited to these. In one preferred embodiment, colorectal cancer organoids, lung cancer organoids and the like can be mentioned.

がんオルガノイドの動物種は特に制限されないが、本発明の方法(1)が目的とする抗がん薬の投与対象と同一種であることが望ましい。例えば、哺乳動物(例、ヒト、マウス、ラット、サル、イヌ、ネコ、ウシ、ウマ等)が挙げられるが、上記の本発明の方法(1)の目的に照らせば、好ましくはヒトである。 The animal species of the cancer organoid is not particularly limited, but it is desirable that the animal species is the same as the target of administration of the anticancer drug intended by the method (1) of the present invention. For example, mammals (eg, humans, mice, rats, monkeys, dogs, cats, cows, horses, etc.) can be mentioned, but in light of the above object of the method (1) of the present invention, humans are preferable.

2.がん幹細胞
がんオルガノイドは、がん幹細胞を三次元培養することにより得ることができる。がんオルガノイドの作製に用いられるがん幹細胞は、がん組織を再構築する能力(以下、「がん組織再構築能」ともいう)を有する細胞であれば特に制限されない。がん組織再構築能は、自体公知の方法により確認することができる。例えば、上記特許文献1に記載されるように、がん幹細胞をマウスに移植し、in vivoでの腫瘍形成能を評価することで、組織再構築能を評価することができる。また、三次元培養によるスフェア形成能をがん組織再構築能の指標とすることができるので、がん組織再構築能はスフェア形成アッセイにより評価することもできる。
2. Cancer stem cells Cancer organoids can be obtained by culturing cancer stem cells in three dimensions. The cancer stem cells used for producing cancer organoids are not particularly limited as long as they have the ability to reconstruct cancer tissue (hereinafter, also referred to as "cancer tissue remodeling ability"). The ability to reconstruct cancer tissue can be confirmed by a method known per se. For example, as described in Patent Document 1, by transplanting cancer stem cells into mice and evaluating the tumorigenicity in vivo, the tissue remodeling ability can be evaluated. Moreover, since the sphere formation ability by three-dimensional culture can be used as an index of the cancer tissue remodeling ability, the cancer tissue remodeling ability can also be evaluated by the sphere formation assay.

また、本発明においては、がん幹細胞マーカーの発現や、細胞増殖速度、抗がん薬に対する耐性、及び/又は薬剤排出能を指標として、がん幹細胞を取得することができる。例えば、大腸がん幹細胞の場合、従来大腸がん幹細胞マーカーとして報告のある1以上のマーカー、具体的には、CD133、CD44、CD26、ABCG2及びLGR5からなる群より選択される少なくとも一つのマーカーが陽性の細胞を、大腸がん幹細胞として用いることができる。また、肺がん幹細胞の場合、例えば、従来肺がん幹細胞マーカーとして報告のあるCD133が陽性の細胞を、肺がん幹細胞として用いることができる。ここで「がん幹細胞マーカーが陽性」であることは、細胞でがん幹細胞マーカーのmRNAが発現していること、又はがん幹細胞マーカーのタンパク質が発現していることにより、判断することができる。がん幹細胞マーカーのmRNAは、特に限定されないが、RT-PCR法及びノーザンブロット法等の自体公知の方法によって確認することができる。また、がん幹細胞マーカーのタンパク質は、特に限定されないが、ウエスタンブロット法及び免疫染色法等の自体公知の方法によって確認することができる。がん幹細胞マーカーが細胞表面抗原マーカーである場合、フローサイトメーターで測定することによって、当該がん幹細胞マーカーが陽性であることを確認することができる。 Further, in the present invention, cancer stem cells can be obtained using the expression of cancer stem cell markers, cell proliferation rate, resistance to anticancer drugs, and / or drug excretion ability as indicators. For example, in the case of colon cancer stem cells, one or more markers previously reported as colon cancer stem cell markers, specifically at least one marker selected from the group consisting of CD133, CD44, CD26, ABCG2 and LGR5. Positive cells can be used as colon cancer stem cells. In the case of lung cancer stem cells, for example, CD133-positive cells previously reported as lung cancer stem cell markers can be used as lung cancer stem cells. Here, "positive for cancer stem cell marker" can be determined by the expression of the cancer stem cell marker mRNA or the expression of the cancer stem cell marker protein in the cells. .. The mRNA of the cancer stem cell marker is not particularly limited, but can be confirmed by a method known per se, such as RT-PCR method and Northern blotting method. The protein of the cancer stem cell marker is not particularly limited, but can be confirmed by a method known per se, such as Western blotting and immunostaining. When the cancer stem cell marker is a cell surface antigen marker, it can be confirmed that the cancer stem cell marker is positive by measuring with a flow cytometer.

一方、細胞増殖速度、抗がん薬に対する耐性、及び/又は薬剤排出能を指標とする場合、通常のがん細胞と比較して、細胞増殖速度が遅い、抗がん薬に対する耐性が高い、及び/又は薬剤排出能が高い等の特性を有する細胞を、がん幹細胞として使用することができる。さらに、例えば、肺がん幹細胞の場合、接着培養においてトリプシン処理に対する解離抵抗性を指標として、後述のように、一定濃度のトリプシンで一定時間処理した際に培養容器から解離しない細胞を肺がん幹細胞として選択することができる。 On the other hand, when the cell proliferation rate, resistance to anticancer drug, and / or drug excretion ability are used as indicators, the cell proliferation rate is slower and the resistance to anticancer drug is higher than that of normal cancer cells. And / or cells having characteristics such as high drug excretion ability can be used as cancer stem cells. Further, for example, in the case of lung cancer stem cells, cells that do not dissociate from the culture vessel when treated with trypsin at a constant concentration for a certain period of time are selected as lung cancer stem cells, using the dissociation resistance to trypsin treatment as an index in adhesive culture, as described later. be able to.

本発明に用いるがん幹細胞のソースは特に制限されず、がん細胞に初期化因子を導入することで誘導したがん幹細胞(誘導型がん幹細胞; iCSC)でもよいし、培養がん細胞や生体内のがん組織から単離した細胞であってもよいが、抗がん薬のHTS系の確立という本発明の趣旨に照らせば、容易に大量のがん幹細胞及び/又はがんオルガノイドを提供し得るという点で、誘導型がん幹細胞(iCSC)が好ましい。 The source of the cancer stem cell used in the present invention is not particularly limited, and may be a cancer stem cell (induced cancer stem cell; iCSC) induced by introducing a reprogramming factor into the cancer cell, a cultured cancer cell, or a cultured cancer cell. It may be a cell isolated from a cancer tissue in the living body, but in light of the purpose of the present invention of establishing an HTS system of an anticancer drug, a large amount of cancer stem cells and / or cancer organoids can be easily obtained. Inducible cancer stem cells (iCSCs) are preferred in that they can be provided.

(2−1)誘導型がん幹細胞(iCSC)
本発明に用いるiCSCは、公知の方法(例えば、特許文献1、WO 2011/049099に記載の方法)により作製することができる。例えば、外来性の初期化因子を導入したがん細胞を、胚性幹(ES)細胞を維持し得ない条件下で培養することにより誘導することができ、このようにして作製したiCSCは、本発明の方法に好適に使用することができる。
(2-1) Inducible cancer stem cells (iCSC)
The iCSC used in the present invention can be produced by a known method (for example, the method described in Patent Document 1, WO 2011/049099). For example, cancer cells introduced with an exogenous reprogramming factor can be induced by culturing under conditions in which embryonic stem (ES) cells cannot be maintained. It can be suitably used for the method of the present invention.

iCSCの作製に用いる初期化因子としては、例えば、Oct3/4、Sox2及びKlf4の組み合わせが挙げられるが、この場合において、Oct3/4に代えて他のOctファミリーのメンバー、例えば、Oct1A、Oct6などを用いることもできる。また、Sox2に代えて他のSoxファミリーのメンバー、例えば、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Sox18などを用いることもできる。またKlf4に変えて他のKlfファミリーのメンバー、例えば、Klf1、Klf2、Klf5などを用いることもできる。さらに、Oct3/4、Sox2及びKlf4に加えてさらに任意の物質を含んでいてもよい。追加される任意の物質は、体細胞に導入することにより、その体細胞をより未分化な状態に移行させる物質(群)であり、例えば、ES細胞に特異的に発現している遺伝子又はES細胞の未分化維持に重要な役割を果たす遺伝子もしくはその遺伝子産物などが挙げられるがこれらに限定されない。ES細胞に特異的に発現している遺伝子又はES細胞の未分化維持に重要な役割を果たす遺伝子もしくはその遺伝子産物は、例えば、c-Myc, L-Myc, N-Myc, TERT, SV40 Large T antigen, HPV16 E6, HPV16 E7, Bmi1, Lin28, Lin28b, Nanog, Esrrb又はEsrrgが例示される。あるいは、導入にあたって追加される任意の物質は、体細胞に導入することにより、その体細胞をより未分化な状態に移行させる効率を上昇させる物質(群)であり得、例えば、iPS細胞の樹立効率を促進する物質(群)が挙げられるがこれらに限定されない。iPS細胞の樹立効率を促進する物質(群)としては、例えば、下記の物質(群)が挙げられるが、これらに限定されない:ヒストンデアセチラーゼ(HDAC)阻害剤[例えば、バルプロ酸(VPA)(Nat. Biotechnol., 26(7): 795-797 (2008))、トリコスタチンA、酪酸ナトリウム、MC 1293、M344等の低分子阻害剤、HDACに対するsiRNA及びshRNA(例、HDAC1 siRNA Smartpool(登録商標) (Millipore)、HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene)等)等の核酸性発現阻害剤など]、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば5’-azacytidine)(Nat. Biotechnol., 26(7): 795-797 (2008))、G9aヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤[例えば、BIX-01294 (Cell Stem Cell, 2: 525-528 (2008))等の低分子阻害剤、G9aに対するsiRNA及びshRNA(例、G9a siRNA(human) (Santa Cruz Biotechnology)等)等の核酸性発現阻害剤など]、L-channel calcium agonist (例えばBayk8644) (Cell Stem Cell, 3, 568-574 (2008))、p53阻害剤(例えばp53に対するsiRNA及びshRNA)(Cell Stem Cell, 3, 475-479 (2008))、Wnt Signaling activator(例えばsoluble Wnt3a)(Cell Stem Cell, 3, 132-135 (2008))、LIF又はbFGFなどの増殖因子、ALK5阻害剤(例えば、SB431542)(Nat. Methods, 6: 805-8 (2009))、mitogen-activated protein kinase signaling阻害剤、glycogen synthase kinase-3阻害剤(PloS Biology, 6(10), 2237-2247 (2008))、miR-291-3p、miR-294、miR-295などのmiRNA (R.L. Judson et al., Nat. Biotech., 27:459-461 (2009))。 Examples of the reprogramming factors used in the preparation of iCSC include combinations of Oct3 / 4, Sox2 and Klf4. In this case, Oct3 / 4 is replaced by another member of the Oct family, such as Oct1A, Oct6, etc. Can also be used. Also, instead of Sox2, other members of the Sox family, such as Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, Sox18, can be used. You can also use other Klf family members, such as Klf1, Klf2, and Klf5, instead of Klf4. Furthermore, in addition to Oct3 / 4, Sox2 and Klf4, any substance may be further contained. Any substance added is a substance (group) that shifts the somatic cell to a more undifferentiated state by introducing it into the somatic cell, for example, a gene or ES specifically expressed in the ES cell. Examples include, but are not limited to, genes that play an important role in maintaining undifferentiated cells or their gene products. Genes that are specifically expressed in ES cells or genes that play an important role in maintaining undifferentiated ES cells or their gene products include, for example, c-Myc, L-Myc, N-Myc, TERT, SV40 Large T. Examples include antigen, HPV16 E6, HPV16 E7, Bmi1, Lin28, Lin28b, Nanog, Esrrb or Esrrg. Alternatively, any substance added upon introduction can be a substance (group) that increases the efficiency of transition of the somatic cell to a more undifferentiated state by introducing it into the somatic cell, for example, establishment of iPS cells. Substances (groups) that promote efficiency include, but are not limited to. Substances (groups) that promote iPS cell establishment efficiency include, but are not limited to, the following substances (groups): histone deacetylase (HDAC) inhibitors [eg, valproic acid (VPA). (Nat. Biotechnol., 26 (7): 795-797 (2008)), small molecule inhibitors such as tricostatin A, sodium butyrate, MC 1293, M344, siRNAs and shRNAs against HDACs (eg, HDAC1 siRNA Smartpool (registered) Nucleic acid expression inhibitors such as (Trademarks) (Millipore), HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene)], DNA methyltransferase inhibitors (eg 5'-azacytidine) (Nat. Biotechnol., 26 (7) :. 795-797 (2008)), G9a histone methyltransferase inhibitors [eg, small molecule inhibitors such as BIX-01294 (Cell Stem Cell, 2: 525-528 (2008)), siRNA and shRNA against G9a (eg, G9a) Nucleic acid expression inhibitors such as siRNA (human) (Santa Cruz Biotechnology))], L-channel calcium agonist (eg Bayk8644) (Cell Stem Cell, 3, 568-574 (2008)), p53 inhibitors (eg Proliferation of siRNA and shRNA against p53) (Cell Stem Cell, 3, 475-479 (2008)), Wnt Signaling activator (eg soluble Wnt3a) (Cell Stem Cell, 3, 132-135 (2008)), LIF or bFGF Factors, ALK5 inhibitors (eg SB431542) (Nat. Methods, 6: 805-8 (2009)), mitogen-activated protein kinase signaling inhibitors, glycogen synthase kinase-3 inhibitors (PloS Biology, 6 (10), 2237-2247 (2008)), miRNAs such as miR-291-3p, miR-294, miR-295 (RL Judson et al. , Nat. Biotech., 27: 459-461 (2009)).

初期化因子は、DNAの形態で、あるいはタンパク質の形態で導入することができる。DNAの形態で導入する場合、例えば、ウイルス、プラスミド、人工染色体(例:ヒト人工染色体(HAC)、酵母人工染色体(YAC)、細菌人工染色体(BAC、PAC)等)などのベクター、リポフェクション、リポソーム、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入することができる。ウイルスベクターとしては、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター(以上、Cell, 126, pp.663-676, 2006; Cell, 131, pp.861-872, 2007; Science, 318, pp.1917-1920, 2007)、アデノウイルスベクター(Science, 322, 945-949, 2008)、アデノ随伴ウイルスベクター、センダイウイルスベクター(Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 85, 348-62, 2009)などが例示される。ベクターには、初期化因子が発現可能なように、プロモーター、エンハンサー、リボゾーム結合配列、ターミネーター、ポリアデニル化サイトなどの制御配列を含むことができる。使用されるプロモーターとしては、例えばEF1αプロモーター、CAGプロモーター、SRαプロモーター、SV40プロモーター、LTRプロモーター、CMV(サイトメガロウイルス)プロモーター、RSV(ラウス肉腫ウイルス)プロモーター、MoMuLV(モロニーマウス白血病ウイルス)LTR、HSV-TK(単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ)プロモーターなどが用いられる。さらに、ベクターには、染色体への組み込みがなくとも複製されて、エピソーマルに存在するように、リンパ指向性ヘルペスウイルス(lymphotrophic herpes virus)、BKウイルス及び牛乳頭腫(Bovine papillomavirus)の起点とその複製に係る配列を含んでいてもよい。例えば、EBNA-1及びoriPもしくはLarge T及びSV40ori配列を含むことが挙げられる(WO 2009/115295、WO 2009/157201及びWO 2009/149233)。 Reprogramming factors can be introduced in the form of DNA or in the form of proteins. When introduced in the form of DNA, for example, vectors such as viruses, plasmids, artificial chromosomes (eg, human artificial chromosomes (HAC), yeast artificial chromosomes (YAC), bacterial artificial chromosomes (BAC, PAC), etc.), lipofection, liposomes, etc. , Can be introduced into somatic cells by techniques such as microinjection. Viral vectors include retroviral vectors and lentiviral vectors (Cell, 126, pp.663-676, 2006; Cell, 131, pp.861-872, 2007; Science, 318, pp.1917-1920, 2007. ), Adenovirus vector (Science, 322, 945-949, 2008), adeno-associated virus vector, Sendai virus vector (Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 85, 348-62, 2009) and the like. The vector can include regulatory sequences such as promoters, enhancers, ribosome binding sequences, terminators, polyadenylation sites, etc. so that the reprogramming factor can be expressed. Promoters used include, for example, EF1α promoter, CAG promoter, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV (cytomegalovirus) promoter, RSV (Rous sarcoma virus) promoter, MoMuLV (Molony mouse leukemia virus) LTR, HSV- A TK (simple herpesvirus thymidine kinase) promoter or the like is used. In addition, the vector replicates without chromosomal integration and is the origin and replication of lymphotrophic herpes virus, BK virus and Bovine papillomavirus, as present episomal. May include the sequence according to. For example, it may contain EBNA-1 and oriP or Large T and SV40 ori sequences (WO 2009/115295, WO 2009/157201 and WO 2009/149233).

また、複数の初期化因子を同時に導入するために、ポリシストロニックに発現させる発現ベクターを用いてもよい。ポリシストロニックに発現させるためには、遺伝子をコードする配列の間は、IRES、口蹄病ウイルス(FMDV)2Aコード領域又はThosea asignaウイルスの2Aコード領域(T2A)により結合されていてもよい(Science, 322:949-953, 2008及びWO 2009/092042、WO 2009/152529、PLoS One. 6(4):e18556, 2011)。初期化因子の均一な発現の観点からは、ポリシストロニックに発現させる発現ベクターが好ましい。 Moreover, in order to introduce a plurality of reprogramming factors at the same time, an expression vector expressed polycistronically may be used. For polycistronic expression, the genes encoding sequences may be linked by the IRES, the foot-and-mouth disease virus (FMDV) 2A coding region or the Thosea asigna virus 2A coding region (T2A) ( Science, 322: 949-953, 2008 and WO 2009/092042, WO 2009/152529, PLoS One. 6 (4): e18556, 2011). From the viewpoint of uniform expression of the reprogramming factor, an expression vector that is polycistronically expressed is preferable.

一方、タンパク質の形態で導入する場合、例えば、タンパク質導入試薬を用いる方法、タンパク質導入ドメイン(PTD)融合タンパク質を用いる方法、マイクロインジェクション法などが挙げられる。タンパク質導入試薬としては、カチオン性脂質をベースとしたBioPOTER Protein Delivery Reagent(Gene Therapy Systmes)、Pro-JectTM Protein Transfection Reagent(PIERCE)及びProVectin(IMGENEX)、脂質をベースとしたProfect-1(Targeting Systems)、膜透過性ペプチドをベースとしたPenetrain Peptide(Q biogene)及びChariot Kit(Active Motif)、HVJエンベロープ(不活化センダイウイルス)を利用したGenomONE(石原産業)等が市販されている。導入はこれらの試薬に添付のプロトコールに従って行うことができるが、一般的な手順は以下の通りである。初期化因子を適当な溶媒(例えば、PBS、HEPES等の緩衝液)に希釈し、導入試薬を加えて室温で5-15分程度インキュベートして複合体を形成させ、これを無血清培地に交換した細胞に添加して37℃で1ないし数時間インキュベートする。その後培地を除去して血清含有培地に交換する。 On the other hand, when introducing in the form of a protein, for example, a method using a protein transfer reagent, a method using a protein transfer domain (PTD) fusion protein, a microinjection method, and the like can be mentioned. Protein transfer reagents include cationic lipid-based BioPOTER Protein Delivery Reagent (Gene Therapy Systmes), Pro-Ject TM Protein Transfection Reagent (PIERCE) and ProVectin (IMGENEX), and lipid-based Project-1 (Targeting Systems). ), Penetrain Peptide (Q biogene) and Chariot Kit (Active Motif) based on membrane-permeable peptides, GenomONE (Ishihara Sangyo) using HVJ envelope (inactivated Sendai virus), etc. are commercially available. The introduction can be performed according to the protocol attached to these reagents, but the general procedure is as follows. Dilute the reprogramming factor in a suitable solvent (for example, buffer solution of PBS, HEPES, etc.), add the introduction reagent, and incubate at room temperature for about 5 to 15 minutes to form a complex, which is replaced with serum-free medium. Add to the cells and incubate at 37 ° C for 1 to several hours. Then, the medium is removed and replaced with a serum-containing medium.

PTDとしては、ショウジョウバエ由来のAntP、HIV由来のTAT(Frankel, A. et al, Cell 55, 1189-93 (1988); Green, M. & Loewenstein, P.M. Cell 55, 1179-88 (1988))、Penetratin (Derossi, D. et al, J. Biol. Chem. 269, 10444-50 (1994))、Buforin II (Park, C. B. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 8245-50 (2000))、Transportan (Pooga, M. et al. FASEB J. 12, 67-77 (1998))、MAP (model amphipathic peptide) (Oehlke, J. et al. Biochim. Biophys. Acta. 1414, 127-39 (1998))、K-FGF (Lin, Y. Z. et al. J. Biol. Chem. 270, 14255-14258 (1995))、Ku70 (Sawada, M. et al. Nature Cell Biol. 5, 352-7 (2003))、Prion (Lundberg, P. et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 299, 85-90 (2002))、pVEC (Elmquist, A. et al. Exp. Cell Res. 269, 237-44 (2001))、Pep-1 (Morris, M. C. et al. Nature Biotechnol. 19, 1173-6 (2001))、Pep-7 (Gao, C. et al. Bioorg. Med. Chem. 10, 4057-65 (2002))、SynBl (Rousselle, C. et al. MoI. Pharmacol. 57, 679-86 (2000))、HN-I (Hong, F. D. & Clayman, G L. Cancer Res. 60, 6551-6 (2000))、HSV由来のVP22等のタンパク質の細胞通過ドメインを用いたものが開発されている。PTD由来のCPPとしては、11R (Cell Stem Cell, 4:381-384(2009)) や9R (Cell Stem Cell, 4:472-476(2009))等のポリアルギニンが挙げられる。初期化因子のcDNAとPTD配列もしくはCPP配列とを組み込んだ融合タンパク質発現ベクターを作製して組換え発現させ、融合タンパク質を回収して導入に用いる。導入は、タンパク質導入試薬を添加しない以外は上記と同様にして行うことができる。比較的分子量の小さい欠失変異体の導入などに好適である。 PTDs include AntP from Drosophila, TAT from HIV (Frankel, A. et al, Cell 55, 1189-93 (1988); Green, M. & Loewenstein, PM Cell 55, 1179-88 (1988)), Penetratin (Derossi, D. et al, J. Biol. Chem. 269, 10444-50 (1994)), Buforin II (Park, CB et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 8245-50 (2000)) ), Transportan (Pooga, M. et al. FASEB J. 12, 67-77 (1998)), MAP (model amphipathic peptide) (Oehlke, J. et al. Biochim. Biophys. Acta. 1414, 127-39 ( 1998)), K-FGF (Lin, YZ et al. J. Biol. Chem. 270, 14255-14258 (1995)), Ku70 (Sawada, M. et al. Nature Cell Biol. 5, 352-7 (2003)) )), Prion (Lundberg, P. et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 299, 85-90 (2002)), pVEC (Elmquist, A. et al. Exp. Cell Res. 269, 237-44 ( 2001)), Pep-1 (Morris, MC et al. Nature Biotechnol. 19, 1173-6 (2001)), Pep-7 (Gao, C. et al. Bioorg. Med. Chem. 10, 4057-65 ( 2002)), SynBl (Rousselle, C. et al. MoI. Pharmacol. 57, 679-86 (2000)), HN-I (Hong, FD & Clayman, GL. Cancer Res. 60, 6551-6 (2000)) )), Those using the cell transit domain of proteins such as VP22 derived from HSV have been developed. Examples of CPPs derived from PTD include polyarginines such as 11R (Cell Stem Cell, 4: 381-384 (2009)) and 9R (Cell Stem Cell, 4: 472-476 (2009)). A fusion protein expression vector incorporating the cDNA of the reprogramming factor and the PTD sequence or CPP sequence is prepared and recombinantly expressed, and the fusion protein is recovered and used for introduction. The introduction can be carried out in the same manner as described above except that the protein introduction reagent is not added. It is suitable for introducing deletion mutants having a relatively small molecular weight.

マイクロインジェクションは、先端径1μm程度のガラス針にタンパク質溶液を入れ、細胞に穿刺導入する方法であり、確実に細胞内にタンパク質を導入することができる。その他、エレクトロポレーション法、セミインタクトセル法(Kano, F. et al. Methods in Molecular Biology, Vol. 322, 357-365(2006))、Wr-t ペプチドによる導入法(Kondo, E. et al., Mol. Cancer Ther. 3(12), 1623-1630(2004))などのタンパク質導入法も用いることができる。 Microinjection is a method in which a protein solution is put into a glass needle having a tip diameter of about 1 μm and punctured and introduced into cells, and the protein can be reliably introduced into cells. In addition, electroporation method, semi-intact cell method (Kano, F. et al. Methods in Molecular Biology, Vol. 322, 357-365 (2006)), introduction method by Wr-t peptide (Kondo, E. et al. , Mol. Cancer Ther. 3 (12), 1623-1630 (2004)) and other protein transfer methods can also be used.

タンパク質導入操作は1回以上の任意の回数(例えば、1回以上10回以下、又は1回以上5回以下等)行うことができ、好ましくは導入操作を2回以上(たとえば3回又は4回)繰り返して行うことができる。導入操作を繰り返し行う場合の間隔としては、例えば6時間〜7日間、好ましくは12〜48時間もしくは7日間が挙げられる。 The protein introduction operation can be performed any number of times (for example, 1 time or more and 10 times or less, or 1 time or more and 5 times or less), and preferably the introduction operation is performed 2 times or more (for example, 3 times or 4 times). ) Can be repeated. Examples of the interval when the introduction operation is repeated include 6 hours to 7 days, preferably 12 to 48 hours or 7 days.

iCSCの作製に用いるがん細胞は、個体から単離された初代培養細胞であってもよく、あるいはインビトロにおいて無限に増殖する能力を獲得(不死化)した株化細胞であってもよい。大腸がん株化細胞としては、例えば、HT29、HCT8、HCT116、W620、SW480、SW837、DLD-1、CACO-2、LoVo等が挙げられるが、好ましくは、SW480細胞である。また、肺がん株化細胞としては、例えば、A549、A427、Calu-1、Calu-6、CLS-54、DMS-79、GCT、HEL-299等が挙げられるが、好ましくはA549細胞である。 The cancer cells used to prepare iCSC may be primary cultured cells isolated from an individual, or cell lines that have acquired the ability to proliferate indefinitely (immortalized) in vitro. Examples of the colorectal cancer cell line include HT29, HCT8, HCT116, W620, SW480, SW837, DLD-1, CACO-2, LoVo, etc., and SW480 cells are preferable. Examples of lung cancer cell lines include A549, A427, Calu-1, Calu-6, CLS-54, DMS-79, GCT, HEL-299 and the like, but A549 cells are preferable.

本発明においてがん幹細胞を誘導するための培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地として調製することができる。基礎培地としては、例えば、IMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、StemPro34(invitrogen)、およびこれらの混合培地などが包含される。培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、培地は、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(FBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール(2ME)、チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、増殖因子、低分子化合物、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有し得る。 In the present invention, the medium for inducing cancer stem cells can be prepared using the medium used for culturing animal cells as the basal medium. The basal medium includes, for example, IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, StemPro34 (invitrogen). , And mixed media thereof and the like are included. The medium may contain serum or may be serum-free. If desired, the medium may be, for example, albumin, transferase, Knockout Serum Replacement (KSR), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), amino acids, insulin, collagen precursors, trace elements. , 2-Mercaptoethanol (2ME), may contain one or more serum substitutes such as thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins, growth factors, small molecules It may also contain one or more substances such as compounds, antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts.

本発明において、初期化因子を導入したがん細胞は、ES細胞の維持培養条件以外の条件で培養されることが好ましい。ここで「ES細胞の維持培養条件」とは、例えば、bFGFまたはSCFを含有した培地中で培養する条件、維持培養を補助する目的で用いる細胞外マトリックス(例えば、Matrigel、ラミニン511、ラミニン332、またはそのフラグメント)を用いる条件、維持培養を補助する目的で用いるフィーダー細胞(例えば、マウス胎児由来線維芽細胞(MEF)、STO細胞(ATCC, CRL-1503))を用いる条件、または当該フィーダー細胞を培養した培養上清を用いる条件等が挙げられるが、いかなる培養条件によればES細胞の維持培養が可能であるかは当業者にとって自明である。本発明においては、これらのES細胞の維持培養条件を用いることなく、初期化因子を導入したがん細胞を培養する。ただし、本発明において、がん幹細胞を得る最終工程においてのみ、ES細胞の維持培養条件以外の条件で培養されることが望ましいため、中間工程において、ES細胞の維持培養条件で培養することを妨げるものではない。 In the present invention, the cancer cells into which the reprogramming factor has been introduced are preferably cultured under conditions other than the maintenance culture conditions for ES cells. Here, "ES cell maintenance culture conditions" are, for example, conditions for culturing in a medium containing bFGF or SCF, and extracellular matrices used for the purpose of assisting maintenance culture (for example, Matrigel, Laminin 511, Laminin 332, etc. Conditions using (or fragments thereof), conditions using feeder cells used for the purpose of assisting maintenance culture (for example, mouse embryo-derived fibroblasts (MEF), STO cells (ATCC, CRL-1503)), or the feeder cells. Conditions such as using the cultured culture supernatant can be mentioned, but it is obvious to those skilled in the art that under what culture conditions the ES cells can be maintained and cultured. In the present invention, cancer cells into which a reprogramming factor has been introduced are cultured without using the maintenance culture conditions for these ES cells. However, in the present invention, since it is desirable to culture under conditions other than the maintenance culture condition of ES cells only in the final step of obtaining cancer stem cells, it is prevented from culturing under the maintenance culture conditions of ES cells in the intermediate step. It's not a thing.

本発明において初期化因子を導入したがん細胞を培養するための培地は、好ましくは、FBSを含有するDMEM、DMEM/F12またはDMEM培地であり得る。 The medium for culturing cancer cells into which the reprogramming factor has been introduced in the present invention can preferably be DMEM, DMEM / F12 or DMEM medium containing FBS.

培地におけるFBSの濃度は、当業者が通常の細胞培養において用いる濃度であればいくらでもよいが、例えば、1〜30%、好ましくは、1〜20%の範囲内であり得る。培地におけるFBSの濃度は、例えば、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%であり、好ましくは、10%である。 The concentration of FBS in the medium may be any concentration as long as it is used by those skilled in the art in normal cell culture, and can be in the range of, for example, 1 to 30%, preferably 1 to 20%. The concentration of FBS in the medium is, for example, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%. , 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, preferably 10%.

本発明で用いる培地には、細菌感染を防ぐ目的で、さらにペニシリンを含有してもよく、ペニシリンの濃度は、当業者が通常の細胞培養において用いる濃度であればいくらでもよいが、例えば、1〜500 Units/ml、好ましくは、1〜200 Units/mlの範囲内であり得る。培地におけるペニシリンの濃度は、例えば、1 Units/ml、25 Units/ml、50 Units/ml、60 Units/ml、70 Units/ml、80 Units/ml、90 Units/ml、100 Units/ml、110 Units/ml、120 Units/ml、130 Units/ml、140 Units/ml、150 Units/ml、175 Units/ml、200 Units/mlであり、好ましくは、100 Units/mlである。 The medium used in the present invention may further contain penicillin for the purpose of preventing bacterial infection, and the concentration of penicillin may be any concentration as long as it is used in normal cell culture by those skilled in the art, for example, 1 to 1. It can be in the range of 500 Units / ml, preferably 1 to 200 Units / ml. The concentrations of penicillin in the medium are, for example, 1 Units / ml, 25 Units / ml, 50 Units / ml, 60 Units / ml, 70 Units / ml, 80 Units / ml, 90 Units / ml, 100 Units / ml, 110. Units / ml, 120 Units / ml, 130 Units / ml, 140 Units / ml, 150 Units / ml, 175 Units / ml, 200 Units / ml, preferably 100 Units / ml.

本発明で用いる培地には、細菌感染を防ぐ目的で、さらにストレプトマイシンを含有してもよく、ストレプトマイシンの濃度は、当業者が通常の細胞培養において用いる濃度であればいくらでもよいが、例えば、1〜500 μg/ml、好ましくは、1〜200 μg/mlの範囲内であり得る。培地におけるストレプトマイシンの濃度は、例えば、1μg/ml、25μg/ml、50μg/ml、60μg/ml、70μg/ml、80μg/ml、90μg/ml、100μg/ml、110μg/ml、120μg/ml、130μg/ml、140μg/ml、150μg/ml、175μg/ml、200μg/mlであり、好ましくは、100μg/mlである。 The medium used in the present invention may further contain streptomycin for the purpose of preventing bacterial infection, and the concentration of streptomycin may be any concentration as long as it is used in normal cell culture by those skilled in the art, for example, 1 to 1. It can be in the range of 500 μg / ml, preferably 1 to 200 μg / ml. The concentrations of streptomycin in the medium are, for example, 1 μg / ml, 25 μg / ml, 50 μg / ml, 60 μg / ml, 70 μg / ml, 80 μg / ml, 90 μg / ml, 100 μg / ml, 110 μg / ml, 120 μg / ml, 130 μg. It is / ml, 140 μg / ml, 150 μg / ml, 175 μg / ml, 200 μg / ml, preferably 100 μg / ml.

培養温度は、30〜40℃が好ましく、37℃がより好ましい。CO濃度は、2〜5%が好ましい。培養法の例としては、がん細胞へ初期化因子を導入した後、例えば、37℃、5%CO2存在下にて、10%FBS、ペニシリンおよびストレプトマイシンを含有するDMEM培地中で、培養する方法が挙げられる。培養期間は、特に限定されないが、4日間、6日間、7日間、8日間、9日間、10日間、11日間、12日間、13日間、14日間、またはそれ以上が例示される。このとき、一定期間経過後、培地を新鮮な培地で置換することが好ましい。特に好ましくは、がん細胞と初期化因子の接触の24時間後に、培地の交換が行われる。 The culture temperature is preferably 30 to 40 ° C, more preferably 37 ° C. The CO 2 concentration is preferably 2 to 5%. As an example of the culture method, after introducing the reprogramming factor into cancer cells, the cells are cultured in DMEM medium containing 10% FBS, penicillin and streptomycin , for example, in the presence of 5% CO 2 at 37 ° C. The method can be mentioned. The culture period is not particularly limited, and examples thereof include 4 days, 6 days, 7 days, 8 days, 9 days, 10 days, 11 days, 12 days, 13 days, 14 days, or more. At this time, it is preferable to replace the medium with a fresh medium after a lapse of a certain period of time. Particularly preferably, the medium is replaced 24 hours after contact between the cancer cells and the reprogramming factor.

がん幹細胞の誘導に使用するがん細胞の数は、初期化因子を導入できる限り特に限定されないが、培養ディッシュに70%から100%コンフルエントな細胞数が例示される。 The number of cancer cells used to induce cancer stem cells is not particularly limited as long as a reprogramming factor can be introduced, but a cell number that is 70% to 100% confluent in a culture dish is exemplified.

好ましい一実施態様において、本発明で用いるiCSCは、外来性の初期化因子を導入していないがん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度のATP結合カセット(ABC)トランスポーター阻害薬の存在下でもなお、薬剤排除能を有する細胞である。薬剤排除能を有する細胞とは、例えば、Side population (SP) 細胞である。SP細胞とは、フローサイトメトリーでの解析でHoechst33342という蛍光色素を細胞に取り込ませてUVで励起すると405nm及び600nmに蛍光を発する通常の細胞(未分化細胞以外の細胞)からサイトグラム上は異なった位置(蛍光の暗い部分、すなわち、“Hoechst Blue弱陽性かつHoechst Red弱陽性”)に出現する細胞集団のことである。従って、本発明における好ましい排出される薬剤は、Hoechst33342であり、Hoeschst33342を指標として、薬剤排除能を有するがん幹細胞を抽出することができる。従って、上記実施態様において、iCSCは、外因性の初期化因子を導入していない大腸がん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度のABCトランスポーター阻害剤を添加した条件において、薬剤排除能を有する細胞を抽出する工程(以下、「一次抽出工程」と略記する。)により得られる薬剤排除能を有する細胞(以下、「1st iCSC」と略記する。)であることが好ましく、1stiCSCを一定期間培養した後に、さらに上記と同様の抽出工程(以下「二次抽出工程」と略記する。)を行い、該工程により得られる薬剤排除能を有する細胞(以下「2nd iCSC」と略記する。)であることがより好ましい。初期化因子導入から一次抽出工程までの期間としては、例えば、6日間〜12日間が挙げられ、好ましくは10日間である。また、一次抽出工程から二次抽出工程の期間としては、例えば、10日間〜20日間が挙げられ、好ましくは17日間である。本発明に1st iCSC又は2nd iCSCを用いる場合、抽出工程を行った直後の細胞を用いてもよいが、一定期間培養をした細胞を用いてもよい。 In a preferred embodiment, the iCSC used in the present invention is an ATP binding cassette (ABC) transporter inhibitor at a concentration effective in suppressing the drug exclusion ability of cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has not been introduced. It is a cell that has the ability to eliminate drugs even in the presence of. A cell having a drug-excluding ability is, for example, a Side population (SP) cell. SP cells are different from normal cells (cells other than undifferentiated cells) that fluoresce at 405 nm and 600 nm when Hoechst 33342, a fluorescent dye, is taken up by cells and excited by UV in flow cytometric analysis. It is a cell population that appears at a position (dark part of fluorescence, that is, "Hoechst Blue weakly positive and Hoechst Red weakly positive"). Therefore, the preferred excreted drug in the present invention is Hoechst33342, and cancer stem cells having a drug-eliminating ability can be extracted using Hoeschst33342 as an index. Therefore, in the above embodiment, iCSC is a drug under the condition that an ABC transporter inhibitor at a concentration effective for suppressing the drug exclusion ability of colon cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has not been introduced is added. It is preferable that the cells have the drug exclusion ability (hereinafter, abbreviated as "1 st iCSC") obtained by the step of extracting the cells having the exclusion ability (hereinafter, abbreviated as "primary extraction step"). the 1 st ICSC after a certain period cultured further (hereinafter abbreviated as "secondary extraction step".) similar to the above extraction process performed, cells with drug elimination capacity obtained by the process (hereinafter "2 nd ICSC It is more preferable that it is abbreviated as.). The period from the introduction of the reprogramming factor to the primary extraction step includes, for example, 6 to 12 days, preferably 10 days. The period from the primary extraction step to the secondary extraction step is, for example, 10 to 20 days, preferably 17 days. When using the 1 st ICSC or 2 nd ICSC to the present invention, the extraction step may be used cells immediately after, but may be used cells for a period of time the culture.

本発明におけるABCトランスポーターとは、例えば、ATPの加水分解エネルギーを利用して輸送を行うトランスポーターであり、好ましくは、抗がん剤の細胞外輸送に関与する例えば、P-glycoprotein(Pgp/MDR1/ABCB1)、MDR-asscociated protein 1(MPR1)、ABCG2(BCRP/ABCP/MXR)が例示される。 The ABC transporter in the present invention is, for example, a transporter that transports using the hydrolysis energy of ATP, and is preferably involved in extracellular transport of an anticancer drug, for example, P-glycoprotein (Pgp /). MDR1 / ABCB1), MDR-asscociated protein 1 (MPR1), ABCG2 (BCRP / ABCP / MXR) are exemplified.

本発明において、ABCトランスポーター阻害薬とは、ABCトランスポーターの機能を阻害する限り特に限定されないが、例えば、VX-710、GF120918、XR9576、fumitremorgin C 、Ko143、pantoprazole、flavonoids、estrogens、antiestrogens、Dofequidar Fumarate (フマル酸ドフェキダル)(MS-209)(Cancer Science Volume 100, Issue 11, pages 2060-2068, November 2009)、ベラパミル、レセルピン、ゾスキダル(LY335973)、シクロスポリA、タモキシフェン、キニジン、d-αトコフェリルポリエチレングリコール1000サクシネート、PSC833、フェノチアジン、SDZ PSC 833、TMBY、MS-073、S-9788、SDZ 280-446、XR9051が挙げらえる。ABCトランスポーター阻害薬は、好ましくは、fumitremorgin C、Ko143、Dofequidar Fumarate、ベラパミル、レセルピンであり、特に好ましくは、ベラパミルである。 In the present invention, the ABC transporter inhibitor is not particularly limited as long as it inhibits the function of the ABC transporter, and is, for example, VX-710, GF120918, XR9576, fumitremorgin C, Ko143, pantoprazole, flavonoids, estrogens, antiestrogens, Dofequidar. Fumarate (dofekidal fumarate) (MS-209) (Cancer Science Volume 100, Issue 11, pages 2060-2068, November 2009), verapamil, reserpine, zoskidal (LY335973), cyclospoli A, tamoxifen, quinidine, d-α tocopheryl Examples include polyethylene glycol 1000 succinate, PSC833, phenothiazine, SDZ PSC 833, TMBY, MS-073, S-9788, SDZ 280-446, and XR9051. ABC transporter inhibitors are preferably fumitremorgin C, Ko143, Dofequidar Fumarate, verapamil, reserpine, and particularly preferably verapamil.

本発明において用いられる、ABCトランスポーター阻害薬の濃度は、初期化因子を導入していないがん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度であり、例えば、ABCトランスポーター阻害薬が、fumitremorgin Cの場合は10 μM以上であり、Ko143の場合は1 μM以上であり、Dofequidar Fumarateの場合は5 μM以上であり、ベラパミルの場合は50 μM以上であり、レセルピンの場合は10 μM以上である。より好ましくは、ベラパミルの場合は50 μM以上、かつ250 μM未満(例えば、240 μM以下、230 μM以下、220 μM以下、210 μM以下、200 μM以下、190 μM以下、180 μM以下、170 μM以下、160 μM以下、150 μM以下)である。 The concentration of the ABC transporter inhibitor used in the present invention is a concentration effective for suppressing the drug exclusion ability of cancer cells into which a reprogramming factor has not been introduced. For example, an ABC transporter inhibitor can be used. 10 μM or more for fumitremorgin C, 1 μM or more for Ko143, 5 μM or more for Dofequidar Fumarate, 50 μM or more for verapamil, and 10 μM or more for reserpine. be. More preferably, in the case of Bellapamil, 50 μM or more and less than 250 μM (for example, 240 μM or less, 230 μM or less, 220 μM or less, 210 μM or less, 200 μM or less, 190 μM or less, 180 μM or less, 170 μM or less. , 160 μM or less, 150 μM or less).

別の好ましい一実施態様において、本発明で用いるiCSCは、トリプシン処理により培養容器から解離しない細胞である。ここで「トリプシン処理」とは、接着培養における細胞間接着及び細胞-培養容器間接着を解離させる処理を意味する。トリプシン処理の条件としては、通常のがん細胞が培養容器から解離するのに十分な条件であれば特に制限はないが、トリプシン濃度としては、例えば、0.1〜1%(例、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%、0.95%、1%)が挙げられ、好ましくは0.25%である。また、処理時間としては、例えば、1分以上(例、1分以上、2分以上、3分以上、4分以上、5分以上、6分以上、7分以上、8分以上、9分以上、10分以上)が挙げられ、好ましくは5分以上、より好ましくは6〜10分である。細胞とトリプシンとの接触は、被処理細胞の通常の培養条件で行われてよく、例えば、35〜42℃、好ましくは36〜40℃、より好ましくは37〜39℃で、2〜5% CO2、5〜20%O2の雰囲気下で行うことができる。 In another preferred embodiment, the iCSC used in the present invention is a cell that does not dissociate from the culture vessel by trypsin treatment. Here, the "trypsin treatment" means a treatment for dissociating the cell-cell adhesion and the cell-culture vessel adhesion in the adhesion culture. The conditions for trypsin treatment are not particularly limited as long as they are sufficient conditions for normal cancer cells to dissociate from the culture vessel, but the trypsin concentration is, for example, 0.1 to 1% (eg, 0.1%, 0.15). %, 0.2%, 0.25%, 0.3%, 0.35%, 0.4%, 0.45%, 0.5%, 0.55%, 0.6%, 0.65%, 0.7%, 0.75%, 0.8%, 0.85%, 0.9%, 0.95%, 1%), preferably 0.25%. The processing time is, for example, 1 minute or more (eg, 1 minute or more, 2 minutes or more, 3 minutes or more, 4 minutes or more, 5 minutes or more, 6 minutes or more, 7 minutes or more, 8 minutes or more, 9 minutes or more. , 10 minutes or more), preferably 5 minutes or more, more preferably 6 to 10 minutes. Contact between the cells and trypsin may be under normal culture conditions of the cells to be treated, eg, 35-42 ° C, preferably 36-40 ° C, more preferably 37-39 ° C, 2-5% CO. It can be done in an atmosphere of 2 , 5 to 20% O 2.

トリプシン処理終了後、トリプシン及び剥離した細胞を除去し、PBS等の等張緩衝液で洗浄した後、培養容器から解離せずに残った細胞を、がん幹細胞として回収することができる。 After the trypsin treatment is completed, the trypsin and the detached cells are removed, washed with an isotonic buffer such as PBS, and the cells remaining without dissociation from the culture vessel can be recovered as cancer stem cells.

(2−2)その他のがん幹細胞
培養がん細胞や生体内の大腸がん組織から大腸がん幹細胞を単離する方法としては、例えば、細胞を無血清で浮遊培養することによりスフェアを形成させ、がん幹細胞を濃縮するスフェア形成分離法や、SP分画による分離法、幹細胞の表面マーカーによる分離法が挙げられる。これらの方法は、上述した方法と同様に行うことができる。また、WO2013/035824 A1に記載されるように、大腸がん患者由来のがん組織を免疫不全マウスに移植し、継代を行った後、腫瘍組織からLGR5を指標にがん幹細胞を選別する方法を用いてもよい。
(2-2) Other Cancer Stem Cell Cultures As a method for isolating colon cancer stem cells from cancer cells or colon cancer tissues in vivo, for example, spheres are formed by suspension-cultured cells without serum. Examples include a sphere formation separation method for concentrating cancer stem cells, a separation method using an SP fraction, and a separation method using a surface marker of stem cells. These methods can be performed in the same manner as the methods described above. In addition, as described in WO2013 / 035824 A1, cancer tissues derived from colon cancer patients are transplanted into immunodeficient mice, passaged, and then cancer stem cells are selected from the tumor tissues using LGR5 as an index. The method may be used.

本発明に用いるがん幹細胞は、がん幹細胞以外の分化したがん細胞が混在した不均一な細胞集団の形態であってもよいが、好ましくはがん幹細胞のみからなる均一な細胞集団である。がん幹細胞は単離後、in vitroにおいて自己複製させる維持培養が困難であることから、がん幹細胞のみからなる均一な細胞集団を得るためには、例えば、上記の薬剤排除能を有する細胞を抽出する工程や、トリプシン処理により解離しない細胞を抽出する工程を行うことがより望ましい。 The cancer stem cells used in the present invention may be in the form of a heterogeneous cell population in which differentiated cancer cells other than cancer stem cells are mixed, but are preferably a uniform cell population consisting only of cancer stem cells. .. Since it is difficult to maintain and culture cancer stem cells by self-renewal in vitro after isolation, in order to obtain a uniform cell population consisting only of cancer stem cells, for example, cells having the above-mentioned drug exclusion ability are used. It is more desirable to perform an extraction step or a step of extracting cells that do not dissociate by trypsin treatment.

3.がんオルガノイドの形成(がん幹細胞の三次元培養)
上述のとおり、がんオルガノイドは、がん幹細胞を三次元培養することにより得ることができる。三次元培養とは、低接着性の培養容器や、多孔質膜・ハイドロゲル等の足場(スキャフォールド)を利用して細胞の凝集塊(スフェア、スフェロイド)を形成させ、細胞をより生体内に近い三次元的な状態で培養することをいう。足場の有無により、スキャフォールド型とスキャフォールドフリー型とに大別される。前者は足場の種類により、ハイドロゲル型、不活性マトリクス型等に細分される。ハイドロゲルとしては、例えば、動物由来のマトリゲル、コラーゲン、ラミニン等、植物由来のアルギン酸ハイドロゲル等、合成化合物(例、OGelTM MT 3D Matrix(Ogel SA)、3-D Life Biomimetic(Cellendes)、Puramatrix(3D MATRIX)等)を用いることができる。不活性マトリクスとしては、例えば、alvetex(reinnavate)、3D Insert(3D Biotek)、VECELL-3D Insert(iwaki)等を用いることができる。あるいは、96又は384ウェルプレート等に多孔質ポリスチレン製ディスクを装填してスキャフォールド培養を行うこともできる。スキャフォールドフリー型も、使用する培養容器の種類等に応じて、低接着性プレート、マイクロパターン表面プレート、ハンギングドロップ法等に細分される。低接着性プレートとは、親水性ポリマーでコーティングして細胞接着を抑制するように加工された底面を有するプレートであり、例えば、PrimeSurface(住友ベークライト)、Ultra-Low Attachment(コーニング)、Nunclon Sphera(サーモサイエンティフィック)等が挙げられる。マイクロパターン表面プレートとは、増殖に影響を与えるような微小パターンに加工された底面を有するプレートであり、例えば、底面の一部のみが接着性であるため、そこに細胞が集積し凝集塊を形成するものや、底面にナノファイバーやナノ格子を敷き詰めることで細胞の接着を抑制し、平面的拡がりを抑えることで細胞塊を形成させるもの等が挙げられる。ハンギングドロップ法は液滴中に細胞塊を形成させる方法であり、例えば、ディッシュにあいた穴に通したチップ先端に細胞入りの培地ドロップを形成させ、チップを穴から引き抜くことでドロップを穴にとどまらせ、重力によりドロップの底に細胞を凝集させる方法が挙げられる。
3. 3. Formation of cancer organoids (three-dimensional culture of cancer stem cells)
As described above, cancer organoids can be obtained by culturing cancer stem cells in three dimensions. Three-dimensional culture uses a low-adhesive culture vessel and scaffolds (scaffolds) such as porous membranes and hydrogels to form cell aggregates (spheres, spheroids) to make cells more in vivo. It means culturing in a close three-dimensional state. Depending on the presence or absence of scaffolding, it is roughly divided into scaffold type and scaffold-free type. The former is subdivided into hydrogel type, inert matrix type and the like depending on the type of scaffold. Examples of hydrogels include animal-derived matrigels, collagen, laminin, etc., plant-derived alginate hydrogels, and other synthetic compounds (eg, OGel TM MT 3D Matrix (Ogel SA), 3-D Life Biomimetic (Cellendes), Puramatrix. (3D MATRIX) etc.) can be used. As the inert matrix, for example, alvetex (reinnavate), 3D Insert (3D Biotek), VECELL-3D Insert (iwaki) and the like can be used. Alternatively, a 96 or 384-well plate or the like can be loaded with a porous polystyrene disc for scaffold culture. The scaffold-free type is also subdivided into a low-adhesion plate, a micropattern surface plate, a hanging drop method, etc., depending on the type of culture vessel used. A low-adhesion plate is a plate having a bottom surface coated with a hydrophilic polymer and processed to suppress cell adhesion. For example, PrimeSurface (Sumitomo Bakelite), Ultra-Low Attachment (Corning), Nunclon Sphera ( Thermoscientific) and the like. A micropattern surface plate is a plate having a bottom surface processed into a micropattern that affects proliferation. For example, since only a part of the bottom surface is adhesive, cells accumulate there and agglomerates are formed. Examples thereof include those that form cells and those that suppress cell adhesion by laying nanofibers and nanolattices on the bottom surface and form cell clusters by suppressing planar spread. The hanging drop method is a method of forming a cell mass in a droplet. For example, a medium drop containing cells is formed at the tip of a chip passed through a hole in a dish, and the chip is pulled out from the hole to keep the drop in the hole. There is a method of agglutinating cells at the bottom of the drop by gravity.

本発明において、三次元培養法は、好ましくは浮遊培養により行うことができる。浮遊培養とは、目的の細胞や細胞塊を培養器の底面に接着させずに培養することを意味し、細胞や細胞塊が底面に触れていても、培養液を軽く揺らすと細胞や細胞塊が培養液中に浮かんでくるような状態で培養することも、浮遊培養に包含される。浮遊培養の際は、培養容器として、底表面が未処理のプラスティックディッシュや、細胞の基質への接着を阻止するための接着阻止用コーティング剤(ポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート)等)でコートしたものを用いることが好ましい。 In the present invention, the three-dimensional culture method can be preferably carried out by suspension culture. Suspension culture means culturing the target cells or cell mass without adhering it to the bottom surface of the incubator. Even if the cells or cell mass are in contact with the bottom surface, the cells or cell mass can be shaken gently by shaking the culture medium. Culturing in a state where the cells float in the culture solution is also included in the suspension culture. During suspension culture, the culture vessel was coated with a plastic dish with an untreated bottom surface or an adhesion-preventing coating agent (poly (2-hydroxyethyl methacrylate), etc.) to prevent the cells from adhering to the substrate. It is preferable to use one.

がん幹細胞からスフェアを形成させるには、公知の方法(例えば、Ricci-Vitiani L. et al., Nature 2007;445:111-51、Sato T. et al., Gastroenterology 2011;141:1762-72)を用いて行うことができる。具体的には、血清を含まない培地に、上皮細胞成長因子(EGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、インスリン、トランスフェリン及び/又はBSAを加えて、細胞を浮遊培養することにより行うことができる。この際用いるプレートは、Ultra Low Attachmentプレート(Corning)が好ましい。 Known methods for forming spheres from cancer stem cells (eg, Ricci-Vitiani L. et al., Nature 2007; 445: 111-51, Sato T. et al., Gastroenterology 2011; 141: 1762-72) ) Can be used. Specifically, epidermal growth factor (EGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), insulin, transferrin and / or BSA are added to a serum-free medium, and the cells are suspended-cultured. be able to. The plate used at this time is preferably an Ultra Low Attachment plate (Corning).

また、がん幹細胞の三次元培養を行う際、間葉系幹/前駆細胞(MSC/MPC)や血管内皮細胞等の間質細胞との共培養を行うことで、天然の組織をより忠実に模倣したがんオルガノイドを形成させることができる。従って、好ましい一実施態様において、がん幹細胞の三次元培養工程は、少なくとも間葉系幹/前駆細胞を含み、好ましくはさらに血管内皮細胞を含む間質細胞との共培養により行われる。MSC/MPCとしては、例えば、骨髄、脂肪組織、滑膜組織、筋組織、末梢血、胎盤組織、月経血、臍帯血などに由来する幹/前駆細胞が挙げられる。血管内皮細胞としては、例えば、臍帯静脈血管内皮細胞、新生児包皮・成人皮膚等由来微小血管内皮細胞、肺動脈血管内皮細胞、大動脈血管内皮細胞が挙げられ、好ましくは、臍帯静脈血管内皮細胞(特に、ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC))である。 In addition, when performing three-dimensional culture of cancer stem cells, co-culture with stromal cells such as mesenchymal stem / progenitor cells (MSC / MPC) and vascular endothelial cells makes the natural tissue more faithful. It is possible to form mimicking cancer organoids. Therefore, in one preferred embodiment, the three-dimensional culture step of cancer stem cells is performed by co-culture with stromal cells containing at least mesenchymal stem / progenitor cells and preferably further containing vascular endothelial cells. Examples of MSC / MPC include stem / progenitor cells derived from bone marrow, adipose tissue, synovial tissue, muscle tissue, peripheral blood, placenta tissue, menstrual blood, umbilical cord blood and the like. Examples of the vascular endothelial cells include umbilical vein venous endothelial cells, neonatal capsule / adult skin-derived microvascular endothelial cells, pulmonary arterial vascular endothelial cells, and aortic vascular endothelial cells, and umbilical vein vascular endothelial cells (particularly, particularly). Human umbilical vein vascular endothelial cells (HUVEC)).

MSC/MPC及び血管内皮細胞の由来となる動物としては特に限定されないが、がん幹細胞が由来する動物と同種由来であることが好ましい。より好ましくはヒトである。MSC/MPC及び血管内皮細胞は、それぞれ自体公知の方法により取得することができ、また、一般に市販されている。 The animal from which MSC / MPC and vascular endothelial cells are derived is not particularly limited, but it is preferably derived from the same species as the animal from which cancer stem cells are derived. More preferably, it is human. MSC / MPC and vascular endothelial cells can be obtained by methods known per se, and are generally commercially available.

がん幹細胞に対するMSC/MPC及び血管内皮細胞の量比としては特に制限はないが、例えば、がん幹細胞:MSC/MPC:血管内皮細胞=10:4:1〜5:4:4の割合で共培養することができる。 The ratio of the amount of MSC / MPC and vascular endothelial cells to cancer stem cells is not particularly limited, but for example, the ratio of cancer stem cells: MSC / MPC: vascular endothelial cells = 10: 4: 1 to 5: 4: 4. Can be co-cultured.

がん幹細胞の三次元培養ための基礎培地や培地添加物については、iCSCの誘導用培地として上述したものを、同様に使用することができる。好ましくは、基礎培地として、FBSを含有するDMEM、DMEM/F12又はDMEM培地が用いられる。FBSの添加濃度は上記と同様である。 As the basal medium and medium additives for three-dimensional culture of cancer stem cells, the above-mentioned media for inducing iCSC can be used in the same manner. Preferably, DMEM, DMEM / F12 or DMEM medium containing FBS is used as the basal medium. The concentration of FBS added is the same as above.

培養温度は、例えば35〜42℃、好ましくは36〜40℃、より好ましくは37〜39℃である。培養は2〜5% CO2、5〜20% O2の雰囲気下で行われ得る。培養法の一例としては、がん幹細胞を、37℃、5%CO2存在下にて、10%FBS、ペニシリン及びストレプトマイシンを含有するDMEM培地中で、培養する方法などが挙げられるが、これに限定されない。 The culture temperature is, for example, 35 to 42 ° C, preferably 36 to 40 ° C, and more preferably 37 to 39 ° C. Culturing can be carried out in an atmosphere of 2-5% CO 2 and 5-20% O 2. An example of the culturing method is a method of culturing cancer stem cells in DMEM medium containing 10% FBS, penicillin and streptomycin at 37 ° C. in the presence of 5% CO 2. Not limited.

4.がんオルガノイド又はがん幹細胞と被検物質との接触
本発明の方法Aと本発明の方法Bとは、前者が、がん幹細胞から予め形成させたがんオルガノイドに被検物質を接触させるのに対し、後者は、がん幹細胞からがんオルガノイドを形成させる過程でがん幹細胞に被検物質を接触させ点で異なる。そのため、前者では、被検物質ががんオルガノイドを脱構築させる、即ち、がん組織の類似した構造を破壊する能力を有するか否かを指標とし、後者では、被検物質ががんオルガノイドの形成を抑制するか否かを指標とする。
4. Contact between a cancer organoid or a cancer stem cell and a test substance In the method A of the present invention and the method B of the present invention, the former contacts a cancer organoid previously formed from a cancer stem cell with a test substance. On the other hand, the latter differs in that the test substance is brought into contact with the cancer stem cells in the process of forming the cancer organoid from the cancer stem cells. Therefore, in the former, whether or not the test substance has the ability to deconstruct cancer organoids, that is, to destroy similar structures of cancer tissues is used as an index, and in the latter, the test substance is a cancer organoid. The index is whether or not the formation is suppressed.

本発明の方法において使用される被検物質は、いかなる公知化合物及び新規化合物であってもよく、例えば、細胞抽出物、細胞培養上清、微生物発酵産物、海洋生物由来の抽出物、植物抽出物、精製タンパク質又は粗タンパク質、ペプチド、非ペプチド化合物、合成低分子化合物、天然化合物等が挙げられる。本発明の方法において、被検物質はまた、(1)生物学的ライブラリー法、(2)デコンヴォルーションを用いる合成ライブラリー法、(3)「1ビーズ1化合物(one-bead one-compound)」ライブラリー法、及び(4)アフィニティクロマトグラフィ選別を使用する合成ライブラリー法を含む当技術分野で公知のコンビナトリアルライブラリー法における多くのアプローチのいずれかを使用して得ることができる。アフィニティクロマトグラフィ選別を使用する生物学的ライブラリー法はペプチドライブラリーに限定されるが、その他の4つのアプローチはペプチド、非ペプチドオリゴマー、又は化合物の低分子化合物ライブラリーに適用できる(Lam (1997) Anticancer Drug Des. 12: 145-67)。分子ライブラリーの合成方法の例は、当技術分野において見出され得る(DeWitt et al. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 6909-13; Erb et al. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 11422-6; Zuckermann et al. (1994) J. Med. Chem. 37: 2678-85; Cho et al. (1993) Science 261: 1303-5; Carell et al. (1994) Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33: 2059; Carell et al. (1994) Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33: 2061; Gallop et al. (1994) J. Med. Chem. 37: 1233-51)。化合物ライブラリーは、溶液(Houghten (1992) Bio/Techniques 13: 412-21を参照のこと)又はビーズ(Lam (1991) Nature 354: 82-4)、チップ(Fodor (1993) Nature 364: 555-6)、細菌(米国特許第5,223,409号)、胞子(米国特許第5,571,698号、同第5,403,484号、及び同第5,223,409号)、プラスミド(Cull et al. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 1865-9)若しくはファージ(Scott and Smith (1990) Science 249: 386-90; Devlin (1990) Science 249: 404-6; Cwirla et al. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 6378-82; Felici (1991) J. Mol. Biol. 222: 301-10; 米国特許出願第2002103360号)として作製され得る。 The test substance used in the method of the present invention may be any known compound or a novel compound, for example, cell extract, cell culture supernatant, microbial fermentation product, marine organism-derived extract, plant extract. , Purified protein or crude protein, peptide, non-peptide compound, synthetic low molecular weight compound, natural compound and the like. In the method of the present invention, the test substance is also (1) a biological library method, (2) a synthetic library method using a deconvolution, and (3) "one-bead one-compound". It can be obtained using any of the many approaches in combinatorial library methods known in the art, including (4) synthetic library methods using affinity chromatography sorting. Biological library methods using affinity chromatography sorting are limited to peptide libraries, but the other four approaches are applicable to small molecule compounds of peptides, non-peptide oligomers, or compounds (Lam (1997)). Anticancer Drug Des. 12: 145-67). Examples of methods for synthesizing molecular libraries can be found in the art (DeWitt et al. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 6909-13; Erb et al. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 11422-6; Zuckermann et al. (1994) J. Med. Chem. 37: 2678-85; Cho et al. (1993) Science 261: 1303-5; Carell et al. (1994) Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33: 2059; Carell et al. (1994) Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33: 2061; Gallop et al. (1994) J. Med. Chem . 37: 1233-51). Compound libraries include solutions (see Houghten (1992) Bio / Techniques 13: 412-21) or beads (Lam (1991) Nature 354: 82-4), chips (Fodor (1993) Nature 364: 555- 6), bacteria (US Pat. No. 5,223,409), spores (US Pat. No. 5,571,698, No. 5,403,484, and No. 5,223,409), plasmids (Cull et al. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 1865-9) or Phage (Scott and Smith (1990) Science 249: 386-90; Devlin (1990) Science 249: 404-6; Cwirla et al. (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87 : 6378-82; Felici (1991) J. Mol. Biol. 222: 301-10; US Patent Application No. 2002103360).

がんオルガノイド又はがん幹細胞と被検物質との接触は、がんオルガノイド又はがん幹細胞の培養培地に、被検物質を添加することにより行われ得る。被検物質の添加濃度は、その種類に応じて、細胞の生育に悪影響を及ぼさない範囲で適宜選択され得るが、通常0.1 nM〜10 mM、好ましくは1 nM〜1 mMである。接触期間は、例えば1〜14日間、好ましくは3〜10日間である。 Contact between the cancer organoid or cancer stem cell and the test substance can be performed by adding the test substance to the culture medium of the cancer organoid or cancer stem cell. The concentration of the test substance added may be appropriately selected depending on the type thereof within a range that does not adversely affect the growth of cells, but is usually 0.1 nM to 10 mM, preferably 1 nM to 1 mM. The contact period is, for example, 1 to 14 days, preferably 3 to 10 days.

5.薬効評価
本発明の方法は、がん幹細胞は三次元培養により天然のがん組織と類似したがんオルガノイドを形成し得るのに対し、非幹細胞がん細胞を三次元培養しても天然のがん組織に典型的な組織学的特性を示すスフェアを形成しないことの発見に基づく。即ち、がんオルガノイドの形成能やがんオルガノイドの構造維持能力は、がんオルガノイドにおけるがん幹細胞の維持に依存するので、がんオルガノイドの脱構築(即ち、がん組織類似の構造の破壊)や、がんオルガノイドの形成の抑制を指標として、がん幹細胞を標的とする抗がん薬を選択することができる。例えば、本発明の方法Aの工程(2)において、がんオルガノイドの脱構築を生じさせた被検物質を、抗がん薬、特にがん幹細胞を標的とする抗がん薬の候補薬剤として選択することができる。また、本発明の方法Bの工程(2’)において、被検物質の非存在下で三次元培養した場合に比べて、がんオルガノイドの形成を阻害した被検物質を、抗がん薬、特にがん幹細胞を標的とする抗がん薬の候補薬剤として選択することができる。
5. Drug efficacy evaluation In the method of the present invention, cancer stem cells can form cancer organoids similar to natural cancer tissues by three-dimensional culture, whereas non-stem cell cancer cells are naturally cultured even if they are three-dimensionally cultured. Based on the discovery that it does not form spheres that exhibit the histological properties typical of cancerous tissues. That is, since the ability to form cancer organoids and the ability to maintain the structure of cancer organoids depends on the maintenance of cancer stem cells in the cancer organoids, the deconstruction of cancer organoids (that is, the destruction of structures similar to cancer tissues). Alternatively, an anticancer drug that targets cancer stem cells can be selected using the suppression of the formation of cancer organoids as an index. For example, in step (2) of method A of the present invention, the test substance that caused deconstruction of cancer organoids is used as a candidate drug for an anticancer drug, particularly an anticancer drug that targets cancer stem cells. You can choose. Further, in the step (2') of the method B of the present invention, the test substance that inhibited the formation of cancer organoids was used as an anticancer drug, as compared with the case of three-dimensional culture in the absence of the test substance. In particular, it can be selected as a candidate drug for an anticancer drug that targets cancer stem cells.

本発明の方法Aにおいて、がんオルガノイドの脱構築は、がんオルガノイドががん幹細胞とそれから分化した非幹細胞がん細胞からなるスフェアの場合、例えば、スフェア数の減少、スフェア径の減少、スフェアの形態変化、スフェアの免疫染色パターン(例えば、大腸がんの場合、CK20、CK7及びCDX2、肺がんの場合、CK7、TTF1及びNapsinA)等を指標として、評価することができる。また、がんオルガノイドがMSC/MPCや血管内皮細胞等の間質細胞をさらに含む場合、例えば、細胞集塊の形態的変化(例えば、肺がんオルガノイドの場合、ムチン分泌性の腺管様構造の破壊等)、細胞集塊内の細胞数の減少、がんオルガノイドの免疫染色パターン(例、がん細胞(大腸がんの場合、例えばCK20陽性、肺がんの場合、例えばCK7陽性)、MSC/MPC由来細胞(例、αSMA陽性)、血管内皮細胞(例、CD31陽性))の脱落、Ki67陽性細胞の組織内分布の変化等)などを指標としても、評価することができる。 In Method A of the present invention, the deconstitution of a cancer organoid is a sphere in which the cancer organoid consists of a cancer stem cell and a non-stem cell cancer cell differentiated from the cancer stem cell, for example, a decrease in the number of spheres, a decrease in the sphere diameter, and a sphere. The morphological change of the sphere, the immunostaining pattern of the sphere (for example, CK20, CK7 and CDX2 in the case of colon cancer, CK7, TTF1 and NapsinA in the case of lung cancer) can be used as an index for evaluation. In addition, when cancer organoids further contain stromal cells such as MSC / MPC and vascular endothelial cells, for example, morphological changes in cell clumps (eg, in the case of lung cancer organoids, disruption of mutin-secreting duct-like structures). Etc.), decrease in the number of cells in the cell clump, immunostaining pattern of cancer organoids (eg, cancer cells (for colon cancer, for example, CK20 positive, for lung cancer, for example, CK7 positive), derived from MSC / MPC It can also be evaluated using cells (eg, αSMA positive), vascular endothelial cells (eg, CD31 positive), shedding, changes in the tissue distribution of Ki67-positive cells, etc.) as indicators.

本発明の方法Bにおいては、がんオルガノイドががん幹細胞とそれから分化した非幹細胞がん細胞からなるスフェアの場合、例えば、被検物質の非存在下で三次元培養した場合と比較して、スフェア数が少ない、スフェア径が小さい、スフェアの形態が異常である、スフェアの免疫染色パターン(例えば、大腸がんの場合、CK20、CK7及びCDX2、肺がんの場合、CK7、TTF1及びNapsinA)が天然のがん組織を反映していない等の場合に、がんオルガノイドの形成が阻害されたと評価することができる。また、がんオルガノイドがMSC/MPCや血管内皮細胞等の間質細胞をさらに含む場合、例えば、被検物質の非存在下で三次元培養した場合と比較して、細胞集塊の形態が異常である(例えば、肺がんオルガノイドの場合、ムチン分泌性の腺管様構造が形成されない等)、細胞集塊内の細胞数が少ない、がんオルガノイドの免疫染色パターンが天然のがん組織を反映していない(例、構成細胞〔がん細胞(大腸がんの場合、例えばCK20陽性、肺がんの場合、例えばCK7陽性)、MSC/MPC由来細胞(例、αSMA陽性)、血管内皮細胞(例、CD31陽性)数が少ない、Ki67陽性細胞が組織内分布が一様である〕等)などの場合に、がんオルガノイドの形成が阻害されたと評価することができる。 In Method B of the present invention, the cancer organoid is a sphere consisting of cancer stem cells and non-stem cell cancer cells differentiated from the cancer stem cells, for example, as compared with the case of three-dimensional culture in the absence of a test substance. Small number of spheres, small sphere diameter, abnormal sphere morphology, natural sphere immunostaining patterns (eg, CK20, CK7 and CDX2 for colon cancer, CK7, TTF1 and NapsinA for lung cancer) It can be evaluated that the formation of cancer organoids is inhibited when the cancer tissue of the cancer is not reflected. In addition, when the cancer organoid further contains stromal cells such as MSC / MPC and vascular endothelial cells, the morphology of the cell clumps is abnormal as compared with the case where the cells are three-dimensionally cultured in the absence of the test substance, for example. (For example, in the case of lung cancer organoids, mutin-secreting duct-like structures are not formed, etc.), the number of cells in the cell clumps is small, and the immunostaining pattern of cancer organoids reflects natural cancer tissue. Not (eg, constituent cells [cancer cells (for colon cancer, for example, CK20 positive, for lung cancer, for example, CK7 positive), MSC / MPC-derived cells (eg, αSMA positive), vascular endothelial cells (eg, CD31) It can be evaluated that the formation of cancer organoids is inhibited when the number of positive cells is small, the Ki67-positive cells have a uniform distribution in the tissue, etc.).

その他、がんオルガノイドが抗がん薬(例、CDDP、5-フルオロウラシル等)に対して抵抗性である場合、該抗がん薬の共存下で被検物質と接触させ、該抗がん薬への抵抗性が低下した被検物質を、がん幹細胞を標的とする抗がん薬の候補薬剤として選択することもできる。 In addition, when the cancer organoid is resistant to an anticancer drug (eg, CDDP, 5-fluorouracil, etc.), it is brought into contact with a test substance in the coexistence of the anticancer drug, and the anticancer drug is used. A test substance with reduced resistance to cancer can also be selected as a candidate drug for an anticancer drug that targets cancer stem cells.

尚、本発明の方法Aにおいて、がんオルガノイドの構造をより充実させた被検物質や、本発明の方法Bにおいて、がんオルガノイドの形成を促進した被検物質は、がん幹細胞の維持増幅及び/又はがんオルガノイドの誘導促進剤として利用することができる。 In the method A of the present invention, the test substance having a more enriched structure of the cancer organoid and the test substance in which the formation of the cancer organoid was promoted in the method B of the present invention are the maintenance and amplification of cancer stem cells. And / or can be used as an induction promoter for cancer organoids.

6.三つ組のスクリーニング系
好ましい一実施態様において、本発明の方法において使用される被検物質は、がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で有意に発現レベル及び/又はエピジェネティック修飾が異なる遺伝子の発現又は機能を調節し得る物質である。
6. Triple Screening System In a preferred embodiment, the test substance used in the methods of the invention is a gene of genes whose expression levels and / or epigenetic modifications differ significantly between cancer stem cells and non-stem cell cancer cells. A substance that can regulate expression or function.

上述のとおり、本発明においてがんオルガノイドの形成に用いられるがん幹細胞は、好ましくは、外来性の初期化因子を導入した非幹細胞がん細胞を、胚性幹(ES)細胞を維持し得ない条件下で培養することにより誘導されたiCSCである。iCSCはそれ自体やそれから誘導されるがんオルガノイドに量的制限がないだけでなく、維持培養の過程で非幹細胞がん細胞に分化していくので、iCSCと遺伝的に同系の非幹細胞がん細胞も量的な制限なく取得することができる。また、iCSC誘導のためのがん細胞として株化細胞を用いた場合には、当該親株(初期化因子の導入に用いた、空のベクターを導入した親株(mock)を含む)もまた、iCSCと遺伝的に同系の非幹細胞がん細胞であり、しかも量的制限なく取得できる。 As described above, the cancer stem cells used for the formation of cancer organoids in the present invention can preferably maintain embryonic stem (ES) cells as non-stem cell cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has been introduced. It is an iCSC induced by culturing under no conditions. Not only does iCSC have no quantitative restrictions on itself or the cancer organoids derived from it, but it also differentiates into non-stem cell cancer cells during maintenance culture, so non-stem cell cancers that are genetically synonymous with iCSC. Cells can also be obtained without quantitative restrictions. In addition, when a strained cell is used as a cancer cell for iCSC induction, the parent strain (including the empty vector-introduced parent strain (mock) used for introducing the reprogramming factor) is also iCSC. It is a non-stem cell cancer cell that is genetically synonymous with, and can be obtained without quantitative restrictions.

そこで、iCSCと、それと遺伝的に同系の非幹細胞がん細胞との間での網羅的遺伝子発現を、マイクロアレイを用いて比較することにより、あるいは、WGBS法やPBAT法により網羅的なDNAメチル化状態を比較することにより、がん幹細胞特異的に発現が上昇又は低下している遺伝子を、信頼性よく同定することができる。これらの遺伝子は、その発現及び/又は機能ががん幹細胞の組織再構築能力に関与している可能性が高いので、該遺伝子の発現又は機能を調節し得る物質は、がん幹細胞を標的とする抗がん薬となり得る有望な候補薬剤といえる。 Therefore, comprehensive gene expression between iCSC and genetically syngeneic non-stem cell cancer cells is compared using a microarray, or comprehensive DNA methylation by the WGBS method or PBAT method. By comparing the states, genes whose expression is increased or decreased specifically in cancer stem cells can be reliably identified. Since the expression and / or function of these genes is likely to be involved in the tissue remodeling ability of cancer stem cells, substances capable of regulating the expression or function of the genes target cancer stem cells. It can be said that it is a promising candidate drug that can be an anticancer drug.

したがって、本発明の好ましい一実施態様において、本発明の方法は、がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で有意に発現レベル及び/又はエピジェネティック修飾が異なる遺伝子を同定する工程をさらに含む。本工程は、がん幹細胞と、それと遺伝的に同系の非幹細胞がん細胞(例、がん幹細胞から維持培養過程で分化した非幹細胞がん細胞、iCSC誘導のために用いた親細胞株等)とについて、例えば、マイクロアレイを用いた網羅的遺伝子発現解析を行うか、WGBS法やPBAT法による網羅的なDNAメチル化解析を行い、両者のデータを比較することにより実施することができる。 Therefore, in a preferred embodiment of the invention, the method of the invention further comprises identifying genes with significantly different expression levels and / or epigenetic modifications between cancer stem cells and non-stem cell cancer cells. .. In this step, cancer stem cells and non-stem cell cancer cells genetically synonymous with them (eg, non-stem cell cancer cells differentiated from cancer stem cells in the maintenance culture process, parent cell line used for iCSC induction, etc.) ), For example, a comprehensive gene expression analysis using a microarray, or a comprehensive DNA methylation analysis by the WGBS method or the PBAT method, and comparing both data can be carried out.

一例として、誘導型大腸がん幹細胞と、それと遺伝的に同系の非幹細胞大腸がん細胞との網羅的遺伝子発現の比較により、大腸がん幹細胞特異的に発現が上昇する遺伝子の1つとして、RCAN2が同定された。RCAN2はカルシニューリンを負に制御することが報告されていたので(Cao X., et al., Biochem J 2002;367:459-66)、本発明者らは、カルシニューリン阻害薬であるFK506を添加して、大腸がん幹細胞の維持増幅及びがんオルガノイド形成能に及ぼす効果を調べたところ、FK506は大腸がん幹細胞の維持増幅及びがんオルガノイドの形成を促進した。一方、RCAN2はNFAT(nuclear factor of activated T cells)タンパク質の核移行を促進することが知られているので、RCAN2とは逆にNFATの核から細胞質への移行を促進するGSK3の阻害薬(GSK3α及びGSK3βに対するsiRNA、バルプロ酸、CHIR99021)を添加して、大腸がん幹細胞の維持増幅及びがんオルガノイド形成能に及ぼす効果を調べたところ、いずれのGSK3阻害薬も大腸がん幹細胞の維持増幅及びがんオルガノイドの形成を抑制した。 As an example, by comparing the comprehensive gene expression of inducible colon cancer stem cells and genetically syngeneic non-stem cell colon cancer cells, as one of the genes whose expression is specifically increased in colon cancer stem cells. RCAN2 has been identified. Since RCAN2 has been reported to negatively regulate calcineurin (Cao X., et al., Biochem J 2002; 367: 459-66), we added the calcineurin inhibitor FK506. When the effects on the maintenance and amplification of colon cancer stem cells and the ability to form cancer organoids were investigated, FK506 promoted the maintenance and amplification of colon cancer stem cells and the formation of cancer organoids. On the other hand, since RCAN2 is known to promote the nuclear translocation of NFAT (nuclear factor of activated T cells) proteins, it is a GSK3 inhibitor (GSK3α) that promotes the translocation of NFAT from the nucleus to the cytoplasm, contrary to RCAN2. And siRNA, valproic acid, CHIR99021) on GSK3β were added to investigate the effects on the maintenance and amplification of colon cancer stem cells and the ability to form cancer organoids. It suppressed the formation of cancer organoids.

別の一例として、誘導型肺がん幹細胞と、それと遺伝的に同系の非幹細胞肺がん細胞との網羅的遺伝子発現の比較により、肺がん幹細胞特異的に発現が上昇する遺伝子の1つとして、IL-6が同定された。そこで、本発明者らは、肺がん幹細胞及び肺がん幹細胞の組織再構築に及ぼすIL-6及び抗IL-6抗体の効果について調べたところ、IL-6の添加により、元の肺がん細胞の組織再構築能が向上したのに対し、抗IL-6抗体の添加により、肺がん幹細胞の組織再構築能は低下した。また、誘導型肺がん幹細胞から形成される細胞塊はシスプラチン(CDDP)抵抗性であったが、抗IL-6抗体を併用すると著明な細胞減少が認められ、肺がんオルガノイドの構造が破壊された。 As another example, IL-6 is one of the genes whose expression is specifically increased in lung cancer stem cells by comparing the comprehensive gene expression of induced lung cancer stem cells and non-stem cell lung cancer cells genetically synonymous with it. Identified. Therefore, the present inventors investigated the effects of IL-6 and anti-IL-6 antibodies on the tissue reconstruction of lung cancer stem cells and lung cancer stem cells, and found that the addition of IL-6 resulted in the tissue reconstruction of the original lung cancer cells. While the ability was improved, the addition of anti-IL-6 antibody reduced the tissue remodeling ability of lung cancer stem cells. In addition, the cell mass formed from induced lung cancer stem cells was cisplatin (CDDP) resistant, but when combined with anti-IL-6 antibody, marked cell loss was observed, and the structure of lung cancer organoids was destroyed.

7.がんオルガノイド
本発明はまた、iCSCから誘導され、量的な制限なく供給され得るがんオルガノイドを提供する。該がんオルガノイドは、iCSCと、間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞とを、三次元培養にて共培養することにより得ることができる。三次元培養の各種条件は上記と同様である。より具体的には、がんオルガノイドの製造に用いられるiCSCは、外来性の初期化因子を導入した非幹細胞がん細胞を、胚性幹(ES)細胞を維持し得ない条件下で培養することにより誘導され、かつ
(a)外来性の初期化因子を導入していない非幹細胞がん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度のABCトランスポーター阻害薬の存在下で、薬剤排除能を有するものであるか、あるいは
(b)トリプシン処理により培養容器から解離しないものである。
7. Cancer Organoids The present invention also provides cancer organoids that are derived from iCSC and can be supplied without quantitative restrictions. The cancer organoid can be obtained by co-culturing iCSC with mesenchymal stem / progenitor cells and vascular endothelial cells in a three-dimensional culture. The various conditions for three-dimensional culture are the same as above. More specifically, iCSC, which is used to produce cancer organoids, cultures non-stem cell cancer cells into which exogenous reprogramming factors have been introduced under conditions in which embryonic stem (ES) cells cannot be maintained. Drug elimination in the presence of an ABC transporter inhibitor at a concentration effective in suppressing the drug exclusion capacity of non-stem cell cancer cells thus induced and (a) not introducing organoid reprogramming factors. It is capable or does not dissociate from the culture vessel by (b) trypsin treatment.

上記がんオルガノイドは、元になるiCSCと組み合わせてキットとして提供することもできる。さらに、該iCSCから分化した非幹細胞がん細胞や、該iCSC誘導のための親細胞株をキットに含めることもできる。前者はiCSCを維持培養する過程で生じたものを使用者が分画して取得することもできる。さらに、該キットには、iCSCの維持増幅及び/又はがんオルガノイド誘導を促進する物質(例えば、大腸がん幹細胞の場合、FK506等のカルシニューリン阻害薬)を構成として含めてもよい。 The above-mentioned cancer organoids can also be provided as a kit in combination with the original iCSC. Furthermore, non-stem cell cancer cells differentiated from the iCSC and a parent cell line for inducing the iCSC can also be included in the kit. In the former case, the user can fractionate and obtain what is generated in the process of maintaining and culturing iCSC. In addition, the kit may include a substance that promotes maintenance and amplification of iCSC and / or induction of cancer organoids (for example, in the case of colorectal cancer stem cells, a calcineurin inhibitor such as FK506) as a component.

8.IL-6調節薬の新規用途
後述の実施例に示すとおり、本発明により、肺がん幹細胞はIL-6を高発現することによりMSC/MPCからαSMA陽性細胞への分化を促進することで、肺がんオルガノイド形成に寄与しており、一方、IL-6阻害薬はIL-6の当該効果を遮断することで、MSC/MPCからαSMA陽性細胞への分化を抑制し得ることが明らかとなった。
したがって、本発明はまた、IL-6調節薬を含有してなる、MSC/MPCからαSMA陽性細胞への分化制御剤を提供する。IL-6増強薬としては、例えばIL-6自体(それを発現する組換え細胞の形態であってもよい)が挙げられる。一方、IL-6阻害薬としては、例えば抗IL-6抗体、IL-6に対するアプタマー、IL-6に対するsiRNA、IL-6に対するアンチセンス核酸等が挙げられるが、それらに限定されない。
8. New Uses of IL-6 Modulators As shown in the examples below, according to the present invention, lung cancer stem cells promote the differentiation of MSC / MPC into αSMA-positive cells by highly expressing IL-6, thereby promoting lung cancer organoids. On the other hand, it was revealed that IL-6 inhibitors can suppress the differentiation of MSC / MPC into αSMA-positive cells by blocking the effect of IL-6.
Therefore, the present invention also provides an agent for controlling differentiation of MSC / MPC into αSMA-positive cells, which comprises an IL-6 regulator. Examples of the IL-6 enhancer include IL-6 itself (which may be in the form of recombinant cells expressing it). On the other hand, examples of IL-6 inhibitors include, but are not limited to, anti-IL-6 antibodies, aptamers against IL-6, siRNA against IL-6, antisense nucleic acids against IL-6, and the like.

IL-6調節薬は、MSC/MPCの分化又は維持培養において、分化制御剤として培地に添加して使用することができる。また、MSC/MPCのαSMA陽性細胞への分化の異常が関与する疾患の治療及び/又は予防に使用することもできる。そのような疾患としては、例えば、がん、特発性間質性肺炎、特発性肺線維症、薬剤性肺線維症、腎線維化を伴う慢性腎臓病等が挙げられる。IL-6調節薬を医薬用途に用いる場合、医薬上許容される担体とともに医薬組成物として製剤化することができる。IL-6調節薬は非経口投与(例、静脈内投与、筋肉内投与、皮下投与等)用の製剤として調製することが好ましい。IL-6調節薬の投与方法及び投与量は特に制限はないが、例えば抗IL-6抗体の場合、既存薬で使用されている用法・用量に準じて適宜選択することができる。 The IL-6 regulator can be used as a differentiation regulator in addition to the medium in the differentiation or maintenance culture of MSC / MPC. It can also be used for the treatment and / or prevention of diseases associated with abnormal differentiation of MSC / MPC into αSMA-positive cells. Examples of such diseases include cancer, idiopathic interstitial pneumonia, idiopathic pulmonary fibrosis, drug-induced pulmonary fibrosis, and chronic kidney disease with renal fibrosis. When the IL-6 regulator is used for pharmaceutical purposes, it can be formulated as a pharmaceutical composition together with a pharmaceutically acceptable carrier. The IL-6 regulator is preferably prepared as a preparation for parenteral administration (eg, intravenous administration, intramuscular administration, subcutaneous administration, etc.). The administration method and dose of the IL-6 regulator are not particularly limited, but for example, in the case of an anti-IL-6 antibody, it can be appropriately selected according to the dosage and administration used in the existing drug.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but it goes without saying that the present invention is not limited thereto.

後述の実施例では、以下のようにして実験を行った。
<細胞培養>
ATCCコレクション及びCell Biolabs(San Diego、CA、USA)から、ヒト大腸がん細胞株(SW480)及びPlat-A アンホトロピックレトロウイルスパッケージング細胞をそれぞれ入手した。また、ヒト肺がん細胞株(A549; RCB0098)を理研バイオリソースセンターから入手した。10%ウシ胎仔血清(FBS)(Life Technologies)、ペニシリン(100 Units/ ml)及びストレプトマイシン(100 μg/ml)(Life Technologies)を補充したダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)(Nacalai Tesque、Kyoto、Japan)中で、37℃、加湿5%CO2インキュベーター内で、これらの細胞を培養した。Plat-A培養において、1 μg/mlのピューロマイシン(Nacalai Tesque)及び10 μg/mlのブラストサイジン(Funakoshi)を添加した。 HUVEC(Lonza)は、内皮増殖培地(Lonza)中で、37℃、加湿5%CO2インキュベーター内で維持した。ヒトMSC(Lonza)は、内皮増殖培地(Lonza)(大腸がんオルガノイド作製時)又はMSC増殖培地(Lonza)(肺がんオルガノイド作製時)中で、37℃、加湿5%CO2インキュベーター内で維持した。
In the examples described later, the experiment was performed as follows.
<Cell culture>
Human colorectal cancer cell lines (SW480) and Plat-A anhotropic retrovirus packaging cells were obtained from the ATCC Collection and Cell Biolabs (San Diego, CA, USA), respectively. In addition, a human lung cancer cell line (A549; RCB0098) was obtained from the RIKEN BioResource Center. Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) (Life Technologies), penicillin (100 Units / ml) and streptomycin (100 μg / ml) (Life Technologies) (Nacalai Tesque, Kyoto, Japan) ), These cells were cultured in a humidified 5% CO 2 incubator at 37 ° C. In Plat-A cultures, 1 μg / ml puromycin (Nacalai Tesque) and 10 μg / ml Blasticidin (Funakoshi) were added. HUVEC (Lonza) was maintained in endothelial growth medium (Lonza) at 37 ° C. in a humidified 5% CO 2 incubator. Human MSC (Lonza) was maintained in endothelial growth medium (Lonza) (at the time of colorectal cancer organoid preparation) or MSC growth medium (Lonza) (at the time of lung cancer organoid preparation) at 37 ° C. in a humidified 5% CO 2 incubator. ..

<レトロウイルス感染>
pMXをベースにしたベクターにおいて、OCT3/4、SOX2又はKLF4を別々にコードするレトロウイルスベクター(pMXs-OCT3/4, pMXs-SOX2, pMXs-KLF4)は、Addgeneから入手した。大腸がん幹細胞の作製については、OCT3/4、KLF4及びSOX2をコードするポリシストロニックレトロウイルスベクター(pMXs-OKS)を設計した。簡潔には、上記の各ベクターを鋳型とし、ヒトOCT3/4、KLF4及びSOX2を、Thosea asignaウイルスの2A配列(T2A)を含むプライマーを用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により増幅し、In-fusion HDクローニングシステム(Clontech)を用いてpMXベクターのEcoRI部位にクローニングした。
トランスフェクションの1日前に、Plat-Aパッケージング細胞を、60mmディッシュ当たり1×106細胞又は1.2×106細胞の密度で播種した。翌日、メーカーの説明書に従い、Fugene HDトランスフェクション試薬(Promega)を用いて3μgのpMX-OKS(SW480細胞用)ベクター又はpMXs-OCT3/4、pMXs-SOX2又はpMXs-KLF4(A549細胞用)で、Plat-A細胞をトランスフェクトした。トランスフェクションの24時間後、Plat-A培地を交換し、さらに24時間培養した後、これらのウイルス含有上清を、0.45mm酢酸セルロースフィルター(Whatman)で濾過し、4μg/ mlポリブレン(Nacalai Tesque)を補充した。pMXs-OCT3/4、pMXs-SOX2及びpMXs-KLF4含有上清は等量を混合した。これらのウイルス含有上清を、速やかに、前日60mmディッシュ上に播種しておいたSW480又はA549細胞に添加した。感染24時間〜36時間後に、ウイルス含有培地を新しい培地と交換した。
<Retrovirus infection>
Retroviral vectors (pMXs-OCT3 / 4, pMXs-SOX2, pMXs-KLF4) that separately encode OCT3 / 4, SOX2 or KLF4 in pMX-based vectors were obtained from Addgene. For the production of colorectal cancer stem cells, we designed a polycistronic retroviral vector (pMXs-OKS) encoding OCT3 / 4, KLF4 and SOX2. Briefly, using each of the above vectors as a template, human OCT3 / 4, KLF4 and SOX2 are amplified by polymerase chain reaction (PCR) using primers containing the 2A sequence (T2A) of Thosea asigna virus and in-fusion. It was cloned into the EcoRI site of the pMX vector using an HD cloning system (Clontech).
One day prior to transfection, Plat-A packaging cells were seeded at a density of 1 × 10 6 cells or 1.2 × 10 6 cells per 60 mm dish. The next day, according to the manufacturer's instructions, with 3 μg of pMX-OKS (for SW480 cells) vector or pMXs-OCT3 / 4, pMXs-SOX2 or pMXs-KLF4 (for A549 cells) using Fugene HD transfection reagent (Promega). , Plat-A cells were transfected. After 24 hours of transfection, the Plat-A medium was replaced and after an additional 24 hours of culture, these virus-containing supernatants were filtered through a 0.45 mm cellulose acetate filter (Whatman) and 4 μg / ml polybrene (Nacalai Tesque). Was replenished. Equal amounts of pMXs-OCT3 / 4, pMXs-SOX2 and pMXs-KLF4 containing supernatants were mixed. These virus-containing supernatants were promptly added to SW480 or A549 cells seeded on a 60 mm dish the day before. 24-36 hours after infection, the virus-containing medium was replaced with new medium.

<初期化因子導入後の細胞の培養、iCSC富化細胞集団の単離及びがんオルガノイドの誘導>
初期化因子導入後のSW480細胞の培養及び誘導型大腸がん幹細胞(以下、「大腸iCSC」ともいう。)富化細胞集団の単離及び大腸がんオルガノイドの誘導は、図4に記載のスケジュールで実施した。大腸iCSCの樹立培養及び大腸iCSC富化細胞集団のソーティングは、上記非特許文献4に記載される方法(50μM ベラパミル存在下でのHoechst33342排除能を利用したフローサイトメトリー)に従って行った。以下、1回目のソーティングにより得られた大腸iCSC富化細胞集団(50μM ベラパミル存在下でHoechst33342により標識されない細胞集団;V50細胞)を1st V50細胞(又は1st V50-OKS細胞)、2回目のソーティングにより得られたV50細胞を2nd V50細胞(又は2nd V50-OKS細胞)と、それぞれ略記する場合がある。大腸がんオルガノイドの誘導は、後述のスフェア形成アッセイに記載の方法にて行った。
一方、初期化因子導入後のA549細胞は、37℃、5% CO2雰囲気下、10% FBS、0.5% ペニシリン及び0.5% ストレプトマイシンを補充したDMEM中で維持した。10〜15日後に出現したコロニーを0.25% トリプシンで6分間処理し、解離した細胞及びトリプシンを除去した後、ディッシュ上に残存する細胞をPBSで2回洗浄した。細胞コロニーを回収し、穏やかにピペッティングした後、新しい60mmディッシュに移した。ディッシュあたり約5コロニーが継代可能となった。継代後7〜10日目により大きなコロニーが出現し、その周りに紡錘形の細胞が認められた。コロニーを0.25% トリプシンで6分間処理し、上清中に解離した細胞をOSK-A549-SN細胞として回収した。ディッシュ上に残存する細胞をPBSで2回洗浄した。細胞コロニーを誘導型肺がん幹細胞(肺iCSC; OSK-A549-Colony細胞)として回収し、穏やかにピペッティングした後、新しいディッシュに移した。肺がんオルガノイドの誘導は、後述のスフェア形成アッセイに記載の方法にて行った。
<Culture of cells after introduction of reprogramming factor, isolation of iCSC-enriched cell population and induction of cancer organoids>
Culture of SW480 cells after introduction of reprogramming factors, isolation of induced colon cancer stem cells (hereinafter, also referred to as “colon iCSC”) enriched cell population, and induction of colon cancer organoids are scheduled as shown in FIG. It was carried out in. The establishment culture of colon iCSC and the sorting of the colon iCSC enriched cell population were performed according to the method described in Non-Patent Document 4 (flow cytometry utilizing Hoechst 33342 exclusion ability in the presence of 50 μM verapamil). Below, the colon iCSC-enriched cell population (cell population unlabeled by Hoechst 33342 in the presence of 50 μM verapamil; V50 cells) obtained by the first sorting is divided into 1st V50 cells (or 1st V50-OKS cells) and the second sorting. The obtained V50 cells may be abbreviated as 2nd V50 cells (or 2nd V50-OKS cells). Induction of colorectal cancer organoids was performed by the method described in the sphere formation assay described later.
On the other hand, A549 cells after introduction of the reprogramming factor were maintained in DMEM supplemented with 10% FBS, 0.5% penicillin and 0.5% streptomycin at 37 ° C. and 5% CO 2 atmosphere. Colonies appearing after 10-15 days were treated with 0.25% trypsin for 6 minutes to remove dissociated cells and trypsin, after which the cells remaining on the dish were washed twice with PBS. Cell colonies were collected, gently pipetted and then transferred to a new 60 mm dish. About 5 colonies can be subcultured per dish. Larger colonies appeared 7 to 10 days after passage, and spindle-shaped cells were observed around them. The colonies were treated with 0.25% trypsin for 6 minutes and the cells dissociated in the supernatant were collected as OSK-A549-SN cells. The cells remaining on the dish were washed twice with PBS. Cell colonies were collected as inducible lung cancer stem cells (lung iCSC; OSK-A549-Colony cells), gently pipetted and then transferred to a new dish. Lung cancer organoids were induced by the method described in the sphere formation assay described below.

<スフェア形成アッセイ>
10 ng/mlのbFGF(WAKO)、10 μg/mlのヒトインスリン(CSTI)、100 μg/mlのヒトトランスフェリン(Roche)及び100 μg/mlのBSA(Nacalai Tesque)を含有する無血清DMEM(スフェア形成培地)を添加したUltra Low Attachmentプレート(Corning)に細胞を移し、37℃、5%CO2インキュベーター内で6日間又は10日間インキュベートした。スフェアの数は、100μmより大きいスフェアのサイズに基づいて計算した。
<Sphere formation assay>
Serum-free DMEM (sphere) containing 10 ng / ml bFGF (WAKO), 10 μg / ml human insulin (CSTI), 100 μg / ml human transferase (Roche) and 100 μg / ml BSA (Nacalai Tesque). The cells were transferred to an Ultra Low Attachment plate (Corning) supplemented with (forming medium) and incubated in a 5% CO 2 incubator at 37 ° C. for 6 or 10 days. The number of spheres was calculated based on the size of spheres greater than 100 μm.

<カルシニューリン阻害及びGSK3阻害>
SW480細胞及び2nd V50細胞をそれぞれ、カルシニューリン阻害薬(FK506(Sigma、25μM))、又はGSK3阻害薬(バルプロ酸(1mM)もしくはCHIR99021(3μM))で、5日間(接着培養の場合)もしくは10日間(浮遊培養の場合)処理した後、Countess(Invitrogen)システムを用いて細胞(スフェア)数をカウントした。
また、SW480細胞及び2nd V50細胞にそれぞれ、Duplexed Stealth siRNA (Invitrogen) を用い、製造者のプロトコルに従って、以下のsiRNAを導入し、接着培養した。
GSK3α siRNA 5’-CCA AGG CCA AGU UGA CCA UCC CUA U-3’(配列番号1)
GSK3β siRNA 5’-GCU CCA GAU CAU GAG AAA GCU AGA U-3’(配列番号2)
SCRAMBLED siRNA 5’-AAU UCU CCG AAC GUG UCA CGU GAG A-3’(配列番号3)
siRNA導入後5日目に、Countess(Invitrogen)システムを用いて細胞数をカウントした。
<Calcineurin inhibition and GSK3 inhibition>
SW480 cells and 2nd V50 cells with calcineurin inhibitor (FK506 (Sigma, 25 μM)) or GSK3 inhibitor (valproic acid (1 mM) or CHIR99021 (3 μM)) for 5 days (in the case of adhesive culture) or 10 days, respectively. After treatment (in the case of suspension culture), the number of cells (spheres) was counted using the Countess (Invitrogen) system.
In addition, Duplexed Stealth siRNA (Invitrogen) was used in SW480 cells and 2nd V50 cells, respectively, and the following siRNAs were introduced into SW480 cells and adherently cultured according to the manufacturer's protocol.
GSK3α siRNA 5'-CCA AGG CCA AGU UGA CCA UCC CUA U-3'(SEQ ID NO: 1)
GSK3β siRNA 5'-GCU CCA GAU CAU GAG AAA GCU AGA U-3'(SEQ ID NO: 2)
SCRAMBLED siRNA 5'-AAU UCU CCG AAC GUG UCA CGU GAG A-3'(SEQ ID NO: 3)
On the 5th day after siRNA introduction, the number of cells was counted using the Countess (Invitrogen) system.

<HUVEC及びMSCとの共培養>
5×105 親SW480細胞又は2nd V50細胞を、5×104HUVEC及び2×105 MSCと共にスフェア形成培地に再懸濁し、低接着24ウェルのフラットプレート(Prime Surface(登録商標)24F、 Sumitomo Bakelite)に蒔いた。また、A549細胞又はOSK-A549-Colony細胞についても、同様にHUVEC及び2×105MSCと共培養した(この際、がん(幹)細胞:HUVEC:MSC=5:1:4〜5:4:4の割合で混合した)。6〜12日後、自己組織化したスフェアを、BZ8000(Keyence)を用いて写真撮影し、病理学的に解析した。
A549細胞又はOSK-A549-Colony細胞由来のスフェアにおけるCDDP感受性及び形成中のスフェアにおけるIL-6の機能を調べるべく、5μM CDDP、1μg/ml 抗IL-6抗体(R & D, MAB206)及び10ng/ml IL-6の存在下もしくは非存在下で、該スフェアを培養した。撮影した写真を解析し、ImageJソフトウェアプログラムを用いて蛍光強度を計算した。
<Co-culture with HUVEC and MSC>
5 × 10 5 parental SW480 cells or 2nd V50 cells were resuspended in sphere formation medium with 5 × 10 4 HUVEC and 2 × 10 5 MSC to create a low-adhesion 24-well flat plate (Prime Surface® 24F, Sumitomo). Bakelite) was sown. In addition, A549 cells or OSK-A549-Colony cells were similarly co-cultured with HUVEC and 2 × 10 5 MSC (at this time, cancer (stem) cells: HUVEC: MSC = 5: 1: 4-5: Mixed at a ratio of 4: 4). After 6-12 days, self-assembled spheres were photographed with BZ8000 (Keyence) and pathologically analyzed.
5 μM CDDP, 1 μg / ml anti-IL-6 antibody (R & D, MAB206) and 10 ng to investigate CDDP sensitivity in A549 or OSK-A549-Colony cell-derived spheres and the function of IL-6 in forming spheres. The sphere was cultured in the presence or absence of / ml IL-6. The pictures taken were analyzed and the fluorescence intensity was calculated using the ImageJ software program.

<スフェアの組織学的及び免疫組織化学的分析>
スフェアをパラフィンブロックに包埋し、厚さ5μmで切片化した。切片を脱パラフィンし、ヘマトキシリン及びエオシン(HE)、抗ヒトサイトケラチン20(CK20)マウスモノクローナル抗体(クローン:Ks20.8、1:50で希釈、Dako)、抗ヒトサイトケラチン7(CK7)マウスモノクローナル抗体(クローン:OV-TL 12/30、1:50で希釈、Dako)、抗CDX2マウスモノクローナル抗体(CM226、1:50で希釈、Biocare Medical)、抗Ki67マウスモノクローナル抗体(クローン:MIB-1、1:50で希釈、Dako)、抗αSMAマウスモノクローナル抗体(クローン:1A4、1:50で希釈、Dako)及び抗CD31マウスモノクローナル抗体(クローン:JC70A、1:50で希釈、Dako)で染色した。免疫組織化学分析は、XT ultraView Universal DAB検出キット(Ventana Medical Systems, Inc)及びBenchmark XT(Roche)autostainerを用いて行った。Ki67-及びαSMA-陽性細胞の割合は、免疫組織化学的に陽性な細胞数と、3つの高倍率視野中の総核数とを計数することにより算出した。
<Histological and immunohistochemical analysis of spheres>
The sphere was embedded in a paraffin block and sectioned to a thickness of 5 μm. Deparaffinized sections, hematoxylin and eosin (HE), anti-human cytokeratin 20 (CK20) mouse monoclonal antibody (clon: Ks20.8, diluted 1:50, Dako), anti-human cytokeratin 7 (CK7) mouse monoclonal Antibodies (clone: OV-TL 12/30, diluted 1:50, Dako), anti-CDX2 mouse monoclonal antibody (CM226, diluted 1:50, Biocare Medical), anti-Ki67 mouse monoclonal antibody (clone: MIB-1, Stained with 1:50 diluted Dako), anti-αSMA mouse monoclonal antibody (clone: 1A4, diluted 1:50, Dako) and anti-CD31 mouse monoclonal antibody (clone: JC70A, diluted 1:50, Dako). Immunohistochemical analysis was performed using the XT ultraView Universal DAB detection kit (Ventana Medical Systems, Inc) and the Benchmark XT (Roche) autostainer. The proportion of Ki67- and αSMA-positive cells was calculated by counting the number of immunohistochemically positive cells and the total number of nuclei in the three high-power fields.

<RNAの単離及び定量逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応>
Trizol(Life Technologies)を用いて細胞の全RNAを抽出した。Prime ScriptTM II 1st strand cDNA Synthesis Kit(Takara)を用いて、500ngの全RNAをcDNAに逆転写し、SYBR(登録商標)Premix Ex TaqTM II(Takara)を用いたLightCycler(登録商標)480リアルタイムPCRシステム(Roche)で定量PCR分析を行った。使用したPCRプライマーを表1に挙げる。
<RNA isolation and quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction>
Total RNA of cells was extracted using Trizol (Life Technologies). 500 ng of total RNA was reverse transcribed into cDNA using the Prime Script TM II 1st strand cDNA Synthesis Kit (Takara) and LightCycler® 480 real-time PCR using SYBR® Premix Ex Taq TM II (Takara). Quantitative PCR analysis was performed on the system (Roche). The PCR primers used are listed in Table 1.

Figure 0006956398
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<マイクロアレイ分析>
Mock-SW480細胞(空のベクターでSW480細胞をトランスフェクトした細胞)、1st V50-OKS細胞由来の非V50細胞及び2nd V50-OKS細胞のRNAを、ソート後5日目に回収した。また、親A549細胞、3回の独立したレトロウイルス導入実験から得られたOSK-A549-Colony細胞及びOSK-A549-SN細胞からもRNAを回収した。遺伝子発現プロファイリングを、メーカーのプロトコールに従い、SurePrint G3 human GE microarray(Agilent Technologies)用いて行った。GeneSpring 13.0ソフトウェアプログラム(Agilent Technologies)を用いてデータを分析した。データ処理は、次のように行った:(i)閾値生シグナルを1.0に設定し、(ii)ログベース2変換を行い、(iii)標準化アルゴリズムとして75パーセンタイル正規化を選択した(http://genespringsupport.com/faq/normalization)。フラグの設定は、次のように行った:特徴は、not positive and significant (not detected)、not uniform (compromised)、 not above background (not detected)、 saturated (compromised)、又はpopulation outlier(compromised)とした。コントロールプローブを除去し、全ての試料中の少なくとも1つの試料中に存在する「検出された」プローブのみをさらなる分析に使用した。分析に使用したプローブの数は50,739(Mock-SW480細胞もしくは1st V50-OKS細胞由来の非V50細胞 vs 2nd V50-OKS細胞)又は30886(A549細胞もしくはOSK-A549-SN細胞 vs OSK-A549-Colony細胞)であった。
<Microarray analysis>
Mock-SW480 cells (cells transfected with SW480 cells with an empty vector), a non-V50 cells and 2 nd V50-OKS cellular RNA from 1 st V50-OKS cells were harvested 5 days after sorting. RNA was also recovered from parent A549 cells, OSK-A549-Colony cells and OSK-A549-SN cells obtained from three independent retrovirus introduction experiments. Gene expression profiling was performed using SurePrint G3 human GE microarray (Agilent Technologies) according to the manufacturer's protocol. Data were analyzed using the GeneSpring 13.0 software program (Agilent Technologies). The data processing was performed as follows: (i) the threshold raw signal was set to 1.0, (ii) log-based 2 conversion was performed, and (iii) 75th percentile normalization was selected as the standardization algorithm (http: /). /genespringsupport.com/faq/normalization). The flags were set as follows: Features were not positive and significant (not detected), not uniform (compromised), not above background (not detected), saturated (compromised), or population outlier (compromised). bottom. The control probe was removed and only the "detected" probe present in at least one of all samples was used for further analysis. The number of probes used in the analysis is 50,739 (Mock-SW480 cells or 1 st V50-OKS-cell non-V50 cells vs 2 nd V50-OKS cells derived) or 30 886 (A549 cells or OSK-A549-SN cells vs OSK-A549 -Colony cells).

<統計解析>
すべてのデータは、jstatソフトウェアプログラムを使用して分析した。データ値は、3回の独立した実験の平均±標準誤差(SEM)として表した。図1A、図3E、図5A、図5D、図6A-6C、図9H、図9I、図11C及び図11Fにおける2群間の平均値の差を、両側対応t検定を用いて分析した。図7A及び図9Gにおけるデータ分析にはBonferroni’s検定を用いた。図9Cにおけるデータ分析には、repeated measures ANOVA検定を用いた。図10Cにおける多重比較にはDunnet’s検定を用いた。P値<0.05(*)及び<0.01(**)である場合に、データ間の差は統計的に有意であるとみなした。
<Statistical analysis>
All data was analyzed using the jstat software program. Data values were expressed as the mean ± standard error (SEM) of three independent experiments. Differences in mean values between the two groups in FIGS. 1A, 3E, 5A, 5D, 6A-6C, 9H, 9I, 11C and 11F were analyzed using a two-sided t-test. The Bonferroni's test was used for data analysis in FIGS. 7A and 9G. Repeated measures ANOVA test was used for data analysis in Fig. 9C. Dunnet's test was used for multiple comparisons in Figure 10C. Differences between the data were considered statistically significant when the P values were <0.05 (*) and <0.01 (**).

実施例1:大腸iCSCsのin vitroでの組織再構築能の検証
無血清培地を用いた低接着培養皿で培養した場合、CSCが高いスフェア形成する能力を有することが以前報告されている(Ricci-Vitiani L. et al., Nature 2007;445:111-51、Sato T. et al., Gastroenterology 2011;141:1762-72)。これらの細胞のスフェア形成能を調べるために、スフェア形成アッセイを行った。
Example 1: Verification of in vitro tissue remodeling ability of large intestine iCSCs It has been previously reported that CSCs have a high sphere-forming ability when cultured in a low-adhesion culture dish using a serum-free medium (Ricci). -Vitiani L. et al., Nature 2007; 445: 111-51, Sato T. et al., Gastroenterology 2011; 141: 1762-72). A sphere formation assay was performed to examine the sphere formation ability of these cells.

O+S+K-SW480を用いた大腸iCSCにおける以前の報告(非特許文献4)と一致して、2nd V50-OKS細胞におけるスフェアの数が明らかに増加したのに対し、親SW480ではスフェアを見つけることが困難であった(図1A)。スフェアの数は、1st V50-OKS細胞由来の非V50細胞において、中間レベルであった(図1A)。
以前の異種移植実験では、親細胞株ではなく大腸iCSCが、免疫組織学的所見の点から、実際のヒト大腸がん組織に類似した組織をin vivoで再構成できることが実証された(非特許文献4)。しかし、大腸iCSCがin vitroで同じ現象を示すことができるかどうかは依然として不明であった。そこで、親SW480細胞及び2nd V50-OKS細胞由来のスフェアを免疫組織学的に評価した。2nd V50-OKS細胞由来のスフェアは、CK20及びCDX2が陽性であり、CK7は陰性であった(図1B)。これは典型的な大腸がん組織に対する染色パターンと一致する(Bayrak R et al., Diagn Pathol 2012;7:9)が、親SW480細胞由来のスフェアはCK20が陰性であり(図1B)、このことは、in vivoのみならずin vitroでも、大腸iCSC由来組織がヒト大腸がん組織様の構造(大腸がんオルガノイド)を再構築できることを示している。従って、これらのiCSCの組織再構築能の指標として、スフェア形成能を評価することができると考えられる。
O + S + K-SW480 previous reports in the large intestine iCSC with (non-patent document 4) consistent with, while the number of spheres in the 2 nd V50-OKS cells increased obviously, the parent SW480 spheres Was difficult to find (Fig. 1A). The number of spheres was at an intermediate level in non-V50 cells derived from 1 st V50-OKS cells (Fig. 1A).
Previous xenograft experiments demonstrated that colorectal iCSC, rather than the parental cell line, can reconstruct tissue similar to actual human colorectal cancer tissue in vivo in terms of immunohistological findings (non-patented). Document 4). However, it remains unclear whether colorectal iCSC can exhibit the same phenomenon in vitro. Therefore, we evaluated the parental SW480 cells and 2 nd V50-OKS-cell-derived spheres immunohistochemistry. 2 nd V50-OKS cell derived spheres, CK20 and CDX2 were positive, CK7 was negative (Fig. 1B). This is consistent with the staining pattern for typical colorectal cancer tissues (Bayrak R et al., Diagn Pathol 2012; 7: 9), but spheres derived from parental SW480 cells are CK20 negative (Fig. 1B). This indicates that colorectal iCSC-derived tissue can reconstruct human colorectal cancer tissue-like structure (colorectal cancer organoid) not only in vivo but also in vitro. Therefore, it is considered that the sphere forming ability can be evaluated as an index of the tissue restructuring ability of these iCSCs.

ヒト大腸がん組織は、がん細胞だけでなく、血管及び間葉系の細胞のような間質細胞からなることが知られている(Takebe T. et al., Cell Stem Cell 2015;16:556-65、Plaks V. et al., Cell Stem Cell 2015;16:225-38)。そのため、大腸iCSCを、間葉系幹細胞(MSC)及びヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)と共に培養した場合に、in vitroで間質細胞と共に、よりリアリティーのある大腸がんオルガノイドを構築することができるかどうかを調べた。 Human colon cancer tissue is known to consist of not only cancer cells but also stromal cells such as blood vessel and mesenchymal cells (Takebe T. et al., Cell Stem Cell 2015; 16: 556-65, Plaks V. et al., Cell Stem Cell 2015; 16: 225-38). Therefore, when colon iCSC is cultured with mesenchymal stem cells (MSC) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), more realistic colon cancer organoids can be constructed together with stromal cells in vitro. I checked whether it was.

MSC及びHUVECと共培養された2nd V50-OKS細胞は、親SW480細胞とは異なり、大きな凝集した集合細胞を生じた(図2A)。免疫組織化学的分析を行ったところ、2nd V50-OKS由来のスフェアにおいて、α-SMA及びCD31(それぞれMSC及び血管細胞に由来し得る筋繊維芽細胞マーカーである(Quante M. et al., Cancer Cell 2011;19:257-72))陽性細胞が観察されたが、親SW480細胞由来のスフェアでは観察されなかった(図2B)。このことから、大腸iCSCのみが、HUVECとMSCと共に組織を構築し、大腸がんオルガノイドをより成熟した段階に導き得ることが示された。 2 nd V50-OKS cells co-cultured with MSC and HUVEC, unlike parental SW480 cells resulted in a large aggregated set cells (Figure 2A). Was subjected to immunohistochemical analysis, in spheres from 2 nd V50-OKS, α- SMA and CD31 (respectively a myofibroblast marker derivable from MSC and vascular cells (Quante M. et al., Cancer Cell 2011; 19: 257-72)) Positive cells were observed, but not in spheres derived from parental SW480 cells (Fig. 2B). This indicates that only colorectal iCSC can build tissue with HUVEC and MSC and lead colorectal cancer organoids to a more mature stage.

実施例2:Mock-SW480細胞、非V50細胞及び2 nd V50-OKS細胞における遺伝子発現プロファイルの比較
CSCsの特性を促進する分子メカニズムを同定するために、ソーティングから5日後のMock-SW480細胞、1stV50-OKS細胞由来の非V50細胞及び2ndV50-OKS細胞における網羅的遺伝子発現パターンを、マイクロアレイによって比較した。まず、Mock-SW480と2nd V50-OKS細胞間の遺伝子発現を比較し、3914のプローブがそれらの発現において有意差を有することを同定した(t検定、偽陽性率(FDR)<0.05及びFold Change>2)(図3A)。次に、2nd V50-OKS細胞の遺伝子発現プロファイルを、1stV50-OKS細胞由来の非V50細胞の遺伝子発現プロファイルと比較した(図3B)。FDR<0.05であり、Fold Change>2である56個のプローブを同定した。次に、非V50細胞、モックよりも2nd V50においてより高く発現するプローブ、及び非V50、Mock-SW480細胞よりも2ndV50-OKS細胞においてより低く発現するプローブのベン図を描き、ベン図で重なる8個のプローブを選択した(図3C)。これら8個のプローブのうち、各細胞における発現レベルとスフェア形成能とがパラレルの関係にある、セマフォリン 6A(SEMA6A)、FAM105A(family with a sequence similarity 105 member A)、及びRCAN2(regulator of calcineurin 2)を含む3個のプローブに絞り込んだ(図3D、3E)。
Example 2: Mock-SW480 cells, comparison of gene expression profiles in a non-V50 cells and 2 nd V50-OKS cells
To identify the molecular mechanisms that promote properties of CSCs, Mock-SW480 cells after 5 days of sorting, an exhaustive gene expression patterns in non V50 cells and 2 nd V50-OKS cells from 1 st V50-OKS cells, Compared by microarray. First, Mock-SW480 and compared gene expression between 2 nd V50-OKS cells, probes 3914 have been identified to have significant differences in their expression (t-test, the false positive rate (FDR) <0.05 and Fold Change> 2) (Fig. 3A). Then, the gene expression profile of 2 nd V50-OKS cells, compared to non-V50 cell gene expression profiles from 1 st V50-OKS cells (Figure 3B). We identified 56 probes with FDR <0.05 and Fold Change> 2. Then, non-V50 cells, draw a Venn diagram of a probe to lower expression in 2 nd V50-OKS cells than higher expression probe, and non-V50, Mock-SW480 cells in 2 nd V50 than mock overlap in Venn Eight probes were selected (Figure 3C). Of these eight probes, semaphorin 6A (SEMA6A), FAM105A (family with a sequence similarity 105 member A), and RCAN2 (regulator of calcineurin), in which the expression level in each cell and the sphere forming ability are in a parallel relationship. We narrowed down to 3 probes including 2) (Fig. 3D, 3E).

SEMA6Aは、神経系以外の多くの発達プロセスにおいて役割を果たすセマフォリンファミリーの1つである(Luo Y. et al., Cell 1993;75:217-27)。セマフォリンのこれらの正常な機能に加えて、多くのセマフォリンは、腫瘍の進行に関連する機能的活性を有することが見出されている(Neufeld G. et al., Cold Spring Harb Perspect Med 2012;2:a006718、Worzfeld T. et al., Nat Rev Drug Discov 2014;13:603-21)。現在のところ、FAM105Aについてはほとんど報告されていないが、FAM105AはRho-GAPの保存されたタンパク質ドメインを有し(Marchler-Bauer A. et al., Nucleic Acids Res 2015;43:D222-6)、RhoGタンパク質を調節する可能性がある。RCAN2はもともとヒト線維芽細胞由来の甲状腺ホルモン応答遺伝子 ZAKI-4として同定されており(Miyazaki T. et al., J Biol Chem 1996;271:14567-71)、その後カルシニューリンのネガティブレギュレーターとして機能することが報告されている(Cao X., et al., Biochem J 2002;367:459-66)。 SEMA6A is a member of the semaphorin family that plays a role in many developmental processes outside the nervous system (Luo Y. et al., Cell 1993; 75: 217-27). In addition to these normal functions of semaphorins, many semaphorins have been found to have functional activity associated with tumor progression (Neufeld G. et al., Cold Spring Harb Perspect Med 2012). 2: a006718, Worzfeld T. et al., Nat Rev Drug Discov 2014; 13: 603-21). At present, few reports have been made on FAM105A, but FAM105A has a conserved protein domain of Rho-GAP (Marchler-Bauer A. et al., Nucleic Acids Res 2015; 43: D222-6). May regulate RhoG protein. RCAN2 was originally identified as the human fibroblast-derived thyroid hormone response gene ZAKI-4 (Miyazaki T. et al., J Biol Chem 1996; 271: 14567-71) and subsequently functions as a negative regulator of calcineurin. Has been reported (Cao X., et al., Biochem J 2002; 367: 459-66).

次に、SEMA6A、FAM105A若しくはRCAN2、又はそれらの標的分子に作用する低分子化合物を用いて実験を行うことにした。しかし、SEMA6Aのアゴニストもアンタゴニストも、探した限りでは市販されておらず、FAM105Aの機能は不明であった。対照的に、RCAN2はカルシニューリンを負に調節することが知られており、理論的には大腸iCSCに対するRCAN2と同じ効果を有すると推定されるFK506などのカルシニューリン-NFAT(nuclear factor of activated T cells)シグナル伝達阻害剤は市販されていた。従って、大腸iCSCの特性に対するFK506の影響を評価することに焦点を当てた。 Next, we decided to conduct experiments using SEMA6A, FAM105A or RCAN2, or small molecule compounds that act on their target molecules. However, neither agonists nor antagonists of SEMA6A were commercially available as far as we were looking for, and the function of FAM105A was unknown. In contrast, RCAN2 is known to negatively regulate calcineurin, and calcineurin-NFAT (nuclear factor of activated T cells) such as FK506, which is theoretically presumed to have the same effect as RCAN2 on colorectal iCSC. Signal transduction inhibitors have been commercially available. Therefore, we focused on assessing the effect of FK506 on the characteristics of colorectal iCSC.

実施例3:カルシニューリン阻害による大腸iCSCの平面接着培養及びスフェア形成能への効果の検証
FK506は、親SW480培養において細胞の数を有意に減少させたが、これはカルシニューリンの阻害がin vitroで大腸がん細胞株の増殖を阻害するという報告と一致する(Peuker K. et al., Nat Med 2016;22:506-15)。一方で、2nd V50-OKS培養において、FK506の細胞数に対する有意な効果は観察されなかった(図5A)(継代±FK506添加5日後)。さらに、2nd V50-OKS細胞において顕著に観察された形態又はドーム型コロニーは、FK506を用いることでより顕著になったが、親SW480の細胞形態はFK506を用いても変化しなかった(図5B)(継代±FK506添加5日後)。これらのデータにより、FK506が大腸iCSC及び親SW480細胞に対して異なる作用を有することが示唆された。
次に、FK506有り又は無しでの大腸iCSCの組織再構築能の指標として、スフェア形成能を評価した。FK506は、2nd V50-OKS細胞においてスフェアの数を有意に増加させたが、親SW480細胞では増加しなかった(図5C、5D)。免疫組織化学分析により、FK506処置を受けた2nd V50-OKS細胞のスフェアは、CK20及びCDX2が陽性であり、CK7が陰性であり、FK506を用いないスフェアと同じパターンであった(図5E)。
Example 3: Verification of the effect of calcineurin inhibition on planar adhesive culture and sphere forming ability of large intestine iCSC
FK506 significantly reduced the number of cells in parental SW480 cultures, consistent with reports that inhibition of calcineurin inhibits the growth of colon cancer cell lines in vitro (Peuker K. et al.,, Nat Med 2016; 22: 506-15). Meanwhile, in the 2 nd V50-OKS culture, significant effects on cell number of FK506 was observed (Figure 5A) (passaged ± FK506 added 5 days later). Furthermore, significant observed form or domed colonies in the 2 nd V50-OKS cells, but was more pronounced with the use of FK506, cellular form of the parent SW480 did not change with FK506 (FIG. 5B) (passage ± 5 days after addition of FK506). These data suggest that FK506 has different effects on colon iCSC and parent SW480 cells.
Next, the sphere forming ability was evaluated as an index of the tissue remodeling ability of the large intestine iCSC with or without FK506. FK506 has been significantly increased the number of spheres in the 2 nd V50-OKS cells did not increase in the parental SW480 cells (Fig. 5C, 5D). Immunohistochemical analysis, spheres of 2 nd V50-OKS cells undergoing FK506 treatment, CK20 and CDX2 were positive, CK7 is negative, was the same pattern as the spheres using no FK506 (FIG. 5E) ..

実施例4:GSK3阻害による大腸iCSCの平面接着培養及びスフェア形成能への効果の検証
カルシニューリンは、NFATの核移行を促進することが他の細胞で報告されていた。逆に、NFATの核から細胞質への移行を促進する分子としてGSK3が知られていた。そこで、大腸がん幹細胞に対して、GSK3を阻害すれば、カルシニューリン阻害薬FK506とは逆の効果があるという仮説のもとに本実験を行った。
まず、GSK3α及びGSK3βに対するsiRNAを用いて、GSK3を阻害した。その結果、平面接着培養において、GSK3αに対するsiRNAとGSK3βに対するsiRNAの両者を添加することで、iCSCの形態的特徴(ドーム状のコロニー)は抑制されて平坦となり、細胞数も減少した(図6A)。単独のsiRNAでは効果が見られなかったことから、大腸がんにおいてはGSK3αとGSK3βとの間には機能的なリダンダンシーがあることが示唆された。
次に、GSK3αおよびβ両者の阻害薬であるバルプロ酸(VPA)やCHIR99021(CHIR)添加によりsiRNAと同様の効果があるか否かを調べた。その結果、図6Bに示すとおり、いずれのGSK3阻害薬でも、siRNAと同様の効果が認められた。さらに、実施例3と同様に、スフェア形成能の及ぼすこれら阻害薬の効果を調べたところ、いずれのGSK3阻害薬も大腸iCSC(2ndV50)のスフェア形成能力を優位に抑制した。
Example 4: Verification of the effect of GSK3 inhibition on planar adhesive culture and sphere-forming ability of large intestine iCSC Calcineurin has been reported in other cells to promote nuclear translocation of NFAT. Conversely, GSK3 was known as a molecule that promotes the translocation of NFAT from the nucleus to the cytoplasm. Therefore, we conducted this experiment based on the hypothesis that inhibition of GSK3 on colorectal cancer stem cells has the opposite effect to the calcineurin inhibitor FK506.
First, GSK3 was inhibited using siRNA against GSK3α and GSK3β. As a result, by adding both siRNA against GSK3α and siRNA against GSK3β in the planar adhesive culture, the morphological characteristics (dome-shaped colonies) of iCSC were suppressed and flattened, and the number of cells also decreased (Fig. 6A). .. No effect was seen with siRNA alone, suggesting that there is a functional redundancy between GSK3α and GSK3β in colorectal cancer.
Next, it was investigated whether the addition of valproic acid (VPA) or CHIR99021 (CHIR), which are inhibitors of both GSK3α and β, had the same effect as siRNA. As a result, as shown in FIG. 6B, all GSK3 inhibitors were found to have the same effect as siRNA. In the same manner as in Example 3, it was examined the effect of these inhibitors on the sphere forming ability, any of GSK3 inhibitors were also dominantly suppressed sphere formation ability of large intestine iCSC (2 nd V50).

実施例5:In vitroでの肺がん様組織(肺がんオルガノイド)の作製(1)
KRASにG12S変異を有するヒト肺がん細胞株(A549)にレトロウイルスベクターを用いてOCT3/4、SOX2及びKLF4を導入し(OSK-A549細胞)、10% FBS含有DMEM中で培養した。2週間後OSK-A549細胞の増殖速度が親A549細胞及びEGFP-A549細胞(トランスフェクションコントロールとして、pMx-EGFPをA549細胞に導入したもの)と比較して低下した。CSC特性であると考えられるスフェア形成能を調べるべく、これらの細胞を、トランスフェクション後10、20及び30日目に低接着性プレートに移して浮遊培養した。親A549細胞及びEGFP-A549細胞はいずれの条件下でも3個未満のスフェアしか形成しなかったのに対し、OSK-A549細胞から形成されたスフェア数は顕著に増大した(図7A)。特に遺伝子導入後20日目の細胞においてスフェア形成能が高かった。遺伝子導入から10〜15日後に、OKS-A549細胞のみにドーム状のコロニーが出現した。該コロニーをピックアップして継代したところ、1週間の間にコロニーはより大きくなり、その周りに紡錘形の細胞を生じた。トリプシンに対する解離抵抗性の差を利用して、ディッシュ上に残存したドーム状のコロニー(OSK-A549-Colony細胞)と、解離した紡錘形の細胞(OKS-A549-SN細胞)とを別々に単離することができた。
次に、OSK-A549-Colony細胞のスフェア形成能を調べた。位相差顕微鏡観察の結果、OSK-A549-Colony細胞において明らかな細胞凝集が認められたのに対し、親A549細胞ではそのような細胞凝集は観察されなかった(図7B, Phase)。HE染色の結果、OSK-A549-Colony細胞は腺管様構造を有する蜜なスフェアを形成したのに対し、親A549細胞はそのようなスフェアを形成することができなかった(図7B, HE)。Alcian blue-PAS 染色により、OSK-A549-Colony細胞から作製した組織でのムチン分泌を調べた。その結果、該組織では、ムチン分泌を伴う極性のある腺管様構造がみられた(図9A)。
Example 5: Preparation of lung cancer-like tissue (lung cancer organoid) in vitro (1)
OCT3 / 4, SOX2 and KLF4 were introduced into a human lung cancer cell line (A549) having a G12S mutation in KRAS using a retroviral vector (OSK-A549 cells), and cultured in DMEM containing 10% FBS. After 2 weeks, the proliferation rate of OSK-A549 cells was reduced compared to parent A549 cells and EGFP-A549 cells (pMx-EGFP introduced into A549 cells as a transfection control). To examine the ability to form spheres, which is considered to be a CSC characteristic, these cells were transferred to low-adhesion plates on days 10, 20 and 30 after transfection and cultured in suspension. Parental A549 and EGFP-A549 cells formed less than 3 spheres under either condition, whereas the number of spheres formed from OSK-A549 cells increased significantly (Fig. 7A). In particular, the ability to form spheres was high in cells 20 days after gene transfer. Domed colonies appeared only on OKS-A549 cells 10 to 15 days after gene transfer. When the colonies were picked up and passaged, the colonies became larger during the week, giving rise to spindle-shaped cells around them. Using the difference in dissociation resistance to trypsin, the dome-shaped colonies (OSK-A549-Colony cells) remaining on the dish and the dissociated spindle-shaped cells (OKS-A549-SN cells) were isolated separately. We were able to.
Next, the sphere-forming ability of OSK-A549-Colony cells was examined. As a result of phase-contrast microscopy, clear cell aggregation was observed in OSK-A549-Colony cells, whereas such cell aggregation was not observed in parent A549 cells (Fig. 7B, Phase). As a result of HE staining, OSK-A549-Colony cells formed nectar-like spheres, whereas parent A549 cells were unable to form such spheres (Fig. 7B, HE). .. Alcian blue-PAS staining was used to examine mucin secretion in tissues prepared from OSK-A549-Colony cells. As a result, a polar duct-like structure with mucin secretion was observed in the tissue (Fig. 9A).

実施例6:In vitroでの肺がん様組織(肺がんオルガノイド)の作製(2)
通常の肺がん細胞株(A549)またはA549から作製した肺iCSC(OSK-A549-Colony細胞)と、間質細胞(HUVEC、及びMSC)とを、低接着性プレート上で共培養した(図8上)。その結果、肺iCSCと間質細胞との共培養によってのみ、よりリアリティーのあるヒト肺がん組織類似の組織を構築できた(図8下)。即ち、通常の細胞株(A549)を用いた共培養では紡錘形のαSMA陽性細胞はみられず、CK7陽性のがん細胞のみからなる疎な細胞集塊を形成したのに対し、肺iCSC(OSK-A549-Colony細胞)を用いた共培養では、CK7陽性肺がん細胞のみならず、αSMA陽性cancer associated fibroblast(CAF)様細胞なども含むヒト肺がん組織類似の充実性の組織を形成した。これらの所見は、肺iCSCががん以外の細胞(αSMA陽性細胞はおそらく間葉系幹細胞由来)に何らかの働きかけをしていることを示唆している。
Example 6: Preparation of lung cancer-like tissue (lung cancer organoid) in vitro (2)
Lung iCSC (OSK-A549-Colony cells) prepared from a normal lung cancer cell line (A549) or A549 and stromal cells (HUVEC, and MSC) were co-cultured on a low-adhesion plate (Fig. 8, top). ). As a result, a more realistic tissue similar to human lung cancer tissue could be constructed only by co-culture of lung iCSC and stromal cells (Fig. 8, bottom). That is, in co-culture using a normal cell line (A549), spindle-shaped αSMA-positive cells were not observed, and sparse cell clumps consisting only of CK7-positive cancer cells were formed, whereas lung iCSC (OSK) was formed. In co-culture using -A549-Colony cells), solid tissues similar to human lung cancer tissue including not only CK7-positive lung cancer cells but also αSMA-positive cancer associated fibroblast (CAF) -like cells were formed. These findings suggest that lung iCSC has some effect on non-cancer cells (αSMA-positive cells are probably derived from mesenchymal stem cells).

次に、この肺がんオルガノイドの細胞組成を可視化すべく、がん細胞(肺iCSCまたは親細胞株)をGFPで着色し、血管内皮細胞株HUVECをm-cherryで着色し、作製した肺がんオルガノイドの蛍光顕微鏡観察を実施した。その結果、肺iCSCではmcherry陽性細胞が増幅していたが、親細胞株で作製した細胞塊ではmcherry陽性細胞は減少していた(図9B、9C)。また、肺iSCSを用いて作製した細胞塊では、内皮細胞マーカーであるCD31陽性細胞数が増加していた(図9D)。このことから、肺iCSCは血管内皮細胞に何らかの働きかけをしていることが示唆される。 Next, in order to visualize the cell composition of this lung cancer organoid, the cancer cells (lung iCSC or parent cell line) were colored with GFP, and the vascular endothelial cell line HUVEC was colored with m-cherry. Microscopic observation was performed. As a result, mcherry-positive cells were amplified in lung iCSC, but mcherry-positive cells were decreased in the cell mass prepared in the parent cell line (Figs. 9B and 9C). In addition, in the cell mass prepared using lung iSCS, the number of CD31-positive cells, which is an endothelial cell marker, was increased (Fig. 9D). This suggests that lung iCSC acts on vascular endothelial cells in some way.

ヒト肺がん組織標本において、Ki67陽性細胞は、がん細胞塊の内側よりも外側により高頻度に検出されるが(図9E、右パネル)、同様の周縁ドミナントなKi67陽性細胞は肺iCSC由来オルガノイドで見出されたが、親A549細胞由来オルガノイドでは認められなかった(図9E、9F)。 In human lung cancer tissue specimens, Ki67-positive cells are more frequently detected outside than inside the cancer cell mass (Fig. 9E, right panel), while similar peripheral dominant Ki67-positive cells are lung iCSC-derived organoids. It was found, but not found in parental A549 cell-derived organoids (Figs. 9E, 9F).

実施例7:IL-6阻害による肺iCSC由来がんオルガノイドへの効果の検証
A549細胞とそこから作製した肺iCSC(OSK-A549-Colony細胞)とにおける網羅的遺伝子発現をマイクロアレイで比較したところ、OSK-A549-Colony細胞において有意に発現変動する(P<0.05, Fold Change>2)575遺伝子を同定した。次に、OSK-A549-Colony細胞と該iCSCから分化した非幹細胞肺がん細胞(OSK-A549-SN細胞)との間で、これらの遺伝子の発現を比較し、その結果をvolcanoプロットで示した(図10A)。OSK-A549-Colony細胞において有意に発現変動する(P<0.05, Fold Change>2)54遺伝子が同定された。その中で、IL-6は、OSK-A549-Colony細胞において特に特異的に高発現していた。定量RT-PCRの結果、A549細胞及びOSK-A549-SN細胞と比較して、OSK-A549-Colony細胞においてIL-6発現が顕著に上方制御されていることが確認された(図9G)。従って、肺iCSCの特性においてIL-6が重要であることが示唆された(図10A)。
Example 7: Verification of the effect of IL-6 inhibition on lung iCSC-derived cancer organoids
Comprehensive gene expression in A549 cells and lung iCSC (OSK-A549-Colony cells) prepared from them was compared by microarray, and the expression fluctuated significantly in OSK-A549-Colony cells (P <0.05, Fold Change>. 2) 575 genes were identified. Next, the expression of these genes was compared between OSK-A549-Colony cells and non-stem cell lung cancer cells (OSK-A549-SN cells) differentiated from the iCSC, and the results are shown in a volcano plot (volcano plot). Figure 10A). 54 genes with significantly altered expression (P <0.05, Fold Change> 2) were identified in OSK-A549-Colony cells. Among them, IL-6 was highly specifically highly expressed in OSK-A549-Colony cells. As a result of quantitative RT-PCR, it was confirmed that IL-6 expression was remarkably upregulated in OSK-A549-Colony cells as compared with A549 cells and OSK-A549-SN cells (Fig. 9G). Therefore, it was suggested that IL-6 is important in the characteristics of lung iCSC (Fig. 10A).

A549(緑色蛍光でラベル)を用いた共培養で形成される細胞集塊はCDDP感受性だが、肺iCSC(緑色蛍光でラベル)を用いて形成される組織はCDDP抵抗性である。そこで、抗IL-6抗体の添加により、肺iCSC(OSK-A549-Colony細胞)由来組織のCDDP抵抗性に変化が生じるか否かを調べた。その結果、CDDPに抗IL-6抗体を併用することにより、著明な細胞減少が認められた(図10B、10C、10D)。 Cell clumps formed by co-culture with A549 (labeled with green fluorescence) are CDDP-sensitive, whereas tissues formed with lung iCSC (labeled with green fluorescence) are CDDP-resistant. Therefore, it was investigated whether the addition of anti-IL-6 antibody changes the CDDP resistance of lung iCSC (OSK-A549-Colony cells) -derived tissues. As a result, a marked decrease in cells was observed when the anti-IL-6 antibody was used in combination with CDDP (Figs. 10B, 10C, 10D).

実施例8:IL-6調節による肺がん細胞又は肺iCSC由来がん様組織への効果の検証
通常の肺がん細胞株A549(緑色蛍光でラベル)を用いた共培養で形成される細胞集塊にIL-6を添加してその効果を検証した。その結果、IL-6添加により、細胞集塊はより充実性になり、EGFP蛍光強度及びαSMA陽性細胞が有意に増加した(図11A及び図9H、図11B及び11C)。一方、肺iCSC(緑色蛍光でラベル)を用いた共培養で形成される肺がんオルガノイドに抗IL-6抗体を添加して、その効果を検証したところ、抗IL-6抗体添加により、EGFP蛍光強度は減弱されなかったが(図9I及び図11D)、αSMA陽性細胞が有意に減少した(図11E及び11F)。また、MSCを単独で接着培養したものにIL-6を添加すると、αSMA陽性細胞が出現した(図11G)。これらの結果から、IL-6はMSCをαSMA陽性細胞へと変化させることで肺がん組織形成に正の効力を有し、抗IL-6抗体はこれを遮断することで、がん組織を破壊し得ることが示唆された。
Example 8: Verification of effect of IL-6 regulation on lung cancer cells or lung iCSC-derived cancer-like tissue IL in cell clumps formed by co-culture using normal lung cancer cell line A549 (labeled with green fluorescence) The effect was verified by adding -6. As a result, the addition of IL-6 made the cell clumps more solid, and the EGFP fluorescence intensity and αSMA-positive cells were significantly increased (FIGS. 11A and 9H, 11B and 11C). On the other hand, when an anti-IL-6 antibody was added to a lung cancer organoid formed by co-culture using lung iCSC (labeled with green fluorescence) and its effect was verified, the EGFP fluorescence intensity was verified by adding the anti-IL-6 antibody. Was not attenuated (FIGS. 9I and 11D), but αSMA-positive cells were significantly reduced (FIGS. 11E and 11F). In addition, when IL-6 was added to the adherent culture of MSC alone, αSMA-positive cells appeared (Fig. 11G). From these results, IL-6 has a positive effect on lung cancer tissue formation by converting MSC to αSMA-positive cells, and anti-IL-6 antibody destroys cancer tissue by blocking this. It was suggested to get.

がん幹細胞、非幹細胞がん細胞及び該がん細胞から誘導されるがんオルガノイドの三つ組(triad)を用いる本発明のスクリーニング系は、がん幹細胞としてiCSCを使用すれば、いずれの試料も量的制限がないので、実用にたえ得る抗がん薬のHTS系として極めて有用である。 The screening system of the present invention using cancer stem cells, non-stem cell cancer cells, and a triad of cancer organoids derived from the cancer cells can be used in any sample if iCSC is used as the cancer stem cells. Since there are no specific restrictions, it is extremely useful as an HTS system of anti-cancer drugs that can be put to practical use.

Claims (6)

解離したがん幹細胞と、間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞とが、in vitroで自己組織化されてなるがんオルガノイドであって、
(a)該がん幹細胞は、外来性の初期化因子を導入した大腸がん又は肺がん細胞から誘導されたがん幹細胞であり、
(b)該がんオルガノイドは、がん幹細胞、該がん幹細胞と遺伝的に同系の非幹細胞がん細胞、間葉系幹/前駆細胞由来のαSMA陽性細胞及び血管内皮細胞を含み、
(c)以下の特徴:
(i)天然の大腸がん又は肺がん組織の免疫組織化学的特徴、即ち、大腸がんオルガノイドの場合、CK20陽性、CK7陰性及びCDX2陽性であり、肺がんオルガノイドの場合、CK7陽性、TTF1陽性及びNapsinA陽性である;
(ii)肺がんオルガノイドの場合、Ki67陽性細胞が細胞塊の内側より外側に高頻度に存在する;及び
(iii)肺がんオルガノイドの場合、ムチン分泌性の腺管様構造を有する;
の少なくとも1つを有する、がんオルガノイド
Dissociated cancer stem cells and mesenchymal stem / progenitor cells and vascular endothelial cells are cancer organoids that are self-assembled in vitro.
(A) The cancer stem cells are cancer stem cells derived from colon cancer or lung cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has been introduced.
(B) The cancer organoid includes cancer stem cells, non-stem cell cancer cells genetically syngeneic to the cancer stem cells, αSMA-positive cells derived from mesenchymal stem / progenitor cells, and vascular endothelial cells.
(C) The following features:
(I) Immunohistochemical characteristics of natural colorectal cancer or lung cancer tissue, ie, colorectal cancer organoids are CK20 positive, CK7 negative and CDX2 positive, and lung cancer organoids are CK7 positive, TTF1 positive and Napin A. Positive;
(Ii) In the case of lung cancer organoids, Ki67-positive cells are frequently present outside the inside of the cell mass; and
(Iii) In the case of lung cancer organoids, it has a mucin-secreting duct-like structure;
A cancer organoid having at least one of .
がん幹細胞が、外来性の初期化因子を導入した非幹細胞がん細胞を、胚性幹(ES)細胞を維持し得ない条件下で培養することにより誘導され、かつ
(a)外来性の初期化因子を導入していない非幹細胞がん細胞の薬剤排除能を抑制するのに有効な濃度のABCトランスポーター阻害薬の存在下で、薬剤排除能を有するものであるか、あるいは
(b)トリプシン処理により培養容器から解離しないものである、請求項に記載のがんオルガノイド。
Cancer stem cells are induced by culturing non-stem cell cancer cells into which an exogenous reprogramming factor has been introduced under conditions in which embryonic stem (ES) cells cannot be maintained, and (a) exogenous. In the presence of an ABC transporter inhibitor at a concentration effective in suppressing the drug exclusion ability of non-stem cell cancer cells into which a reprogramming factor has not been introduced, or has the drug exclusion ability (b). by trypsinization those that do not dissociate from the culture vessel, cancer organoid according to claim 1.
以下の工程を含む抗がん薬のスクリーニング方法。
(1)請求項1又は2に記載のがんオルガノイドに被検物質を接触させる工程
(2)該がんオルガノイドの脱構築を生じさせた被検物質を抗がん薬として選択する工程
A method for screening an anticancer drug, which comprises the following steps.
(1) Step of contacting the test substance with the cancer organoid according to claim 1 or 2 (2) Step of selecting the test substance that caused deconstruction of the cancer organoid as an anticancer drug.
以下の工程を含む抗がん薬のスクリーニング方法。
(1)解離したがん幹細胞と、間葉系幹/前駆細胞及び血管内皮細胞とを被検物質の存在下で三次元培養して請求項1又は2に記載のがんオルガノイド形成を誘導する工程
(2)被検物質の非存在下で三次元培養した場合に比べて、がんオルガノイドの形成を阻害した被検物質を抗がん薬として選択する工程
A method for screening an anticancer drug, which comprises the following steps.
(1) Dissociated cancer stem cells and mesenchymal stem / progenitor cells and vascular endothelial cells are three-dimensionally cultured in the presence of a test substance to induce the formation of cancer organoids according to claim 1 or 2. Step (2) A step of selecting a test substance that inhibits the formation of cancer organoids as an anticancer drug as compared with the case of three-dimensional culture in the absence of the test substance.
被検物質が、がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で有意に発現レベル及び/又はエピジェネティック修飾が異なる遺伝子の発現又は機能を調節し得る物質である、請求項3又は4に記載の方法。 The substance according to claim 3 or 4 , wherein the test substance is a substance capable of regulating the expression or function of a gene whose expression level and / or epigenetic modification is significantly different between cancer stem cells and non-stem cell cancer cells. the method of. がん幹細胞と非幹細胞がん細胞との間で有意に発現レベル及び/又はエピジェネティック修飾が異なる遺伝子を同定する工程をさらに含む、請求項5に記載の方法。
The method of claim 5, further comprising identifying genes with significantly different expression levels and / or epigenetic modifications between cancer stem cells and non-stem cell cancer cells.
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CN112553289A (en) * 2020-12-17 2021-03-26 深圳市第二人民医院(深圳市转化医学研究院) Method for evaluating effectiveness of CAR-T cells
CN113215102A (en) * 2021-04-01 2021-08-06 南京医科大学 Culture medium and culture method for organoid
CN113957053A (en) * 2021-09-30 2022-01-21 福建中医药大学 Method for screening traditional Chinese medicine active ingredients of anti-intestinal cancer stem cells by using human intestinal cancer organoid

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6230789B2 (en) * 2010-10-06 2017-11-15 中外製薬株式会社 Cancer stem cell population and method for producing the same
JP6455934B2 (en) * 2013-07-23 2019-01-23 公立大学法人横浜市立大学 Method for imparting vasculature to biological tissue
JP2015173601A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 大日本住友製薬株式会社 Screening method for cancer stem cell proliferation inhibition material
JP6795140B2 (en) * 2014-06-23 2020-12-02 国立大学法人神戸大学 Inducible cancer stem cells

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