JP6978045B2 - A system for culturing undifferentiated stem cells to induce differentiation of cardiomyocytes and a method for producing cardiomyocytes - Google Patents

A system for culturing undifferentiated stem cells to induce differentiation of cardiomyocytes and a method for producing cardiomyocytes Download PDF

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Description

本発明は、細胞培養装置及びその使用に関する。具体的には、細胞培養装置、前記細胞培養装置を備える細胞培養システム、及び、前記細胞培養装置又は前記細胞培養システムを用いた心筋細胞の製造方法に関する。 The present invention relates to a cell culture apparatus and its use. Specifically, the present invention relates to a cell culture apparatus, a cell culture system including the cell culture apparatus, and a method for producing myocardial cells using the cell culture apparatus or the cell culture system.

成体における心筋細胞は増殖活性を喪失している。そのため、重症な心筋梗塞、心筋症等の疾患では、従来、心臓移植に頼らざるを得ない状況が続いていた。しかし、近年、胚性幹細胞(ES細胞)や人工多能性幹細胞(iPS細胞)等の多能性幹細胞についての研究が進んで来た。このことから、これらの多能性幹細胞を分化誘導して心筋細胞を作製し、そのような誘導された心筋細胞を移植医療において使用することが可能になりつつある。 Cardiomyocytes in adults have lost proliferative activity. Therefore, in the case of severe myocardial infarction, cardiomyopathy, and other diseases, there has been a continuous situation in which heart transplantation has to be relied on. However, in recent years, research on pluripotent stem cells such as embryonic stem cells (ES cells) and induced pluripotent stem cells (iPS cells) has progressed. From this, it is becoming possible to induce differentiation of these pluripotent stem cells to produce cardiomyocytes, and to use such induced cardiomyocytes in transplantation medicine.

これまで、ヒトiPS細胞の維持及び増殖には懸濁培養系(suspension culture systems;SCSs)が用いられてきた。SCSsでは、培養量を容易にスケールアップすることができ、培地交換が簡単である。また、SCSsでは、ヒトiPS細胞は細胞凝集が自然に起こり、胚様体(embryoid body;EB)形成するため、分化細胞の生成に適している(例えば、非特許文献1参照)。 So far, suspension culture systems (SCSs) have been used for the maintenance and proliferation of human iPS cells. With SCSs, the culture volume can be easily scaled up and the medium exchange is easy. Further, in SCSs, human iPS cells spontaneously aggregate cells and form an embryoid body (EB), and are therefore suitable for the generation of differentiated cells (see, for example, Non-Patent Document 1).

Hemmi N et al., “A Massive Suspension Culture System With Metabolic Purification for Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes.”, Stem Cells Translational Medicine, Vol. 3, No. 12, p1473-1483, 2014.Hemmi N et al., “A Massive Suspension Culture System With Metabolic Purification for Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes.”, Stem Cells Translational Medicine, Vol. 3, No. 12, p1473-1483, 2014.

しかしながら、非特許文献1に記載の方法等、SCSsによる未分化幹細胞の培養又は分化誘導系では、細胞塊が増殖しにくく、分化効率が不安定であるため、均質なEBを得ることが困難である。また、細胞株毎に至適条件が異なるため、羽の回転速度の条件検討が必要である。また、系内に残存する未分化幹細胞の完全除去が困難である。さらに、細胞を移植する際にはスフェロイド状やシート状、ファイバー状等様々な微小組織に変化させることが一般的であり、その際には、細胞を、一度酵素等を用いて単離する必要がある。しかしながら、SCSsによる未分化幹細胞の培養又は分化誘導系では、長期間の培養により細胞間の接着が強固であり、単離が極めて困難となる。 However, in a culture of undifferentiated stem cells using SCSs or a differentiation-inducing system such as the method described in Non-Patent Document 1, it is difficult to obtain a homogeneous EB because the cell mass is difficult to grow and the differentiation efficiency is unstable. be. In addition, since the optimum conditions differ for each cell line, it is necessary to examine the conditions for the rotation speed of the feathers. In addition, it is difficult to completely remove undifferentiated stem cells remaining in the system. Furthermore, when transplanting cells, it is common to change them into various microstructures such as spheroids, sheets, and fibers, and in that case, it is necessary to isolate the cells once using an enzyme or the like. There is. However, in the culture of undifferentiated stem cells by SCSs or the differentiation induction system, the adhesion between cells is strong by long-term culture, and isolation becomes extremely difficult.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高効率に未分化幹細胞を増殖させ、心筋細胞への分化誘導効率が安定した細胞培養装置及び細胞培養システムを提供する。また、前記細胞培養装置又は前記細胞培養システムを用いた心筋細胞の製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a cell culture apparatus and a cell culture system in which undifferentiated stem cells are proliferated with high efficiency and the efficiency of inducing differentiation into cardiomyocytes is stable. Further, the present invention provides a method for producing cardiomyocytes using the cell culture apparatus or the cell culture system.

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
本発明の第1態様に係るシステムは、未分化幹細胞を培養し心筋細胞を分化誘導するシステムであって、細胞培養装置と、ガス供給装置と、前記細胞培養装置に供給されるガスの速度が、1層あたり20mL/分以上60mL/分以下で全層において一定となるように前記ガス供給装置を制御する制御部と、を備え、前記細胞培養装置は、液面高さが2mm以上10mm以下となるように設定された培養液を貯留可能な培養液貯留部と、供給されたガスが通流するガス供給流路と、前記ガス供給流路に設けられ、前記培養液貯留部に貯留された前記培養液に対して前記ガスを前記速度で全層において一定となるように吐出するガス吐出口と、前記培養液に対して吐出された前記ガスを排出するためのガス排出口と、前記ガス排出口を通じた前記ガスが通流するガス排出流路と、を備えた培養容器を4層以上備え、前記養容器を4層以上積層することにより形成されたものである。
That is, the present invention includes the following aspects.
The system according to the first aspect of the present invention is a system for culturing undifferentiated stem cells and inducing differentiation of myocardial cells, in which the rate of the cell culture device, the gas supply device, and the gas supplied to the cell culture device is high. Each layer is provided with a control unit that controls the gas supply device so that it is constant at 20 mL / min or more and 60 mL / min or less in all layers, and the cell culture device has a liquid level of 2 mm or more and 10 mm or less. A culture solution storage unit capable of storing the culture solution set to be, a gas supply flow path through which the supplied gas flows, and the gas supply flow path are provided and stored in the culture solution storage unit. A gas discharge port for discharging the gas to the culture solution so as to be constant in all layers at the speed, a gas discharge port for discharging the gas discharged to the culture solution, and the above. comprising a gas discharge channel for the gas through the gas discharge port is flows, a culture vessel equipped with a four or more layers, and is formed by laminating the culture vessel 4 or more layers.

前記4層以上の培養容器は、一の前記培養容器の前記ガス供給流路と他の前記培養容器の前記ガス供給流路と、及び、一の前記培養容器の前記ガス排出流路と、他の前記培養容器の前記ガス排出流路とが、互いに連通可能に接続されることで積層されていてもよい。 The culture vessel having four or more layers includes the gas supply channel of one culture vessel, the gas supply channel of another culture vessel, the gas discharge channel of one culture vessel, and the like. The gas discharge flow path of the culture container may be laminated so as to be communicatively connected to each other.

前記培養液貯留部は、矩形状に形成され、前記ガス供給流路及び前記ガス排出流路は、前記培養液貯留部における一辺の両端の角部にそれぞれ設けられていてもよい。 The culture solution storage section may be formed in a rectangular shape, and the gas supply flow path and the gas discharge flow path may be provided at both corners of one side of the culture solution storage section.

本発明の第態様に係る心筋細胞の製造方法は、上記第1態様に係るステムを用いて、未分化幹細胞を培養し、心筋細胞に分化誘導する分化誘導工程を備える方法である。 The method of manufacturing cardiomyocytes according to the second aspect of the present invention, using the system according to the first aspect, culturing undifferentiated stem cells, a method comprising a differentiation induction step of inducing differentiation into cardiomyocytes.

上記態様の細胞培養装置及び細胞培養システムによれば、高効率に未分化幹細胞を増殖させ、安定した分化誘導効率で心筋細胞を得ることができる。上記態様の心筋細胞の製造方法によれば、未分化幹細胞から安定した分化誘導効率で心筋細胞を大量に得ることができる。 According to the cell culture apparatus and cell culture system of the above-described embodiment, undifferentiated stem cells can be proliferated with high efficiency and cardiomyocytes can be obtained with stable differentiation induction efficiency. According to the method for producing cardiomyocytes according to the above embodiment, a large amount of cardiomyocytes can be obtained from undifferentiated stem cells with stable differentiation-inducing efficiency.

本実施形態の細胞培養装置の一例を示す概略構成図(斜視図)である。It is a schematic block diagram (perspective view) which shows an example of the cell culture apparatus of this embodiment. 本実施形態の細胞培養装置の一例を示す概略構成図(正面図)である。It is a schematic block diagram (front view) which shows an example of the cell culture apparatus of this embodiment. 本実施形態の細胞培養システムの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the cell culture system of this embodiment. 参考例1におけるヒトiPS細胞の培養試験のフローを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow of the culture test of the human iPS cell in the reference example 1. FIG. 参考例1におけるヒトiPS細胞のアルカリフォスファターゼ染色の結果を示す画像である。6 is an image showing the result of alkaline phosphatase staining of human iPS cells in Reference Example 1. 参考例1におけるヒトiPS細胞の免疫蛍光染色の結果を示す画像である。上は、明視野における画像であり、下は、蛍光を検出した画像である。スケールバーは100μmである。6 is an image showing the result of immunofluorescent staining of human iPS cells in Reference Example 1. The upper part is an image in a bright field, and the lower part is an image in which fluorescence is detected. The scale bar is 100 μm. 実施例1におけるヒトiPS細胞の培養試験のフローを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow of the culture test of the human iPS cell in Example 1. FIG. 参考例1及び実施例1におけるヒトiPS細胞の増殖効率を示すグラフである。3 is a graph showing the proliferation efficiency of human iPS cells in Reference Example 1 and Example 1. 実施例1におけるヒトiPS細胞の免疫蛍光染色の結果を示す画像である。左は、明視野における画像であり、右は、蛍光を検出した画像である。スケールバーは100μmである。6 is an image showing the result of immunofluorescent staining of human iPS cells in Example 1. The left is an image in the bright field, and the right is an image in which fluorescence is detected. The scale bar is 100 μm. 実施例1におけるAGV条件下及びNGV条件下でヒトiPS細胞を培養した培養液中のCO分圧、O分圧、pH、グルコース濃度及びグルタミン濃度の経時変化を示すグラフである。 3 is a graph showing changes over time in CO 2 partial pressure, O 2 partial pressure, pH, glucose concentration and glutamine concentration in a culture medium in which human iPS cells were cultured under AGV and NGV conditions in Example 1. 実施例2におけるPBS中のフェノールレッドの色の経時的な変化を示す画像である。It is an image which shows the time-dependent change of the color of phenol red in PBS in Example 2. FIG. 実施例2におけるAGV条件下でのガス置換速度を示すグラフである。It is a graph which shows the gas replacement rate under the AGV condition in Example 2. FIG. 実施例2におけるNGV条件下でのガス置換速度を示すグラフである。It is a graph which shows the gas replacement rate under the NGV condition in Example 2. FIG. 実施例2におけるヒトiPS細胞の培養試験のフローを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow of the culture test of the human iPS cell in Example 2. FIG. 実施例2におけるAGV条件下及びNGV条件下でのヒトiPS細胞の細胞数の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the cell number of the human iPS cells under the AGV condition and the NGV condition in Example 2. FIG. 実施例2におけるAGV条件下及びNGV条件下でのヒトiPS細胞の増殖効率を示すグラフである。3 is a graph showing the proliferation efficiency of human iPS cells under AGV and NGV conditions in Example 2. 実施例2におけるヒトiPS細胞の免疫蛍光染色の結果を示す画像である。上は、明視野における画像であり、下は、蛍光を検出した画像である。スケールバーは100μmである。6 is an image showing the result of immunofluorescent staining of human iPS cells in Example 2. The upper part is an image in a bright field, and the lower part is an image in which fluorescence is detected. The scale bar is 100 μm. 実施例2におけるAGV条件下及びNGV条件下でヒトiPS細胞を培養した培養液中のCO分圧、O分圧及びpHの経時変化を示すグラフである。3 is a graph showing changes over time in CO 2 partial pressure, O 2 partial pressure, and pH in a culture medium in which human iPS cells were cultured under AGV and NGV conditions in Example 2. 実施例3におけるヒトiPS細胞から心筋細胞への分化誘導試験のフローを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow of the differentiation induction test from a human iPS cell to a cardiomyocyte in Example 3. FIG. 実施例3における各条件で培養したヒトiPS細胞由来の分化細胞の細胞生存率を示すグラフである。3 is a graph showing the cell viability of differentiated cells derived from human iPS cells cultured under each condition in Example 3. 実施例3における各条件で培養したヒトiPS細胞由来の分化細胞の細胞数を示すグラフである。グラフ中、「non−CMs」とは、心筋細胞ではない細胞の数を示し、「CMs」とは心筋細胞に分化した細胞の数を示す。3 is a graph showing the number of differentiated cells derived from human iPS cells cultured under each condition in Example 3. In the graph, "non-CMs" indicates the number of cells that are not cardiomyocytes, and "CMs" indicates the number of cells differentiated into cardiomyocytes. 実施例3における各条件で培養したヒトiPS細胞由来の分化細胞中のトロポニンT陽性細胞の割合を示すグラフ(左)及びヒトiPS細胞由来心筋細胞の細胞数を示すグラフ(右)である。It is a graph which shows the ratio of the troponin T positive cell in the differentiated cell derived from the human iPS cell cultured under each condition in Example 3 (left), and the graph which shows the cell number of the human iPS cell-derived cardiomyocyte (right). 実施例3における各条件で培養したヒトiPS細胞由来の分化細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。上は、ヒトiPS細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。真ん中は、代謝選択前の細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。下は、代謝選択後の細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。3 is a graph showing the results of FACS analysis using differentiated cells derived from human iPS cells cultured under each condition in Example 3. Above is a graph showing the results of FACS analysis using human iPS cells. The middle is a graph showing the results of FACS analysis using cells before metabolism selection. Below is a graph showing the results of FACS analysis using cells after metabolism selection. 実施例3におけるヒトiPS細胞由来の分化細胞の免疫蛍光染色の結果を示す画像である。左は代謝選択前の細胞の蛍光検出画像であり、右は代謝選択後の細胞の蛍光検出画像である。スケールバーは500μmである。6 is an image showing the results of immunofluorescent staining of differentiated cells derived from human iPS cells in Example 3. The left is a fluorescence detection image of cells before metabolism selection, and the right is a fluorescence detection image of cells after metabolism selection. The scale bar is 500 μm.

≪細胞培養装置≫
図1A(斜視図)及び図1B(正面図)は、本実施形態の細胞培養装置の一例を示す概略構成図である。図1A及び図1Bを参照しながら、本実施形態の細胞培養装置の各構成について以下に詳細を説明する。
≪Cell culture device≫
1A (perspective view) and 1B (front view) are schematic configuration views showing an example of the cell culture apparatus of the present embodiment. Each configuration of the cell culture apparatus of this embodiment will be described in detail below with reference to FIGS. 1A and 1B.

図1A及び図1Bに示す細胞培養装置100は、培養容器10を複数備える。培養容器10は、培養液貯留部1と、ガス供給流路2と、ガス吐出口3と、ガス排出口4と、ガス排出流路5と、を備える。また、細胞培養装置100は、複数の培養容器10を積層することにより形成されている。図1A及び図1Bにおいて、培養容器10が10層積層されたものを例示したが、積層される数は、2層以上であればよく、これに限定されない。 The cell culture apparatus 100 shown in FIGS. 1A and 1B includes a plurality of culture containers 10. The culture container 10 includes a culture solution storage unit 1, a gas supply flow path 2, a gas discharge port 3, a gas discharge port 4, and a gas discharge flow path 5. Further, the cell culture device 100 is formed by stacking a plurality of culture containers 10. In FIGS. 1A and 1B, 10 layers of the culture vessel 10 are laminated, but the number of layers may be two or more, and the number of layers is not limited to this.

培養容器10において、培養液貯留部1は、所定の液面高さとなるように培養液7を貯留するためのものである。 In the culture vessel 10, the culture solution storage unit 1 is for storing the culture solution 7 so as to have a predetermined liquid level.

培養液貯留部1において、培養液の液面高さは2mm以上10mm以下となるように設定されていることが好ましく、2mm以上6mm以下となるように設定されていることがより好ましく、2mm以上4mm以下となるように設定されていることがさらに好ましい。
培養液の液面高さが上記下限値以上であることにより、細胞を乾燥させることなく十分な栄養を与えながら、培養液中においてより高効率で増殖させることができる。一方、上記上限値以下であることにより、培養液中に供給されるガスをより高効率で溶存させることができる。
In the culture solution storage unit 1, the liquid level height of the culture solution is preferably set to be 2 mm or more and 10 mm or less, more preferably 2 mm or more and 6 mm or less, and more preferably 2 mm or more. It is more preferable that it is set to be 4 mm or less.
When the liquid level height of the culture solution is at least the above lower limit value, the cells can be grown with higher efficiency in the culture solution while providing sufficient nutrition without drying the cells. On the other hand, when the value is not more than the above upper limit, the gas supplied to the culture solution can be dissolved with higher efficiency.

また、培養液貯留部1の形状としては、特別な限定はないが、天面から見たときの形状が矩形状であることが好ましい。 The shape of the culture solution storage portion 1 is not particularly limited, but it is preferable that the shape when viewed from the top surface is rectangular.

また、培養液貯留部1の底面には、未分化幹細胞を培養することができる公知のマトリックスで被覆されていることが好ましい。公知のマトリックスとしては、例えば、成長因子が低減されたマトリゲル(Thermo Fisher Scientific社製)、Laminin 511E8(Nippi社製)、Laminin 511/521(Biolamina社製)、Vitronectin(Thermo Fisher Scientific社製)、E−cadherin(R&D社製)、Synthemax(Corning社製)等が挙げられ、これらに限定されない。 Further, it is preferable that the bottom surface of the culture solution storage portion 1 is coated with a known matrix capable of culturing undifferentiated stem cells. Known matrices include, for example, Matrigel (manufactured by Thermo Fisher Scientific), Laminin 511E8 (manufactured by Nippi), Laminin 511/521 (manufactured by Biolamina), Vitronectin (manufactured by Thermo Fisher) with reduced growth factors. Examples thereof include, but are not limited to, E-cadherin (manufactured by R & D) and Synthemax (manufactured by Corning).

本実施形態の細胞培養装置において用いられる培養液は、細胞の生育に有効な成分を含有していてもよく、例えば、アミノ酸、ビタミン類、無機塩類、糖類、成長因子等の各種成分が挙げられる。その他、抗生物質、緩衝液、キレート剤、フェノールレッド指示薬等の成分を含有していてもよい。 The culture medium used in the cell culture apparatus of the present embodiment may contain components effective for cell growth, and examples thereof include various components such as amino acids, vitamins, inorganic salts, saccharides, and growth factors. .. In addition, it may contain components such as an antibiotic, a buffer solution, a chelating agent, and a phenol red indicator.

培養液としては、例えば、従来培地として用いられている一般的な細胞培養液と同様の組成としてもよい。前記従来培地として用いられている一般的な細胞培養液として具体的には、例えば、ダルベッコ改変イーグル培養液(DMEM)、MEM培養液(例えば、α−MEM、MEM[Hank’s BSS])、RPMI培養液(例えば、RPMI 1640等)、F12培養液、StemPro34、mTeSR1等が挙げられる。 The culture medium may have, for example, the same composition as a general cell culture medium used as a conventional medium. Specific examples of the general cell culture medium used as the conventional medium include Dulvecco-modified Eagle's culture medium (DMEM) and MEM culture medium (eg, α-MEM, MEM [Hank's BSS]). Examples thereof include RPMI culture medium (for example, RPMI 1640 etc.), F12 culture medium, StemPro34, mTeSR1 and the like.

また、培養液としては、例えば、未分化幹細胞維持培地として用いられている一般的な細胞培養液と同様の組成としてもよい。前記未分化幹細胞維持培地として具体的には、例えばStemFit培地、mTeSR(登録商標) Essential 8(登録商標)培地、StemSure(登録商標)培地等が挙げられる。 Further, the culture medium may have, for example, the same composition as a general cell culture medium used as an undifferentiated stem cell maintenance medium. Specific examples of the undifferentiated stem cell maintenance medium include StemFit medium, mTeSR® Essential 8® medium, StemSure® medium and the like.

なお、本明細書において、「未分化幹細胞」は、分化多能性を有する多能性幹細胞を包含する概念として用いられる。未分化幹細胞としては、胚性幹細胞(embryonic stem cells:ES細胞)、人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells:iPS細胞)、及び、これらの幹細胞から誘導された分化多能性を有する細胞、並びに各種体性幹細胞が含まれる。「未分化幹細胞」は、分化多能性を有する細胞であれば特に限定されず、上記例示したES細胞やiPS細胞と同等の性質を有する未知の細胞も包含する。 In addition, in this specification, "undifferentiated stem cell" is used as a concept including pluripotent stem cell having pluripotent differentiation. Examples of undifferentiated stem cells include embryonic stem cells (ES cells), artificial pluripotent stem cells (iPS cells), and cells having differentiation pluripotency derived from these stem cells. It also includes various somatic stem cells. The "undifferentiated stem cell" is not particularly limited as long as it is a cell having pluripotency, and includes an unknown cell having the same properties as the ES cells and iPS cells exemplified above.

細胞が未分化幹細胞であることは、未分化幹細胞に特異的な性質の有無や、未分化幹細胞に特異的な各種マーカーの発現等から判断することができる。例えば、未分化幹細胞に特異的な性質としては、自己複製能を有し、未分化幹細胞とは異なる性質を有する別種の細胞へと分化可能である性質が挙げられる。また、テラトーマ形成能やキメラマウス形成能等も未分化幹細胞に特異的な性質として挙げられる。 The fact that the cell is an undifferentiated stem cell can be determined from the presence or absence of properties specific to the undifferentiated stem cell, the expression of various markers specific to the undifferentiated stem cell, and the like. For example, as a property specific to undifferentiated stem cells, there is a property of having self-renewal ability and being able to differentiate into another type of cell having properties different from those of undifferentiated stem cells. In addition, teratoma-forming ability and chimeric mouse-forming ability are also mentioned as properties specific to undifferentiated stem cells.

未分化幹細胞に特異的な各種マーカー(以下、「未分化幹細胞マーカー」と称する場合がある)とは、未分化幹細胞に特異的に発現する因子である。未分化幹細胞マーカーとして具体的には、例えば、Oct3/4、Nanog、Sox2、SSEA−1、SSEA−3、SSEA−4、TRA1−60、TRA1−81、Lin28、Fbx15等が挙げられる。これら未分化幹細胞マーカーの少なくとも1つの発現が観察された場合には、当該細胞を未分化幹細胞と判断することができる。未分化幹細胞マーカーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。一実施形態として、Oct3/4を発現する細胞を未分化幹細胞と判断してもよい。なお、細胞における未分化幹細胞マーカーの発現は、RT−PCRやマイクロアレイ等の公知の方法を用いて確認することができる。 Various markers specific to undifferentiated stem cells (hereinafter, may be referred to as “undifferentiated stem cell markers”) are factors specifically expressed in undifferentiated stem cells. Specific examples of the undifferentiated stem cell marker include Oct3 / 4, Nanog, Sox2, SSEA-1, SSEA-3, SSEA-4, TRA1-60, TRA1-81, Lin28, Fbx15 and the like. When the expression of at least one of these undifferentiated stem cell markers is observed, the cell can be determined to be undifferentiated stem cell. The undifferentiated stem cell marker may be used alone or in combination of two or more. In one embodiment, cells expressing Oct3 / 4 may be determined to be undifferentiated stem cells. The expression of the undifferentiated stem cell marker in the cells can be confirmed by using a known method such as RT-PCR or microarray.

未分化幹細胞は、哺乳類の未分化幹細胞であってもよく、げっ歯類の未分化幹細胞であってもよく、霊長類の未分化幹細胞であってもよく、ヒトの未分化幹細胞であってもよい。未分化幹細胞の一例として、ヒト由来の未分化幹細胞が挙げられる。未分化幹細胞として、より具体的な例としては、ヒトiPS細胞及びヒトES細胞等が挙げられる。 The undifferentiated stem cell may be a mammalian undifferentiated stem cell, a rodent undifferentiated stem cell, a primate undifferentiated stem cell, or a human undifferentiated stem cell. good. An example of undifferentiated stem cells is undifferentiated stem cells derived from humans. More specific examples of undifferentiated stem cells include human iPS cells and human ES cells.

本明細書において、「分化細胞」とは、上記「未分化幹細胞」の性質を有しない細胞のことを指す。分化細胞は、未分化幹細胞から誘導及び分化された細胞であり得るが、分化多能性を有しない。分化細胞としては、例えば、ES細胞から分化した細胞、iPS細胞から分化した細胞であってよい。分化細胞の例としては、心筋細胞、筋細胞、繊維芽細胞、神経細胞、リンパ球等の免疫細胞、血管細胞、網膜色素上皮細胞等の眼細胞、巨核球や赤血球等の血液細胞、その他各組織細胞、及び、それらの前駆細胞等が挙げられる。中でも、本実施形態の細胞培養装置を用いて未分化幹細胞から誘導及び分化される細胞としては、心筋細胞であることが好ましい。 As used herein, the term "differentiated cell" refers to a cell that does not have the above-mentioned "undifferentiated stem cell" property. Differentiated cells can be cells derived and differentiated from undifferentiated stem cells, but do not have pluripotency. The differentiated cell may be, for example, a cell differentiated from an ES cell or a cell differentiated from an iPS cell. Examples of differentiated cells include myocardial cells, muscle cells, fibroblasts, nerve cells, immune cells such as lymphocytes, vascular cells, eye cells such as retinal pigment epithelial cells, blood cells such as giant nuclei and red blood cells, and others. Examples thereof include tissue cells and their precursor cells. Among them, cardiomyocytes are preferable as the cells induced and differentiated from undifferentiated stem cells using the cell culture apparatus of the present embodiment.

未分化幹細胞から心筋細胞を製造する場合、心筋細胞への分化が進行するにつれて、未分化中胚葉、心臓中胚葉(又は予定心筋細胞)を経て心筋細胞に分化すると考えられている。ここで、未分化中胚葉とは、未分化中胚葉に特異的なBrachyuryタンパク質の発現が認められる段階をいう。一方、心臓中胚葉(又は予定心筋細胞)とは、Brachyury等の未分化中胚葉に特異的なタンパク質の発現が認められ、且つ、同一細胞においてNkx2.5やアクチニン等の心筋細胞特異的タンパク質の発現を認めない細胞でを意味する。さらに、心臓中胚葉(又は予定心筋細胞)は、培養液に対して新たに物質が加えられることを必要とせず、専ら心筋細胞へ分化する能力を有する細胞を意味する。心筋細胞とは、自律拍動を行っている細胞のことを意味する。心筋細胞は、Nkx2.5、GATA4、アクチニン等のマーカーを発現する。 When cardiomyocytes are produced from undifferentiated stem cells, it is considered that as the differentiation into cardiomyocytes progresses, they differentiate into cardiomyocytes via undifferentiated mesoderm and cardiac mesoderm (or planned cardiomyocytes). Here, the undifferentiated mesoderm refers to a stage in which expression of a Brachyury protein specific to the undifferentiated mesoderm is recognized. On the other hand, in the heart germ layer (or planned myocardial cell), expression of a protein specific to an undifferentiated mesodermal such as Brachyury is observed, and in the same cell, a myocardial cell-specific protein such as Nkx2.5 or actinine is used. It means in cells that do not show expression. In addition, cardiac mesoderm (or planned cardiomyocytes) means cells that do not require the addition of new material to the culture medium and have the ability to differentiate exclusively into cardiomyocytes. Cardiomyocytes mean cells that are performing autonomous beatings. Cardiomyocytes express markers such as Nkx2.5, GATA4, actinin and the like.

未分化幹細胞から心筋細胞を製造する場合、例えば、未分化幹細胞を培養する培養液に、心筋細胞への分化を惹起する物質を添加することにより、心筋細胞への分化及び誘導を行ってもよい。心筋細胞への分化を惹起する物質としては、例えば、サイトカイン、接着分子、ビタミン、転写因子、心筋細胞由来の細胞外基質、BMPアンタゴニスト等を挙げられる。なお、後述の実施例に示すように、分化初期にWntシグナル及びBMPシグナルを活性化する物質(例えば、CHIR99021等)を添加し、分化後期にWntシグナルを抑制する物質(例えば、IWR1、Dkk、IWP2等)を添加することが好ましい。 When producing myocardial cells from undifferentiated stem cells, for example, differentiation and induction into myocardial cells may be performed by adding a substance that induces differentiation into myocardial cells to a culture medium for culturing undifferentiated stem cells. .. Examples of the substance that induces differentiation into cardiomyocytes include cytokines, adhesion molecules, vitamins, transcription factors, extracellular matrix derived from cardiomyocytes, BMP antagonists and the like. As shown in Examples described later, a substance that activates the Wnt signal and the BMP signal (for example, CHIR99021) is added in the early stage of differentiation, and a substance that suppresses the Wnt signal in the late stage of differentiation (for example, IWR1, Dkk, etc.). IWP2 etc.) is preferably added.

前記サイトカインとしては、例えば、デメチラーゼ、5−アザシチジン、DMSOなどの染色体DNA脱メチル化剤;PDGF、繊維芽細胞増殖因子8(FGF−8)、エンドセリン1(ET1)、ミドカイン(Midkine)骨形成因子4(BMP−4)、G−CSF、Active A等が挙げられる。 Examples of the cytokine include chromosomal DNA demethylating agents such as demethylase, 5-azacitidine, and DMSO; PDGF, fibroblast growth factor 8 (FGF-8), endoserin 1 (ET1), and midkine bone morphogenetic factor. 4 (BMP-4), G-CSF, Active A and the like can be mentioned.

前記接着分子としては、例えば、ゼラチン、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチン等が挙げられる。 Examples of the adhesion molecule include gelatin, laminin, collagen, fibronectin and the like.

前記ビタミンとしては、例えば、レチノイン酸等が挙げられる。 Examples of the vitamin include retinoic acid and the like.

前記転写因子としては、例えば、Nkx2.5/Csx、GATA4、MEF−2A、MEF−2B、MEF−2C、MEF−2D、dHAND、eHAND、TEF−1、TEF−3、TEF−5、MesP1等が挙げられる。 Examples of the transcription factor include Nkx2.5 / Csx, GATA4, MEF-2A, MEF-2B, MEF-2C, MEF-2D, dHAND, eHAND, TEF-1, TEF-3, TEF-5, Mesp1 and the like. Can be mentioned.

前記BMPアンタゴニストとしては、例えば、ノギン、コーディン、フェチュイン、フォリスタチン、スクレロスチン、ダン、サーベラス、グレムリン、ダンテ等が挙げられる。 Examples of the BMP antagonist include noggin, chordin, fetuin, follistatin, sclerostin, dan, cerberus, gremlin, dante and the like.

ガス供給流路2は、供給されたガスが通流するためのものである。 The gas supply flow path 2 is for passing the supplied gas.

本実施形態の細胞培養装置において供給されるガスとしては、細胞培養に用いられる組成のガスであればよい。中でも、供給されるガスとしては、ガス中の二酸化炭素の濃度が3%以上10%以下であることが好ましく、4%以上8%以下であることがより好ましく、5%以上6%以下であることがさらに好ましい。ガス中の二酸化炭素の濃度が上記範囲であることにより、より高効率で細胞を増殖させることができる。 The gas supplied in the cell culture apparatus of the present embodiment may be a gas having a composition used for cell culture. Among them, as the gas to be supplied, the concentration of carbon dioxide in the gas is preferably 3% or more and 10% or less, more preferably 4% or more and 8% or less, and 5% or more and 6% or less. Is even more preferable. When the concentration of carbon dioxide in the gas is in the above range, cells can be proliferated with higher efficiency.

また、供給されるガスの組成としては、その他に酸素(ガス中の濃度:例えば10%以上30%以下程度)及び窒素(ガス中の濃度:例えば70%以上90%以下程度)等を含むことができる。 The composition of the supplied gas also includes oxygen (concentration in gas: for example, about 10% or more and 30% or less) and nitrogen (concentration in gas: for example, about 70% or more and 90% or less). Can be done.

ガス吐出口3は、ガス供給流路2に設けられ、培養液貯留部1に貯留された培養液7に対してガスを吐出するためのものである。これにより培養液7中にガスが溶存し、高効率で細胞を増殖させることができる。 The gas discharge port 3 is provided in the gas supply flow path 2 and is for discharging gas to the culture liquid 7 stored in the culture liquid storage unit 1. As a result, the gas is dissolved in the culture solution 7, and the cells can be proliferated with high efficiency.

ガス排出口4は、培養液7に対して吐出されたガスを排出するためのものである。これにより、培養容器10内の空気を高効率で置換することができ、培養容器10内の空気の組成を一定に保つことができる。 The gas discharge port 4 is for discharging the gas discharged to the culture solution 7. As a result, the air in the culture vessel 10 can be replaced with high efficiency, and the composition of the air in the culture vessel 10 can be kept constant.

ガス排出流路5は、ガス排出口4を通じたガスが通流するためのものである。これにより、排出されたガスは培養系外へと排出される。 The gas discharge flow path 5 is for allowing gas to flow through the gas discharge port 4. As a result, the discharged gas is discharged to the outside of the culture system.

また、複数の培養容器において、一の培養容器のガス供給流路と、他の培養容器のガス供給流路とがそれぞれ独立していてもよく、互いに連通可能に接続されていてもよい。中でも、一の培養容器のガス供給流路と、他の培養容器のガス供給流路とが互いに連通可能に接続されていることが好ましい。これにより、各培養容器間の空気の組成を一定に保つことができる。 Further, in a plurality of culture containers, the gas supply flow path of one culture container and the gas supply flow path of another culture container may be independent of each other or may be connected to each other so as to be able to communicate with each other. Above all, it is preferable that the gas supply flow path of one culture container and the gas supply flow path of another culture container are connected to each other so as to communicate with each other. As a result, the composition of air between the culture vessels can be kept constant.

また、複数の培養容器において、一の培養容器のガス排出流路と、他の培養容器のガス排出流路とがそれぞれ独立していてもよく、互いに連通可能に接続されていてもよい。中でも、一の培養容器のガス排出流路と、他の培養容器のガス排出流路とが互いに連通可能に接続されていることが好ましい。これにより、各培養容器間の空気の組成を一定に保つことができる。 Further, in a plurality of culture containers, the gas discharge flow path of one culture container and the gas discharge flow path of another culture container may be independent of each other or may be connected to each other so as to be able to communicate with each other. Above all, it is preferable that the gas discharge flow path of one culture container and the gas discharge flow path of the other culture container are connected to each other so as to communicate with each other. As a result, the composition of air between the culture vessels can be kept constant.

また、培養容器10におけるガス供給流路2及びガス排出流路5の位置は特別な限定はなく、培養液貯留部1の天面からみた形状が矩形状である場合、培養液貯留部1における一辺の両端の角部にガス供給流路2及びガス排出流路5が設けられていてもよい。又は、培養液貯留部1における対角線上の角部にガス供給流路2及びガス排出流路5が設けられていてもよい。中でも、培養液貯留部1の天面からみた形状が矩形状である場合、培養液貯留部1における一辺の両端の角部にガス供給流路2及びガス排出流路5が設けられていることが好ましい。これにより、培養容器10内に空気の流れにより液面を波立たせることなく、適度に培養容器10内の空気が置換され、より高効率で細胞を増殖させることができる。 Further, the positions of the gas supply channel 2 and the gas discharge channel 5 in the culture vessel 10 are not particularly limited, and when the shape of the culture solution storage section 1 as viewed from the top surface is rectangular, the culture solution storage section 1 has a rectangular shape. A gas supply flow path 2 and a gas discharge flow path 5 may be provided at the corners at both ends of one side. Alternatively, the gas supply flow path 2 and the gas discharge flow path 5 may be provided at the diagonal corners of the culture solution storage unit 1. Above all, when the shape of the culture solution storage unit 1 when viewed from the top surface is rectangular, the gas supply flow path 2 and the gas discharge flow path 5 are provided at the corners of both ends of one side of the culture solution storage unit 1. Is preferable. As a result, the air in the culture vessel 10 is appropriately replaced without causing the liquid level to undulate in the culture vessel 10 due to the flow of air, and the cells can be proliferated with higher efficiency.

≪細胞培養システム≫
図2は、本実施形態の細胞培養システムの一例を示す概略構成図である。図2を参照しながら、本実施形態の細胞培養システムの各構成について以下に詳細を説明する。
≪Cell culture system≫
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of the cell culture system of the present embodiment. Each configuration of the cell culture system of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 2.

図2に示す細胞培養システムAは、上記実施形態に係る細胞培養装置100と、ガス供給装置200と、を備える。 The cell culture system A shown in FIG. 2 includes a cell culture device 100 and a gas supply device 200 according to the above embodiment.

ガス供給装置200は、ガス供給流路2と互いに連通可能に接続している。ガス供給装置200は、二酸化炭素ボンベ11a、酸素ボンベ11b及び窒素ボンベ11cと、弁12a、弁12b及び弁12cと、ポンプ13とを備える。ガス供給装置200において、弁12a、弁12b及び弁12cを制御することで、細胞培養装置100に供給されるガス中の二酸化炭素、酸素及び窒素の濃度が上記細胞培養装置において示した範囲となるように、二酸化炭素ボンベ11a、酸素ボンベ11b及び窒素ボンベ11cからそれぞれ二酸化炭素、酸素及び窒素を供給することができる。 The gas supply device 200 is connected to the gas supply flow path 2 so as to communicate with each other. The gas supply device 200 includes a carbon dioxide cylinder 11a, an oxygen cylinder 11b and a nitrogen cylinder 11c, a valve 12a, a valve 12b and a valve 12c, and a pump 13. By controlling the valves 12a, 12b and 12c in the gas supply device 200, the concentrations of carbon dioxide, oxygen and nitrogen in the gas supplied to the cell culture device 100 are within the range shown in the cell culture device. As described above, carbon dioxide, oxygen and nitrogen can be supplied from the carbon dioxide cylinder 11a, the oxygen cylinder 11b and the nitrogen cylinder 11c, respectively.

また、図2に示すように、弁12a、弁12b及び弁12cは、制御部300としてのコンピュータに電気的に接続しており、コンピュータからの指令に基づいて動作するようになっていてもよい。制御部300は、細胞培養装置100に供給されるガス中の二酸化炭素、酸素及び窒素の濃度が上記細胞培養装置において示した範囲となるように、弁12a、弁12b及び弁12cを制御して、二酸化炭素ボンベ11a、酸素ボンベ11b及び窒素ボンベ11cからそれぞれ二酸化炭素、酸素及び窒素を供給することができる。 Further, as shown in FIG. 2, the valves 12a, 12b and 12c may be electrically connected to the computer as the control unit 300 and may operate based on a command from the computer. .. The control unit 300 controls the valves 12a, 12b and 12c so that the concentrations of carbon dioxide, oxygen and nitrogen in the gas supplied to the cell culture apparatus 100 are within the ranges shown in the cell culture apparatus. , Carbon dioxide cylinder 11a, oxygen cylinder 11b and nitrogen cylinder 11c can supply carbon dioxide, oxygen and nitrogen, respectively.

また、図2に示さないが、培養容器10のうち少なくとも1つは、溶存ガス濃度検出器(図示せず)を備えてもよい。さらに、この溶存ガス濃度検出器は、制御部300としてのコンピュータに電気的に接続していてもよい。これにより、溶存ガス濃度検出器で検出された培養液中の溶存ガス濃度が制御部300に伝達することができる。例えば、培養液中の溶存ガス濃度が上記の細胞培養装置において示した範囲から外れている場合、当該範囲内におさまるように、弁12a、弁12b及び弁12cを制御することで、二酸化炭素ボンベ11a、酸素ボンベ11b及び窒素ボンベ11cからそれぞれ二酸化炭素、酸素及び窒素を供給して、培養液内の溶存ガス濃度を制御することができる。 Further, although not shown in FIG. 2, at least one of the culture vessels 10 may be provided with a dissolved gas concentration detector (not shown). Further, the dissolved gas concentration detector may be electrically connected to a computer as a control unit 300. As a result, the dissolved gas concentration in the culture solution detected by the dissolved gas concentration detector can be transmitted to the control unit 300. For example, when the concentration of the dissolved gas in the culture solution is out of the range shown in the above cell culture apparatus, the carbon dioxide cylinder is controlled by controlling the valves 12a, 12b and 12c so as to be within the range. Carbon dioxide, oxygen and nitrogen can be supplied from 11a, the oxygen cylinder 11b and the nitrogen cylinder 11c, respectively, to control the concentration of the dissolved gas in the culture broth.

また、図2に示さないが、ポンプ13は、制御部300としてのコンピュータに電気的に接続しており、コンピュータからの指令に基づいて動作するようになっていてもよい。これにより、制御部300は、ポンプ13を制御して、供給されるガスの速度を制御することができる。 Further, although not shown in FIG. 2, the pump 13 may be electrically connected to a computer as a control unit 300 and may operate based on a command from the computer. As a result, the control unit 300 can control the pump 13 to control the speed of the supplied gas.

供給されるガスの速度としては、1層あたり5mL/分以上100mL/分以下であることが好ましく、10mL/分以上80mL/分以下であることがより好ましく、20mL/分以上60mL/分以下であることがさらに好ましい。ガスの速度が上記範囲であることにより、培養容器10内の空気をより高効率で置換することができる。 The rate of the gas supplied is preferably 5 mL / min or more and 100 mL / min or less, more preferably 10 mL / min or more and 80 mL / min or less, and 20 mL / min or more and 60 mL / min or less. It is more preferable to have. When the gas velocity is in the above range, the air in the culture vessel 10 can be replaced with higher efficiency.

また、図2に示さないが、ガス排出流路は、ガスを排出するためのポンプを備えていてもよい。これにより、培養装置100内のガスをより高効率に培養系外に排出することができる。また、このガスを排出するためのポンプについても、制御部300としてのコンピュータに電気的に接続しており、コンピュータからの指令に基づいて動作するようになっていてもよい。 Further, although not shown in FIG. 2, the gas discharge flow path may be provided with a pump for discharging gas. As a result, the gas in the culture apparatus 100 can be discharged to the outside of the culture system more efficiently. Further, the pump for discharging this gas may also be electrically connected to the computer as the control unit 300 and may be operated based on a command from the computer.

≪心筋細胞の製造方法≫
本発明の一実施形態に係る心筋細胞の製造方法は、上記実施形態に係る細胞培養装置、又は、上記実施形態に係る細胞培養システムを用いて、未分化幹細胞を培養し、心筋細胞に分化誘導する分化誘導工程を備える方法である。
≪Manufacturing method of cardiomyocytes≫
In the method for producing myocardial cells according to an embodiment of the present invention, undifferentiated stem cells are cultured using the cell culture apparatus according to the above embodiment or the cell culture system according to the above embodiment to induce differentiation into myocardial cells. It is a method including a differentiation induction step.

本実施形態の心筋細胞の製造方法によれば、未分化幹細胞から安定した分化誘導効率で心筋細胞を大量に得ることができる。図1A、図1B及び図2を参照しながら、本実施形態の心筋細胞の製造方法について以下に詳細を説明する。 According to the method for producing cardiomyocytes of the present embodiment, a large amount of cardiomyocytes can be obtained from undifferentiated stem cells with stable differentiation-inducing efficiency. The method for producing cardiomyocytes according to this embodiment will be described in detail below with reference to FIGS. 1A, 1B and 2.

[分化誘導工程]
まず、培養容器10に未分化幹細胞8を播種する。播種する細胞数としては、特別な限定はなく、例えば、1.0×10個/cm以上5.0×10個/cm以下程度であればよい。また、未分化幹細胞としては、上記細胞培養装置において例示されたものと同様のものが挙げられる。
[Differentiation induction step]
First, the undifferentiated stem cells 8 are seeded in the culture vessel 10. The number of cells to be seeded is not particularly limited, and may be, for example, 1.0 × 10 3 cells / cm 2 or more and 5.0 × 10 3 cells / cm 2 or less. Moreover, as the undifferentiated stem cell, the same thing as those exemplified in the said cell culture apparatus can be mentioned.

次いで、心筋細胞への分化を惹起する物質を含む培養液7を用いて、培養を開始する。心筋細胞への分化を惹起する物質及び培養液としては、上記細胞培養装置において例示されたものと同様のものが挙げられる。培養液は、1日以上3日以下おきに交換することができる。 Then, the culture is started using the culture solution 7 containing the substance that induces the differentiation into cardiomyocytes. Examples of the substance and culture medium that induce differentiation into cardiomyocytes include those similar to those exemplified in the above cell culture apparatus. The culture medium can be changed every 1 day or more and 3 days or less.

分化誘導工程において、細胞培養装置100に、ガスを積極的に供給することが好ましい。供給されるガスとしては、上記細胞培養装置において例示されたものと同様のものが挙げられる。中でも、供給されるガス中の二酸化炭素の濃度が3%以上10%以下であることが好ましく、4%以上8%以下であることがより好ましく、5%以上6%以下であることがさらに好ましい。ガス中の二酸化炭素の濃度が上記範囲であることにより、より高効率で細胞を増殖させることができる。 In the differentiation induction step, it is preferable to positively supply gas to the cell culture apparatus 100. Examples of the gas to be supplied include the same as those exemplified in the above cell culture apparatus. Above all, the concentration of carbon dioxide in the supplied gas is preferably 3% or more and 10% or less, more preferably 4% or more and 8% or less, and further preferably 5% or more and 6% or less. .. When the concentration of carbon dioxide in the gas is in the above range, cells can be proliferated with higher efficiency.

また、供給されるガスの速度としては、1層あたり5mL/分以上100mL/分以下であることが好ましく、10mL/分以上80mL/分以下であることがより好ましく、20mL/分以上60mL/分以下であることがさらに好ましい。ガスの速度が上記範囲であることにより、培養容器10内の空気をより高効率で置換することができる。 The rate of the supplied gas is preferably 5 mL / min or more and 100 mL / min or less, more preferably 10 mL / min or more and 80 mL / min or less, and 20 mL / min or more and 60 mL / min or less. The following is more preferable. When the gas velocity is in the above range, the air in the culture vessel 10 can be replaced with higher efficiency.

培養温度としては、例えば30℃以上40℃以下とすることができる。培養時間としては、7日以上14日以下であることが好ましい。培養時間が上記範囲内であることにより、培養することで、未分化幹細胞から心筋細胞への分化誘導を完了させることができる。 The culture temperature can be, for example, 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. The culture time is preferably 7 days or more and 14 days or less. When the culture time is within the above range, the induction of differentiation from undifferentiated stem cells to cardiomyocytes can be completed by culturing.

図2に示す細胞培養システムAを使用する場合、供給されるガスの組成及び速度は、制御部300としてのコンピュータにより自動で制御することができる。 When the cell culture system A shown in FIG. 2 is used, the composition and speed of the supplied gas can be automatically controlled by a computer as the control unit 300.

本実施形態の心筋細胞の製造方法は、分化誘導工程に加えて、他の工程を備えていてもよい。他の工程としては、例えば、分化細胞を精製する工程、分化細胞を回収する工程等が挙げられる。これらの工程を追加する場合、これらの工程は、上記分化誘導工程の後に行われる。 The method for producing cardiomyocytes of the present embodiment may include other steps in addition to the differentiation induction step. Examples of other steps include a step of purifying differentiated cells, a step of recovering differentiated cells, and the like. When these steps are added, these steps are performed after the above-mentioned differentiation induction step.

心筋細胞の精製工程や回収工程としては、例えば、国際公開第2006/022377号(参考文献1)、国際公開第2007/088874号(参考文献2)、国際公開2016/010165号(参考文献3)に記載の方法等を、精製工程に適用してもよい。また、回収工程としては、遠心分離法等を適用してもよい。 Examples of the cardiomyocyte purification step and recovery step include International Publication No. 2006/022377 (Reference 1), International Publication No. 2007/088744 (Reference 2), and International Publication No. 2016/010165 (Reference 3). The method described in 1 may be applied to the purification step. Further, as the recovery step, a centrifugation method or the like may be applied.

本実施形態の製造方法において得られる心筋細胞は、例えば、分化細胞/(未分化幹細胞+分化細胞)×100で表される分化細胞率が、50%以上であってよく、70%以上であってよく、80%以上であってよく、90%以上であってよく、95%以上であってよい。なお、死細胞は上記細胞数に含めないものとする。 In the cardiomyocytes obtained by the production method of the present embodiment, for example, the differentiated cell ratio represented by differentiated cells / (undifferentiated stem cells + differentiated cells) × 100 may be 50% or more, and may be 70% or more. It may be 80% or more, 90% or more, and 95% or more. In addition, dead cells are not included in the above number of cells.

さらに、他の実施形態において、本発明は、上記分化誘導工程を含む心筋細胞の製造方法によって製造された心筋細胞、を提供する。 Furthermore, in another embodiment, the present invention provides cardiomyocytes produced by the method for producing cardiomyocytes including the above-mentioned differentiation induction step.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[参考例1]1層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の培養
1.ヒトiPS細胞の準備
ヒトiPS細胞系統(253G4)は、京都大学iPSCリサーチアンドアプリケーションセンターから入手した。
[Reference Example 1] Culturing of human iPS cells using a cell culture device consisting of one layer 1. Preparation of human iPS cells Human iPS cell lineage (253G4) was obtained from the Kyoto University iPSC Research and Application Center.

2.ヒトiPS細胞の培養
次いで、ヒトiPS細胞(253G4)1×10個を1層のプレート(培養面積:632cm、成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート)(Thermo Fisher Scientific社製)に播種した(図3A参照)。培養液としては、改変Stem Fit培地(味の素社製)120mLを用いて、1日おきに交換した。
2. 2. Culture of human iPS cells Next, 1 × 10 6 human iPS cells (culture area: 632 cm 2 , a plate coated with a growth factor-reducing matrix gel) (manufactured by Thermo Fisher Scientific) were seeded. (See FIG. 3A). As the culture broth, 120 mL of modified Stem Fit medium (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) was used and replaced every other day.

なお、改変Stem Fit培地の組成としては、21種のアミノ酸、10種のビタミン、5種の微量ミネラル及び塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を含む7種の成長因子である。21種のアミノ酸としては、L−アラニン、L−アルギニン、L−アスパラギン、L−アスパラギン酸、L−システイン、L−グルタミン酸。L−グルタミン、グリシン、L−ヒスチジン、L−イソロイシン、L−ロイシン、L−メチオニン、L−フェニルアラニン、L−プロリン、L−セリン、L−スレオニン、L−トリプトファン、L−チロシン及びL−バリンである。10種のビタミンとしては、L−アスコルビン酸、コバラミン、ビオチン、葉酸、I−イノシトール、ナイアシンアミド、D−ペンチテン酸カルシウム、ピリドキシン、リボフラビン及びチオアミン塩酸塩である。5種の微量ミネラルとしては、硫酸銅(II)、硫酸鉄(II),硝酸鉄(II)、硫酸亜鉛及び亜セレン酸ナトリウムである。改変Stem Fit培地では、通常のStem Fit培地と比較して、大量培養のために、ほとんどの成分を8倍量含有している。 The composition of the modified Stem Fit medium is 7 kinds of growth factors including 21 kinds of amino acids, 10 kinds of vitamins, 5 kinds of trace minerals and basic fibroblast growth factor (bFGF). The 21 kinds of amino acids include L-alanine, L-arginine, L-asparagine, L-aspartic acid, L-cysteine, and L-glutamic acid. With L-glutamine, glycine, L-histidine, L-isoleucine, L-leucine, L-methionine, L-phenylalanine, L-proline, L-serine, L-threonine, L-tryptophan, L-tyrosine and L-valine. be. The 10 vitamins are L-ascorbic acid, cobalamin, biotin, folic acid, I-inositol, niacinamide, calcium D-pentitate, pyridoxine, riboflavin and thioamine hydrochloride. The five trace minerals are copper (II) sulfate, iron (II) sulfate, iron (II) nitrate, zinc sulfate and sodium selenite. The modified Stem Fit medium contains 8 times the amount of most of the components for large-scale culture as compared with the normal Stem Fit medium.

また、正常ガスインキュベーター中で7日間培養した。次いで、培養後の細胞を収集し、成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート上で改変Stem Fit培地(味の素社製)(10μMのY27632(和光純薬工業社製)含有)に細胞を再懸濁した。次いで、Vi−Cell細胞カウンター(Beckman Coulter社製)を用いて、細胞数を計測した。7日後の細胞数は、7.9×10個(3.0×10細胞/cm)であり、細胞の増殖効率は187倍であった。なお、ヒトiPS細胞の増殖効率とは、細胞培養装置への播種細胞数に対する、7日後の細胞培養装置中の合計細胞数の割合である。 In addition, the cells were cultured in a normal gas incubator for 7 days. The cultured cells were then collected and resuspended in modified Stem Fit medium (Ajinomoto) (containing 10 μM Y27632 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)) on a plate coated with a growth factor-reduced matrigel. did. Then, the number of cells was counted using a Vi-Cell cell counter (manufactured by Beckman Coulter). Cell numbers after 7 days is 7.9 × 10 8 cells (3.0 × 10 5 cells / cm 2), proliferation efficiency of the cells was 187 times. The proliferation efficiency of human iPS cells is the ratio of the total number of cells in the cell culture device after 7 days to the number of seeded cells in the cell culture device.

3.ヒトiPS細胞の形質確認
(1)アルカリフォスファターゼ(ALP)染色
Leukocyte Alkaline Phosphatase kit(シグマ社製)を用いて、「1.」で7日間培養したヒトiPS細胞を染色した。結果を図3Bに示す。
3. 3. Confirmation of traits of human iPS cells (1) Alkaline phosphatase (ALP) staining Human iPS cells cultured for 7 days in "1." were stained using a Leukocyte Alkaline Phosphatase kit (manufactured by Sigma). The results are shown in FIG. 3B.

図3Bから、全てのコロニーにおいてALP陽性であり、多能性状態が保たれていた。また、図3Bに示すように、ヒトiPS細胞はプレート全体にわたって均一に培養されていた。 From FIG. 3B, all colonies were ALP-positive, and the pluripotency state was maintained. Also, as shown in FIG. 3B, human iPS cells were uniformly cultured throughout the plate.

(2)未分化幹細胞マーカーの検出
「1.」で7日間培養したヒトiPS細胞を4%パラホルムアルデヒドで20分間固定した。次いで、細胞を0.1%Triton X−100(シグマ社製)を用いて、室温で5分間浸透させた。次いで、一次抗体として、以下のa)〜c)を用いて4℃で一晩インキュベートした。
a)マウス抗TRA1−60(Millipore社製)の1/200希釈物
b)マウス抗TRA1−81(Millipore社製)の1/200希釈物
c)マウス抗SSEA4(Millipore社製)の1/200希釈物
(2) Detection of undifferentiated stem cell markers Human iPS cells cultured for 7 days in "1." were fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes. The cells were then infiltrated with 0.1% Triton X-100 (manufactured by Sigma) at room temperature for 5 minutes. Then, as the primary antibody, the cells were incubated overnight at 4 ° C. using the following a) to c).
a) 1/200 dilution of mouse anti-TRA1-60 (Millipore) b) 1/200 dilution of mouse anti-TRA1-81 (Millipore) c) 1/200 of mouse anti-SSEA4 (Millipore) Diluted product

次いで、細胞をn0.1%Tween20を含むPBSで3回洗浄した。次いで、二次抗体として、Alexa Fluor 488/594抗マウスIgGを用いて、室温で1時間インキュベーションした。 The cells were then washed 3 times with PBS containing n0.1% Tween 20. Then, as a secondary antibody, Alexa Fluor 488/594 anti-mouse IgG was used and incubated at room temperature for 1 hour.

次いで、Hoechst 33342(Thermo Fisher Scientific社製)で核染色した。蛍光顕微鏡(Axio Observe、Carl Zeiss社製)を用いて、染色細胞を検出した。結果を図3Cに示す。上は明視野での画像であり、下は蛍光検出画像である。図3Cにおいて、上及び下共に、スケールバーは100μmである。 Then, nuclear staining was performed with Hoechst 33342 (manufactured by Thermo Fisher Scientific). Stained cells were detected using a fluorescence microscope (Axio Obsave, manufactured by Carl Zeiss). The results are shown in FIG. 3C. The upper part is an image in a bright field, and the lower part is a fluorescence detection image. In FIG. 3C, the scale bar is 100 μm both above and below.

図3Cから、すべてのコロニーにおいて、未分化幹細胞マーカーの強い発現が観察された。 From FIG. 3C, strong expression of undifferentiated stem cell markers was observed in all colonies.

以上のことから、1層からなる細胞培養装置を用いた2D培養系がヒトiPS細胞における多能性の維持に適していることが強く示唆された。 From the above, it was strongly suggested that a 2D culture system using a cell culture device consisting of one layer is suitable for maintaining pluripotency in human iPS cells.

[実施例1]4層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の培養
1.ヒトiPS細胞の準備
参考例1の「1.」と同様に、ヒトiPS細胞系統(253G4)を準備した。
[Example 1] Culturing of human iPS cells using a cell culture device consisting of four layers 1. Preparation of human iPS cells A human iPS cell line (253G4) was prepared in the same manner as in "1." of Reference Example 1.

2.ヒトiPS細胞の培養
次いで、ヒトiPS細胞(253G4)1×10個/1層(合計4×10個)を4層のプレート(培養面積:632cm×4層=2528cm、成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート)(Thermo Fisher Scientific社製)に播種した(図4A参照)。培養液としては、改変Stem Fit培地(味の素社製)500mL/4層を用いて、1日おきに交換した。また、多層ガスインキュベーター(MG−70M、TAITEC社製)(以下、「AGV」と称する場合がある)を用いて、1層当たり50mL/分の速度で5%CO含有ガスを積極的に通気しながら、細胞を37℃で7日間培養した。また、対照として、正常ガスインキュベーター(以下、「NGV」と称する場合がある)を用いて、細胞を37℃で7日間培養した。次いで、培養後の細胞を収集し、成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート上で改変Stem Fit培地(味の素社製)(10μMのY27632(和光純薬工業社製)含有)に細胞を再懸濁した。次いで、Vi−Cell細胞カウンター(Beckman Coulter社製)を用いて、細胞数を計測した。
2. 2. Human iPS cell culture then human iPS cells (253G4) 1 × 10 6 cells / 1 layer (a total of 4 × 10 6 cells) of 4-layer plates (culture area: 632cm 2 × 4 layers = 2528cm 2, reduced growth factor The seeds were sown on a plate coated with Matrigel (manufactured by Thermo Fisher Scientific) (see FIG. 4A). As the culture broth, a modified Stem Fit medium (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) 500 mL / 4 layer was used and replaced every other day. In addition, a multi-layer gas incubator (MG-70M, manufactured by TAITEC) (hereinafter, may be referred to as "AGV") is used to actively aerate 5% CO 2- containing gas at a rate of 50 mL / min per layer. The cells were cultured at 37 ° C. for 7 days. In addition, as a control, cells were cultured at 37 ° C. for 7 days using a normal gas incubator (hereinafter, may be referred to as “NGV”). The cultured cells were then collected and resuspended in modified Stem Fit medium (Ajinomoto) (containing 10 μM Y27632 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)) on a plate coated with a growth factor-reduced matrigel. did. Then, the number of cells was counted using a Vi-Cell cell counter (manufactured by Beckman Coulter).

その結果、4層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の増殖効率は、179倍であり、1層からなる細胞培養装置を用いた場合(187倍)と、ほぼ同等であった(図4B参照)。 As a result, the proliferation efficiency of human iPS cells using the 4-layer cell culture device was 179 times, which was almost the same as that when the 1-layer cell culture device was used (187 times) (Fig.). See 4B).

3.ヒトiPS細胞の形質確認
(1)未分化幹細胞マーカーの検出
「1.」で7日間培養したヒトiPS細胞を4%パラホルムアルデヒドで20分間固定した。次いで、細胞を0.1%Triton X−100(シグマ社製)を用いて、室温で5分間浸透させた。次いで、一次抗体として、以下のa)〜d)を用いて4℃で一晩インキュベートした。
a)ウサギ抗NANOG(ReproCELL社製)の1/200希釈物
b)マウス抗OCT4(Santa Cruz Biotechnology社製)の1/200希釈物
c)マウス抗TRA1−60(Millipore社製)の1/200希釈物
d)マウス抗SSEA4(Millipore社製)の1/200希釈物
3. 3. Confirmation of human iPS cell traits (1) Detection of undifferentiated stem cell markers Human iPS cells cultured for 7 days in "1." were fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes. The cells were then infiltrated with 0.1% Triton X-100 (manufactured by Sigma) at room temperature for 5 minutes. Then, as the primary antibody, the cells were incubated overnight at 4 ° C. using the following a) to d).
a) 1/200 dilution of rabbit anti-NANOG (ReproCELL) b) 1/200 dilution of mouse anti-OCT4 (Santa Cruz Biotechnology) c) 1/200 of mouse anti-TRA1-60 (Millipore) Diluted d) 1/200 diluted product of mouse anti-SSEA4 (manufactured by Millipore)

次いで、細胞を0.1%Tween20を含むPBSで3回洗浄した。次いで、二次抗体として、Alexa Fluor 488/594抗マウスIgG、又は、Alexa Fluor 488/594抗ウサギIgGを用いて、室温で1時間インキュベーションした。 The cells were then washed 3 times with PBS containing 0.1% Tween 20. Then, as a secondary antibody, Alexa Fluor 488/594 anti-mouse IgG or Alexa Fluor 488/594 anti-rabbit IgG was used and incubated at room temperature for 1 hour.

次いで、Hoechst 33342(Thermo Fisher Scientific社製)で核染色した。蛍光顕微鏡(Axio Observe、Carl Zeiss社製)を用いて、染色細胞を検出した。結果を図4Cに示す。左は明視野での画像であり、右は蛍光検出画像である。図4Cにおいて、左及び右共に、スケールバーは100μmである。 Then, nuclear staining was performed with Hoechst 33342 (manufactured by Thermo Fisher Scientific). Stained cells were detected using a fluorescence microscope (Axio Obsave, manufactured by Carl Zeiss). The results are shown in FIG. 4C. The image on the left is a bright field image, and the image on the right is a fluorescence detection image. In FIG. 4C, the scale bar is 100 μm on both the left and right sides.

図4Cから、すべてのコロニーにおいて、未分化幹細胞マーカーの強い発現が観察された。 From FIG. 4C, strong expression of undifferentiated stem cell markers was observed in all colonies.

4.培養液中のバイオプロファイル分析
AGV又はNGV条件下での培養開始から3、5及び7日後の培養液中のCO分圧(pCO)、O分圧(pO)、pH、グルコース濃度及びグルタミン濃度を、BioProfile 400 Analyzer(Nova Biomedical社製)を用いて測定した。結果を図4Dに示す。
4. Bio profile analysis AGV or CO 2 partial pressure of the culture solution in 3, 5 and 7 days after the start of culture in the NGV conditions in the culture medium (pCO 2), O 2 partial pressure (pO 2), pH, glucose concentration And glutamine concentration was measured using BioProfile 400 Analyzer (manufactured by Nova Biomedical). The results are shown in FIG. 4D.

図4Dから、培養液中のCO分圧は、AGV条件下では、培養開始から3、5及び7日後のいずれの時点でも安定であった。一方、NGV条件下では、培養液中のCO分圧は、時間の経過とともに有意に増加した。 From FIG. 4D, the partial pressure of CO 2 in the culture medium was stable under AGV conditions at any of the time points 3, 5 and 7 days after the start of the culture. On the other hand, under NGV conditions, the partial pressure of CO 2 in the culture medium increased significantly over time.

また、いずれの条件下でも、培養液のpHは低下し、培養液中のO分圧は有意に変化しなかった。また、いずれの条件下でも、培地中のグルコース濃度及びグルタミン濃度は、時間の経過とともに著しく減少した。 Further, in any conditions, pH of the culture decreases, O 2 partial pressure in the culture medium did not change significantly. In addition, under either condition, the glucose concentration and the glutamine concentration in the medium decreased significantly with the passage of time.

[実施例2]10層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の培養
1.ヒトiPS細胞の準備
参考例1の「1.」と同様に、ヒトiPS細胞系統(253G4)を準備した。
[Example 2] Culturing of human iPS cells using a cell culture device consisting of 10 layers 1. Preparation of human iPS cells A human iPS cell line (253G4) was prepared in the same manner as in "1." of Reference Example 1.

2.各層におけるCO透過性の確認
10層からなる細胞培養装置に2LのPBS(20mgのフェノールレッド含有)を満たし、多層ガスインキュベーター(MG−70M、TAITEC社製)を用いて、1層当たり50mL/分の速度で5%CO含有ガスを37℃で1時間積極的に細胞培養装置内に通気した。また、開始から10分毎に写真を撮影した。結果を図5に示す。
2. 2. Confirmation of CO 2 permeability in each layer Fill a cell culture device consisting of 10 layers with 2 L of PBS (containing 20 mg of phenol red), and use a multi-layer gas incubator (MG-70M, manufactured by TAITEC) at 50 mL / layer. A 5% CO 2- containing gas was actively aerated into the cell culture apparatus at 37 ° C. for 1 hour at a rate of 1 minute. In addition, photographs were taken every 10 minutes from the start. The results are shown in FIG.

図5から、AGV条件下では、PBS中のフェノールレッドから1時間後には、赤色から黄色に変化していた。このことから、培養液中に十分にCOが供給されることが確かめられた。 From FIG. 5, under AGV conditions, the red color changed to yellow 1 hour after the phenol red in PBS. From this, it was confirmed that CO 2 was sufficiently supplied to the culture broth.

3.ガス交換速度の確認
AGV条件下では、10層からなる細胞培養装置に多層ガスインキュベーター(MG−70M、TAITEC社製)を用いて、1層当たり50mL/分の速度でNガスを積極的に通気した。また、NGV条件下では、10層からなる細胞培養装置を低酸素状態(1%O)下に静置した。AGV条件下及びNGV条件下の10層からなる細胞培養装置の第5層に、センサチップ(SP−PSt3−YAU−D5、PreSens社製)及び光ファイバ(POF−1MSA、PreSens社製)を配置した。Fibox 3(PreSens社製)を用いて、層内の酸素濃度を測定した。結果を図6A(AGV条件下)及び図6B(NGV条件下)に示す。
3. 3. The confirmation AGV conditions of gas exchange rate, multi-layer gas incubator for cell culture apparatus comprising a 10-layer (MG-70M, manufactured by TAITEC Co., Ltd.) using a positively N 2 gas in the 50 mL / min per layer rate Ventilated. In addition, under NGV conditions, a cell culture device consisting of 10 layers was allowed to stand under a hypoxic state (1% O 2). A sensor chip (SP-PSt3-YAU-D5, manufactured by PreSens) and an optical fiber (POF-1MSA, manufactured by PreSens) are placed on the fifth layer of a cell culture apparatus consisting of 10 layers under AGV and NGV conditions. did. The oxygen concentration in the layer was measured using Fibox 3 (manufactured by PreSens). The results are shown in FIGS. 6A (AGV conditions) and 6B (NGV conditions).

図6Aから、AGV条件下では、4時間でガス交換が完了した。一方、図6Bから、NGV条件下では、24時間の間に、ガス交換が完了することができなかった。 From FIG. 6A, the gas exchange was completed in 4 hours under AGV conditions. On the other hand, from FIG. 6B, under NGV conditions, the gas exchange could not be completed within 24 hours.

4.ヒトiPS細胞の培養
次いで、ヒトiPS細胞(253G4)1×10個/1層(合計1×10個)を10層のプレート(培養面積:632cm×10層=6320cm、成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート)(Thermo Fisher Scientific社製)に播種した(図7A参照)。培養液としては、改変Stem Fit培地(味の素社製)1200mL/10層を用いて、1日おきに交換した。また、多層ガスインキュベーター(MG−70M、TAITEC社製)(以下、「AGV」と称する場合がある)を用いて、1層当たり50mL/分の速度で5%CO含有ガスを積極的に通気しながら、細胞を37℃で7日間培養した。また、対照として、正常ガスインキュベーター(以下、「NGV」と称する場合がある)を用いて、細胞を37℃で28日間培養した。なお、ヒトiPS細胞は、1週間(7日)毎に、D−PBSで洗浄し、細胞分散剤として、Accutase(登録商標)(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて、継代した。
4. Human iPS cell culture plates are then of human iPS cells (253G4) 1 × 10 6 cells / 1 Layers (total 1 × 10 7 cells) 10 layers (culture area: 632cm 2 × 10 layers = 6320cm 2, reduced growth factor The seeds were sown on a plate coated with Matrigel (manufactured by Thermo Fisher Scientific) (see FIG. 7A). As the culture broth, 1200 mL / 10 layers of modified Stem Fit medium (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) were used and replaced every other day. In addition, a multi-layer gas incubator (MG-70M, manufactured by TAITEC) (hereinafter, may be referred to as "AGV") is used to actively aerate 5% CO 2- containing gas at a rate of 50 mL / min per layer. The cells were cultured at 37 ° C. for 7 days. In addition, as a control, cells were cultured at 37 ° C. for 28 days using a normal gas incubator (hereinafter, may be referred to as “NGV”). Human iPS cells were washed with D-PBS every week (7 days) and subcultured using Actase (registered trademark) (manufactured by Thermo Fisher Scientific) as a cell dispersant.

また、培養開始から7、14、21及び28日後に細胞を収集し、成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート上で改変Stem Fit培地(味の素社製)(10μMのY27632(和光純薬工業社製)含有)に細胞を再懸濁した。次いで、Vi−Cell細胞カウンター(Beckman Coulter社製)を用いて、細胞数を計測した。AGV条件下及びNGV条件下での10層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の細胞数の経時変化を図7Bに示す。また、AGV条件下及びNGV条件下での培養開始から7日後のヒトiPS細胞の増殖効率を図7Cに示す。 In addition, cells were collected 7, 14, 21 and 28 days after the start of culture, and modified Stem Fit medium (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) (10 μM Y27632 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) on a plate coated with a growth factor-reduced matrigel. ) Containing) cells were resuspended. Then, the number of cells was counted using a Vi-Cell cell counter (manufactured by Beckman Coulter). FIG. 7B shows the time course of the cell number of human iPS cells using a cell culture device consisting of 10 layers under AGV and NGV conditions. In addition, the proliferation efficiency of human iPS cells 7 days after the start of culture under AGV and NGV conditions is shown in FIG. 7C.

図7Bから、AGV条件下では、NGV条件下よりも、ヒトiPS細胞の増殖が安定していた。 From FIG. 7B, the proliferation of human iPS cells was more stable under AGV conditions than under NGV conditions.

図7Cから、AGV条件下では、培養開始から7日後のヒトiPS細胞の細胞数が1.7×10個であり、NGV条件下よりも44%程度細胞数が多かった。 From Figure 7C, the AGV conditions, cell number of human iPS cells after 7 days from the initiation of the culture is 1.7 × 10 9 cells were often cell number approximately 44% than the NGV conditions.

5.ヒトiPS細胞の形質確認
(1)未分化幹細胞マーカーの検出
実施例1の「3.」の(1)と同様の方法を用いて、AGV条件下で培養したヒトiPS細胞について、未分化幹細胞マーカー(NANOG、OCT4、TRA1−60及びSSEA4)を検出した。結果を図7Dに示す。図7Dにおいて、上及び下共に、スケールバーは100μmである。
5. Confirmation of traits of human iPS cells (1) Detection of undifferentiated stem cell markers For human iPS cells cultured under AGV conditions using the same method as in (1) of "3." of Example 1, undifferentiated stem cell markers. (NANOG, OCT4, TRA1-60 and SSEA4) were detected. The results are shown in FIG. 7D. In FIG. 7D, the scale bar is 100 μm both above and below.

図7Dから、すべてのコロニーにおいて、未分化幹細胞マーカーの強い発現が観察された。 From FIG. 7D, strong expression of undifferentiated stem cell markers was observed in all colonies.

6.培養液中のバイオプロファイル分析
実施例1の「4.」と同様の方法を用いて、AGV条件下及びNGV条件下での培養開始から3、5及び7日後の培養液中のCO分圧(pCO)、O分圧(pO)及びpHを測定した。結果を図7Eに示す。
6. In the same manner as in "4." bio profile analysis Example 1 in the culture medium, CO 2 partial pressure of the culture solution in 3, 5 and 7 days after the start of culture in AGV conditions and NGV conditions (PCO 2 ), O 2 partial pressure (pO 2 ) and pH were measured. The results are shown in FIG. 7E.

図7Eから、実施例1と同様に、いずれの条件下でも、培養液のpHは低下した。一方、O分圧は、実施例1とは異なり、NGV条件下で有意に減少した。 From FIG. 7E, the pH of the culture broth decreased under any of the conditions as in Example 1. On the other hand, the O 2 partial pressure was significantly reduced under NGV conditions, unlike Example 1.

また、CO分圧は、AGV条件下では、通常の10cmディッシュを用いた培養と同様に、安定していることが確認された。一方、NGV条件下では、CO分圧は、培養開始から3日後では、AGV条件下でのCO分圧よりも顕著に低く、時間の経過とともに有意に増加した。 Further, it was confirmed that the partial pressure of CO 2 was stable under AGV conditions, as in the case of culturing using a normal 10 cm dish. On the other hand, under the NGV condition, the CO 2 partial pressure was significantly lower than the CO 2 partial pressure under the AGV condition 3 days after the start of the culture, and increased significantly with the passage of time.

以上のことから、10層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の培養において、AGV条件下であることにより、ヒトiPS細胞を効率的に培養できることが明らかとなった。 From the above, it was clarified that in the culture of human iPS cells using a cell culture device consisting of 10 layers, human iPS cells can be efficiently cultured under AGV conditions.

[実施例3]1層、4層又は10層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞由来の心筋細胞の製造
1.ヒトiPS細胞の準備
参考例1の「1.」と同様に、ヒトiPS細胞系統(253G4)を準備した。また、ヒトiPS細胞系統(201B7及びFf14)についても、京都大学iPSCリサーチアンドアプリケーションセンターから入手した。ヒトiPS細胞系統(253G4、201B7及びFf14)をそれぞれ、分化誘導開始の4日前にNGV条件下にて1層又は10層のプレート(成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート)(Thermo Fisher Scientific社製)に播種し、AGV条件下にて、4層又は10層のプレート(成長因子低減マトリゲルで被覆されたプレート)(Thermo Fisher Scientific社製)に播種し、分化誘導開始日に細胞が90%コンエンスに達するように予め培養した(図8A参照)。
[Example 3] Production of cardiomyocytes derived from human iPS cells using a cell culture device consisting of one layer, four layers or ten layers. Preparation of human iPS cells A human iPS cell line (253G4) was prepared in the same manner as in "1." of Reference Example 1. Human iPS cell lines (201B7 and Ff14) were also obtained from the Kyoto University iPSC Research and Application Center. Human iPS cell lines (253G4, 201B7 and Ff14) were subjected to 1-layer or 10-layer plates (plates coated with growth factor-reducing matrigel) under NGV conditions 4 days before the start of differentiation induction (manufactured by Thermo Fisher Scientific). ), And under AGV conditions, seeded on a 4-layer or 10-layer plate (a plate coated with a growth factor-reducing matrix gel) (manufactured by Thermo Fisher Scientific), and 90% of the cells were concentrated on the day when differentiation induction was started. Was pre-cultured to reach (see FIG. 8A).

2.ヒトiPS細胞の心筋細胞への分化誘導
次いで、B27(インシュリン不含(−))(Thermo Fisher Scientific社製)、6μMのCHIR99021(和光純薬工業社製)及び1ng/mLの骨形態形成タンパク質4(R&D Systems社製)を含むRPMI(和光純薬工業社製)に培養液を交換し、1日間培養した。次いで、分化誘導開始から1日目から2日目までは、B27(インシュリン不含(−))を含むRPMIに培養液を交換して、培養した。次いで、分化誘導開始から3日目から5日目まで、B27(インシュリン不含(−))及び5μMのIWR1(Sigma−Aldrich社製)を含むRPMIに培養液を交換して、培養した。次いで、分化誘導開始から6日目に、B27(インシュリン不含(−))を含むRPMIに培養液を交換して、培養した。次いで、分化誘導開始から7日目に、5%ウシ胎児血清(FBS、Hyclone社製)含有MEMαに培養液を交換して、培養を維持した。次いで、分化誘導開始から10日目に、ViCell(Beckman Coulter社製)を用いたトリパンブルー染色により、解離した単細胞の数及び細胞生存率を評価した。結果を図8B(細胞生存率)及び図8C(細胞数)に示す。なお、図8Cにおいて、「non−CMs」とは、心筋細胞へ未分化の細胞の数を示し、「CMs」とは心筋細胞に分化した細胞の数を示す。
2. 2. Induction of differentiation of human iPS cells into cardiomyocytes Next, B27 (insulin-free (-)) (Thermo Fisher Scientific), 6 μM CHIR99021 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 1 ng / mL bone morphogenetic protein 4 The culture solution was exchanged with RPMI (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing (manufactured by R & D Systems) and cultured for 1 day. Then, from the 1st day to the 2nd day from the start of differentiation induction, the culture solution was exchanged with RPMI containing B27 (insulin-free (−)) and cultured. Then, from the 3rd day to the 5th day from the start of differentiation induction, the culture solution was exchanged with RPMI containing B27 (insulin-free (−)) and 5 μM IWR1 (manufactured by Sigma-Aldrich) and cultured. Then, on the 6th day from the start of differentiation induction, the culture solution was exchanged with RPMI containing B27 (insulin-free (−)) and cultured. Then, on the 7th day from the start of differentiation induction, the culture solution was exchanged with MEMα containing 5% fetal bovine serum (FBS, manufactured by Hyclone) to maintain the culture. Then, on the 10th day from the start of differentiation induction, the number of dissociated single cells and the cell viability were evaluated by trypan blue staining using ViCell (manufactured by Beckman Coulter). The results are shown in FIG. 8B (cell viability) and FIG. 8C (cell number). In FIG. 8C, "non-CMs" indicates the number of cells undifferentiated into cardiomyocytes, and "CMs" indicates the number of cells differentiated into cardiomyocytes.

図8Bから、いずれの条件においても、細胞生存率は95%以上であった。 From FIG. 8B, the cell viability was 95% or more under all conditions.

図8Cから、1層(NGV条件下)、4層(AGV条件下)又は10層(AGV条件下)の細胞培養装置を用いた場合において、ヒトiPS細胞から分化誘導後の総細胞数は、それぞれ1.5×10個、6.7×10個及び1.5×10個であった。 From FIG. 8C, when a cell culture device having one layer (NGV condition), four layers (AGV condition) or ten layers (AGV condition) was used, the total number of cells after induction of differentiation from human iPS cells was calculated. They were 1.5 × 10 6 pieces, 6.7 × 10 8 pieces and 1.5 × 10 9 pieces, respectively.

3.代謝選択によるヒトiPS細胞由来の心筋細胞の精製
分化誘導開始から12〜14日目に、ヒトiPS細胞由来の分化細胞からB27(インスリン不含(−))含有RPMIを除去し、D−PBSとともに3分間インキュベートした。次いで、0.25%トリプシン−EDTA(ナカライタスク社製)を用いて、細胞を解離させた。次いで、解離した細胞を回収し、5%FBS含有MEMαに懸濁し、1型コラーゲン被覆15cmディッシュ(IWAKI社製)、フィブロネクチン被覆15cmディッシュ(シグマ社製)、又は、フィブロネクチンが被覆された1層の細胞培養装置(Thermo Fisher Scientific社製)に播種した。次いで、5%FBS含有MEMαを用いて、1〜2日間培養した。次いで、5%FBS含有MEMαを除去し、D−PBSとともに3分間インキュベートした。次いで、グルコース不含及びグルタミン不含DMEM(味の素社製)(4mM L−乳酸及び0.1%BSA(Thermo Fisher Scientific社製)含有)に培養液を交換して、3〜6日間培養した。なお、培養液は、2〜3日毎に交換し、死細胞を排除した。この代謝選択により精製されたヒトiPS細胞由来心筋細胞を凍結保存し、免疫蛍光染色及びFACS分析に用いた。
3. 3. Purification of human iPS cell-derived cardiomyocytes by metabolic selection 12 to 14 days after the start of differentiation induction, B27 (insulin-free (-)) -containing RPMI was removed from human iPS cell-derived differentiated cells, and together with D-PBS. Insulin was incubated for 3 minutes. The cells were then dissociated using 0.25% trypsin-EDTA (manufactured by Nacalai Tesque). Then, the dissociated cells were collected and suspended in MEMα containing 5% FBS, and a type 1 collagen-coated 15 cm dish (manufactured by IWAKI), a fibronectin-coated 15 cm dish (manufactured by Sigma), or a layer coated with fibronectin. The cells were seeded in a cell culture device (manufactured by Thermo Fisher Scientific). Then, using MEMα containing 5% FBS, the cells were cultured for 1 to 2 days. MEMα containing 5% FBS was then removed and incubated with D-PBS for 3 minutes. Then, the culture solution was replaced with glucose-free and glutamine-free DMEM (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) (containing 4 mM L-lactic acid and 0.1% BSA (manufactured by Thermo Fisher Scientific)), and the cells were cultured for 3 to 6 days. The culture medium was replaced every 2 to 3 days to eliminate dead cells. Human iPS cell-derived cardiomyocytes purified by this metabolic selection were cryopreserved and used for immunofluorescent staining and FACS analysis.

4.分化効率の評価
分化誘導開始から10日目に細胞を回収し、免疫蛍光染色及びフローサイトメトリーを用いて分析した。具体的には、以下に示すとおりである。
4. Evaluation of Differentiation Efficiency Cells were collected 10 days after the start of differentiation induction and analyzed using immunofluorescent staining and flow cytometry. Specifically, it is as shown below.

(1)免疫蛍光染色
「2.」で回収された分化誘導開始から10日目のヒトiPS細胞由来の分化細胞、及び、「3.」で得られた代謝選択により精製されたヒトiPS細胞由来心筋細胞をそれぞれ4%パラホルムアルデヒドで20分間固定した。次いで、細胞を0.1%Triton X−100(シグマ社製)を用いて、室温で5分間浸透させた。次いで、一次抗体として、マウス抗α−アクチニン(シグマ社製)の1/500希釈物を用いて4℃で一晩インキュベートした。
(1) Differentiated cells derived from human iPS cells 10 days after the start of differentiation induction recovered by immunofluorescent staining "2." and derived from human iPS cells purified by metabolic selection obtained in "3." Myocardial cells were each fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes. The cells were then infiltrated with 0.1% Triton X-100 (manufactured by Sigma) at room temperature for 5 minutes. It was then incubated overnight at 4 ° C. with a 1/500 dilution of mouse anti-α-actinin (manufactured by Sigma) as the primary antibody.

次いで、細胞を0.1%Tween20を含むPBSで3回洗浄した。次いで、二次抗体として、Alexa Fluor 488/594抗マウスIgGを用いて、室温で1時間インキュベーションした。 The cells were then washed 3 times with PBS containing 0.1% Tween 20. Then, as a secondary antibody, Alexa Fluor 488/594 anti-mouse IgG was used and incubated at room temperature for 1 hour.

次いで、Hoechst 33342(Thermo Fisher Scientific社製)で核染色した。蛍光顕微鏡(Axio Observe、Carl Zeiss社製)を用いて、染色細胞を検出した。結果を図8Fに示す。左は代謝選択前の細胞の蛍光検出画像であり、右は代謝選択後の細胞の蛍光検出画像である。図8Fにおいて、左及び右共に、スケールバーは500μmである。 Then, nuclear staining was performed with Hoechst 33342 (manufactured by Thermo Fisher Scientific). Stained cells were detected using a fluorescence microscope (Axio Obsave, manufactured by Carl Zeiss). The results are shown in FIG. 8F. The left is a fluorescence detection image of cells before metabolism selection, and the right is a fluorescence detection image of cells after metabolism selection. In FIG. 8F, the scale bar is 500 μm on both the left and right sides.

図8Fから、代謝選択前及び代謝選択後の細胞において、心筋マーカーであるα−アクチンの蛍光が確認された。特に、代謝選択後の細胞において、α−アクチンの蛍光が顕著に確認された。 From FIG. 8F, fluorescence of α-actin, which is a myocardial marker, was confirmed in cells before and after metabolism selection. In particular, fluorescence of α-actin was remarkably confirmed in the cells after selection of metabolism.

(2)FACS分析
「2.」で回収された分化誘導開始から10日目のヒトiPS細胞由来の分化細胞、及び、「3.」で得られた代謝選択により精製されたヒトiPS細胞由来心筋細胞をそれぞれ4%パラホルムアルデヒドで20分間固定した。次いで、細胞を0.1%Triton X−100(シグマ社製)を用いて、室温で5分間浸透させた。次いで、一次抗体として、マウス抗心筋トロポニンT(Thermo Fisher Scientific社製)の1/200希釈物を用いて4℃で一晩インキュベートした。
(2) FACS analysis Differentiated cells derived from human iPS cells 10 days after the start of differentiation induction recovered in "2." and human iPS cell-derived myocardium purified by metabolic selection obtained in "3." Each cell was fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes. The cells were then infiltrated with 0.1% Triton X-100 (manufactured by Sigma) at room temperature for 5 minutes. Then, as a primary antibody, a 1/200 diluted solution of mouse anti-myocardial troponin T (manufactured by Thermo Fisher Scientific) was used and incubated overnight at 4 ° C.

次いで、細胞を0.1%Tween20を含むPBSで洗浄した。次いで、二次抗体として、Alexa488ロバ抗マウスIgG(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて、室温で2時間インキュベーションした。 The cells were then washed with PBS containing 0.1% Tween 20. Then, as a secondary antibody, Alexa488 donkey anti-mouse IgG (manufactured by Thermo Fisher Scientific) was used, and the mixture was incubated at room temperature for 2 hours.

次いで、FACS(Gallios、Beckman Coulter社製)を用いて、細胞を分析した。結果を図8Eに示す。上は、ヒトiPS細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。真ん中は、代謝選択前の細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。下は、代謝選択後の細胞を用いたFACS分析の結果を示すグラフである。 The cells were then analyzed using FACS (Gallios, manufactured by Beckman Coulter). The results are shown in FIG. 8E. Above is a graph showing the results of FACS analysis using human iPS cells. The middle is a graph showing the results of FACS analysis using cells before metabolism selection. Below is a graph showing the results of FACS analysis using cells after metabolism selection.

また、図8Dは、図8EのFACS分析の結果から算出されたものである。左は、ヒトiPS細胞由来の分化細胞中のトロポニンT陽性細胞の割合を示すグラフであり、右は、ヒトiPS細胞由来心筋細胞の細胞数を示すグラフである。 Further, FIG. 8D is calculated from the result of the FACS analysis of FIG. 8E. The left is a graph showing the ratio of troponin T-positive cells in the differentiated cells derived from human iPS cells, and the right is a graph showing the number of cardiomyocytes derived from human iPS cells.

図8Dから、心筋細胞への分化効率は、AGV条件下とNGV条件下とで有意差はなかった。一方、心筋細胞の細胞数は、AGV条件下のほうが、NGV条件下よりも多かった。これは、NGV条件下では、10層中の6層以下の下層における細胞の増殖効率が低いためであると推察された。 From FIG. 8D, there was no significant difference in the efficiency of cardiomyocyte differentiation between AGV and NGV conditions. On the other hand, the number of cardiomyocytes was higher under AGV conditions than under NGV conditions. It was speculated that this is because the cell proliferation efficiency in the lower layers of 6 or less of the 10 layers is low under the NGV condition.

図8Eから、代謝選択前の細胞では、ヒトiPS細胞由来心筋細胞(トロポニンT陽性細胞)の割合は、約80%程度であった。一方、代謝選択後の細胞では、ヒトiPS細胞由来心筋細胞(トロポニンT陽性細胞)の割合は、97%以上であり、ほとんど全ての細胞において、トロポニンTが発現されていることが確認された。 From FIG. 8E, among the cells before metabolism selection, the ratio of human iPS cell-derived cardiomyocytes (troponin T-positive cells) was about 80%. On the other hand, in the cells after selection of metabolism, the ratio of human iPS cell-derived cardiomyocytes (troponin T-positive cells) was 97% or more, and it was confirmed that troponin T was expressed in almost all cells.

以上のことから、10層からなる細胞培養装置を用いたヒトiPS細胞の培養において、AGV条件下であることにより、ヒトiPS細胞から心筋細胞へ効率的で分化誘導できることが明らかとなった。さらに、心筋細胞を大量に得られることが明らかとなった。 From the above, it was clarified that in the culture of human iPS cells using a cell culture device consisting of 10 layers, differentiation can be efficiently induced from human iPS cells to cardiomyocytes under AGV conditions. Furthermore, it was revealed that a large amount of cardiomyocytes can be obtained.

本実施形態の細胞培養装置及び細胞培養システムによれば、高効率に未分化幹細胞を増殖させ、安定した分化誘導効率で心筋細胞を得ることができる。本実施形態の心筋細胞の製造方法によれば、未分化幹細胞から安定した分化誘導効率で心筋細胞を大量に得ることができる。 According to the cell culture apparatus and cell culture system of the present embodiment, undifferentiated stem cells can be proliferated with high efficiency and cardiomyocytes can be obtained with stable differentiation induction efficiency. According to the method for producing cardiomyocytes of the present embodiment, a large amount of cardiomyocytes can be obtained from undifferentiated stem cells with stable differentiation-inducing efficiency.

1…培養液貯留部、2…ガス供給流路、3…ガス吐出口、4…ガス排出口、5…ガス排出流路、7…培養液、8…未分化幹細胞、10…培養容器、11a…二酸化炭素ボンベ、11b…酸素ボンベ、11c…窒素ボンベ、12a,12b,12c…弁、13…ポンプ、100…細胞培養装置、200…ガス供給装置、300…制御部(コンピュータ)、A…細胞培養システム。 1 ... Culture solution storage, 2 ... Gas supply flow path, 3 ... Gas discharge port, 4 ... Gas discharge port, 5 ... Gas discharge flow path, 7 ... Culture solution, 8 ... Undifferentiated stem cells, 10 ... Culture container, 11a ... Carbon dioxide cylinder, 11b ... Oxygen cylinder, 11c ... Nitrogen cylinder, 12a, 12b, 12c ... Valve, 13 ... Pump, 100 ... Cell culture device, 200 ... Gas supply device, 300 ... Control unit (computer), A ... Cell Culture system.

Claims (4)

細胞培養装置と、
ガス供給装置と、
前記細胞培養装置に供給されるガスの速度が、1層あたり20mL/分以上60mL/分以下で全層において一定となるように前記ガス供給装置を制御する制御部と、
を備え、
前記細胞培養装置は、
液面高さが2mm以上10mm以下となるように設定された培養液を貯留可能な培養液貯留部と、
供給されたガスが通流するガス供給流路と、
前記ガス供給流路に設けられ、前記培養液貯留部に貯留された前記培養液に対して前記ガスを前記速度で全層において一定となるように吐出するガス吐出口と、
前記培養液に対して吐出された前記ガスを排出するためのガス排出口と、
前記ガス排出口を通じた前記ガスが通流するガス排出流路と、
を備えた培養容器を4層以上備え、
前記養容器を4層以上積層することにより形成されたものである、未分化幹細胞を培養し心筋細胞を分化誘導するシステム
Cell culture device and
Gas supply device and
A control unit that controls the gas supply device so that the rate of gas supplied to the cell culture device is constant at 20 mL / min or more and 60 mL / min or less per layer in all layers.
Equipped with
The cell culture device is
A culture solution storage unit capable of storing a culture solution set so that the liquid level height is 2 mm or more and 10 mm or less, and a culture solution storage unit.
The gas supply flow path through which the supplied gas flows, and
A gas discharge port provided in the gas supply flow path and discharging the gas to the culture liquid stored in the culture liquid storage unit at the speed so as to be constant in all layers.
A gas discharge port for discharging the gas discharged to the culture solution, and
A gas discharge flow path through which the gas flows through the gas discharge port, and
With 4 or more layers of culture containers equipped with
The culture is one formed by laminating four layers or more containers, a system for inducing differentiation of cardiomyocytes cultured undifferentiated stem cells.
前記4層以上の培養容器は、一の前記培養容器の前記ガス供給流路と他の前記培養容器の前記ガス供給流路と、及び、一の前記培養容器の前記ガス排出流路と、他の前記培養容器の前記ガス排出流路とが、互いに連通可能に接続されることで積層されている請求項1に記載のシステム The culture vessel having four or more layers includes the gas supply channel of one culture vessel, the gas supply channel of another culture vessel, the gas discharge channel of one culture vessel, and the like. The system according to claim 1, wherein the gas discharge flow path of the culture container is laminated so as to be communicatively connected to each other. 前記培養液貯留部は、矩形状に形成され、
前記ガス供給流路及び前記ガス排出流路は、前記培養液貯留部における一辺の両端の角部にそれぞれ設けられている請求項1又は請求項2に記載のシステム
The culture solution storage portion is formed in a rectangular shape and has a rectangular shape.
The system according to claim 1 or 2, wherein the gas supply flow path and the gas discharge flow path are provided at the corners of both ends of one side of the culture solution storage unit, respectively.
請求項1〜のいずれか一項に記載のシステムを用いて、未分化幹細胞を培養し、心筋細胞に分化誘導する分化誘導工程を備える心筋細胞の製造方法。 A method for producing cardiomyocytes , comprising a differentiation-inducing step of culturing undifferentiated stem cells and inducing differentiation into cardiomyocytes using the system according to any one of claims 1 to 3.
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