JP7269620B2 - Method for producing cartilage tissue from pluripotent stem cells - Google Patents

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本発明は、多能性幹細胞から軟骨組織を製造する方法に関する。本発明はまた、そのようにして製造された軟骨組織を含む医薬品に関する。 The present invention relates to a method for producing cartilage tissue from pluripotent stem cells. The invention also relates to medicaments containing cartilage tissue so produced.

鼻、耳および関節は軟骨組織から形成されており、軟骨組織は、軟骨細胞と特定の細胞外マトリックス(II型、IX型、XI型コラーゲンおよびプロテオグリカンを含み、I型コラーゲンを含まない)とで形成されている。関節損傷などで失われた軟骨組織は自然治癒することはないため、移植等の修復治療を行わなければ悪化してしまう。しかし、損傷部位へ移植するためには、軟骨組織の入手が必要であり、患者自身の別の部位の軟骨を用いる場合では、結局軟骨組織の欠失部位を生じてしまうため、移植治療に適応する損傷の大きさには限度がある。このため、採取した軟骨細胞を拡大培養して、移植に用いるという方法が用いられているが、in vitroで培養を行うと軟骨細胞が線維化してしまい、治療効果が十分ではない(非特許文献1)。この他にも、間葉系幹細胞を投与する方法が提案されているが、間葉系幹細胞は多数の種類の細胞へと分化するため、所望の軟骨細胞のみならずI型コラーゲンを発現する線維組織やX型コラーゲンを発現する肥大化組織を移植することになってしまう(非特許文献2)。 The nose, ears, and joints are made up of cartilage tissue, which is composed of chondrocytes and a specific extracellular matrix (containing type II, IX, and XI collagen and proteoglycans, but not collagen type I). formed. Since cartilage tissue lost due to joint damage or the like does not heal naturally, it will worsen unless restorative treatment such as transplantation is performed. However, it is necessary to obtain cartilage tissue in order to transplant it to the damaged site, and if the patient's own cartilage from another site is used, the cartilage tissue will eventually be lost, so it is suitable for transplantation treatment. There is a limit to the amount of damage that can be done. For this reason, a method has been used in which the collected chondrocytes are expanded and cultured and used for transplantation. However, when cultured in vitro, the chondrocytes become fibrous, and the therapeutic effect is not sufficient (non-patent literature). 1). In addition to this, a method of administering mesenchymal stem cells has been proposed. Tissues and hypertrophic tissues that express type X collagen will be transplanted (Non-Patent Document 2).

近年、iPS細胞やES細胞といった多能性幹細胞から軟骨細胞へと誘導し、これを用いる方法が提案されている(例えば、非特許文献3、4)しかし、多能性幹細胞を用いた場合、線維軟骨の形成やテラトーマの形成など問題が提起されている。従って、これら多能性幹細胞からin vivoで癌を形成せず、上質な軟骨組織を製造する方法が必要となる。 In recent years, methods of inducing chondrocytes from pluripotent stem cells such as iPS cells and ES cells and using them have been proposed (for example, Non-Patent Documents 3 and 4). Problems such as fibrocartilage formation and teratoma formation have been raised. Therefore, there is a need for a method for producing high-quality cartilage tissue from these pluripotent stem cells without cancer formation in vivo.

本発明者は、多能性幹細胞(例えば、iPS細胞)から良質な軟骨細胞へ簡素化された工程にて、安定的に分化誘導することが可能な方法を開発した(特許文献1、2、非特許文献5)。しかし、この方法は血清を含む培地を使用するので、この方法で製造された軟骨組織をヒトの再生医療に使用することは難しい。そこで、無血清培地を用いて、同等の軟骨細胞および軟骨組織を多能性幹細胞から分化誘導できる方法の開発が望まれていた。 The present inventor has developed a method capable of stably inducing differentiation from pluripotent stem cells (e.g., iPS cells) to high-quality chondrocytes in a simplified process (Patent Documents 1, 2, Non-Patent Document 5). However, since this method uses a serum-containing medium, it is difficult to use the cartilage tissue produced by this method for human regenerative medicine. Therefore, it has been desired to develop a method capable of inducing the differentiation of pluripotent stem cells into equivalent cartilage cells and cartilage tissue using a serum-free medium.

国際公開WO2015/064754International publication WO2015/064754 国際公開WO2016/133208International Publication WO2016/133208

Roberts, S., et al., Immunohistochemical study of collagen types I and II and procollagen IIA in human cartilage repair tissue following autologous chondrocyte implantation, Knee 16, 398-404 (2009).Roberts, S., et al., Immunohistochemical study of collagen types I and II and procollagen IIA in human cartilage repair tissue following autologous chondrocyte implantation, Knee 16, 398-404 (2009). Mithoefer, K., et al., Clinical efficacy of the microfracture technique for articular cartilage repair in the knee: an evidence-based systematic analysis, Am. J. Sports Med. 37, 2053-2063 (2009).Mithoefer, K., et al., Clinical efficacy of the microfracture technique for articular cartilage repair in the knee: an evidence-based systematic analysis, Am. J. Sports Med. 37, 2053-2063 (2009). Oldershaw, R.A. et al., Directed differentiation of human embryonic stem cells toward chondrocytes, Nat. Biotechnol. 28, 1187-1194 (2010).Oldershaw, R.A. et al., Directed differentiation of human embryonic stem cells toward chondrocytes, Nat. Biotechnol. 28, 1187-1194 (2010). Umeda, K. et al., Human chondrogenic paraxial mesoderm, directed specification and prospective isolation from pluripotent stem cells, Scientific Reports volume 2, Article number: 455 (2012).Umeda, K. et al., Human chondrogenic paraxial mesoderm, directed specification and prospective isolation from pluripotent stem cells, Scientific Reports volume 2, Article number: 455 (2012). Yamashita, A. et al., Generation of Scaffoldless Hyaline Cartilaginous Tissue from Human iPSCs, Stem cell reports, 4 (2015) 404-418.Yamashita, A. et al., Generation of Scaffoldless Hyaline Cartilaginous Tissue from Human iPSCs, Stem cell reports, 4 (2015) 404-418.

本発明は、多能性幹細胞から無血清培地を用いて軟骨組織を製造する方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing cartilage tissue from pluripotent stem cells using a serum-free medium.

本発明は、上記の課題を解決するために以下の各発明を包含する。
[1]次の工程を含む多能性幹細胞から軟骨組織を製造する方法:
(i)多能性幹細胞を未分化状態で培養できる培養液中で浮遊培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で接着条件で培養する工程、および
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で浮遊条件で培養する工程。
[2]前記工程(ii)および(iii)で用いる培養液が、さらに血清アルブミン、脂肪酸およびPDGFを含む培養液である、前記[1]に記載の方法。
[3]前記工程(ii)および(iii)で用いる培養液が、さらにコレステロールを含む培養液である、前記[2]に記載の方法。
[4]前記工程(ii)および(iii)で用いる培養液が、BMP2、TGFβ、GDF5およびHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液である、前記[1]から[3]のいずれか1つに記載の方法。
[5]前記HMG-CoA還元酵素阻害薬が、メバスタチン、アトルバスタチン、プラバスタチン、ロスバスタチン、フルバスタチンおよびロバスタチンから成る群より選択される薬剤である、前記[1]から[4]のいずれか1つに記載の方法。
[6]前記HMG-CoA還元酵素阻害薬が、ロスバスタチンである、前記[5]に記載の方法。
[7]前記工程(iii)が、前記工程(ii)で得られた細胞を、分離溶液を用いずに浮遊培養を行う工程である、前記[1]から[6]のいずれか1つに記載の方法。
[8]前記工程(i)で得られた多能性幹細胞が、細胞塊の状態である、前記[1]から[7]のいずれか1つに記載の方法。
[9]前記軟骨組織が、軟骨細胞と細胞外マトリックスを含む塊である、前記[1]から[8]のいずれか1つに記載の方法。
[10]前記[1]から[9]のいずれか1つに記載の方法で製造された軟骨組織を含む医薬品。
[11]関節軟骨損傷治療用である、前記[10]に記載の医薬品。
The present invention includes the following inventions in order to solve the above problems.
[1] A method for producing cartilage tissue from pluripotent stem cells, comprising the steps of:
(i) a step of suspension culture in a culture medium in which pluripotent stem cells can be cultured in an undifferentiated state;
(ii) the cells obtained in step (i) are adhered in a serum-free culture medium containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor; and (iii) culturing the cells obtained in step (ii) above, containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor, and serum A step of culturing under suspension conditions in a culture medium that does not contain.
[2] The method according to [1] above, wherein the culture medium used in steps (ii) and (iii) further contains serum albumin, fatty acid and PDGF.
[3] The method according to [2] above, wherein the culture medium used in steps (ii) and (iii) further contains cholesterol.
[4] The above [1] to [3], wherein the culture medium used in steps (ii) and (iii) contains BMP2, TGFβ, GDF5, and an HMG-CoA reductase inhibitor and does not contain serum. ] The method according to any one of .
[5] Any one of [1] to [4] above, wherein the HMG-CoA reductase inhibitor is a drug selected from the group consisting of mevastatin, atorvastatin, pravastatin, rosuvastatin, fluvastatin and lovastatin described method.
[6] The method of [5] above, wherein the HMG-CoA reductase inhibitor is rosuvastatin.
[7] Any one of [1] to [6], wherein the step (iii) is a step of performing suspension culture of the cells obtained in the step (ii) without using a separation solution described method.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the pluripotent stem cells obtained in step (i) are in the form of cell clusters.
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the cartilage tissue is a mass containing chondrocytes and an extracellular matrix.
[10] A pharmaceutical product containing cartilage tissue produced by the method according to any one of [1] to [9] above.
[11] The drug according to [10] above, which is for treating articular cartilage damage.

本発明により、多能性幹細胞から良質な軟骨組織を、無血清培地を用いて製造する方法を提供することができる。本発明の方法で製造された軟骨組織は、軟骨の再生医療に好適に使用することができる。 The present invention can provide a method for producing high-quality cartilage tissue from pluripotent stem cells using a serum-free medium. The cartilage tissue produced by the method of the present invention can be suitably used for cartilage regenerative medicine.

ヒトiPS細胞塊を血清含有軟骨分化培地または無血清軟骨分化培地で分化誘導した後の組織塊をヘマトキシリン・エオジン(HE)染色またはサフラニンO染色した結果を示す図である。Fig. 2 shows the results of hematoxylin-eosin (HE) staining or safranin O staining of tissue clusters after inducing the differentiation of human iPS cell clusters in a serum-containing chondrogenic differentiation medium or a serum-free chondrogenic differentiation medium. ヒトiPS細胞塊を血清含有軟骨分化培地または無血清軟骨分化培地で分化誘導した後の組織塊におけるII型コラーゲンおよびルブリシンを免疫染色した結果を示す図である。FIG. 2 shows the results of immunostaining of type II collagen and lubricin in a tissue mass after inducing differentiation of a human iPS cell mass with a serum-containing chondrogenic differentiation medium or a serum-free chondrogenic differentiation medium. ヒトiPS細胞塊を血清含有軟骨分化培地または無血清軟骨分化培地で分化誘導した後の組織塊におけるグリコサミノグリカンを定量した結果を示す図である。FIG. 2 shows the results of quantification of glycosaminoglycans in tissue masses after differentiation induction of human iPS cell masses in a serum-containing chondrogenic differentiation medium or a serum-free chondrogenic differentiation medium. ヒトiPS細胞塊を血清含有軟骨分化培地または無血清軟骨分化培地で分化誘導した後の組織塊におけるSOX9、I型コラーゲン、II型コラーゲンおよびアグリカンの発現をRT-PCRで測定した結果を示す図である。Fig. 2 shows the results of RT-PCR measurement of the expression of SOX9, type I collagen, type II collagen and aggrecan in tissue masses after human iPS cell masses were differentiated in a serum-containing chondrogenic medium or serum-free chondrogenic medium. be. 雌性ヌードラット(4週齢)の両膝関節に各1つの骨軟骨欠損を形成し、無血清培地で分化誘導して得られたヒトiPS細胞由来軟骨組織を移植して1か月後に回収した膝サンプルにサフラニンO染色、II型コラーゲン免疫染色、ルブリシン免疫染色、ヒトビメンチン免疫染色を行った結果を示す図である。One osteochondral defect was formed in each of the knee joints of female nude rats (4 weeks old), and human iPS cell-derived cartilage tissue obtained by induction of differentiation in serum-free medium was transplanted and harvested one month later. FIG. 3 shows the results of safranin O staining, type II collagen immunostaining, lubricin immunostaining, and human vimentin immunostaining of knee samples. 雌性ヌードラット(4週齢)の両膝関節に各1つの骨軟骨欠損を形成し、無血清培地で分化誘導して得られたヒトiPS細胞由来軟骨組織を移植して6か月後に回収した膝サンプルにヘマトキシリン・エオジン(HE)染色、サフラニンO染色、ヒトビメンチン免疫染色を行った結果を示す図である。Human iPS cell-derived cartilage tissue obtained by inducing differentiation in a serum-free medium was transplanted into female nude rats (4 weeks old) with 1 osteochondral defect in each knee joint and collected 6 months later. FIG. 2 shows the results of hematoxylin and eosin (HE) staining, safranin O staining, and human vimentin immunostaining of knee samples. 雌性ヌードラット(4週齢)の両膝関節に各1つの骨軟骨欠損を形成し、無血清培地で分化誘導して得られたヒトiPS細胞由来軟骨組織を移植して6か月後に回収した膝サンプルにI型コラーゲン免疫染色、II型コラーゲン免疫染色、X型コラーゲン免疫染色、ルブリシン免疫染色を行った結果を示す図である。Human iPS cell-derived cartilage tissue obtained by inducing differentiation in a serum-free medium was transplanted into female nude rats (4 weeks old) with 1 osteochondral defect in each knee joint and collected 6 months later. FIG. 2 shows the results of immunostaining of type I collagen, type II collagen, type X collagen, and lubricin immunostaining of knee samples.

本発明は、次の工程を含む多能性幹細胞から軟骨組織を製造する方法を提供する。
(i)多能性幹細胞を未分化状態で培養できる培養液中で浮遊培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞ををBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で接着条件で培養する工程
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で浮遊条件で培養する工程
The present invention provides a method for producing cartilage tissue from pluripotent stem cells, including the following steps.
(i) a step of suspension culture in a culture medium in which pluripotent stem cells can be cultured in an undifferentiated state;
(ii) the cells obtained in the step (i) in a serum-free culture medium containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor; step (iii) of culturing under adherent conditions, the cells obtained in step (ii) containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor, containing serum Step of culturing under suspension conditions in a non-free culture medium

本発明で使用可能な多能性幹細胞は、生体に存在するすべての細胞に分化可能である多能性を有し、かつ、増殖能をも併せもつ幹細胞であり、それには、特に限定されないが、例えば胚性幹(ES)細胞、核移植により得られるクローン胚由来の胚性幹(ntES)細胞、精子幹(GS)細胞、胚性生殖(EG)細胞、人工多能性幹(iPS)細胞、培養線維芽細胞や骨髄幹細胞由来の多能性細胞(Muse細胞)などが含まれる。好ましい多能性幹細胞は、ES細胞、ntES細胞、およびiPS細胞である。 Pluripotent stem cells that can be used in the present invention are stem cells that have pluripotency capable of differentiating into all cells existing in a living body and also proliferative potential, and are not particularly limited thereto. , e.g., embryonic stem (ES) cells, cloned embryo-derived embryonic stem (ntES) cells obtained by nuclear transfer, spermatogonial stem (GS) cells, embryonic germ (EG) cells, induced pluripotent stem (iPS) cells, cultured fibroblasts, and pluripotent cells (Muse cells) derived from bone marrow stem cells. Preferred pluripotent stem cells are ES cells, ntES cells and iPS cells.

(A) 胚性幹細胞
ES細胞は、ヒトやマウスなどの哺乳動物の初期胚(例えば胚盤胞)の内部細胞塊から樹立された、多能性と自己複製による増殖能を有する幹細胞である。
(A) Embryonic stem cells
ES cells are stem cells that are established from the inner cell mass of early embryos (for example, blastocysts) of mammals such as humans and mice and that have pluripotency and the ability to proliferate through self-renewal.

ES細胞は、受精卵の8細胞期、桑実胚後の胚である胚盤胞の内部細胞塊に由来する胚由来の幹細胞であり、成体を構成するあらゆる細胞に分化する能力、いわゆる分化多能性と、自己複製による増殖能とを有している。ES細胞は、マウスで1981年に発見され (M.J. Evans and M.H. Kaufman (1981), Nature 292:154-156)、その後、ヒト、サルなどの霊長類でもES細胞株が樹立された (J.A. Thomson et al. (1998), Science 282:1145-1147; J.A. Thomson et al. (1995), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92:7844-7848;J.A. Thomson et al. (1996), Biol. Reprod., 55:254-259; J.A. Thomson and V.S. Marshall (1998), Curr. Top. Dev. Biol., 38:133-165)。 ES cells are embryo-derived stem cells derived from the inner cell mass of the blastocyst, which is the 8-cell stage of a fertilized egg and the post-morula embryo. and have the ability to proliferate by self-renewal. ES cells were discovered in mice in 1981 (M.J. Evans and M.H. Kaufman (1981), Nature 292:154-156), and later ES cell lines were established in primates such as humans and monkeys (J.A. Thomson et al. (1998), Science 282:1145-1147; J.A. Thomson et al. (1995), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92:7844-7848; ., 55:254-259; J.A. Thomson and V.S. Marshall (1998), Curr. Top. Dev. Biol., 38:133-165).

ES細胞は、対象動物の受精卵の胚盤胞から内部細胞塊を取出し、内部細胞塊を線維芽細胞のフィーダー上で培養することによって樹立することができる。また、継代培養による細胞の維持は、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor (LIF))、塩基性線維芽細胞成長因子(basic fibroblast growth factor (bFGF))などの物質を添加した培養液を用いて行うことができる。ヒトおよびサルのES細胞の樹立と維持の方法については、例えばUSP5,843,780; Thomson JA, et al. (1995), Proc Natl. Acad. Sci. U S A. 92:7844-7848; Thomson JA, et al. (1998), Science. 282:1145-1147; H. Suemori et al. (2006), Biochem. Biophys. Res. Commun., 345:926-932; M. Ueno et al. (2006), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103:9554-9559; H. Suemori et al. (2001), Dev. Dyn., 222:273-279;H. Kawasaki et al. (2002), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99:1580-1585;Klimanskaya I, et al. (2006), Nature. 444:481-485などに記載されている。 ES cells can be established by removing the inner cell mass from the blastocyst of a fertilized egg of a target animal and culturing the inner cell mass on a fibroblast feeder. In addition, the maintenance of cells by subculturing uses a culture medium supplemented with substances such as leukemia inhibitory factor (LIF) and basic fibroblast growth factor (bFGF). It can be carried out. For methods of establishing and maintaining human and monkey ES cells, see, eg, USP 5,843,780; Thomson JA, et al. (1995), Proc Natl. Acad. Sci. USA. 92:7844-7848; (1998), Science. 282:1145-1147; H. Suemori et al. (2006), Biochem. Biophys. Res. Commun., 345:926-932; USA, 103:9554-9559; H. Suemori et al. (2001), Dev. Dyn., 222:273-279; H. Kawasaki et al. (2002), Proc. Natl. USA, 99:1580-1585; Klimanskaya I, et al. (2006), Nature. 444:481-485.

ES細胞作製のための培養液として、例えば0.1mM 2-メルカプトエタノール、0.1mM 非必須アミノ酸、2mM L-グルタミン酸、20% KSR(KnockOut Serum Replacement, Invitrogen)および4ng/ml bFGFを補充したDMEM/F-12培養液を使用し、37℃、2% CO2/98% 空気の湿潤雰囲気下でヒトES細胞を維持することができる(O. Fumitaka et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26:215-224)。また、ES細胞は、3~4日おきに継代する必要があり、このとき、継代は、例えば1mM CaCl2および20% KSRを含有するPBS中の0.25% トリプシンおよび0.1mg/mlコラゲナーゼIVを用いて行うことができる。 DMEM/F supplemented with 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 0.1 mM non-essential amino acids, 2 mM L-glutamic acid, 20% KSR (KnockOut Serum Replacement, Invitrogen) and 4 ng/ml bFGF as a culture medium for ES cell preparation. -12 culture medium can be used to maintain human ES cells in a humidified atmosphere of 2% CO 2 /98% air at 37°C (O. Fumitaka et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26 :215-224). Also, ES cells should be passaged every 3-4 days, when passages are performed with, for example, 0.25% trypsin and 0.1 mg/ml collagenase IV in PBS containing 1 mM CaCl 2 and 20% KSR. can be done using

ES細胞の選択は、一般に、アルカリホスファターゼ、Oct-3/4、Nanogなどの遺伝子マーカーの発現を指標にしてReal-Time PCR法で行うことができる。特に、ヒトES細胞の選択では、OCT-3/4、NANOG、ECADなどの遺伝子マーカーの発現を指標とすることができる(E. Kroon et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26:443-452)。 ES cells can generally be selected by real-time PCR using the expression of gene markers such as alkaline phosphatase, Oct-3/4, and Nanog as indicators. In particular, in the selection of human ES cells, the expression of gene markers such as OCT-3/4, NANOG, and ECAD can be used as indicators (E. Kroon et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26:443). -452).

ヒトES細胞株は、例えばWA01(H1)およびWA09(H9)は、WiCell Reserch Instituteから、KhES-1、KhES-2およびKhES-3は、京都大学再生医科学研究所(京都、日本)から入手可能である。 Human ES cell lines, such as WA01 (H1) and WA09 (H9), from WiCell Research Institute, KhES-1, KhES-2, and KhES-3 from Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University (Kyoto, Japan) It is possible.

(B) 精子幹細胞
精子幹細胞は、精巣由来の多能性幹細胞であり、精子形成のための起源となる細胞である。この細胞は、ES細胞と同様に、種々の系列の細胞に分化誘導可能であり、例えばマウス胚盤胞に移植するとキメラマウスを作出できるなどの性質をもつ(M. Kanatsu-Shinohara et al. (2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012)。神経膠細胞系由来神経栄養因子(glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF))を含む培養液で自己複製可能であるし、またES細胞と同様の培養条件下で継代を繰り返すことによって、精子幹細胞を得ることができる(竹林正則ら(2008),実験医学,26巻,5号(増刊),41~46頁,羊土社(東京、日本))。
(B) Spermatogonial stem cells Spermatogonial stem cells are pluripotent stem cells derived from the testis, and are the origin cells for spermatogenesis. Similar to ES cells, these cells can be induced to differentiate into cells of various lineages. 2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012). Sperm can self-replicate in a culture medium containing glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), and by repeating passages under the same culture conditions as ES cells, Stem cells can be obtained (Masanori Takebayashi et al. (2008), Jikken Igaku, Vol. 26, No. 5 (extra edition), pp. 41-46, Yodosha (Tokyo, Japan)).

(C) 胚性生殖細胞
胚性生殖細胞は、胎生期の始原生殖細胞から樹立される、ES細胞と同様な多能性をもつ細胞であり、LIF、bFGF、幹細胞因子(stem cell factor)などの物質の存在下で始原生殖細胞を培養することによって樹立しうる(Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70:841-847; J.L. Resnick et al. (1992), Nature, 359:550-551)。
(C) Embryonic germ cells Embryonic germ cells are cells that are established from embryonic primordial germ cells and have the same pluripotency as ES cells. LIF, bFGF, stem cell factors, etc. (Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70:841-847; JL Resnick et al. (1992), Nature, 359:550 -551).

(D) 人工多能性幹細胞
人工多能性幹(iPS)細胞は、特定の初期化因子を、DNAまたはタンパク質の形態で体細胞に導入することによって作製することができる、ES細胞とほぼ同等の特性、例えば分化多能性と自己複製による増殖能、を有する体細胞由来の人工の幹細胞である(K. Takahashi and S. Yamanaka (2006) Cell, 126:663-676; K. Takahashi et al. (2007), Cell, 131:861-872; J. Yu et al. (2007), Science, 318:1917-1920; Nakagawa, M.ら,Nat. Biotechnol. 26:101-106 (2008);国際公開WO 2007/069666)。初期化因子は、ES細胞に特異的に発現している遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-cording RNAまたはES細胞の未分化維持に重要な役割を果たす遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-cording RNA、あるいは低分子化合物によって構成されてもよい。初期化因子に含まれる遺伝子として、例えば、Oct3/4、Sox2、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Klf4、Klf2、c-Myc、N-Myc、L-Myc、Nanog、Lin28、Fbx15、ERas、ECAT15-2、Tcl1、beta-catenin、Lin28b、Sall1、Sall4、Esrrb、Nr5a2、Tbx3またはGlis1等が例示され、これらの初期化因子は、単独で用いても良く、組み合わせて用いても良い。初期化因子の組み合わせとしては、WO2007/069666、WO2008/118820、WO2009/007852、WO2009/032194、WO2009/058413、WO2009/057831、WO2009/075119、WO2009/079007、WO2009/091659、WO2009/101084、WO2009/101407、WO2009/102983、WO2009/114949、WO2009/117439、WO2009/126250、WO2009/126251、WO2009/126655、WO2009/157593、WO2010/009015、WO2010/033906、WO2010/033920、WO2010/042800、WO2010/050626、WO 2010/056831、WO2010/068955、WO2010/098419、WO2010/102267、WO 2010/111409、WO 2010/111422、WO2010/115050、WO2010/124290、WO2010/147395、WO2010/147612、Huangfu D, et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26: 795-797、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528、Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. 26:2467-2474、Huangfu D, et al. (2008), Nat Biotechnol. 26:1269-1275、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574、Zhao Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3:475-479、Marson A, (2008), Cell Stem Cell, 3, 132-135、Feng B, et al. (2009), Nat Cell Biol. 11:197-203、R.L. Judson et al., (2009), Nat. Biotech., 27:459-461、Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:8912-8917、Kim JB, et al. (2009), Nature. 461:649-643、Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:491-503、Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. 6:167-74、Han J, et al. (2010), Nature. 463:1096-100、Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28:713-720、Maekawa M, et al. (2011), Nature. 474:225-9.に記載の組み合わせが例示される。
(D) Induced pluripotent stem cells Induced pluripotent stem (iPS) cells are almost equivalent to ES cells, which can be generated by introducing specific reprogramming factors into somatic cells in the form of DNA or protein. , such as pluripotency and self-renewal proliferation (K. Takahashi and S. Yamanaka (2006) Cell, 126:663-676; K. Takahashi et al. (2007), Cell, 131:861-872; J. Yu et al. (2007), Science, 318:1917-1920; Nakagawa, M. et al., Nat. Biotechnol. 26:101-106 (2008); International Publication WO 2007/069666). A reprogramming factor is a gene specifically expressed in ES cells, its gene product or non-coding RNA, or a gene, its gene product or non-coding RNA that plays an important role in maintaining undifferentiated ES cells, or It may be composed of a low-molecular-weight compound. Genes involved in reprogramming factors include, for example, Oct3/4, Sox2, Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, Klf4, Klf2, c-Myc, N-Myc, L-Myc, Nanog, Lin28, Fbx15, ERas, ECAT15 -2, Tcl1, beta-catenin, Lin28b, Sall1, Sall4, Esrrb, Nr5a2, Tbx3, Glis1, etc., and these reprogramming factors may be used alone or in combination. Combinations of initialization factors include WO2007/069666, WO2008/118820, WO2009/007852, WO2009/032194, WO2009/058413, WO2009/057831, WO2009/075119, WO2009/079007, WO2009/0916 59, WO2009/101084, WO2009/ 101407, WO2009/102983, WO2009/114949, WO2009/117439, WO2009/126250, WO2009/126251, WO2009/126655, WO2009/157593, WO2010/009015, WO2010/0339 06, WO2010/033920, WO2010/042800, WO2010/050626, WO2010/056831, WO2010/068955, WO2010/098419, WO2010/102267, WO2010/111409, WO2010/111422, WO2010/115050, WO2010/124290, WO2010/147395, WO 2010/147612, Huangfu D, et al. 2008), Nat. Biotechnol., 26: 795-797; Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528; Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. -2474, Huangfu D, et al. (2008), Nat Biotechnol. 26:1269-1275, Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574, Zhao Y, et al. ), Cell Stem Cell, 3:475-479, Marson A, (2008), Cell Stem Cell, 3, 132-135, Feng B, et al. (2009), Nat Cell Biol. 11:197-203, RL Judson et al., (2009), Nat. Biotech., 27:459-461, Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci US A. 106:8912-8917, Kim JB, et al. 2009), Nature. 461:649-643, Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:491-503, Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. , Han J, et al. (2010), Nature. 463:1096-100, Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28:713-720, Maekawa M, et al. (2011), Nature. 474:225-9.

上記初期化因子には、ヒストンデアセチラーゼ(HDAC)阻害剤[例えば、バルプロ酸 (VPA)、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およびshRNA(例、HDAC1 siRNA Smartpool (Millipore)、HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene)等)等の核酸性発現阻害剤など]、MEK阻害剤(例えば、PD184352、PD98059、U0126、SL327およびPD0325901)、Glycogen synthase kinase-3阻害剤(例えば、BioおよびCHIR99021)、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば、5-azacytidine)、ヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば、BIX-01294 等の低分子阻害剤、Suv39hl、Suv39h2、SetDBlおよびG9aに対するsiRNAおよびshRNA等の核酸性発現阻害剤など)、L-channel calcium agonist (例えばBayk8644)、酪酸、TGFβ阻害剤またはALK5阻害剤(例えば、LY364947、SB431542、616453およびA-83-01)、p53阻害剤(例えばp53に対するsiRNAおよびshRNA)、ARID3A阻害剤(例えば、ARID3Aに対するsiRNAおよびshRNA)、miR-291-3p、miR-294、miR-295およびmir-302などのmiRNA、Wnt Signaling(例えばsoluble Wnt3a)、神経ペプチドY、プロスタグランジン類(例えば、プロスタグランジンE2およびプロスタグランジンJ2)、hTERT、SV40LT、UTF1、IRX6、GLISl、PITX2、DMRTBl等の樹立効率を高めることを目的として用いられる因子も含まれており、本明細書においては、これらの樹立効率の改善目的にて用いられた因子についても初期化因子と別段の区別をしないものとする。 The above reprogramming factors include histone deacetylase (HDAC) inhibitors [e.g., small molecule inhibitors such as valproic acid (VPA), trichostatin A, sodium butyrate, MC 1293, M344, siRNAs and shRNAs against HDACs (e.g. , HDAC1 siRNA Smartpool (Millipore), HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene), etc.], MEK inhibitors (e.g., PD184352, PD98059, U0126, SL327 and PD0325901), Glycogen synthase kinase- 3 inhibitors (e.g. Bio and CHIR99021), DNA methyltransferase inhibitors (e.g. 5-azacytidine), histone methyltransferase inhibitors (e.g. small molecule inhibitors such as BIX-01294, Suv39hl, Suv39h2, SetDBl and G9a nucleic acid expression inhibitors such as siRNA and shRNA), L-channel calcium agonist (e.g. Bayk8644), butyric acid, TGFβ inhibitor or ALK5 inhibitor (e.g. LY364947, SB431542, 616453 and A-83-01), p53 inhibition agents (e.g. siRNA and shRNA against p53), ARID3A inhibitors (e.g. siRNA and shRNA against ARID3A), miRNAs such as miR-291-3p, miR-294, miR-295 and mir-302, Wnt Signaling (e.g. ), neuropeptide Y, prostaglandins (e.g., prostaglandin E2 and prostaglandin J2), hTERT, SV40LT, UTF1, IRX6, GLISl, PITX2, DMRTBl, etc. In this specification, the factors used for the purpose of improving the establishment efficiency are not distinguished from the initialization factors.

初期化因子は、タンパク質の形態の場合、例えばリポフェクション、細胞膜透過性ペプチド(例えば、HIV由来のTATおよびポリアルギニン)との融合、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してもよい。 Reprogramming factors, in the form of proteins, may be introduced into somatic cells by techniques such as lipofection, fusion with cell membrane-permeable peptides (eg, HIV-derived TAT and polyarginine), and microinjection.

一方、DNAの形態の場合、例えば、ウイルス、プラスミド、人工染色体などのベクター、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(WO 2010/008054)などが例示される。また、人工染色体ベクターとしては、例えばヒト人工染色体(HAC)、酵母人工染色体(YAC)、細菌人工染色体(BAC、PAC)などが含まれる。プラスミドとしては、哺乳動物細胞用プラスミドを使用しうる(Science, 322:949-953, 2008)。ベクターには、核初期化物質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し、さらに、必要に応じて、薬剤耐性遺伝子(例えばカナマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子など)、チミジンキナーゼ遺伝子、ジフテリアトキシン遺伝子などの選択マーカー配列、緑色蛍光タンパク質(GFP)、βグルクロニダーゼ(GUS)、FLAGなどのレポーター遺伝子配列などを含むことができる。また、上記ベクターには、体細胞への導入後、初期化因子をコードする遺伝子もしくはプロモーターとそれに結合する初期化因子をコードする遺伝子を共に切除するために、それらの前後にLoxP配列を有してもよい。 On the other hand, DNA forms can be introduced into somatic cells by methods such as viruses, plasmids, vectors such as artificial chromosomes, lipofection, liposomes, and microinjection. Viral vectors include retroviral vectors and lentiviral vectors (see Cell, 126, pp.663-676, 2006; Cell, 131, pp.861-872, 2007; Science, 318, pp.1917-1920, 2007 ), adenovirus vectors (Science, 322, 945-949, 2008), adeno-associated virus vectors, Sendai virus vectors (WO 2010/008054), and the like. In addition, artificial chromosome vectors include, for example, human artificial chromosomes (HAC), yeast artificial chromosomes (YAC), bacterial artificial chromosomes (BAC, PAC) and the like. As a plasmid, a plasmid for mammalian cells can be used (Science, 322:949-953, 2008). The vector can contain regulatory sequences such as promoters, enhancers, ribosome-binding sequences, terminators, and polyadenylation sites so that nuclear reprogramming substances can be expressed, and furthermore, drug resistance genes ( kanamycin resistance gene, ampicillin resistance gene, puromycin resistance gene, etc.), selection marker sequences such as thymidine kinase gene and diphtheria toxin gene, reporter gene sequences such as green fluorescent protein (GFP), β-glucuronidase (GUS), FLAG, etc. can contain. In addition, the above vector has LoxP sequences before and after the gene or promoter encoding the reprogramming factor and the gene encoding the reprogramming factor binding thereto, in order to excise both the gene or the promoter encoding the reprogramming factor after introduction into somatic cells. may

また、RNAの形態の場合、例えばリポフェクション、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しても良く、分解を抑制するため、5-メチルシチジンおよびpseudouridine(TriLink Biotechnologies)を取り込ませたRNAを用いても良い(Warren L, (2010) Cell Stem Cell. 7:618-630)。 In the case of RNA, it may be introduced into somatic cells by techniques such as lipofection and microinjection, and RNA incorporating 5-methylcytidine and pseudouridine (TriLink Biotechnologies) is used to suppress degradation. (Warren L, (2010) Cell Stem Cell. 7:618-630).

iPS細胞誘導のための培養液としては、例えば、10~15%FBSを含有するDMEM、DMEM/F12またはDME培養液(これらの培養液にはさらに、LIF、penicillin/streptomycin、puromycin、L-グルタミン、非必須アミノ酸類、β-メルカプトエタノールなどを適宜含むことができる。)またはマウスES細胞培養用培養液(TX-WES培養液、トロンボX社)、霊長類ES細胞培養用培養液(霊長類ES/iPS細胞用培養液、リプロセル社)、無血清多能性幹細胞維持培地(例えば、mTeSR(Stemcell Technology社)、Essential 8(Life Technologies)、StemFit AK03(AJINOMOTO))などの市販の培養液が例示される。 Culture media for iPS cell induction include, for example, DMEM, DMEM/F12 or DME culture media containing 10-15% FBS (these media also contain LIF, penicillin/streptomycin, puromycin, L-glutamine , non-essential amino acids, β-mercaptoethanol, etc.), mouse ES cell culture medium (TX-WES culture medium, Thrombo X), primate ES cell culture medium (primate ES/iPS cell culture medium, Reprocell), serum-free pluripotent stem cell maintenance medium (e.g., mTeSR (Stemcell Technology), Essential 8 (Life Technologies), StemFit AK03 (AJINOMOTO)). exemplified.

培養法の例としては、例えば、37℃、5%CO2存在下にて、10%FBS含有DMEMまたはDMEM/F12培養液上で体細胞と初期化因子とを接触させ約4~7日間培養し、その後、細胞をフィーダー細胞(たとえば、マイトマイシンC処理STO細胞、SNL細胞等)上に播きなおし、体細胞と初期化因子の接触から約10日後からbFGF含有霊長類ES細胞培養用培養液で培養し、該接触から約30~約45日またはそれ以上ののちにiPS様コロニーを生じさせることができる。 As an example of the culture method, for example, somatic cells are brought into contact with reprogramming factors in DMEM or DMEM/F12 culture medium containing 10% FBS at 37°C in the presence of 5% CO 2 and cultured for about 4 to 7 days. Then, the cells were reseeded on feeder cells (e.g., mitomycin C-treated STO cells, SNL cells, etc.), and about 10 days after contact between the somatic cells and the reprogramming factors, they were incubated with bFGF-containing primate ES cell culture medium. It can be cultured to give rise to iPS-like colonies after about 30 to about 45 days or more after said contact.

あるいは、37℃、5% CO2存在下にて、フィーダー細胞(たとえば、マイトマイシンC処理STO細胞、SNL細胞等)上で10%FBS含有DMEM培養液(これにはさらに、LIF、ペニシリン/ストレプトマイシン、ピューロマイシン、L-グルタミン、非必須アミノ酸類、β-メルカプトエタノールなどを適宜含むことができる。)で培養し、約25~約30日またはそれ以上後にES様コロニーを生じさせることができる。望ましくは、フィーダー細胞の代わりに、初期化される体細胞そのものを用いる(Takahashi K, et al. (2009), PLoS One. 4:e8067またはWO2010/137746)、もしくは細胞外マトリックス(例えば、Laminin-5(WO2009/123349)およびマトリゲル(BD社))を用いる方法が例示される。 Alternatively, at 37°C in the presence of 5% CO2 , feeder cells (e.g., mitomycin C-treated STO cells, SNL cells, etc.) in 10% FBS-containing DMEM culture medium (this further includes LIF, penicillin/streptomycin, puromycin, L-glutamine, non-essential amino acids, β-mercaptoethanol, etc.), and after about 25 to about 30 days or longer, ES-like colonies can be generated. Desirably, instead of feeder cells, somatic cells themselves to be reprogrammed are used (Takahashi K, et al. (2009), PLoS One. 4: e8067 or WO2010/137746), or an extracellular matrix (e.g., Laminin- 5 (WO2009/123349) and Matrigel (BD)).

この他にも、血清を含有しない培地を用いて培養する方法も例示される(Sun N, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:15720-15725)。さらに、樹立効率を上げるため、低酸素条件(0.1%以上、15%以下の酸素濃度)によりiPS細胞を樹立しても良い(Yoshida Y, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:237-241またはWO2010/013845)。 In addition, a method of culturing using a serum-free medium is also exemplified (Sun N, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:15720-15725). Furthermore, in order to increase the establishment efficiency, iPS cells may be established under hypoxic conditions (oxygen concentration of 0.1% or more and 15% or less) (Yoshida Y, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:237 -241 or WO2010/013845).

上記培養の間には、培養開始2日目以降から毎日1回新鮮な培養液と培養液交換を行う。また、核初期化に使用する体細胞の細胞数は、限定されないが、培養ディッシュ100cm2あたり約5×103~約5×106細胞の範囲である。 During the above culture, the medium is replaced with a fresh medium once a day from the second day onwards. The number of somatic cells used for nuclear reprogramming is not limited, but ranges from about 5×10 3 to about 5×10 6 cells per 100 cm 2 of culture dish.

iPS細胞は、形成したコロニーの形状により選択することが可能である。一方、体細胞が初期化された場合に発現する遺伝子(例えば、Oct3/4、Nanog)と連動して発現する薬剤耐性遺伝子をマーカー遺伝子として導入した場合は、対応する薬剤を含む培養液(選択培養液)で培養を行うことにより樹立したiPS細胞を選択することができる。また、マーカー遺伝子が蛍光タンパク質遺伝子の場合は蛍光顕微鏡で観察することによって、発光酵素遺伝子の場合は発光基質を加えることによって、また発色酵素遺伝子の場合は発色基質を加えることによって、iPS細胞を選択することができる。 iPS cells can be selected by the shape of the formed colony. On the other hand, when a drug-resistant gene that is expressed in conjunction with a gene that is expressed when somatic cells are reprogrammed (e.g., Oct3/4, Nanog) is introduced as a marker gene, the culture medium containing the corresponding drug (selection The established iPS cells can be selected by culturing in culture solution). If the marker gene is a fluorescent protein gene, iPS cells are selected by observing with a fluorescence microscope, by adding a luminescent substrate if the marker gene is a luciferase gene, or by adding a chromogenic substrate if the marker gene is a chromogenic enzyme gene. can do.

本明細書中で使用する「体細胞」なる用語は、卵子、卵母細胞、ES細胞などの生殖系列細胞または分化全能性細胞を除くあらゆる動物細胞(好ましくは、ヒトを含む哺乳動物細胞)をいう。体細胞には、非限定的に、胎児(仔)の体細胞、新生児(仔)の体細胞、および成熟した健全なもしくは疾患性の体細胞のいずれも包含されるし、また、初代培養細胞、継代細胞、および株化細胞のいずれも包含される。具体的には、体細胞は、例えば(1)神経幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、歯髄幹細胞等の組織幹細胞(体性幹細胞)、(2)組織前駆細胞、(3)リンパ球、上皮細胞、内皮細胞、筋肉細胞、線維芽細胞(皮膚細胞等)、毛細胞、肝細胞、胃粘膜細胞、腸細胞、脾細胞、膵細胞(膵外分泌細胞等)、脳細胞、肺細胞、腎細胞および脂肪細胞等の分化した細胞などが例示される。 As used herein, the term "somatic cell" refers to any animal cell (preferably mammalian cells, including humans), excluding germ line cells or totipotent cells such as eggs, oocytes, ES cells. say. Somatic cells include, but are not limited to, fetal (pup) somatic cells, neonatal (pup) somatic cells, and mature healthy or diseased somatic cells, as well as primary cultured cells. , passaged cells, and cell lines are all included. Specifically, somatic cells include, for example, (1) tissue stem cells (somatic stem cells) such as neural stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, dental pulp stem cells, (2) tissue progenitor cells, (3) lymphocytes, epithelial cells, endothelial cells, muscle cells, fibroblasts (skin cells, etc.), hair cells, hepatocytes, gastric mucosa cells, enterocytes, splenocytes, pancreatic cells (pancreatic exocrine cells, etc.), brain cells, lung cells, kidney cells and differentiated cells such as adipocytes.

また、iPS細胞を移植用細胞の材料として用いる場合、拒絶反応が起こらないという観点から、移植先の個体のHLA遺伝子型が同一もしくは実質的に同一である体細胞を用いることが望ましい。ここで、「実質的に同一」とは、移植した細胞に対して免疫抑制剤により免疫反応が抑制できる程度にHLA遺伝子型が一致していることであり、例えば、HLA-A、HLA-BおよびHLA-DRの3遺伝子座あるいはHLA-Cを加えた4遺伝子座が一致するHLA型を有する体細胞である。 In addition, when iPS cells are used as a material for cells for transplantation, it is desirable to use somatic cells that have the same or substantially the same HLA genotype as the recipient individual from the viewpoint of avoiding rejection. Here, the term "substantially identical" means that the HLA genotypes match the transplanted cells to the extent that an immunosuppressive agent can suppress an immune reaction. and HLA-DR 3 loci or 4 loci including HLA-C are somatic cells that have the same HLA type.

(E) 核移植により得られたクローン胚由来のES細胞
ntES細胞は、核移植技術によって作製されたクローン胚由来のES細胞であり、受精卵由来のES細胞とほぼ同じ特性を有している(T. Wakayama et al. (2001), Science, 292:740-743; S. Wakayama et al. (2005), Biol. Reprod., 72:932-936; J. Byrne et al. (2007), Nature, 450:497-502)。すなわち、未受精卵の核を体細胞の核と置換することによって得られたクローン胚由来の胚盤胞の内部細胞塊から樹立されたES細胞がntES(nuclear transfer ES)細胞である。ntES細胞の作製のためには、核移植技術(J.B. Cibelli et al. (1998), Nature Biotechnol., 16:642-646)とES細胞作製技術(上記)との組み合わせが利用される(若山清香ら(2008),実験医学,26巻,5号(増刊), 47~52頁)。核移植においては、哺乳動物の除核した未受精卵に、体細胞の核を注入し、数時間培養することで初期化することができる。
(E) ES cells derived from cloned embryos obtained by nuclear transfer
ntES cells are cloned embryo-derived ES cells produced by nuclear transfer technology, and have almost the same characteristics as fertilized egg-derived ES cells (T. Wakayama et al. (2001), Science, 292: 740-743; S. Wakayama et al. (2005), Biol. Reprod., 72:932-936; J. Byrne et al. (2007), Nature, 450:497-502). That is, ntES (nuclear transfer ES) cells are ES cells established from the inner cell mass of a cloned embryo-derived blastocyst obtained by replacing the nucleus of an unfertilized egg with the nucleus of a somatic cell. For the production of ntES cells, a combination of nuclear transfer technology (JB Cibelli et al. (1998), Nature Biotechnol., 16:642-646) and ES cell production technology (above) is used (Wakayama Seika (2008), Jikken Igaku, Vol. 26, No. 5 (extra edition), pp. 47-52). In nuclear transfer, the nucleus of a somatic cell is injected into an enucleated unfertilized egg of a mammal and cultured for several hours to initialize the egg.

(F) Multilineage-differentiating Stress Enduring cells(Muse細胞)
Muse細胞は、WO2011/007900に記載された方法にて製造された多能性幹細胞であり、詳細には、線維芽細胞または骨髄間質細胞を長時間トリプシン処理、好ましくは8時間または16時間トリプシン処理した後、浮遊培養することで得られる多能性を有した細胞であり、SSEA-3およびCD105が陽性である。
(F) Multilineage-differentiating stress enduring cells (Muse cells)
Muse cells are pluripotent stem cells produced by the method described in WO2011/007900. Pluripotent cells obtained by suspension culture after treatment, and are positive for SSEA-3 and CD105.

(i)多能性幹細胞を未分化状態で培養できる培養液中で浮遊培養する工程
本発明の軟骨組織の製造方法に用いる多能性幹細胞は、未分化状態を維持しながら3次元浮遊培養することにより得られた細胞である。好ましくは、3次元浮遊培養することにより細胞塊の状態になった細胞である。本発明において、3次元浮遊培養とは、細胞を非接着条件にて、培養液中で撹拌または振とうしながら培養する方法である。
(i) A step of suspension culture in a culture medium that allows pluripotent stem cells to be cultured in an undifferentiated state. Cells obtained by Cells in a cell aggregate state by three-dimensional suspension culture are preferred. In the present invention, three-dimensional suspension culture is a method of culturing cells under non-adhesive conditions in a culture solution while stirring or shaking.

細胞塊の直径が300μmを超えると、細胞が分泌するサイトカイン等の影響により分化誘導や細胞塊内部に壊死が起きるため、細胞塊の直径が300μm以内に調整することが必要である。細胞塊の直径を調整するために、細胞密度および撹拌速度を適宜調節することや、細胞塊をメッシュに通すなどして、大きさを調整することが例示される。ここで使用されるメッシュとしては、滅菌可能なものであれば特に限定されず、例えば、ナイロンメッシュやステンレス等の金属製メッシュなどが挙げられる。 When the diameter of the cell cluster exceeds 300 μm, differentiation induction and necrosis occur inside the cell cluster due to the effects of cytokines and the like secreted by the cells. In order to adjust the diameter of the cell aggregates, adjusting the cell density and stirring speed appropriately, and adjusting the size by passing the cell aggregates through a mesh are exemplified. The mesh used here is not particularly limited as long as it can be sterilized, and examples thereof include nylon mesh and metal mesh such as stainless steel.

多能性幹細胞の3次元浮遊培養で用いる培養液は、多能性幹細胞の未分化状態を維持できる培養液であれば特に限定されないが、このような培養液として、10~15%FBSを含有するDMEM/F12またはDMEM培養液(これらの培養液にはさらに、LIF、penicillin/streptomycin、puromycin、L-グルタミン、非必須アミノ酸類、β-メルカプトエタノールなどを適宜含むことができる。)、またはマウスES細胞培養用培養液(TX-WES培養液、トロンボX社)、霊長類ES細胞培養用培養液(霊長類ES/iPS細胞用培養液、リプロセル社)、無血清多能性幹細胞維持培地(例えば、mTeSR(Stemcell Technology社)、Essential 8(Life Technologies)、StemFit AK03(AJINOMOTO))などの市販の培養液が例示される。 The culture medium used for 3D suspension culture of pluripotent stem cells is not particularly limited as long as it can maintain the undifferentiated state of pluripotent stem cells. Such a medium contains 10-15% FBS. DMEM/F12 or DMEM culture media (these culture media may further contain LIF, penicillin/streptomycin, puromycin, L-glutamine, non-essential amino acids, β-mercaptoethanol, etc. as appropriate), or mice ES cell culture medium (TX-WES culture medium, Thrombo X), primate ES cell culture medium (primate ES/iPS cell culture medium, Reprocell), serum-free pluripotent stem cell maintenance medium ( Examples include commercially available culture solutions such as mTeSR (Stemcell Technology), Essential 8 (Life Technologies), StemFit AK03 (AJINOMOTO).

多能性幹細胞の3次元浮遊培養で用いる培養液には、細胞死を抑制するため、ROCK阻害剤を添加してもよい。ROCK阻害剤は、Rho-キナーゼ(ROCK)の機能を抑制できるものである限り特に限定されず、例えば、Y-27632(例、Ishizaki et al., Mol. Pharmacol. 57, 976-983 (2000);Narumiya et al., Methods Enzymol. 325,273-284 (2000)参照)、Fasudil/HA1077(例、Uenata et al., Nature 389: 990-994 (1997)参照)、H-1152(例、Sasaki et al., Pharmacol. Ther. 93: 225-232 (2002)参照)、Wf-536(例、Nakajima et al., Cancer Chemother Pharmacol. 52(4): 319-324 (2003)参照)およびそれらの誘導体、ならびにROCKに対するアンチセンス核酸、RNA干渉誘導性核酸(例、siRNA)、ドミナントネガティブ変異体、およびそれらの発現ベクターが挙げられる。また、ROCK阻害剤としては他の公知の低分子化合物も使用できる(例えば、米国特許出願公開第2005/0209261号、同第2005/0192304号、同第2004/0014755号、同第2004/0002508号、同第2004/0002507号、同第2003/0125344号、同第2003/0087919号、国際公開第2003/062227号、同第2003/059913号、同第2003/062225号、同第2002/076976号、同第2004/039796号参照)。本発明では、1種または2種以上のROCK阻害剤が使用され得る。好ましいROCK阻害剤としては、Y-27632が挙げられる。ROCK阻害剤の濃度は、使用するROCK阻害剤に応じて当業者により適宜選択可能であるが、例えば、ROCK阻害剤としてY-27632を用いる場合、0.1μMから100μM、好ましくは1μMから50μM、さらに好ましくは5μMから20μMである。 A ROCK inhibitor may be added to the culture medium used for three-dimensional suspension culture of pluripotent stem cells in order to suppress cell death. ROCK inhibitors are not particularly limited as long as they can suppress the function of Rho-kinase (ROCK). Narumiya et al., Methods Enzymol. 325,273-284 (2000)), Fasudil/HA1077 (e.g. Uenata et al., Nature 389: 990-994 (1997)), H-1152 (e.g. Sasaki et al.) Ther. 93: 225-232 (2002)), Wf-536 (see e.g. Nakajima et al., Cancer Chemother Pharmacol. 52(4): 319-324 (2003)) and their derivatives, and antisense nucleic acids against ROCK, RNA interference-inducing nucleic acids (eg, siRNA), dominant-negative mutants, and expression vectors thereof. In addition, other known low-molecular-weight compounds can also be used as ROCK inhibitors (e.g., US Patent Application Publication Nos. 2005/0209261, 2005/0192304, 2004/0014755, 2004/0002508). , WO 2004/0002507, WO 2003/0125344, WO 2003/0087919, WO 2003/062227, WO 2003/059913, WO 2003/062225, WO 2002/076976 , 2004/039796). One or more ROCK inhibitors may be used in the present invention. Preferred ROCK inhibitors include Y-27632. The concentration of the ROCK inhibitor can be appropriately selected by those skilled in the art depending on the ROCK inhibitor to be used. Preferably from 5 μM to 20 μM.

多能性幹細胞の3次元浮遊培養で用いる培養液には、細胞塊同志の接着を抑制する試薬または細胞塊の浮遊状態を保持するための試薬を添加してもよく、このような試薬として、水溶性高分子、より好ましくは、水溶性多糖類(例えば、メチルセルロース、ゲランガム)が例示される。 A reagent for suppressing adhesion between cell clusters or a reagent for maintaining the floating state of cell clusters may be added to the culture medium used for three-dimensional suspension culture of pluripotent stem cells. Examples include water-soluble polymers, more preferably water-soluble polysaccharides (eg, methylcellulose, gellan gum).

3次元浮遊培養に用いられる培養器は、非接着性の培養容器であれば特に制限はなく、例えば、バイオリアクター、フラスコ、組織培養用フラスコ、ディッシュ、ペトリディッシュ、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、マイクロプレート、マイクロウエルプレート、マルチプレート、マルチウエルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック、ローラーボトルが挙げられる。これらの容器には、適宜、撹拌装置、給気システムを付属させてもよい。培養器にガス透過性の素材を利用することや撹拌装置の撹拌翼の大きさ、形状を調整することで、培養槽上面にて軸流を発生させることで、給気システムを省略することができる。本発明の3次元浮遊培養に用いられる好適な培養器は、マグネティックスターラーを設置した、エイブル社製のバイオリアクターが例示される。 The culture vessel used for three-dimensional suspension culture is not particularly limited as long as it is a non-adhesive culture vessel. Examples include microplates, microwell plates, multiplates, multiwell plates, chamber slides, petri dishes, tubes, trays, culture bags, and roller bottles. These containers may be appropriately equipped with an agitator and an air supply system. By using gas-permeable materials for the incubator and adjusting the size and shape of the stirring blades of the stirring device, an axial flow is generated on the upper surface of the culture tank, making it possible to omit the air supply system. can. A suitable culture vessel for use in the three-dimensional suspension culture of the present invention is exemplified by a bioreactor equipped with a magnetic stirrer manufactured by ABLE.

3次元浮遊培養において、撹拌装置が付属された培養器を用いる場合、撹拌速度は、細胞の浮遊状態を維持できれば、特に限定されないが、例えば、30 rpmから80 rpm、好ましくは40 rpmから70 rpm、さらに好ましくは50 rpmから60 rpmが例示される。 In three-dimensional suspension culture, when using an incubator equipped with a stirrer, the stirring speed is not particularly limited as long as the cells can be kept in a floating state, but is, for example, 30 rpm to 80 rpm, preferably 40 rpm to 70 rpm. , and more preferably 50 rpm to 60 rpm.

3次元浮遊培養は、1.0 x 104個/mlから1.0 x 106個/ml、好ましくは、3.0 x 104個/mlから1.0 x 105個/mlの細胞密度であることが例示され、培養液の容量を適宜増減することで、所望の細胞数を調整することが可能である。 The three-dimensional suspension culture is exemplified by a cell density of 1.0 x 10 4 cells/ml to 1.0 x 10 6 cells/ml, preferably 3.0 x 10 4 cells/ml to 1.0 x 10 5 cells/ml, A desired number of cells can be adjusted by appropriately increasing or decreasing the volume of the culture medium.

3次元浮遊培養において、培養温度は、特に限定されないが、約30℃~約40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われる。CO2濃度は、約2%~約5%、好ましくは約5%である。本工程の培養期間は、細胞塊の直径が300 μm以内に保つ期間であれば特に限定されないが、例えば、3日以上10日以内、好ましくは4日以上7日以内の培養期間が例示され、好ましくは5日である。 In the three-dimensional suspension culture, although the culture temperature is not particularly limited, it is about 30° C. to about 40° C., preferably about 37° C., and the culture is performed in an atmosphere of air containing CO 2 . The CO2 concentration is about 2% to about 5%, preferably about 5%. The culture period in this step is not particularly limited as long as the diameter of the cell mass is maintained within 300 μm. Five days is preferred.

本発明において、軟骨細胞とは、コラーゲンなど軟骨を構成する細胞外マトリックスを産生する細胞、または、このような細胞となる前駆細胞を意味する。また、このような軟骨細胞は、軟骨細胞マーカーを発現する細胞であってもよく、軟骨細胞マーカーとしてII型コラーゲン(COL2A1)またはSOX9が例示される。本発明において、COL2A1には、NCBIのアクセッション番号として、ヒトの場合、NM_001844またはNM_033150、マウスの場合、NM_001113515またはNM_031163に記載されたヌクレオチド配列を有する遺伝子並びに当該遺伝子にコードされるタンパク質、ならびにこれらの機能を有する天然に存在する変異体が包含される。本発明において、SOX9には、NCBIのアクセッション番号として、ヒトの場合、NM_000346、マウスの場合、NM_011448に記載されたヌクレオチド配列を有する遺伝子並びに当該遺伝子にコードされるタンパク質、ならびにこれらの機能を有する天然に存在する変異体が包含される。本発明において製造される軟骨細胞は、他の細胞種が含まれる細胞集団として製造されてもよく、例えば、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上または98%以上の軟骨細胞が含まれる細胞集団である。 In the present invention, chondrocytes mean cells that produce extracellular matrix that constitutes cartilage such as collagen, or progenitor cells that produce such cells. In addition, such chondrocytes may be cells expressing chondrocyte markers, and examples of chondrocyte markers include type II collagen (COL2A1) and SOX9. In the present invention, COL2A1 includes a gene having a nucleotide sequence described in NCBI accession numbers NM_001844 or NM_033150 for humans and NM_001113515 or NM_031163 for mice, proteins encoded by the genes, and these Naturally occurring variants having the function of are included. In the present invention, SOX9 includes a gene having a nucleotide sequence described in NCBI accession numbers NM_000346 for humans and NM_011448 for mice, a protein encoded by the gene, and functions thereof. Naturally occurring variants are included. Chondrocytes produced in the present invention may be produced as a cell population containing other cell types. is a cell population containing

本発明の製造方法により得られる軟骨組織は、軟骨細胞と細胞外マトリックスを含む組織塊であり、軟骨パーティクルとも称される。軟骨組織は、外膜および外膜に抱合された内容物から構成されている。外膜は、COL1線維を含むが、COL2線維を含まず、外膜の厚さは10μm以上50μm以下である。内容物は、Col11線維、Col2線維、プロテオグリカンおよび軟骨細胞を含む。本発明において、COL1線維とは、COL1遺伝子によってコードされるタンパク質が3重らせん構造を形成している線維である。本発明において、COL2線維とは、COL2遺伝子によってコードされるタンパク質が3重らせん構造を形成している線維である。本発明において、COL11線維とは、COL11遺伝子によってコードされるタンパク質が3重らせん構造を形成している線維である。本発明において、プロテオグリカンとは、コアタンパク質のアミノ酸であるセリンと糖質(キシロース、ガラクトース、グルクロン酸)が結合し、コンドロイチン硫酸などの2糖単位で連続する多糖体が結合した化合物である。 The cartilage tissue obtained by the production method of the present invention is a tissue mass containing chondrocytes and an extracellular matrix, and is also called cartilage particles. Cartilage tissue is composed of an adventitia and contents bound to the adventitia. The adventitia contains COL1 fibers but does not contain COL2 fibers, and has a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less. The contents include Col11 fibers, Col2 fibers, proteoglycans and chondrocytes. In the present invention, COL1 fibers are fibers in which the protein encoded by the COL1 gene forms a triple helix structure. In the present invention, COL2 fibers are fibers in which the protein encoded by the COL2 gene forms a triple helix structure. In the present invention, COL11 fibers are fibers in which the protein encoded by the COL11 gene forms a triple helix structure. In the present invention, proteoglycan is a compound in which core protein amino acid serine and carbohydrates (xylose, galactose, glucuronic acid) are bound to each other, and continuous disaccharide units such as chondroitin sulfate are bound to polysaccharides.

(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で接着条件で培養する工程
工程(ii)において使用される培養液は、動物細胞の培養に用いられる基礎培地へBMP2(Bone Morphogenetic Protein-2:骨形成タンパク質-2)、TGFβ(Transforming Growth Factor-β:トランスフォーミング増殖因子β)およびGDF5(Growth Differentiation Factor-5)から成る群から選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を添加して調製することができる。工程(i)で用いる好ましい培養液は、BMP2、TGFβ、GDF5およびHMG-CoA還元酵素阻害薬が添加された基礎培地である。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、およびこれらの混合培地などが挙げられる。
(ii) the cells obtained in step (i) are adhered in a serum-free culture medium containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor; The culture solution used in the step step (ii) of culturing under the conditions is BMP2 (Bone Morphogenetic Protein-2: Bone Morphogenetic Protein-2), TGFβ (Transforming Growth Factor-β: It can be prepared by adding one or more substances selected from the group consisting of transforming growth factor β) and GDF5 (Growth Differentiation Factor-5) and an HMG-CoA reductase inhibitor. A preferred culture medium used in step (i) is a basal medium supplemented with BMP2, TGFβ, GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor. Examples of basal media include 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, and mixtures thereof. A culture medium etc. are mentioned.

工程(ii)で用いる培養液は、血清(例えば、FBS)を含有しないものであるが、基礎培地には、必要に応じて、アルブミン、トランスフェリン、KnockOut Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物、Invitrogen)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、亜セレン酸ナトリウム、エタノールアミン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3’-チオールグリセロール、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、GlutaMAX(Invitrogen)、非必須アミノ酸(NEAA)、ピルビン酸ナトリウム、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、無機塩類などの物質を含有し得る。本工程の1つの実施形態において、基礎培地は、インスリン、トランスフェリン、亜セレン酸ナトリウム、エタノールアミン、アスコルビン酸、非必須アミノ酸、ピルビン酸ナトリウム、抗生物質を含み、血清を含まないDMEMである。 The culture medium used in step (ii) does not contain serum (e.g., FBS), but the basal medium may optionally contain albumin, transferrin, KnockOut Serum Replacement (KSR) (for FBS Serum Replacement (Invitrogen), N2 Supplement (Invitrogen), B27 Supplement (Invitrogen), Fatty Acids, Insulin, Sodium Selenite, Ethanolamine, Collagen Precursors, Trace Elements, 2-Mercaptoethanol, 3'-Thioglycerol , lipids, amino acids, L-glutamine, GlutaMAX (Invitrogen), non-essential amino acids (NEAA), sodium pyruvate, vitamins, growth factors, low molecular weight compounds, antibiotics, antioxidants, pyruvic acid, buffers, inorganic salts, etc. may contain substances of In one embodiment of this process, the basal medium is serum-free DMEM containing insulin, transferrin, sodium selenite, ethanolamine, ascorbic acid, non-essential amino acids, sodium pyruvate, antibiotics.

工程(ii)で用いる好ましい培養液は、BMP2、TGFβ、GDF5、HMG-CoA還元酵素阻害薬、血清アルブミン、脂肪酸およびPDGF(Platelet-Derived Growth Factor:血小板由来成長因子)が添加された基礎培地である。工程(ii)で用いる好ましい培養液は、BMP2、TGFβ、GDF5、HMG-CoA還元酵素阻害薬、血清アルブミン、脂肪酸、コレステロールおよびPDGFが添加された基礎培地である。 A preferred culture medium used in step (ii) is a basal medium supplemented with BMP2, TGFβ, GDF5, HMG-CoA reductase inhibitor, serum albumin, fatty acids and PDGF (Platelet-Derived Growth Factor). be. A preferred culture medium used in step (ii) is a basal medium supplemented with BMP2, TGFβ, GDF5, HMG-CoA reductase inhibitor, serum albumin, fatty acids, cholesterol and PDGF.

工程(ii)において使用されるBMP2には、ヒトおよび他の動物由来のBMP2、ならびにこれらの機能的改変体が包含され、例えば、市販のBMP2を好適に使用することができる。好ましくはヒトのBMP2である。BMP2は天然型であってもよく、組換え体であってもよい。BMP2の濃度は、0.1 ng/mlから1000 ng/ml、好ましくは1 ng/mlから100 ng/ml、より好ましくは5 ng/mlから50 ng/ml、さらに好ましくは10 ng/mlである。本発明において、BMP2はBMP4に置き換えてもよい。 The BMP2 used in step (ii) includes BMP2 derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available BMP2 can be preferably used. Human BMP2 is preferred. BMP2 may be naturally occurring or recombinant. The concentration of BMP2 is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 50 ng/ml, even more preferably 10 ng/ml. In the present invention, BMP2 may be replaced with BMP4.

工程(ii)において使用されるTGFβには、ヒトおよび他の動物由来のTGFβ、ならびにこれらの機能的改変体が包含され、例えば、市販のTGFβを好適に使用することができる。TGFβは天然型であってもよく、組換え体であってもよい。好ましくはヒトのTGFβである。TGFβの濃度は、0.1 ng/mlから1000 ng/ml、好ましくは1 ng/mlから100 ng/ml、より好ましくは5 ng/mlから50 ng/ml、さらに好ましくは10 ng/mlである。 TGFβ used in step (ii) includes TGFβ derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available TGFβ can be preferably used. TGFβ may be naturally occurring or recombinant. Human TGFβ is preferred. The concentration of TGFβ is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 50 ng/ml, still more preferably 10 ng/ml.

工程(ii)において使用されるGDF5には、ヒトおよび他の動物由来のGDF5、ならびにこれらの機能的改変体が包含され、例えば、市販のGDF5を好適に使用することができる。GDF5は天然型であってもよく、組換え体であってもよい。好ましくはヒトのGDF5である。GDF5の濃度は、0.1 ng/mlから1000 ng/ml、好ましくは1 ng/mlから100 ng/ml、より好ましくは5 ng/mlから50 ng/ml、さらに好ましくは10 ng/mlである。 GDF5 used in step (ii) includes GDF5 derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available GDF5 can be preferably used. GDF5 may be naturally occurring or recombinant. Human GDF5 is preferred. The concentration of GDF5 is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 50 ng/ml, even more preferably 10 ng/ml.

HMG-CoA還元酵素阻害薬は、HMG-CoA還元酵素の働きを阻害することによって、コレステロールの合成を抑制する薬物である。工程(ii)において使用されるHMG-CoA還元酵素阻害薬は、例えば、メバスタチン(コンパクチン)(USP3983140参照)、プラバスタチン(特開昭57-2240号公報(USP4346227)参照)、ロバスタチン(特開昭57-163374号公報(USP4231938)参照)、シンバスタチン(特開昭56-122375号公報(USP4444784)参照)、フルバスタチン(特表昭60-500015号公報(USP4739073)参照)、アトルバスタチン(特開平3-58967号公報(USP5273995)参照)、ロスバスタチン(特開平5-178841号公報(USP5260440)参照)、ピタバスタチン(特開平1-279866号公報(USP5854259およびUSP5856336)参照)を含むが、これらに限定されない。本発明におけるHMG-CoA還元酵素阻害薬は、好ましくは、メバスタチン、アトルバスタチン、プラバスタチン、ロスバスタチン、フルバスタチンおよびロバスタチンから成る群より選択される薬剤である。より好ましくはロスバスタチンである。HMG-CoA還元酵素阻害薬としてロスバスタチンを用いる場合、その濃度は、0.01μMから100μM、好ましくは0.1μMから10μM、より好ましくは0.5μMから5μM、さらに好ましくは約1μMである。 HMG-CoA reductase inhibitors are drugs that suppress cholesterol synthesis by inhibiting the action of HMG-CoA reductase. HMG-CoA reductase inhibitors used in step (ii) include, for example, mevastatin (compactin) (see USP3983140), pravastatin (see JP-A-57-2240 (USP4346227)), lovastatin (see JP-A-57 -163374 (USP4231938)), simvastatin (see JP-A-56-122375 (USP4444784)), fluvastatin (JP-A-60-500015 (USP4739073)), atorvastatin (JP-A-3-58967) (USP5273995)), rosuvastatin (see JP-A-5-178841 (USP5260440)), pitavastatin (see JP-A-1-279866 (USP5854259 and USP5856336)), but not limited thereto. The HMG-CoA reductase inhibitor in the present invention is preferably a drug selected from the group consisting of mevastatin, atorvastatin, pravastatin, rosuvastatin, fluvastatin and lovastatin. Rosuvastatin is more preferred. When rosuvastatin is used as an HMG-CoA reductase inhibitor, its concentration is 0.01 μM to 100 μM, preferably 0.1 μM to 10 μM, more preferably 0.5 μM to 5 μM, further preferably about 1 μM.

工程(ii)において使用される血清アルブミンは、ヒトおよび他の動物由来の血清アルブミン、ならびにこれらの機能的改変体が包含され、例えば、市販の血清アルブミンを好適に使用することができる。血清アルブミンは天然型であってもよく、組換え体であってもよい。好ましくはヒト血清アルブミン(HSA)である。血清アルブミンの濃度は、0.01 mg/mlから10 mg/ml、好ましくは0.05 mg/mlから5 mg/ml、より好ましくは0.1 mg/mlから3 mg/ml、さらに好ましくは約1 mg/mlである。 Serum albumin used in step (ii) includes serum albumin derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available serum albumin can be preferably used. Serum albumin may be naturally occurring or recombinant. Human serum albumin (HSA) is preferred. The concentration of serum albumin is 0.01 mg/ml to 10 mg/ml, preferably 0.05 mg/ml to 5 mg/ml, more preferably 0.1 mg/ml to 3 mg/ml, more preferably about 1 mg/ml. be.

工程(ii)において使用される脂肪酸は、例えば、リノール酸、リノレイン酸、アラキドン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、パルミトイル酸、パルミチン酸、ステアリン等が挙げられる。これらの脂肪酸は、単独で含有しても組み合わせて含有してもよい。例えば、市販の脂質濃縮物(商品名:Chemically defined lipid concentrate、gibco #11905-031)を好適に使用することができる。「Chemically defined lipid concentrate」を用いる場合、体積比で培養液の1/1000量以上1/10量以下の原液を添加することが好ましく、約1/100量の原液を添加することがより好ましい。「Chemically defined lipid concentrate」には、脂肪酸以外に、コレステロールおよびトコフェロール酢酸エステルが含まれている。「Chemically defined lipid concentrate」の組成を以下の表に示す。 Fatty acids used in step (ii) include, for example, linoleic acid, linoleic acid, arachidonic acid, myristic acid, oleic acid, palmitoic acid, palmitic acid, and stearin. These fatty acids may be contained singly or in combination. For example, a commercially available lipid concentrate (trade name: Chemically defined lipid concentrate, gibco #11905-031) can be preferably used. When a "chemically defined lipid concentrate" is used, it is preferable to add the stock solution in an amount of 1/1000 or more and 1/10 or less of the volume of the culture medium, more preferably about 1/100. "Chemically defined lipid concentrates" contain, besides fatty acids, cholesterol and tocopherol acetates. The composition of the "Chemically defined lipid concentrate" is shown in the table below.

Figure 0007269620000001
Figure 0007269620000001

工程(ii)において使用されるPDGFには、ヒトおよび他の動物由来のPDGF、ならびにこれらの機能的改変体が包含され、例えば、市販のPDGFを好適に使用することができる。好ましくはヒトのPDGFである。PDGFは天然型であってもよく、組換え体であってもよい。PDGFは、PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BBのいずれであってもよいが、好ましくはPDGF-BBである。PDGFの濃度は、0.1 ng/mlから1000 ng/ml、好ましくは1 ng/mlから100 ng/ml、より好ましくは5 ng/mlから50 ng/ml、さらに好ましくは約10 ng/mlである。 The PDGF used in step (ii) includes PDGF derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available PDGF can be preferably used. Human PDGF is preferred. PDGF may be naturally occurring or recombinant. PDGF may be PDGF-AA, PDGF-AB or PDGF-BB, preferably PDGF-BB. The concentration of PDGF is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 50 ng/ml, more preferably about 10 ng/ml. .

工程(ii)で用いる培養液は、さらに、bFGF(Basic fibroblast growth factor:塩基性線維芽細胞増殖因子)が添加されていてもよい。bFGFには、ヒトおよび他の動物由来のbFGF、ならびにこれらの機能的改変体が包含され、例えば、市販のbFGFを好適に使用することができる。bFGFの濃度は、0.1 ng/mlから1000 ng/ml、好ましくは1 ng/mlから100 ng/ml、より好ましくは5 ng/mlから50 ng/ml、さらに好ましくは約10 ng/mlである。 The culture medium used in step (ii) may further contain bFGF (Basic fibroblast growth factor). bFGF includes bFGF derived from humans and other animals, and functional variants thereof. For example, commercially available bFGF can be preferably used. The concentration of bFGF is 0.1 ng/ml to 1000 ng/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 50 ng/ml, more preferably about 10 ng/ml. .

工程(ii)で用いる培養液は、さらに、プテロシン誘導体が添加されていてもよい。プテロシン誘導体は、例えば、US 2015/0051293 A1に記載のプテロシン誘導体が例示され、より好ましくは、プテロシンBである。プテロシンBの濃度は、10μMから1000μM、好ましくは100μMから1000μMである。 The culture medium used in step (ii) may further contain a pterosine derivative. Pterosin derivatives are exemplified by, for example, pterosin derivatives described in US 2015/0051293 A1, and more preferably pterosin B. The concentration of pterosin B is 10 μM to 1000 μM, preferably 100 μM to 1000 μM.

本発明において、接着条件で培養するとは、細胞を培養皿へ接着可能な状態で培養することであり、細胞接着に適した表面加工をした培養容器を用いて培養することによって行ってもよい。このような表面加工をした培養容器は、市販のものを用いることができ、例えば、IWAKIの組織培養用ディッシュが例示される。他の態様として、細胞外マトリックスをコーティング処理された培養容器を用いて培養することによって行ってもよい。コーティング処理は、細胞外マトリックスを含有する溶液を培養容器に入れた後、当該溶液を適宜除くことによって行い得る。 In the present invention, culturing under adhesive conditions means culturing cells in a state that allows them to adhere to a culture dish, and may be performed by culturing using a culture vessel having a surface that is suitable for cell adhesion. Commercially available culture vessels with such a surface treatment can be used, for example, IWAKI's tissue culture dishes are exemplified. In another embodiment, culture may be performed using a culture vessel coated with an extracellular matrix. The coating treatment can be performed by adding a solution containing an extracellular matrix to the culture vessel and then removing the solution as appropriate.

本発明において、細胞外マトリックスとは、細胞の外に存在する超分子構造体であり、天然物であっても、人工物(組換え体)であってもよい。例えば、ポリリジン、ポリオルニチン、コラーゲン、プロテオグリカン、フィブロネクチン、ヒアルロン酸、テネイシン、エンタクチン、エラスチン、フィブリリン、ラミニンといった物質およびこれらの断片が挙げられる。これらの細胞外マトリックスは、適宜組み合わせて用いられてもよい。 In the present invention, an extracellular matrix is a supramolecular structure existing outside a cell, and may be a natural product or an artificial product (recombinant). Examples include substances such as polylysine, polyornithine, collagen, proteoglycan, fibronectin, hyaluronic acid, tenascin, entactin, elastin, fibrillin, laminin, and fragments thereof. These extracellular matrices may be used in combination as appropriate.

工程(ii)において、培養温度は、特に限定されないが、約30℃~約40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われる。CO2濃度は、約2%~約5%、好ましくは約5%である。本工程の培養時間は、例えば、7日以上28日以下、10日以上25日以下、10日以上20日以下、より好ましくは14日である。 In step (ii), the culture temperature is not particularly limited, but is about 30° C. to about 40° C., preferably about 37° C., and culture is performed in an atmosphere of air containing CO 2 . The CO2 concentration is about 2% to about 5%, preferably about 5%. The culture time in this step is, for example, 7 to 28 days, 10 to 25 days, 10 to 20 days, more preferably 14 days.

(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で浮遊条件で培養する工程
工程(iii)は、前記工程(ii)で得られた細胞(細胞塊)を培養容器より剥離させ、浮遊培養することで行い得る。工程(ii)で得られた細胞(細胞塊)を培養容器より剥離させる方法は、力学的分離方法(例えば、ピペッティング、スクレーパーを用いる方法等)により行うことが好ましく、プロテアーゼ活性および/またはコラゲナーゼ活性を有する分離溶液を用いない方法が好ましい。
(iii) suspending the cells obtained in step (ii) in a serum-free culture medium containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor; The step of culturing under the conditions step (iii) can be performed by detaching the cells (cell mass) obtained in the step (ii) from the culture vessel and culturing them in suspension. The method of detaching the cells (cell mass) obtained in step (ii) from the culture vessel is preferably performed by a mechanical separation method (e.g., pipetting, a method using a scraper, etc.), and protease activity and / or collagenase A method that does not use an active separate solution is preferred.

本発明において、浮遊条件で培養するとは、細胞(細胞塊)を培養皿へ非接着の状態で培養することであり、特に限定はされないが、細胞接着性を向上させる目的で人工的に処理(例えば、細胞外マトリックス等によるコーティング処理)されていない培養容器(例えば、ペトリディッシュ)、または、人工的に細胞接着を抑制する処理(例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリル酸(poly-HEMA)によるコーティング処理)した培養容器を使用して行ってもよい。 In the present invention, culturing in suspension conditions means culturing cells (cell clusters) in a non-adherent state to a culture dish, and is not particularly limited, but is artificially treated for the purpose of improving cell adhesiveness ( For example, a culture vessel (e.g., Petri dish) that has not been coated with extracellular matrix, etc., or a treatment that artificially suppresses cell adhesion (e.g., coating with polyhydroxyethyl methacrylic acid (poly-HEMA)) You may perform using the culture vessel which carried out.

工程(iii)において使用される培養液は、上記工程(ii)と同一の培養液を用いることができる。 As the culture medium used in step (iii), the same culture medium as in step (ii) can be used.

工程(iii)において、培養温度は、特に限定されないが、約30℃~約40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われる。CO2濃度は、約2%~約5%、好ましくは約5%である。本工程の培養時間は、例えば、2週以上、好ましくは6週以上、より好ましくは10週以上20週以下である。培養期間は、所望の軟骨組織(組織塊)が得られるまで培養することが望ましく、適宜軟骨組織の製造を確認しながら培養期間を調整することができる。本発明において軟骨組織を確認する方法として、例えば、得られた軟骨組織の一部を採取し、サフラニンOにて染色されることを確認する方法が挙げられる。また、例えば、軟骨組織の外膜がルブリシン(Lubricin)陽性であることを確認する方法が挙げられる。 In step (iii), the culture temperature is not particularly limited, but is about 30° C. to about 40° C., preferably about 37° C., and culture is performed in an atmosphere of air containing CO 2 . The CO2 concentration is about 2% to about 5%, preferably about 5%. The culture time in this step is, for example, 2 weeks or longer, preferably 6 weeks or longer, and more preferably 10 weeks or longer and 20 weeks or shorter. The culture period is desirably continued until the desired cartilage tissue (tissue mass) is obtained, and the culture period can be appropriately adjusted while confirming the production of the cartilage tissue. Methods for confirming cartilage tissue in the present invention include, for example, a method of collecting a portion of the obtained cartilage tissue and confirming that it is stained with Safranin O. Another example is a method of confirming that the outer membrane of cartilage tissue is lubricin-positive.

本発明は、上記本発明の方法により製造された軟骨組織を含む医薬品を提供する。患者への医薬品の投与方法としては、例えば、上述の方法により得られた軟骨組織をフィブリン糊で固めて、投与部位に適した大きさの軟骨組織として、患者の軟骨欠損部位に投与する方法がある。この他にも、軟骨組織をゼラチンゲルおよび/またはコラーゲンゲルおよび/またはヒアルロン酸ゲル等と混合し患部へ投与する方法、軟骨組織を患部に投与し骨膜等で固定する方法などが例示される。 The present invention provides pharmaceuticals containing cartilage tissue produced by the method of the present invention. As a method of administering a drug to a patient, for example, the cartilage tissue obtained by the above-described method is solidified with fibrin glue, and the cartilage tissue having a size suitable for the administration site is administered to the cartilage defect site of the patient. be. Other examples include a method in which cartilage tissue is mixed with gelatin gel and/or collagen gel and/or hyaluronic acid gel and the like and administered to the affected area, and a method in which cartilage tissue is administered to the affected area and fixed with periosteum or the like.

本発明において、本医薬品に含まれる軟骨組織の数は、移植片が投与後に生着できれば特に限定されなく、患部の大きさや体躯の大きさに合わせて適宜増減して調製されてもよい。 In the present invention, the number of cartilage tissues contained in the drug is not particularly limited as long as the graft can survive after administration, and may be prepared by appropriately increasing or decreasing according to the size of the affected area and the size of the body.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

〔実施例1:無血清培地を用いたiPS細胞から軟骨細胞への分化誘導〕
1-1 材料および方法
ヒトiPS細胞
Nakagawa M, et al, Sci Rep. 4:3594 (2014) に記載の方法で樹立されたFf-I01株を京都大学iPS細胞研究所より受領し、ヒトiPS細胞として用いた。
[Example 1: Induction of differentiation from iPS cells to chondrocytes using serum-free medium]
1-1 Materials and methods
human iPS cells
The Ff-I01 strain established by the method described in Nakagawa M, et al, Sci Rep. 4:3594 (2014) was received from the Institute for iPS Cell Research and Application, Kyoto University and used as human iPS cells.

工程(i)
ヒトiPS細胞は、0.5X TrypLE Selectを添加し、インキュベーションの後、セルスクレーパーを用いて細胞を剥離させた。細胞を計数し、0.5~1.0×107個を 100 mLバイオリアクター(BWV-S10A、エイブル)へ移し、10 nM Y-27632(Wako)を添加したStemFit AK03(Ajinomoto)を100 mLを加えて、6cm magnetic stirrer(BWS-S03NOS-6、エイブル)により60 rpmで回転させ、37 ℃、CO2 5%の条件下で、5日間培養した。その結果、直径50μmから300μmのiPS細胞塊が得られた。
Step (i)
For human iPS cells, 0.5X TrypLE Select was added, and after incubation, the cells were detached using a cell scraper. Count the cells, transfer 0.5-1.0×10 7 cells to a 100 mL bioreactor (BWV-S10A, ABLE), add 100 mL of StemFit AK03 (Ajinomoto) supplemented with 10 nM Y-27632 (Wako), It was rotated at 60 rpm with a 6 cm magnetic stirrer (BWS-S03NOS-6, ABLE) and cultured for 5 days at 37° C. and 5% CO 2 . As a result, iPS cell clusters with a diameter of 50 μm to 300 μm were obtained.

培地
以下に示した組成の無血清培地を使用した。

Figure 0007269620000002
Medium A serum-free medium having the composition shown below was used.
Figure 0007269620000002

対照として以下に示した血清含有培地を使用した。

Figure 0007269620000003
As a control, the serum-containing medium indicated below was used.
Figure 0007269620000003

軟骨細胞への分化誘導
工程(ii)
上記工程(i)で得られたiPS細胞塊を回収し、軟骨分化培地を5 mLを入れた10cm suspension culture dish(sumitomo)へiPS細胞塊を播種した。播種後、37℃、CO2 5%条件下で培養した。1~3日後に、新しい軟骨分化培地へ交換し、以後、2~5日の間隔で培地交換を行い、2~3週間培養を継続した。iPS細胞塊は次第にdishへ接着して結節(nodule)が形成された。
Induction of differentiation into chondrocytes
Step (ii)
The iPS cell mass obtained in step (i) above was collected and seeded in a 10 cm suspension culture dish (sumitomo) containing 5 mL of a chondrogenic differentiation medium. After seeding, the cells were cultured under conditions of 37°C and 5% CO 2 . After 1 to 3 days, the medium was replaced with a new chondrogenic differentiation medium, and thereafter, the medium was replaced at intervals of 2 to 5 days, and culture was continued for 2 to 3 weeks. The iPS cell mass gradually adhered to the dish to form a nodule.

工程(iii)
上記工程(ii)で得られた結節をセルスクレーパーで剥がし、6cm suspension culture dish(sumitomo)へ移し、37℃、CO2 5%条件下で培養した。1~5日後に、新しい軟骨分化培地へ交換した。以後、2~7日ごとに培地交換を行った。なお、培地交換時に、dishに貼付いた結節があればセルスクレーパーで剥がして浮遊させた。
Step (iii)
The nodules obtained in step (ii) above were scraped off with a cell scraper, transferred to a 6 cm suspension culture dish (Sumitomo), and cultured at 37°C under 5% CO 2 conditions. After 1-5 days, the medium was replaced with fresh chondrogenic differentiation medium. Thereafter, the medium was replaced every 2 to 7 days. At the time of medium exchange, if there was a nodule attached to the dish, it was scraped off with a cell scraper and made to float.

組織学的分析
バイオリアクターでの培養を開始してから84日目(血清含有培地の場合)または104日目(無血清培地の場合)に得られた組織塊を組織学的分析に供した。組織塊を4%パラホルムアルデヒドで固定し、パラフィンブロックに包埋した。Semi-serial 切片を用意し、ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色およびサフラニンO染色(サフラニンO・ファーストグリーン・鉄ヘマトキシリン染色)を行った。また、抗体を用いて免疫染色を行った。一次抗体の検出はCSA II Biotin-free Tyamide Signal Amplification System Kit (Agilent Technologies, CA, USA)を用いて行い、DABで発色させた。
Histological Analysis Tissue blocks obtained on day 84 (for serum-containing medium) or day 104 (for serum-free medium) after initiation of bioreactor culture were subjected to histological analysis. Tissue blocks were fixed with 4% paraformaldehyde and embedded in paraffin blocks. Semi-serial sections were prepared and subjected to hematoxylin/eosin (HE) staining and safranin O staining (safranin O/fast green/iron hematoxylin staining). In addition, immunostaining was performed using an antibody. Detection of the primary antibody was performed using the CSA II Biotin-free Tyamide Signal Amplification System Kit (Agilent Technologies, CA, USA) and developed with DAB.

グリコサミノグリカンの定量
バイオリアクターでの培養を開始してから13~14週目(血清含有培地の場合)または104日目(無血清培地の場合)に得られた組織塊をグリコサミノグリカンの定量に供した。グリコサミノグリカンは、軟骨組織に存在する主要な細胞外マトリックスの1つである。サンプルを乾燥し、質量を測定した後、Multi Beads Shocker (Yasui Kikai)で粉砕した。粉砕したサンプルのグリコサミノグリカン量を、Blyscan Glycosaminoglycan Assay Kit (Biocolor)を用いて測定した。グリコサミノグリカン量を乾燥重量で除した。
Determination of Glycosaminoglycans Glycosaminoglycans were obtained at 13-14 weeks (for serum-containing medium) or 104 days (for serum-free medium) after the start of culture in the bioreactor. was used for quantification. Glycosaminoglycans are one of the major extracellular matrices present in cartilage tissue. The samples were dried, weighed, and ground with a Multi Beads Shocker (Yasui Kikai). The amount of glycosaminoglycan in the pulverized sample was measured using the Blyscan Glycosaminoglycan Assay Kit (Biocolor). The amount of glycosaminoglycan was divided by the dry weight.

軟骨特異的遺伝子の発現解析
バイオリアクターでの培養を開始してから13~14週目(血清含有培地の場合)または104日目(無血清培地の場合)に得られた組織塊を軟骨特異的遺伝子の発現解析に供した。RT-PCRを実施するためのRNAを、各組織塊からRNeasy Mini Kit(Qiagen)を用いて製造業者のプロトコールに従って回収した。得られたトータルRNAをReverTra Ace(TOYOBO)を用いてcDNAへ変換した。リアルタイムPCRは、KAPA SYBR FAST qPCR kit Master Mix ABI prism(KAPA BIOSYSTEMS)を用いてStep One system(ABI)にて行われた。PCRに用いたプライマーを以下に示す。
SOX9 F AGACCTTTGGGCTGCCTTAT(配列番号:1)
SOX9 R TAGCCTCCCTCACTCCAAGA(配列番号:2)
COL1A1 F GTCGAGGGCCAAGACGAAG(配列番号:3)
COL1A1 R CAGATCACGTCATCGCACAAC(配列番号:4)
COL2A1 F TTTCCCAGGTCAAGATGGTC(配列番号:5)
COL2A1 R CTTCAGCACCTGTCTCACCA(配列番号:6)
AGGRECAN F TGAGGAGGGCTGGAACAAGTACC(配列番号:7)
AGGRECAN R GGAGGTGGTAATTGCAGGGAACA(配列番号:8)
Expression analysis of cartilage-specific genes It was subjected to gene expression analysis. RNA for performing RT-PCR was recovered from each tissue block using the RNeasy Mini Kit (Qiagen) according to the manufacturer's protocol. The obtained total RNA was converted to cDNA using ReverTra Ace (TOYOBO). Real-time PCR was performed by Step One system (ABI) using KAPA SYBR FAST qPCR kit Master Mix ABI prism (KAPA BIOSYSTEMS). The primers used for PCR are shown below.
SOX9 F AGACCTTTGGGCTGCCTTAT (SEQ ID NO: 1)
SOX9 R TAGCCTCCCTCACTCCAAGA (SEQ ID NO: 2)
COL1A1 F GTCGAGGGCCAAGACGAAG (SEQ ID NO: 3)
COL1A1 R CAGATCACGTCATCGCACAAC (SEQ ID NO: 4)
COL2A1 F TTTCCCAGGTCAAGATGGTC (SEQ ID NO: 5)
COL2A1 R CTTCAGCACCTGTCTCACCA (SEQ ID NO: 6)
AGGRECAN F TGAGGAGGGCTGGAACAAGTACC (SEQ ID NO: 7)
AGGRECAN R GGAGGTGGTAATTGCAGGGAACA (SEQ ID NO: 8)

1-2 結果
組織学的分析
血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地を用いて、それぞれ得られた組織塊をHE染色およびサフラニンO染色した結果を図1に示した。血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地で誘導した塊はともに、サフラニンOで赤く染色される細胞外マトリックス中に細胞が散在する構造をとり、軟骨様の組織像を呈した。
1-2 Results
Histological analysis
FIG. 1 shows the results of HE staining and Safranin O staining of tissue masses obtained using a serum-containing chondrogenesis medium and a serum-free chondrogenesis medium, respectively. Both the serum-containing chondrogenic medium and serum-free chondrogenic medium induced masses had a structure in which cells were scattered in an extracellular matrix stained red with safranin O, and exhibited a cartilage-like histology.

血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地を用いて、それぞれ得られた組織塊におけるII型コラーゲンおよびPRG4を免疫染色した結果を図2に示した。図1と図2は同じサンプルのSemi-serial 切片を染色したものである。血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地で誘導した塊はともに、その細胞外マトリックスはII型コラーゲンを含んでおり、軟骨であることを示唆した。また、ルブリシン(PRG4とも称される)の発現も認められ、軟骨の性質を持つと考えた。 FIG. 2 shows the results of immunostaining for type II collagen and PRG4 in tissue masses obtained using serum-containing chondrogenesis medium and serum-free chondrogenesis medium. Figures 1 and 2 are stained semi-serial sections of the same sample. Both serum-containing and serum-free chondrogenesis medium-induced masses contained type II collagen in their extracellular matrix, suggesting that they were cartilage. Expression of lubricin (also called PRG4) was also observed, suggesting that it has cartilage properties.

グリコサミノグリカンの定量
血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地を用いて、それぞれ得られた組織塊におけるグリコサミノグリカンを定量した結果を図3に示した。血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地で誘導した塊はともに、グリコサミノグリカンの含有量が100 mg/gを超えており、軟骨に似た組成を持っていた。
Quantification of Glycosaminoglycans FIG. 3 shows the results of quantification of glycosaminoglycans in tissue masses obtained using serum-containing chondrogenic differentiation medium and serum-free chondrogenic differentiation medium. Both serum-containing and serum-free chondrogenesis medium-induced masses contained more than 100 mg/g of glycosaminoglycans and had a composition similar to cartilage.

軟骨特異的遺伝子の発現解析
血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地を用いて、それぞれ得られた組織塊におけるSOX9、I型コラーゲン(COL1A1)、II型コラーゲン(COL2A1)およびアグリカン(ACAN)の発現をRT-PCRで測定した結果を図4に示した。血清含有軟骨分化培地および無血清軟骨分化培地で誘導した塊は、iPS細胞に比べてCOL2A1遺伝子、ACAN遺伝子の発現が著しく上昇しており、軟骨に分化したものであることが示唆された。無血清軟骨分化培地で誘導した塊におけるCOL2A1遺伝子の発現は、血清含有軟骨分化培地に比べて低く、軟骨への分化の程度が未熟である可能性が示唆された。
Expression analysis of cartilage-specific genes SOX9, type I collagen (COL1A1), type II collagen (COL2A1) and aggrecan (ACAN) in tissue masses obtained using serum-containing and serum-free chondrogenesis media, respectively. FIG. 4 shows the results of measuring the expression by RT-PCR. The clots induced by serum-containing chondrogenesis medium and serum-free chondrogenesis medium showed markedly increased expression of COL2A1 gene and ACAN gene compared to iPS cells, suggesting that they were differentiated into cartilage. The expression of the COL2A1 gene in the mass induced in the serum-free chondrogenesis medium was lower than that in the serum-containing chondrogenesis medium, suggesting the possibility that the degree of cartilage differentiation was immature.

〔実施例2:ヌードラットへのヒトiPS細胞由来軟骨組織の移植〕
2-1 材料および方法
ヌードラットの関節軟骨欠損部位への移植
雌性ヌードラット(F344/NJc1-rnu rnu/rnu、CLEA Japan、Inc.)を使用した。4週齢のヌードラットの両膝関節の皮膚および関節包を開いた。大腿骨溝に直径1 mm、深さ0.5 mmの穴を開けることにより、各膝に1つの骨軟骨欠損を形成した。本発明の製造方法により、無血清培地を用いて製造したヒトiPS細胞由来軟骨組織(1個)をトリミングして欠損部位に移植した。使用した軟骨組織はバイオリアクターでの培養を開始してから105日に得られたものである。移植後関節包および皮膚を閉じ、1か月後および6か月後にラットを安楽死させ、膝サンプルを回収した。
[Example 2: Transplantation of human iPS cell-derived cartilage tissue to nude rats]
2-1 Materials and methods
Implantation of articular cartilage defects in nude rats
Female nude rats (F344/NJc1-rnu rnu/rnu, CLEA Japan, Inc.) were used. The skin and joint capsule of both knee joints of 4-week-old nude rats were opened. One osteochondral defect was created in each knee by drilling a hole 1 mm in diameter and 0.5 mm deep in the femoral groove. A human iPS cell-derived cartilage tissue (one piece) produced in a serum-free medium according to the production method of the present invention was trimmed and transplanted to the defect site. The cartilage tissue used was obtained 105 days after starting the culture in the bioreactor. Post-implantation joint capsule and skin were closed, rats were euthanized and knee samples were collected after 1 and 6 months.

組織学的分析
膝サンプルを4%パラホルムアルデヒドで固定し、パラフィンブロックに包埋した。Semi-serial 切片を用意し、ヘマトキシリン・エオジン(HE)またはサフラニンO染色(サフラニンO・ファーストグリーン・鉄ヘマトキシリン染色)を行った。
Histological Analysis Knee samples were fixed in 4% paraformaldehyde and embedded in paraffin blocks. Semi-serial sections were prepared and stained with hematoxylin/eosin (HE) or safranin O (safranin O/fast green/iron hematoxylin staining).

免疫組織化学的分析
パラフィン包埋切片を脱パラフィンし、1 mMのEDTA緩衝液(pH8.0)中で80 ℃で15分間インキュベートして抗原を賦活化した。その後、切片を10 mg/mlヒアルロニダーゼで室温にて40分間処理した。緩衝液中の3%過酸化水素溶液および無血清タンパク質でペルオキシダーゼおよびタンパク質をブロッキングした後、切片を一次抗体とともに4 ℃で一晩インキュベートした。
使用した一次抗体は、マウス抗COL2抗体(Thermo Scientific, 1:1000)、ヤギ抗COL1抗体(Southern Biotech, 1:1500)、マウス抗COL10抗体(Invitrogen, 1:1000)、マウス抗LUBRICIN抗体(抗PRG4抗体)(Millipore, 1:500)およびウサギ抗ヒトビメンチン抗体(Abcam, 1:200)である。一次抗体は、CSA IIビオチンフリーTyamideシグナル増幅システムキット(Agilent Technologies、CA、USA)および色素原としてDABを用いて検出した。免疫蛍光染色には、Alexa Fluor 488 または 546(Life Technologies, 1:1000)にコンジュゲートした二次抗体を用いた。DAPIを含むFluoroshield Mounting Medium(Abcam)を使用した。TRAP染色キット(コスモバイオ)を用いてTRAP染色を行った。分析には、BZ-X analyzer(KEYENCE)またはImageJ ver1.51を使用した。
Immunohistochemical analysis Paraffin-embedded sections were deparaffinized and antigen-retrieved by incubation in 1 mM EDTA buffer (pH 8.0) at 80°C for 15 minutes. Sections were then treated with 10 mg/ml hyaluronidase for 40 minutes at room temperature. After blocking peroxidase and proteins with a 3% hydrogen peroxide solution in buffer and serum-free proteins, sections were incubated with primary antibodies overnight at 4°C.
The primary antibodies used were mouse anti-COL2 antibody (Thermo Scientific, 1:1000), goat anti-COL1 antibody (Southern Biotech, 1:1500), mouse anti-COL10 antibody (Invitrogen, 1:1000), mouse anti-LUBRICIN antibody (anti PRG4 antibody) (Millipore, 1:500) and rabbit anti-human vimentin antibody (Abcam, 1:200). Primary antibodies were detected using the CSA II Biotin-Free Tyamide Signal Amplification System Kit (Agilent Technologies, CA, USA) and DAB as chromagen. Secondary antibodies conjugated to Alexa Fluor 488 or 546 (Life Technologies, 1:1000) were used for immunofluorescence staining. Fluoroshield Mounting Medium (Abcam) containing DAPI was used. TRAP staining was performed using a TRAP staining kit (Cosmo Bio). BZ-X analyzer (KEYENCE) or ImageJ ver1.51 was used for analysis.

2-2 結果
移植後1か月
移植後1か月目に回収した膝サンプルの組織学的分析結果を図5に示した。ヒトビメンチン陽性のヒト由来移植軟骨が欠損部位を充填していることが示された。移植組織はラット関節軟骨と比較してサフラニンO染色性は少し低いが、II型コラーゲンは同程度に発現していた。移植組織の表層はルブリシンを発現していた。
2-2 Results
1 month after transplant
FIG. 5 shows the histological analysis results of knee samples collected one month after transplantation. It was shown that human vimentin-positive human-derived cartilage was filling the defect site. Compared to rat articular cartilage, the transplanted tissue had slightly lower safranin O staining, but the type II collagen was expressed at the same level. Lubricin was expressed in the superficial layer of the graft tissue.

移植後6か月
移植後1か月目に回収した膝サンプルの組織学的分析結果を図6および7に示した。ヒトビメンチン陽性のヒト由来移植軟骨が欠損部位を充填していることが示された。移植組織はラット関節軟骨と比較して、サフラニンO染色性は同程度以上、II型コラーゲン発現は同程度であり、I型コラーゲン発現は同程度に低く、軟骨の形質を有していた。また、移植組織の表層はルブリシンを発現し、深層はX型コラーゲンを発現しており、関節軟骨の構造を獲得していた。
Six months post- implantation Histological analysis of knee samples harvested one month post-implantation are shown in FIGS. It was shown that human vimentin-positive human-derived cartilage was filling the defect site. Compared to rat articular cartilage, the transplanted tissue had at least the same degree of safranin O staining, the same degree of type II collagen expression, and the same low type I collagen expression, and had cartilage characteristics. In addition, lubricin was expressed in the superficial layer of the transplanted tissue, and type X collagen was expressed in the deep layer, and the structure of articular cartilage was acquired.

Claims (7)

能性幹細胞から軟骨組織を製造する方法であって、
(i)多能性幹細胞を未分化状態で培養できる培養液中で浮遊培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で接着条件で培養する工程、および
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をBMP2、TGFβおよびGDF5から成る群より選択される1以上の物質ならびにHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液中で浮遊条件で培養する工程
を含み、
前記工程(ii)および(iii)で用いる培養液が、さらに血清アルブミン、脂肪酸、PDGFおよびコレステロールを含む培養液である、方法
A method for producing cartilage tissue from pluripotent stem cells , comprising:
(i) a step of suspension culture in a culture medium in which pluripotent stem cells can be cultured in an undifferentiated state;
(ii) the cells obtained in step (i) are adhered in a serum-free culture medium containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor; and (iii) culturing the cells obtained in step (ii) above, containing one or more substances selected from the group consisting of BMP2, TGFβ and GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor, and serum Step of culturing under suspension conditions in a culture medium that does not contain
including
The method, wherein the culture medium used in steps (ii) and (iii) further contains serum albumin, fatty acid, PDGF and cholesterol.
前記工程(ii)および(iii)で用いる培養液が、BMP2、TGFβ、GDF5およびHMG-CoA還元酵素阻害薬を含み、血清を含まない培養液である、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1 , wherein the culture medium used in steps (ii) and (iii) contains BMP2, TGFβ, GDF5 and an HMG-CoA reductase inhibitor and is serum-free. 前記HMG-CoA還元酵素阻害薬が、メバスタチン、アトルバスタチン、プラバスタチン、ロスバスタチン、フルバスタチンおよびロバスタチンから成る群より選択される薬剤である、請求項1または2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2 , wherein the HMG-CoA reductase inhibitor is an agent selected from the group consisting of mevastatin, atorvastatin, pravastatin, rosuvastatin, fluvastatin and lovastatin. 前記HMG-CoA還元酵素阻害薬が、ロスバスタチンである、請求項に記載の方法。 4. The method of claim 3 , wherein the HMG-CoA reductase inhibitor is rosuvastatin. 前記工程(iii)が、前記工程(ii)で得られた細胞を、分離溶液を用いずに浮遊培養を行う工程である、請求項1からのいずれか1項に記載の方法。 5. The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the step (iii) is a step of subjecting the cells obtained in the step (ii) to suspension culture without using a separation solution. 前記工程(i)で得られた細胞が、細胞塊の状態である、請求項1からのいずれか1項に記載の方法。 6. The method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the cells obtained in step (i) are in the form of cell aggregates. 前記軟骨組織が、軟骨細胞と細胞外マトリックスを含む組織塊である、請求項1からのいずれか1項に記載の方法。 7. The method of any one of claims 1-6 , wherein the cartilage tissue is a tissue mass comprising chondrocytes and extracellular matrix.
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