JP7296937B2 - 細胞外小胞の集団の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2018年3月2日に、米国に出願された62/637,397号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
しかしながら、細胞の培養上清から得られる細胞外小胞は、その性質が不均一な集団であり、品質の揃った細胞外小胞を得ることは難しい。またそれを評価する方法すら確立されていないのが現状である。
[1]細胞外小胞のゼータ電位の標準偏差が5mV以下である、細胞外小胞の集団。
[2]前記ゼータ電位の標準偏差が4.5mV以下である、[1]に記載の細胞外小胞の集団。
[3]前記ゼータ電位の標準偏差が4mV以下である、[2]に記載の細胞外小胞の集団。
[4]前記ゼータ電位の標準偏差が3.5mV以下である、[3]に記載の細胞外小胞の集団。
[5]前記ゼータ電位の標準偏差が3mV以下である、[4]に記載の細胞外小胞の集団。
[6]前記細胞外小胞がエクソソームである、[1]~[5]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団。
[7](a)複数の細胞の細胞周期を同調させる工程と、(b)前記工程(a)後、前記複数の細胞の培地を、細胞外小胞を実質的に含まない培地に交換する工程と、
(c)前記培地交換した培地で、前記複数の細胞を培養する工程と、(d)前記工程(c)後の培地から、細胞外小胞の集団を回収する工程と、
を含む、細胞外小胞の集団の製造方法。
[8]前記工程(d)後に得られる細胞外小胞の集団が、[1]~[6]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団である、[7]に記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
[9]前記工程(a)を、細胞周期同調剤を含む培地で、前記複数の細胞を培養することにより行う、[7]又は[8]に記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
[10]前記工程(a)を、コンフルエントな状態で、前記複数の細胞を培養することにより行う、[7]又は[8]に記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
[11]前記工程(a)において、前記複数の細胞をG1期に同調させる、[7]~[10]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
[12]前記工程(d)の後、さらに、(e)前記の回収した細胞外小胞の集団に含まれる細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程を含む、[7]~[11]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
[13][7]~[12]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団の製造方法により製造された、細胞外小胞の集団。
[14]細胞外小胞の集団の品質を評価する方法であって、(a)細胞外小胞の集団に含まれる複数の細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程と、(b)前記工程(a)で測定されたゼータ電位の標準偏差を算出する工程と、(c)前記工程(b)で算出された標準偏差に基づいて、前記細胞外小胞の集団の品質を評価する工程と、を含む、方法。
[15]前記工程(c)において、前記標準偏差が5mV以下である場合に、前記細胞外小胞の集団の均一性が高いと判定する、[14]に記載の細胞外小胞の集団の品質を評価する方法。
[16]前記工程(c)において、前記標準偏差が4.5mV以下である場合に、前記細胞外小胞の集団の均一性が高いと判定する、[15]に記載の細胞外小胞の集団の品質を評価する方法。
[17]前記工程(c)において、前記標準偏差が4mV以下である場合に、前記細胞外小胞の集団の均一性が高いと判定する、[16]に記載の細胞外小胞の集団の品質を評価する方法。
[18]前記工程(c)において、前記標準偏差が3.5mV以下である場合に、前記細胞外小胞の集団の均一性が高いと判定する、[17]に記載の細胞外小胞の集団の品質を評価する方法。
[19]前記工程(c)において、前記標準偏差が3mV以下である場合に、前記細胞外小胞の集団の均一性が高いと判定する、[18]に記載の細胞外小胞の集団の品質を評価する方法。
[20]複数の細胞外小胞を含む組成物であって、前記組成物に含まれる細胞外小胞のゼータ電位の標準偏差が5mV以下である、組成物。
[21]前記ゼータ電位の標準偏差が4.5mV以下である、[20]に記載の組成物。
[22]前記ゼータ電位の標準偏差が4mV以下である、[21]に記載の組成物。
[23]前記ゼータ電位の標準偏差が3.5mV以下である、[22]に記載の組成物。
[24]前記ゼータ電位の標準偏差が3mV以下である、[23]に記載の組成物。
[25]前記細胞外小胞がエクソソームである、[20]~[24]のいずれか一つに記載の組成物。
[26]前記組成物が医薬組成物、化粧品、又は食品である、[20]~[25]のいずれか一つに記載の組成物。
[27]前記食品が、健康食品又は機能性食品である、[26]に記載の組成物。
[28][1]~[6]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団を含む、医薬組成物。
[29][1]~[6]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団を含む、化粧品。
[30][1]~[6]のいずれか一つに記載の細胞外小胞の集団を含む、食品。
[31]健康食品又は機能性食品である、[30]に記載の食品
1実施形態において、本発明は、細胞外小胞のゼータ電位の標準偏差が5mV以下である、細胞外小胞の集団を提供する。
生体内に存在する癌細胞等の異常細胞は、その細胞膜に特有のタンパク質を発現している。エクソソームは細胞の分泌物であり、その表面に分泌源の細胞由来のタンパク質を発現している。エクソソームの表面とは、細胞から分泌される脂質小胞の膜表面であって、分泌されたエクソソームが生体内の環境と接する部分をいう。
細胞外小胞は、細胞が放出した細胞外小胞を加工したものであってもよい。細胞外小胞の加工方法は、加工後の細胞外小胞が、小胞構造を維持する限り、特に限定されない。細胞外小胞の加工方法としては、例えば、細胞外小胞の膜表面の修飾(例えば、ペプチドや糖鎖等による修飾)、細胞外小胞への薬剤の封入等が挙げられる。
細胞外小胞の集団を構成する個々の細胞外小胞のゼータ電位の測定は、公知の方法、装置、又はシステムにより行うことができる。そのような方法、装置、又はシステムとしては、例えば、国際公開第2016/171198号、国際公開第2016/063912号、国際公開第2014/030590号等に記載の方法、装置、又はシステム等が例示される。以下に、細胞外小胞のゼータ電位測定装置の一例を記載する。
また、複数種類の膜タンパク質に対して、それぞれの膜タンパク質に特異的な特異的結合物質を結合させて、細胞外小胞のゼータ電位を測定してもよい。この方法により測定されたゼータ電位の標準偏差が5mV以下である細胞外小胞の集団は、前記複数種類の膜タンパク質の発現量について均一性の高い細胞外小胞の集団である。
したがって、本明細書において、「細胞外小胞のゼータ電位」という用語は、細胞外小胞に特異的結合物質を結合させないで測定したゼータ電位、細胞外小胞に特定の膜タンパク質に対する特異的結合物質を結合させて測定したゼータ電位(特異的結合物質-細胞外小胞複合体のデータ電位)、及び細胞外小胞に複数種類の膜タンパク質に対する各特異的結結合物質を結合させて測定したゼータ電位(複数の特異的結合物質-細胞外小胞複合体のデータ電位)、を包含する。なお、前記複数種類の膜タンパク質は、2種類以上であれば、特に限定されず、例えば、2~50種類、2~30種類、2~20種類、2~10種類等が例示される。
図1は、ゼータ電位の測定に使用可能な粒子検出装置100の概略的な平面図である。図2は、粒子検出装置100の概略的な正面図である。
本実施形態における流体デバイスCは、一例として、細胞外小胞を分析する際に用いられる電気泳動分析チップである。以下に、細胞外小胞としてエクソソームを分析する場合を例として、細胞外小胞分析チップ(電気泳動分析チップ)について説明する。
細胞外小胞分析チップを用いたエクソソームの分析は、一例として次のようにして行うことができる。まず、検出対象のエクソソームを精製する。次に、エクソソームと特異的結合物質とを接触させる。特異的結合物質としては、エクソソームの表面に存在する分子に特異的に結合することができる物質を選択する。次に、細胞外小胞分析チップを用いて、エクソソームのゼータ電位を計測し、分析を行う。本分析は、エクソソームに限らず、広く細胞外小胞一般の分析にも適用できる。また、エクソソームは、特異的結合物質との接触を行うことなく、分析に供してもよい。
まず、エクソソームを含有する試料からエクソソームを精製する。試料としては、細胞培養液等が挙げられる。
次に、エクソソームと特異的結合物質とを接触させる。エクソソームの表面に検出対象の分子が存在した場合、特異的結合物質-エクソソーム複合体が形成される。特異的結合物質を適切に選択することにより、例えば、癌、肥満、糖尿病、神経変性疾患等の疾患に関連する異常を検出することができる。また、エクソソーム表面での検出対象の分子の発現量を分析することができる。例えば、膜表面にあるペプチドやタンパク質を人工的に発現させたエクソソームに対し、そのペプチドやタンパク質に対して特異的に結合する特異的結合物質を用いるなど、機能を改変したエクソソームを評価することもできる。
一例として、特異的結合物質として抗体を使用した場合について説明する。エクソソームと抗体とを反応させた後、抗体と反応させたエクソソームのゼータ電位を計測する。ゼータ電位とは、溶液中の微粒子の表面電荷である。例えば、エクソソームが負に帯電しているのに対し、抗体は正に帯電している。このため、抗体-エクソソーム複合体のゼータ電位は、エクソソーム単独のゼータ電位と比較して正にシフトしている。したがって、抗体と反応させたエクソソームのゼータ電位を測定することによって、エクソソームの膜表面における抗原の発現を検出することができる。これは、抗体に限らず、正に帯電した他の特異的結合物質でも同様である。
エクソソームの粒子径dは、一例として、細胞外小胞分析チップのマイクロ流路内で、エクソソームの電気泳動を行い、エクソソームの電気泳動速度Sを光学的に測定し、測定されたエクソソームの電気泳動速度Sに基づいて、以下の式(2)に示すアインシュタイン・ストークスの式を用いて算出することができる。
図3は、細胞外小胞分析チップの基本構造を示す斜視図である。図4は、図3におけるII-II線断面図である。細胞外小胞分析チップCHは、第1リザーバ110と、第2リザーバ120と、第1リザーバ110と第2リザーバ120とを接続する泳動流路150と、基材160とを備えている。泳動流路150は、例えば、ミリ流路やマイクロ流路である。泳動流路150は、一例として、幅200μm、高さ400μm、長さ10mm程度の大きさである。泳動流路150は、細胞外小胞、あるいは、細胞外小胞の表面に存在する生体分子に特異的に結合する特異的結合物質と細胞外小胞とが相互作用してなる、特異的結合物質-細胞外小胞複合体(一例として、抗体-エクソソーム複合体)を電気泳動するものである。
図5は、ステージ部STの設置面STaに流体デバイスCが設置された平面図である。図6は、流体デバイスCをyz平面で部分的に断面した部分断面図である。図7は、図6におけるA-A線断面図である。
この場合、流体デバイスCの積層構造は二層構造となっている。例えば、このような流体デバイスCの積層構造は、リザーバ部材10と、底板11とを互いに貼りあわせて形成される。
複数のレーンをレーンごとに順番に分析してもよく、また、複数の検出系によって同時に分析してもよい。なお、複数のレーン2は高さ方向(z方向)に配列されていてもよい。
この場合、溶液は長さ方向(x方向)から注入されてもよく、y方向から注入されてもよい。照射光源は例えば複数あって、それぞれの光源が対応する高さのレーン2を流れる微粒子を照射する。また、少なくとも一つの照射光源から照射方向を変えることでレーン2を流れる微粒子を照射してもよい。
照明光L1は、上述した直交面と交差する方向に延びる光軸に沿って流体デバイスCに照射される。本実施形態では、照明光L1の光軸は、x方向と平行である。本実施形態の照明光L1は、x方向に延びる光軸に沿って流体デバイスCに照射される。
この場合、流路13の位置が異なるチップを用いた場合であっても、流路13内に収光点が位置するように調整することが可能である。また、収光点と流路13の中心とがほぼ一致するように調整してもよく、検出部の中心部と収光点とがほぼ一致するように調整してもよい。
図9は、実施形態に係る調整部CLおよび流体デバイスCの部分詳細図である。調整部CLは、一例として、シリンドリカルレンズで構成される。調整部CLは、照明光L1のz方向の幅が流路13の内部において最小となり、且つ、流路13の照射光入射側の側面16aの位置における照明光L1の通過領域が側面16a内に限定されるように収束する収束角度に調整している。調整部CLは、照明光L1のz方向の幅が流路13の内部において最小となり、且つ、流路13の照射光入射側の側面16aの位置における照明光L1の照射領域が側面16a内に集光するような収束角度に照明光L1を調整している。また、調整部CLは、流路13の照射光射出側の側面16bの位置における照明光L1(照射光束)の通過領域が側面16b内に限定されるように収束する収束角度に調整している。
調整部CLは、流路13の照射光射出側の側面16bの位置における照明光L1(照射光束)の照射領域が側面16b内に集光するような収束角度に照明光L1を調整している。
また、調整部CLは、リザーバ部材10の端面17の位置における照明光L1の照射領域が端面17内に収束する収束角度に調整している。さらに、調整部CLは、照明光L1が流路13内の検出領域において収束点が存在するような収束角に調整している。
例えば、流路13の検出領域において検出部30の焦点深度外の照明光L1の照明光束は焦点深度内の照明光束よりも少なくなるような収束角を有する。なお、例えば、上述の直交面は、リザーバ部材10の端面17、流路13の照射光入射側の側面16a、又は流路13の照射光射出側の側面16bを含む。
n2sinα3=n3sinα4
α1+β1=δ1
α2+β1=δ2
α3+β2=δ2
α4+β2=δ3
α1:自由空間からリザーバ部材10の端面17への照明光L1の入射角
α2:端面17からリザーバ部材10内の照明光L1の出射角
α3:リザーバ部材10内から流路13の壁面16aへの照明光L1の入射角
α4:壁面16aから流路13内部への照明光L1の出射角
β1:端面17の傾斜角
β2:壁面16aの傾斜角
δ1:自由空間においての照明光L1の焦点面Fからの仰角
δ2:リザーバ部材10内においての照明光L1の焦点面Fからの仰角
δ3:流路13内においての照明光L1の焦点面Fからの仰角
n1:自由空間媒質の屈折率
n2:リザーバ部材10材質の屈折率
n3:流路13内の媒質の屈折率
であり、
入射角・出射角:端面17および壁面16aへの垂線からの角度
傾斜角:焦点面Fの垂線からの角度
仰角:焦点面Fからの角度
としている。また、符号は全て反時計回り方向を正とする。
図5に示すように、ステージ部STは、流体デバイスCが設置される設置面STaを備える。設置面STaは、xy平面と平行の面である。設置面STaは、y方向に間隔をあけて配置されている。設置面STaは、流路デバイスCのレーン2が設けられていないy方向の両端部を-Z側から支持する。流体デバイスCは、レーン2が配される領域が検出部30による-Z側からの観察に支障を来すことなく設置面STaに支持される。また、流体デバイスCにおけるレーン2に照射されるまでの照明光L1の光路にステージ部STが存在しないため、流体デバイスCに入射する照明光L1の一部がステージ部STに入射して、後述する粒子検出に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
送信部40は、撮像部32で撮像された画像情報を制御装置5へ送信する。
粒子検出装置100の動作は、設置工程、導入工程、照射工程、検出工程を含む。
設置工程は、流体デバイスCをステージ部STの設置面STaに設置する工程である。
具体的には、図5に示したように、押し付けコマ52により流体デバイスCを対角方向に押し付けることにより、流体デバイスCは、固定ピン51a、51bに押し付けられ、流路13(レーン2)がy方向と平行になるように、ステージ部STに位置決めされた状態で設置面STaに設置される。
試料が流路13に導入されたら、制御装置5はステージ駆動部60を駆動して、検出対象となるレーン2が照明光L1の光路および検出部30の検出軸31a上に位置させる。
検出対象となるレーン2が検出位置に移動すると、制御装置5は、電源部BTを制御して電極18A及び電極18Bに電界を印加させ、エクソソームを流路13に沿って電気泳動させる力を付与する。一例として、制御装置5は、約50V/cmの電界強度の電圧を約10秒間印加する。エクソソームの移動方向は、y方向と平行である。
照明光L1を照射する照射部20および調整部CLは、y方向の幅が一定で、上述した式(3)~式(8)を満足する収束角θでz方向に収束するシートビーム状の照明光L1を照射する。照明光L1の最小ビーム厚(z方向のビーム幅)は、一例として、10μmである。照明光L1の最小ビーム厚(z方向のビーム幅)方向は、図7および図9のz方向またはz方向と平行な方向である。照明光L1の最小ビーム厚(z方向のビーム幅)方向は、入射面(端面17および側面16a)における照明光L1の光軸方向及び流路方向とは異なる方向であり、該光軸方向及び流路方向と直交する方向である。流路方向は、流路13が延在する方向である。流路方向は、流路13を流体が流れる方向である。
照射された照明光L1は、流体デバイスCの一方の端面(照明光入射側端面)17、流路13の側面(照明光入射側側面)16a、流路13の内部、流路13の側面(照明光射出側側面)16b、流体デバイスCの他方の端面(照明光射出側端面)27(図5参照)を順次通過する。照明光L1は、エクソソームの移動方向と直交する方向に照射される。
照射された照明光L1は、図9に示すように、流路13の内部においてz方向の幅が最小となるように収束し、且つ、流路13の側面16aの位置における照射光束の通過領域が側面16a内に限定されるように収束する。さらに、照射された照明光L1は、流路13の照明光射出側の側面16bの位置における照射光束の通過領域が側面16a内に限定されるように収束する。照明光L1は、側面16aの位置における照射領域が側面16a内に集光し、側面16bの位置における照射領域が側面16b内に集光するような収束角に調整されている。また、照射された照明光L1は、流路13における検出部30の検出領域において収束点が存在する。
制御装置5は、粒子検出システム1を統括的に制御する。制御装置5は、ステージ駆動部60を介してステージ部STおよび流体デバイスCの移動を制御する。制御装置5は、電源部(印加部)BTを制御して、電極18A、18Bに流路13に沿った方向の電界を印加させる。また、制御装置5は、粒子検出装置100が撮像した画像を処理することにより、種々の判定を行う。この制御装置5の構成の詳細について、図11から図16を参照して説明する。
ゼータ電位判定部503は、上述の式(1)に基づいてゼータ電位ζを判定する。なお、この一例では、サンプル溶液の誘電率ε及びサンプル溶液の粘性係数ηは、予め記憶部520に記憶されている。ゼータ電位判定部503は、記憶部520に記憶されているサンプル溶液の誘電率ε及びサンプル溶液の粘性係数ηと、識別部502によるトラッキング結果から求めた微粒子の移動速度とに基づいて、微粒子のゼータ電位ζを判定する。
このように、媒質中に存在する微粒子の状態の相関を判定することができる。
エクソソームの特徴として、粒径が直径30~200nm程度の微粒子であること、そしてまた、構成因子としてシャペロン分子であるHsc70、Hsc90やテトラスパニン(CD9, CD63, CD81)が特異的に存在していることが挙げられる。
この場合、記憶部520には、粒子径のしきい値Thdが、基準範囲情報として記憶されている。また、記憶部520には、ゼータ電位のしきい値Thζが、基準範囲情報として記憶されている。これらの場合、記憶部520を基準記憶部と言い換えてもよい。このしきい値Thd、及びしきい値Thζの一例を図14に示す。
具体的には、この一例の場合、記憶部520には、粒子径のしきい値Thdとして、100nmが記憶されている。また、記憶部520には、ゼータ電位のしきい値Thζとして、-6mVが記憶されている。状態判定部506は、粒子相関リストLS2に記憶されている粒子相関情報PCのうち、粒子径dが、しきい値Thd以下である微粒子であり、かつ、ゼータ電位ζがしきい値Thζ以下である微粒子を、エクソソームであると判定する。一方、状態判定部506は、粒子相関リストLS2に記憶されている粒子相関情報PCのうち、粒子径dが、しきい値Thdを超える微粒子や、ゼータ電位ζが、しきい値Thζを超える微粒子を、エクソソームでないと判定する。
また、直径が200nmよりも大きい範囲には、単一のエクソソームが含まれていない場合がある。この場合には、粒子径のしきい値Thd(200nm)は、微粒子が単一のエクソソームであるか否かを判定するための一要素として、利用することができる。
また、直径が200nmよりも大きい範囲には、単一のエクソソームが複数個凝集した微粒子が含まれている場合がある。この場合には、粒子径のしきい値Thd(200nm)は、微粒子が単一のエクソソームであるか、凝集したエクソソームであるかを判定するための一要素として、利用することができる。
このように、基準記憶部において記憶される基準値となるしきい値を、微粒子の状態の判定のための要因として用いることができる。
ここで、粒子径dが200nm以下の微粒子をエクソソームであると判定する場合を一例にして説明する。粒子径判定部504は、抗体-エクソソーム複合体を直径が200nmを超える微粒子であると判定することがある。このため、状態判定部506が粒子径dのみによって判定した場合には、抗体-エクソソーム複合体の粒子径dが、エクソソームであるか否かの粒子径dのしきい値Thdを超えるため、抗体-エクソソーム複合体がエクソソームではないと判定される場合がある。そこで、状態判定部506は、粒子径dが200nm以下の微粒子をエクソソームであると判定するとともに、粒子径dが200nmを超える微粒子であっても、ゼータ電位ζがしきい値Thζ以下である場合には、その微粒子をエクソソームであると判定する。つまり、状態判定部506は、粒子径dのしきい値Thdとゼータ電位ζのしきい値Thζとを組み合わせて、微粒子がエクソソームであるか否かを判定する。
つまり、エクソソームに対して抗体を作用させることによるゼータ電位ζ及び粒子径dの、それぞれの変化に基づいて、微粒子がエクソソームであるか否かを判定することができる。
粒子検出システム1は、ゼータ電位ζ及び粒子径dに基づく、上述のような評価条件を様々に組み合わせて、微粒子の評価を行うことができる利点を有する。
次に、図15を参照して、制御装置5の動作について説明する。
図15は、制御装置5の動作の一例を示す図である。ここでは、粒子検出装置100が、所定の時間間隔によって側方散乱光の画像を撮像する場合について説明する。
相関部505は、関連付けした結果を示す粒子相関リストLS2を生成し、生成した粒子相関リストLS2を記憶部520に記憶させる。相関部505は、すべての微粒子について関連付けが終了していないと判定した場合(ステップS80;NO)には、処理をステップS40に戻す。相関部505は、すべての微粒子について関連付けが終了したと判定した場合(ステップS80;YES)には、処理をステップS90に進める。
ゼータ電位の測定を、細胞外小胞に特異的結合物質を結合させた状態で行った場合には、特に当該特異的結合物質の結合対象である分子の発現状態に関して均質性の高い細胞外小胞の集団を得ることができる。例えば、細胞外小胞の膜表面を、疾患部位などを標的とする分子(例えば、がん細胞膜表面抗原に対する抗体)で修飾した場合には、当該分子に対する特異的結合物質を用いてゼータ電位の測定を行い、当該ゼータ電位の標準偏差が5mV以下である細胞外小胞の集団を得てもよい。そのような細胞外小胞の集団を構成する細胞外小胞は、当該分子による膜表面の修飾状態に関して特に均質性が高い。そのため、当該疾患部位へのDDSのキャリアとして好適に用いることができる。
1実施形態において、本発明は、細胞外小胞の集団の製造方法を提供する。本実施形態の方法は、(a)複数の細胞の細胞周期を同調させる工程と、(b)前記工程(a)後、前記複数の細胞の培地を、細胞外小胞を実質的に含まない培地に交換する工程と、(c)前記培地交換した培地で、前記複数の細胞を培養する工程と、(d)前記工程(c)後の培地から、細胞外小胞の集団を回収する工程と、を含む。
工程(a)は、複数の細胞の細胞周期を同調させる工程である。
前記複数の細胞は、全て同一種類の細胞であることが好ましい。同一種類の細胞を培養することにより、品質が揃った細胞外小胞を得ることができる。細胞の種類は、細胞外小胞を放出する限り、特に限定されない。細胞としては、例えば、腫瘍細胞などの各種疾患細胞;樹状細胞、T細胞、B細胞などの免疫細胞;神経細胞などの各種組織細胞;脂肪細胞;間葉系幹細胞、造血幹細胞などの体性幹細胞;ES細胞、iPS細胞などの多能性幹細胞;生殖細胞等が挙げられるが、これらに限定されない。前記細胞が由来する生物種も、特に限定されない。細胞が由来する生物種も特に限定されず、ヒト、及びヒト以外の哺乳類(例えば、マウス、モルモット、サル、イヌ、ネコ、ウシ、ウマ、ブタ等)の細胞等が挙げられる。細胞は、製造するエクソソームの用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、再生医療に利用する場合には、ヒトの間葉系幹細胞等を選択することができる。
「複数の細胞」は、2個以上の細胞であれば特に限定されず、例えば、102個以上、103個以上、104個以上等の細胞であってもよい。複数の細胞は、例えば、102~1015個、103~1012個、又は104~1010個等の細胞であってもよい。
「細胞周期同調剤」とは、複数の細胞の細胞周期を同調させる作用を有する薬剤である。細胞周期同調剤としては、特定の細胞周期で細胞周期の進行を停止させる作用を有する薬剤等が挙げられる。細胞周期同調剤は、公知のものを特に制限なく用いることができる。一例として、細胞をG1期に同調させる細胞周期同調剤として、レプトマイシンA及びレプトマイシンB等が挙げられる。例えば、細胞周期同調剤を培地に添加し、複数の細胞を培養する。培養培地は、細胞の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、ヒトの細胞であれば、公知のヒト細胞培養用培地を特に制限なく用いることができる。ヒト細胞培養用培地としては、一例として、ウシ胎児血清(FBS)等を添加したRPMI培地等が挙げられる。
「コンフルエントな状態」とは、培養容器内で増殖可能な濃度に細胞が達し、細胞の増殖がほぼ停止しした状態をいう。コンフルエントな状態で細胞を培養することにより、細胞周期をG1期に同調させることができる。
血清飢餓状態での培養は、血清を含まない培地で細胞を培養すればよく、公知の方法により行うことができる。血清を含まない培地は、例えば、細胞の種類に応じて適宜選択される培地の組成において、血清を無添加とすることにより調製することができる。血清飢餓状態で細胞を培養することにより、細胞周期をG1期に同調させることができる。
血清飢餓状態での培養時間は、上記と同様に、細胞周期が1周期進行する時間以上、培養することが好ましい。培養時間としては、例えば、10時間以上、15時間以上、20時間以上等が例示される。培養時間の上限は、特に限定されないが、細胞周期が同調した後に長時間培養する必要はないため、例えば、細胞周期が4周期、3周期、又は2周期進行するよりも短い時間等が挙げられる。培養時間の上限の具体例としては、例えば、50時間以内、40時間以内、30時間以内とすることができる。一例として、培養時間は、24時間とすることができる。
チミジンブロックは、チミジンを過剰量含む培地で、細胞を培養すればよく、公知の方法により行うことができる。チミジンブロックを行なうことにより、細胞周期をS期に同調させることができる。培地中のチミジンの濃度としては、例えば、1~5mM、1.5~4mM、2~3mM等が例示される。培地は、チミジンを過剰に添加する以外は、細胞の種類に応じて適宜選択される培地を用いればよい。
チミジンを過剰に含む培地での培養時間は、上記と同様に、細胞周期が1周期進行する時間以上、培養することが好ましい。培養時間としては、例えば、10時間以上、15時間以上、20時間以上等が例示される。培養時間の上限は、特に限定されないが、細胞周期が同調した後に長時間培養する必要はないため、例えば、細胞周期が4周期、3周期、又は2周期進行するよりも短い時間等が挙げられる。培養時間の上限の具体例としては、例えば、50時間以内、40時間以内、30時間以内とすることができる。一例として、培養時間は、24時間とすることができる。
工程(b)は、前記工程(a)後、前記複数の細胞の培地を、細胞外小胞を実質的に含まない培地に交換する工程である。
培地の交換は、例えば、工程(a)における培養容器から培養上清を除去し、細胞外小胞を実質的に含まない培地を添加することにより行うことができる。また、培地上清を除去後に、細胞外小胞を実質的に含まない培地で1~3回程度細胞の洗浄を行ってもよい。細胞が浮遊細胞等である場合には、遠心分離やフィルターろ過等によって細胞を回収し、適宜細胞の洗浄を行って、細胞外小胞を実質的に含まない培地に細胞を播種してもよい。
例えば、血清等の生物由来成分を含む培地では、培地中に、生物の細胞由来の細胞外小胞が存在する。そのため、そのような培地で細胞の培養を行なうと、培地中には、当該細胞から放出された細胞外小胞と、元々培地中に含まれる細胞外小胞とが混在することになり、品質の揃った細胞外小胞を得られない。そのため、本工程では、細胞培養培地を、細胞外小胞を実質的に含まない培地に交換する。
本工程により、細胞周期が同調する前に放出された細胞外小胞を除去できると共に、培地からの細胞外小胞の持ち込みを排除することができる。
工程(c)は、前記培地交換した培地で、前記複数の細胞を培養する工程である。
細胞の培養は、細胞外小胞を含まない培地で培養すること以外は、上記工程(a)で記載した方法と同様に行うことができる。本工程での培養時間は、細胞が細胞外小胞を放出するのに十分な時間であればよい。例えば、30分以上、1時間以上、1.5時間以上とすることができる。また、例えば、30分~5時間、1~4時間、1.5~3時間等であってもよい。例えば、培養時間は、2時間とすることができる。
工程(d)は、前記工程(c)後の培地から、細胞外小胞の集団を回収する工程である。
細胞外小胞は、例えば、工程(c)の後の培養上清から回収することができる。例えば、工程(c)の後、培養液の遠心分離やフィルターろ過等により、細胞と培養上清とを分離することができる。培養上清から細胞外小胞を回収する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、細胞外小胞の回収方法としては、超遠心分離、限外ろ過、連続フロー電気泳動、クロマトグラフィー等、の方法が挙げられる。
このようにして、細胞外小胞の集団を得ることができる。
本実施形態の製造方法は、上記工程(a)~(d)に加えて、任意の工程を含んでいてもよい。任意の工程は、特に限定されないが、例えば、工程(d)の後、(e)回収した細胞外小胞の集団に含まれる細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程等が挙げられる。
本実施形態の製造方法は、工程(d)により回収した細胞外小胞の集団に含まれる細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程を含んでいてもよい。前記細胞外小胞のゼータ電位の測定は、公知の方法で行うことができる。細胞外小胞のゼータ電位の測定方法としては、例えば、上記「<細胞外小胞の集団>」で記載した方法等が挙げられる。
1実施形態において、本発明は、細胞外小胞の集団の品質を評価する方法を提供する。本実施形態の方法は、(a)細胞外小胞の集団に含まれる複数の細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程と、(b)前記工程(a)で測定されたゼータ電位の標準偏差を算出する工程と、(c)前記工程(b)で算出された標準偏差に基づいて、前記細胞外小胞の集団の品質を評価する工程、を含む。
工程(a)は、細胞外小胞の集団に含まれる複数の細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程である。細胞外小胞の集団中の個々の細胞外小胞のゼータ電位の測定は、公知の方法で行うことができる。細胞外小胞のゼータ電位の測定方法としては、例えば、上記「<細胞外小胞の集団>」で記載した方法が挙げられる。
工程(b)は、前記工程(a)で測定されたゼータ電位の標準偏差を算出する工程である。ゼータ電位の標準偏差の算出は、上記「<細胞外小胞の集団>」で記載した方法により行うことができる。
工程(c)は、前記工程(b)で算出された標準偏差に基づいて、前記細胞外小胞の集団の品質を評価する工程である。例えば、細胞外小胞が由来する細胞の種類、細胞外小胞の用途等に基づいて、標準偏差の閾値を設定し、工程(b)で算出された標準偏差が前記閾値以下である場合に、細胞外小胞の集団の均一性が高いと評価することができる。すなわち、細胞外小胞の集団の品質が高い(品質が揃っている)と判断することができる。
標準偏差の閾値としては、例えば、5mV以下、好ましくは4.5mV以下、より好ましくは4mV以下、さらに好ましくは3.5mV以下、特に好ましくは3mV以下等が例示される。
本実施形態の方法は、さらに、上記工程(c)により、均一性が高いと評価された細胞外小胞の集団を選択する工程、を含んでいてもよい。あるいは、上記工程(c)により、均一性が低いと評価された細胞外小胞の集団を廃棄する工程、を含んでいてもよい。
1実施形態において、本発明は、複数の細胞外小胞を含む組成物であって、前記組成物に含まれる細胞外小胞のゼータ電位の標準偏差が5mV以下である、組成物、を提供する。
本実施形態の組成物が含む複数の細胞外小胞は、上記「<細胞外小胞の集団>」で説明した上記実施形態の細胞外小胞の集団である。
1実施形態において、本発明は、上記実施形態の細胞外小胞の集団を含む、医薬組成物を提供する。
この他、医薬分野において常用される成分を特に制限なく使用することができる。本実施形態の医薬組成物は、例えば、溶解補助剤、懸濁化剤、等張化剤、緩衝剤、pH調整剤、賦形剤、安定剤、抗酸化剤、浸透圧調整剤、防腐剤、着色剤、香料等を含んでいてもよい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
薬剤は、例えば、本細胞外小胞の集団を構成する細胞外小胞に封入されていてもよい。
本実施形態の医薬組成物は、単回投与又は複数回投与を行うことが可能であり、その投与期間及び間隔は、薬物の種類、疾患の種類及び状態等、投与経路、投与対象の年齢、体重及び性別等によって、適宜選択することができる。本実施形態の医薬組成物を複数回投与する場合、投与間隔は、例えば、1日1~3回、3日毎、1週間毎等とすることができる。
本実施形態の医薬組成物の投与量は、薬物の種類、疾患の種類及び状態等、投与経路、投与対象の年齢、体重及び性別等によって、適宜選択することができる。本実施形態の医薬組成物の投与量は、医薬組成物に含まれる薬物の治療的有効量とすることができ、例えば、1回につき体重1kgあたり0.01~1000mg程度、0.1~500mg程度、0.1~100mg程度等とすることができる。
1実施形態において、本発明は、上記実施形態の細胞外小胞の集団を含む、化粧品を提供する。
薬剤は、例えば、本細胞外小胞の集団を構成する細胞外小胞に封入されていてもよい。
1実施形態において、本発明は、上記実施形態の細胞外小胞の集団を含む、食品を提供する。
(方法)
ヒト急性骨髄性白血病細胞であるHL60細胞を、ウシ胎児血清(FBS)を10%添加したロズウェルパーク記念研究所(RPMI)培地(Thermo Fisher Scientific)で培養した。細胞外小胞(EV)回収時には、FBS中のEVを超遠心法で除去したEV除去培地を用いた。回収した培養上清からのEV精製は以下の手順で行った。まず、細胞片やマイクロベシクル等の大きな粒子を取り除くため、300×gで10分、2,000×gで20分、及び10,000×gで100分でそれぞれ遠心した。次に、その上清を100,000×gで200分遠心し、沈殿物を10mMのHEPES緩衝液で懸濁し、EV試料を得た。EV試料を液面調節用の流路を並行させた分析チップのマイクロ流路に導入し、散乱光イメージングで個々の粒子の重心位置を可視化し追跡した。それぞれのEVに対して、ブラウン運動解析により粒子径を、電気泳動解析によりゼータ電位を見積もった。
測定結果の正確性を上げるため、HL60細胞の培養上清から精製したEVの多点計測を行った(図17、18)。EVの粒径とゼータ電位の平均値と標準偏差は、それぞれ127±77nm、-12.5±5.4mVであった。EVの粒径は30nm付近の粒子まで測定可能であること、ゼータ電位は測定回ごとのバラツキが少なく、信頼性の高い測定が可能であることが示された。
(方法)
ヒト急性骨髄性白血病であるHL60細胞の細胞数を血算板を用いて計数し、初期細胞数を1×107個に調整した。細胞培養用の培地として、ウシ胎児血清(FBS)を10%添加したPRMI培地(通常培地)を用いた。また、通常培地に、細胞をG1期に同調させる薬剤であるLeptomycinB(LMB)を100nM添加した培地(LMB添加培地)を、細胞周期同調用の培地として用いた。また、超遠心法でEVを除去したFBSを10%添加したPRMI培地を、EVを実施的に含まない培地(EV除去培地)として用いた。
HL60細胞を、通常培地又はLMB添加培地で24時間培養後、EV除去培地に交換し、2時間培養した。その後、細胞及び細胞上清を回収した。
回収した細胞について、細胞内DNA量により細胞周期を調べた。具体的には、細胞をエタノール固定し、24時間以上4℃で保存した後に、PBSを用いて洗浄した。その後、RNAを分解するためにRNaseAを加えて37℃で1時間インキュベートした後、プロピジウムイオダイド(PI)を2時間以上反応させてDNAを染色し、フローサイトメトリー(BD FACSAria(登録商標)IIIu、BD Biosciences)で蛍光強度を測定した。
また、回収した培養上清から以下の手順でEVを精製した。細胞片やマイクロベシクル等の大きな粒子を取り除くため、300×gで10分、2,000×gで20分、及び10,000×gで100分で、それぞれ遠心した。次に、その上清を100,000×gで200分遠心し、沈殿物を10mM HEPES緩衝液に懸濁した。調製したEV試料を、液面差補償型分析チップの流路に導入し、高精度単一ナノ粒子測定システム(図19参照)にセットして粒径、ゼータ電位を計測した(図20参照)。
細胞培養からEV回収までの手順の概略を図21に示す。細胞からのEV精製方法の手順の概略を図22に示す。
PIで染色したDNAの蛍光強度をFACSで測定した結果を図23に示す。LMB添加培地で培養した細胞は、通常培地(LMB無添加培地)で培養した細胞に比べ、S期の細胞が36.4%から14.5%に、G2/M期の細胞が22.2%から14.5%に減少した。一方、G1期の細胞が41.4%から69.7%に増加した。LMBにより、G1期からS期への移行が阻害され、細胞周期がG1期に同調していることが確認された(図23)。
G1期に細胞周期を同調させた細胞から分泌されたEVでは、ゼータ電位の標準偏差が2.93mVであり、細胞周期を同調させなかった細胞から分泌されたEVの標準偏差(5.73mV)よりも、標準偏差の値が小さかった。この結果から、細胞周期を同調させることで、EVのゼータ電位の標準偏差を小さくできることが確認された。
5 制御装置
100 粒子検出装置
Claims (9)
- (a)複数の細胞の細胞周期を同調させる工程と、
(b)前記工程(a)後、前記複数の細胞の培地を、細胞外小胞の濃度が0~10個/mlである培地に交換する工程と、
(c)前記培地交換した培地で、前記複数の細胞を培養する工程と、
(d)前記工程(c)後の培地から、細胞外小胞の集団を回収する工程と、
を含み、
前記工程(a)を、
細胞周期同調剤を含む培地で、前記複数の細胞を培養することにより行うか、
コンフルエントな状態で、前期複数の細胞の培養を、細胞周期が1周期進行する時間以上継続することにより行うか、
血清飢餓状態で、前記複数の細胞を培養することにより行うか、又は
チミジンブロック法により、前記複数の細胞を培養することにより行う、
細胞外小胞の集団の製造方法。 - 前記工程(d)後に得られる細胞外小胞の集団が、前記細胞外小胞のゼータ電位の標準偏差が5mV以下である細胞外小胞の集団である、請求項1に記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
- 前記工程(a)において、前記複数の細胞をG1期に同調させる、請求項1又は2に記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
- 前記工程(d)の後、さらに、(e)前記の回収した細胞外小胞の集団に含まれる細胞外小胞のゼータ電位を測定する工程を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の細胞外小胞の集団の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の細胞外小胞の集団の製造方法により細胞外小胞の集団を製造する工程と、前記細胞外小胞の集団を含む組成物を製造する工程と、を含む、組成物の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の細胞外小胞の集団の製造方法により細胞外小胞の集団を製造する工程と、前記細胞外小胞の集団を含む医薬組成物を製造する工程と、を含む医薬組成物の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の細胞外小胞の集団の製造方法により細胞外小胞の集団を製造する工程と、前記細胞外小胞の集団を含む化粧品を製造する工程と、を含む化粧品の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の細胞外小胞の集団の製造方法により細胞外小胞の集団を製造する工程と、前記細胞外小胞の集団を含む食品を製造する工程と、を含む食品の製造方法。
- 健康食品又は機能性食品である、請求項8に記載の食品の製造方法。
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