JP7353652B2 - 生体移植用細胞シート及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生体移植に用いるための細胞シート及びその製造方法に関する。
間葉系幹細胞(Mesenchymal stem cell、以下MSCともいう)は、多分化能及び自己複製能を有する幹細胞であり、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、筋細胞といった間葉系に属する細胞に分化するだけでなく、神経細胞や肝細胞等にも胚葉を超えて分化する能力を有する。またMSCは、自身が産生する液性因子によるパラクライン効果及び細胞接着相互作用も有することが知られている。MSCは、これらの作用に基づいて、標的組織や細胞の修復・再生能、及び抗炎症等の免疫制御能を発揮し、その結果、様々な疾患への治療効果を示すと考えられている。
MSCは、単離培養が容易かつ増殖力が旺盛で、短期間で移植可能な細胞数を確保できること、免疫拒絶のない自家移植が可能であること、倫理的問題も少ないこと、低免疫原性により前処置を要せず同種移植が現実的であること等から、理想的な細胞移植療法の材料として、多様な疾患に対する治療への応用の検討が進められている。
MSCを用いた細胞移植療法の適用が期待される疾患の一つが腎臓病、特に慢性腎臓病である。慢性腎臓病は、蛋白尿に代表される腎障害、及び糸球体濾過量を指標とした腎機能低下のいずれか又は両方が3か月以上持続している状態をいい、日本において成人の8人に1人が罹患している。慢性腎臓病の症状が進行して末期腎不全に至ると、薬剤治療の効果は見込めず、多くの患者は人工透析を余儀なくされる。人工透析は対症療法であることから、慢性腎不全に陥った患者は生涯にわたって人工透析を受け続ける必要があり、患者に与える身体的及び経済的な負担は大きい。さらに透析医療費の増大は、医療経済上、懸念すべき問題となっている。
本発明者らは、MSCを用いた細胞移植療法を確立する過程において、患者例えば糖尿病患者のMSCが異常なMSCであること、具体的には前述のような多様な能力を失った又はこれらの能力が正常なMSCと比べて低減した結果として、疾患治療効果を失った又は治療効果が正常なMSCと比べて低減したMSCであること、哺乳動物の胎児付属物からの抽出物が前記異常なMSCを賦活化して治療効果を回復させることができること、及びかかる賦活化されたMSCを用いた自家移植治療が可能となること等を見出し、哺乳動物の胎児付属物からの抽出物を有効成分として含有する異常なMSCに対する賦活化剤を発明し、特許出願した(特許文献1)。この賦活化剤は、特に、治療が必要となった段階の患者に対してもMSCの自家移植を可能とする点において、重要な意義を有する。
一方、細胞移植療法において、使用するMSCの量を減らすため、必要とされる部位にMSCを集中させることができる局所適用可能な製剤形態の検討が進められている。腎臓病に対するMSCを用いた細胞移植療法としては、MSCを含む細胞シート組成物を腎臓に適用することで腎臓病を治療するアプローチが報告されている(特許文献2)。この細胞シート組成物は刺激応答性培養基材上にMSCを播種して培養した後、剥離刺激により細胞を剥離することで調製される。
国際公開WO2015/137419号パンフレット 特開2017-132744号公報
本発明は、治療効果の高いMSCを含む新たな生体移植用細胞シートを提供することを目的とする。
本発明者らは、特定の培養担体上で特定の低細胞密度となるようにMSCを培養することで、高い疾患治療効果を有するMSCの細胞シートを製造することができることを見出し、下記の各発明を完成させた。
(1)平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下のMSCをその表面に有する、生体移植用細胞シート。
(2)さらに生体適合性の支持体を含む、(1)に記載の細胞シート。
(3)支持体がファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体である、(2)に記載の細胞シート。
(4)細胞培養担体が、ナノメートル~マイクロメートル単位の平均繊維径を有するファイバーによって細胞との接触面上に形成された開口部を有する、(3)に記載の細胞シート。
(5)開口部の平均径が500nm~1000μmである、(4)に記載の細胞シート。
(6)支持体が、生分解性ポリマーからなるナノファイバーを含有してなる細胞培養担体である、(2)から(5)のいずれか一項に記載の細胞シート。
(7)腎臓病の治療に用いるための、平均細胞密度が1.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cmのMSCをその表面に有する、(1)から(6)のいずれか一項に記載の細胞シート。
(8)腎臓の線維被膜下に適用するための、(7)に記載の細胞シート。
(9)脳損傷又は神経変性疾患の治療に用いるための、平均密度が0.5×10細胞/cm~1.5×10細胞/cmのMSCをその表面に有する、(1)から(6)のいずれか一項に記載の細胞シート。
(10)脳の損傷部位、変性部位又はそれらの近傍に適用するための、(9)に記載の細胞シート。
(11)MSCが骨髄又は脂肪組織由来のMSCである、(1)から(10)のいずれか一項に記載の細胞シート。
(12)MSCが疾患を有する対象から分離されたMSCである、(1)から(11)のいずれか一項に記載の細胞シート。
(13)ファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体上に、MSCを3.0×10細胞/cm以下の細胞数で播種する工程、及び
MSCを培養して、平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下の細胞シートを調製する工程
を含む、生体移植用細胞シートの製造方法。
(14)細胞培養担体が、ナノメートル~マイクロメートル単位の平均繊維径を有するファイバーによって細胞との接触面上に形成された開口部を有する、(13)に記載の製造方法。
(15)開口部の平均径が500nm~1000μmである、(14)に記載の製造方法。
(16)細胞培養担体が、生分解性ポリマーからなるナノファイバーを含有してなる細胞培養担体である、(13)から(15)のいずれか一項に記載の製造方法。
(17)MSCが骨髄又は脂肪組織由来のMSCである、(13)から(16)のいずれか一項に記載の製造方法。
(18)MSCが疾患を有する対象から分離されたMSCである、(13)から(17)のいずれか一項に記載の製造方法。
本発明によれば、治療効果が高い細胞シートを製造することができ、かつMSCの移植療法において必要とされるMSCの細胞数を従来よりも大幅に減らすことができる。また、従来腎移植以外の根治療法がなく、生涯を通じて人工透析を余儀なくされていた末期腎不全に至った慢性腎臓病をも治療することが可能となる。
ファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体(以下、3次元培養担体ともいう)又は比較例の細胞培養担体上で、賦活化剤の存在下で培養した変形性股関節症患者MSC(以下、OA-MSCという)の遺伝子発現プロファイルをクラスター解析した結果を示す図である。 Vehicleを投与した又は細胞シートを移植した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの血清クレアチニンの推移を示すグラフである。 Vehicleを投与した又は細胞シートを移植した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの移植後11週までの生存率の推移を示すグラフである。太線は各群の平均値を、細線は各群の95%CI(信頼区間)を示す。 Vehicleを投与した又は細胞シートを移植した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の光学顕微鏡観察画像である。上段に糸球体、下段に尿細管/間質が示される。 Vehicleを投与した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の電子顕微鏡観察画像である。糸球体が示される。 Vehicleを投与した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の電子顕微鏡観察画像である。尿細管が示される。 Vehicleを投与した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の電子顕微鏡観察画像である。尿細管が示される。 細胞シートを移植した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の電子顕微鏡観察画像である。糸球体が示される。 細胞シートを移植した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の電子顕微鏡観察画像である。尿細管が示される。 Vehicleを投与した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の光学顕微鏡観察画像である。腎表層部が示される。 細胞シートを移植した、抗がん剤処置後の糖尿病性腎症ラットの腎臓組織切片の光学顕微鏡観察画像である。腎表層部が示される。 細胞シートを移植した、糖尿病性腎症ラットの血清クレアチニン及び尿素窒素の推移を示すグラフである。 細胞シートを移植した、糖尿病性腎症マウスの尿中アルブミン/クレアチニン比を示すグラフである。 平均細胞密度が異なる細胞シート上のMSCをDAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)染色した顕微鏡観察画像である。 細胞シートB、G及びH上のMSCにおけるOCT4、Nanog、p16ink4a及びTERTのそれぞれの遺伝子の相対的発現量を、細胞シートB上のMSCのそれと比較して表したグラフである。 平均細胞密度が異なる細胞シートを移植した急性腎障害ラットの、移植後10日目までの生存日数と細胞シートの平均細胞密度との関係を示す図である。 平均細胞密度が異なる細胞シートを移植した急性腎障害ラットの、移植後10日目までの生存率平均値の推移を示すグラフである。ラットは、移植したシートの平均細胞密度に応じて3群に分けた。 腎被膜処置を行った又は行わない急性腎障害ラットの、移植後10日目までの生存率平均値の推移を示すグラフである。 平均細胞密度が異なる細胞シートを移植したアルツハイマー病モデルマウスの、新奇物体認識試験の結果を示すグラフである。マウスは、移植したシートの平均細胞密度に応じて2群に分けた。 平均細胞密度が異なる細胞シート上の脂肪組織由来MSCをDAPI染色した顕微鏡観察画像である。 マウス脂肪組織由来MSCの細胞シートを移植した急性腎障害ラットの、移植から24時間後の血中尿素窒素を示すグラフである。
生体移植用細胞シート
本発明の第1の態様は、平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下のMSCをその表面に有する生体移植用細胞シート(以下、単に細胞シートと表す)に関する。
細胞シートは、その表面に平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下のMSC(MSC集団)を有する。MSCの平均細胞密度とは、細胞シート単位面積あたりのMSCの細胞数の算術平均値であり、細胞シートの表面を顕微鏡等で観察して確認されるMSCの数をカウントし、合計数を細胞シート全体の面積で除算することにより、又は細胞シートの表面を顕微鏡等で観察して単位面積あたりのMSCの数をカウントすることにより、算出することができる。
本発明において、細胞シート表面上に存在するMSCの平均細胞密度は3.0×10細胞/cm以下であればよく、例えば0.1×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、0.1×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、0.1×10細胞/cm~1.5×10細胞/cm、0.1×10細胞/cm~1.0×10細胞/cm、0.1×10細胞/cm~0.5×10細胞/cm、0.3×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、0.5×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、1.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、3.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、6.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、1.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、0.3×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、0.5×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、1.0×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、3.0×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、6.0×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm等に適宜設定することができる。細胞シート表面上のMSCの平均細胞密度は、好ましくは0.5×10~3.0×10細胞/cm、より好ましくは0.5×10~2.0×10細胞/cm、なおより好ましくは2.0×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、さらに好ましくは2.0×10細胞/cm~1.8×10細胞/cm、なおさらに好ましくは3.0×10細胞/cm~1.6×10細胞/cm、いっそう好ましくは3.0×10細胞/cm~1.0×10細胞/cm、特に好ましくは3.0×10細胞/cm~8.0×10細胞/cmである。
平均細胞密度は、細胞シート表面におけるMSCの占有率(コンフルエンシー)で表すこともできる。コンフルエント又は100%コンフルエントは、細胞シート表面がMSCで完全に覆われた状態であり、MSCは密集して互いに接触した状態にある。これに対する相対的細胞密度が%コンフルエントであり、細胞シート表面上のMSCが占める面積の合計値をシート全体の面積で除算することにより算出することができる。
ヒトの骨髄由来MSCの場合、平均細胞密度2.0×10細胞/cmは、60%コンフルエントに相当する。同様に、平均細胞密度1.0×10~2.0×10細胞/cmは10~60%コンフルエントに、1.0×10細胞/cm~1.6×10細胞/cmは10~50%コンフルエントに、1.0×10細胞/cm~1.0×10細胞/cmは10~40%コンフルエントに、3.0×10細胞/cm~1.0×10細胞/cmは20~40%コンフルエントに、3.0×10細胞/cm~8.0×10細胞/cmは20~35%コンフルエントに相当する。
したがって、平均細胞密度が2.0×10細胞/cm以下のMSCをその表面に有する本発明の細胞シートは、細胞密度が60%コンフルエント以下のMSCをその表面に有する細胞シートと表すこともできる。好ましい実施形態において、本発明の細胞シートは、細胞密度が10~60%コンフルエント、10~50%コンフルエント、10~40%コンフルエント、20~40%コンフルエント、20~35%コンフルエントであるMSCをその表面に有する。
細胞シートは、平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下のMSCをその表面に有するものであるかぎり、MSC以外の細胞を含んでもよい。MSC以外の細胞は、MSCの分離源である組織に由来する細胞であってもよく、またMSCとの併用による好ましい効果を期待して添加された細胞であってもよい。後者の細胞は、例えば血管内皮細胞、線維芽細胞、上皮系細胞等であり、治療対象の疾患や移植が予定される部位に応じて、適宜選択される。
本発明の細胞シートの1つの例は、MSC自身が産生する細胞外マトリクス又は培養時に培地に添加された細胞外マトリクスを介してMSCが互いに接着してなるシートである。
本発明の細胞シートの別の例は、さらに生体適合性の支持体を含む細胞シートである。この例において、細胞シートは、細胞外マトリクスを介して互いに接着したMSCと支持体とを組み合わせたものであってもよく、又はシート状の支持体の表面にMSCが接着する、MSC細胞体の一部分若しくは全体が支持体の表面にあるくぼみ若しくは開口部に埋まる等して、支持体とMSCとが一体化したものであってもよい。本発明における「MSCをその表面に有する」細胞シートには、MSC細胞体の一部分又は全体が支持体の表面にある凹み又は開口部に埋まる等の状態にあるものも、その一態様として包含される。このように、本発明の細胞シートは、MSCが細胞外マトリックスを介して互いに接着した状態又は支持体と一体化した状態にあるものであり、細胞培養のためにその上にMSCが単に播種されたに過ぎない培養担体とは区別される。
本発明の細胞シートに含まれる支持体は、生体適合性材料から構成されるシート状のものであればよく、その後の生体内への移植の際に取扱が容易であるかぎり、その形、大きさや厚みに制限はない。生体適合性材料の例としては、ポリフッ化エチレン、ポリスチレン等のポリマー化合物、シリカ等の無機化合物、生分解性ポリマー等を挙げることができ、生分解性ポリマーが好ましい。生分解性ポリマーとしては、例えば合成高分子材料ではポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトン、ポリジオキサノン、その他乳酸-グリコール酸共重合体等の上記の共重合体;無機材料ではβ-りん酸三カルシウム、炭酸カルシウム等;天然高分子材料ではコラーゲン、ゼラチン、アルギン酸、ヒアルロン酸、アガロース、キトサン、フィブリン、フィブロイン、キチン、セルロース、シルク等が挙げられる。
本発明の細胞シートに含まれる支持体の好ましい例は、ファイバーからなる3次元構造を有する、シート状の細胞培養担体である。特に、ナノメートル(nm)~マイクロメートル(μm)単位の平均繊維径を有するファイバーからなるシート状の3次元培養担体が好ましい。細胞培養担体又は培養担体は、細胞培養の際に用いられる、細胞が接着する足場となる担体である。また「平均繊維径」は、培養担体を細胞接着面の側から、典型的には上から観察したときにファイバーの長さ方向に対して直交する方向における長さとして測定されるファイバー径の算術平均値をいう。なお、特に指定がないかぎり、本明細書における平均とは数平均を意味する。また、ナノメートル(nm)~マイクロメートル(μm)単位の平均繊維径を有するファイバーからなる3次元培養担体であって、当該ファイバーによって細胞と接触する面上に形成された開口部を有するものも、本発明において好ましい支持体の例である。ここで「開口部」は、上記ファイバーにより形成される、担体の細胞との接触面上に存在するくぼみをいう。
開口部の平均径は、ファイバー同士が接している場合は、培養担体を上から観察したときに認められる、ファイバーを輪郭とした図形の径の平均値をいう。図形の径とは、図形が多角形の場合は各頂点からの対角線の長さの算術平均値に、図形が円形の場合はその直径に、図形が楕円形又はそれに類似した形状の場合はその長径に相当する。
また、ファイバー同士が接していない場合、開口部の平均径は、ASTM-F316に規定されている方法により得られる平均流量孔径をいい、これは、例えばポロメーター(コールター社製等)を用いてミーンフローポイント法により測定することができる。
3次元培養担体を構成するファイバーの平均繊維径は、nm~μm単位の範囲内に、好ましくは10nm~500μm、より好ましくは10nm~300μmの範囲内にあり得る。特定の実施形態において、平均繊維径は、例えば10nm~1μm、100nm~1μm、500nm~1μm、1μm~10μm、1μm~100μm、1μm~300μm、又は1μm~500μmの範囲内に、好ましくは10nm~1μm、1μm~10μm又は10μm~300μmのいずれかの範囲内にあればよい。本発明においては、一般にナノファイバーと呼ばれるファイバーを用いることもできる。
細胞との接着面上に開口部を有する3次元培養担体において、開口部の平均径は、500nm~1000μmであればよく、好ましくは700nm~600μm、より好ましくは900nm~400μmの範囲内にあり得る。特定の実施形態において、開口部の平均径は、例えば500nm~100μm、5μm~100μm、10μm~100μm、20μm~100μm、100μm~200μm、100μm~400μm、又は100μm~600μmの範囲内に、好ましくは500nm~100μm又は100μm~400μmの範囲内にあればよい。
特定の実施形態において、3次元培養担体は、60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、特に好ましくは80%以上の空隙率を有する。
別の実施形態において、3次元培養担体の開口部の平均面積は、0.1~100μm、好ましくは0.2~60μm、より好ましくは0.5~30μmである。開口部が孔である場合、開口部面積は孔面積に相当する。
3次元培養担体は、ファイバーが3次元的に集積した、すなわちファイバーが3次元方向に積み重なった構造を持つものであり、ファイバーの配置が規則的であってもなくてもよく、またファイバー同士が結合していても結合していなくてもよい。
3次元培養担体は、細胞接着面にファイバーからなる3次元構造を有するものであればよく、細胞と接着しない部分、典型的にはファイバーからなる3次元構造の下にベースとなる部材を有していてもよい。ベース部材は、前記3次元構造を支持できるものであれば、どのような構造体であってもよく、例えば、不織布、編物、織物、多孔質足場材料等であり得る。また支持体としても用いられる3次元培養担体は、生体適合性材料から構成されるシート状のものであればよく、細胞培養やその後の生体内への移植の際に取扱が容易であるかぎり、その形、大きさや厚みに制限はないが、例えば細胞培養用容器と一体的に成形されているもの等の生体移植に用いることができない形態のものを含まない。
3次元培養担体における細胞接着面は、その主たる部分がファイバーからなる3次元構造を有する部分であればよく、具体的には、培養担体を細胞接着面の側から、典型的には上から観察したときの培養担体の面積の50%以上がファイバーからなる3次元構造を有する部分で占められていればよい。したがって、3次元培養担体は、細胞接着面の一部に「ファイバーからなる3次元構造」ではない部分、例えば3次元構造を持たない平坦な膜状の部分等を、接着面における当該部分の面積が50%に満たない範囲で、好ましくは40%に満たない範囲で、さらに好ましくは30%に満たない範囲で含むことができる。
本発明において利用可能な3次元培養担体の例としては、ベセル株式会社のVECELL(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン、平均繊維径:<1μm、平均孔面積:1~20μm、開口部の平均径:20~100μm、空隙率:80~90%)、日本バイリーン株式会社のCellbed(登録商標)(高純度シリカファイバー、平均繊維径:1μm、平均流量孔径:7~8μm、空隙率:>95%)、3D Biotekの3D Insert-PSシリーズ(ポリスチレンファイバー、平均繊維径:PS-200は~150μm、PS-400は~300μm、開口部の平均径:PS-200は200μm、PS-400は400μm)、国際公開WO2014/196549号パンフレットに記載された細胞培養基材、国際公開WO2016/068266号パンフレット及びこれに対応する米国出願である米国特許出願公開US2017/319747号公報に記載された細胞培養基材(生分解性ポリマー、平均繊維径50nm~5μm)、Liu L,Kamei K et al. Biomaterials 124(2017) 47-54に記載された細胞培養基材(ポリグリコール酸、平均繊維径:345±91nm、平均孔面積:0.68±0.02μm、平均孔面積から算出される開口部の平均径:0.93μm((0.68μm/π)1/2)×2))、ネオベール及びネオベールナノ(ポリグリコール酸、グンゼ株式会社)といった市販の組織補強材等を挙げることができる。上記の各文献は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
本発明の細胞シートは、生体内で疾患が生じている部位、生じるおそれがある部位若しくは疾患の原因となる部位、又はそれらの近傍に移植することにより生体に局所投与することができ、これによりMSCを用いた細胞移植療法が有効な疾患、例えば糖尿病及びその合併症、脳血管疾患、脳変性疾患、脱髄性疾患、機能性発作性疾患、認知症性疾患、末梢神経疾患、心血管疾患、自己免疫疾患、肝・胆道・膵疾患、胃・十二指腸疾患、小腸・大腸疾患、甲状腺疾患、血液・造血器疾患、肺疾患、急性腎障害及び慢性腎臓病、眼疾患、皮膚疾患、筋・骨疾患、外傷及びGVHD(移植片対宿主病)を治療及び/又は予防することができる。細胞シートの局所投与により治療及び/又は予防することができる疾患としては、具体的に、1型糖尿病及び2型糖尿病並びにこれらの合併症、例えば、糖尿病性腎症、糖尿病性網膜症、糖尿病性神経障害、糖尿病性壊疽など;脳卒中(脳梗塞及び脳出血)などの脳血管疾患、パーキンソン病、ハンチントン病、大脳基底核変性症、多系統萎縮症、脊髄小脳変性症、筋委縮性側索硬化症などの脳変性疾患;多発性硬化症、急性散在性脳脊髄炎、視神経脊髄炎などの脱髄性疾患;てんかんや脳性麻痺などの機能性発作性疾患;血管性認知症、アルツハイマー病、レビー小体型認知症、前頭側頭型認知症、糖尿病性認知症などの認知症性疾患;ギランバレー症候群、末梢神経障害、顔面神経麻痺、三叉神経痛、排尿障害、勃起障害、自律神経失調症などの末梢神経疾患;心筋梗塞、狭心症、閉塞性動脈硬化症、心筋症などの心血管疾患;関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、シェーグレン症候群、多発性筋炎、皮膚筋炎、強皮症、混合性結合組織病、リウマチ性多発筋痛症、好酸球増多症、ベーチェット病、サルコイドーシス、Still病、脊椎関節炎、川崎病等の自己免疫疾患;急・慢性肝炎、肝硬変、自己免疫性肝炎、原発性胆汁性肝硬変、原発性硬化性胆管炎、急・慢性膵炎、自己免疫性膵炎などの肝・胆道・膵疾患;急性・慢性胃炎、胃・十二指腸潰瘍などの胃・十二指腸疾患;クローン病、潰瘍性大腸炎、虚血性大腸炎、過敏性腸症候群などの小腸・大腸疾患;バセドー病、急性・慢性甲状腺炎などの甲状腺疾患;自己免疫性溶血性貧血、真性多血症、特発性血小板減少性紫斑病などの血液・造血器疾患;慢性閉塞性肺疾患、間質性肺炎、肺線維症、塵肺、気管支喘息、好酸球性肺炎、ARDS(急性呼吸窮迫症候群)などの肺疾患;体液量減少や虚血に伴う急性腎障害、ANCA関連腎炎、顕微鏡的多発血管炎、多発血管炎性肉芽種症、好酸球性多発血管炎性肉芽種症、悪性高血圧、クリオグロブリン血症、感染後糸球体腎炎、IgA腎症、急性間質性腎炎、薬剤性腎障害、骨髄腫腎、痛風腎、横紋筋融解症、急性尿細管壊死などの急性腎障害;膜性腎症、膜性増殖性糸球体腎炎、微小変化型ネフローゼ症候群、巣状糸球体硬化症、ループス腎炎、アミロイド―シス、腎硬化症、紫斑病性腎炎、IgG4関連腎疾患、シェーグレン症候群、強皮症腎、慢性間質性腎炎、多発性嚢胞腎などの慢性腎臓病;黄班変性症、視神経炎、ブドウ膜炎などの眼疾患;アトピー性皮膚炎、水泡性疾患、Stevens-Johnson症候群などの皮膚疾患;重症筋無力症、筋ジストロフィー、変形性股関節症、大腿骨頭壊死、骨粗鬆症、手根管症候群などの筋・骨疾患;脊髄損傷、脳挫傷などの外傷;褥瘡等の創傷、口腔内潰瘍、GVHD(移植片対宿主病)、縫合不全、臓器の損傷を挙げることができる。本発明の細胞シートが適応される疾患は、好適には、糖尿病性腎症、急性腎障害、慢性腎臓病、糖尿病性網膜症、糖尿病性神経障害、糖尿病性壊疽、アルツハイマー病、糖尿病性認知症、関節リウマチ、多発性筋炎及び創傷である。
本明細書において用いられる治療及び/又は予防は、疾患又は症状の治癒、一時的寛解、予防等を目的とする医学的に許容される全てのタイプの治療的及び/又は予防的介入を包含する。すなわち、疾患又は症状の治療及び/又は予防は、疾患又は症状の進行の遅延又は停止、病変の退縮又は消失、発症の予防又は再発の防止等を含む、種々の目的の医学的に許容される介入を包含する。
本発明の細胞シートは、その有効量が対象に局所投与される。ここで「有効量」とは、疾患を治療及び/又は予防するのに効果的な量を意味する。かかる有効量は疾患の種類、局所投与される臓器又は組織、症状の重症度、患者その他の医学的要因によって適宜調節される。好ましい実施形態において、細胞シートの有効量は、シートに含まれるMSCの数に換算して、投与される個体の体重1kgあたり10細胞~10細胞、好ましくは10細胞~10細胞である。
本発明の細胞シートの好ましい態様の1つは、腎臓病の治療に用いるための、平均細胞密度が1.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、好ましくは2.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cm、より好ましくは2.0×10細胞/cm~2.0×10細胞/cm、さらに好ましくは2.0×10細胞/cm~1.8×10細胞/cm、なおさらに好ましくは3.0×10細胞/cm~1.6×10細胞/cm、いっそう好ましくは3.0×10細胞/cm~1.0×10細胞/cm、特に好ましくは3.0×10細胞/cm~8.0×10細胞/cmのMSCをその表面に有する細胞シートである。本態様において、細胞シートは、腎臓、好ましくは腎臓の繊維被膜下に貼付するように移植され、その際、剥離した腎臓のゲロータ筋膜及び脂肪層を腎実質からなるべく遠ざけることが好ましい。細胞シートを腎臓病患者の腎臓に移植することで、腎臓病及びこれに伴う症状の進行を抑制又は防止すること、さらにはこれを改善することができる。例えば重度の慢性腎臓病の、特に末期腎不全に達した腎臓の繊維被膜下に細胞シートを移植することで、腎障害の進行を抑制し、死亡率を低減することができる。
本発明の細胞シートの好ましい別の態様は、脳損傷又は神経変性疾患の治療に用いるための、平均細胞密度が0.5×10細胞/cm~1.5×10細胞/cmの、好ましくは1.0×10細胞/cm~1.5×10細胞/cmの、より好ましくは1.8×10細胞/cm~0.5×10細胞/cmのMSCをその表面に有する細胞シートである。本態様において、細胞シートは脳の損傷部位、変性部位又はその近傍に貼付するように移植される。細胞シートを脳損傷又は神経変性疾患の患者の脳に移植することで、脳損傷、神経変性疾患及びこれらに伴う症状の進行を抑制又は防止すること、さらにはこれを改善することができる。例えば神経変性疾患の変性部位に細胞シートを移植することで、認知機能を改善することができる。
本発明の細胞シートは、従来のMSCを含む細胞シートと異なり、MSCの平均細胞密度が大幅に低い。後述の実施例において示されるように、本発明者らは、ファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体上でMSCを低細胞密度で培養することにより、個々のMSCの治療効果が顕著に高められることを見出した。意外なことに、低密度培養されたMSCを含む細胞シートは、従来のMSCを含む細胞シートよりも細胞数が大幅に少ないにもかかわらず、シート全体としての治療効果は従来の細胞シートより高い。
本発明はまた、有効量の本発明の細胞シートをその必要がある対象に局所投与することを含む、MSCを用いた細胞移植療法が有効な疾患を治療及び/又は予防する方法も、別の態様として包含する。本態様における各用語の意味は、上で説明したとおりである。
細胞シートの製造方法
本発明の細胞シートは、ファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体上にMSC、例えば疾患を有する対象から分離されたMSCを3.0×10細胞/cm以下の細胞数で播種する工程、及びMSCを培養して、平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下の細胞シートを調製する工程を含む方法によって製造することができる。この製造方法は、本発明の別の態様である。
用語「対象」及び「疾患を有する対象から分離されたMSC」は、いずれも特許文献1である国際公開WO2015/137419号パンフレット及びこれに対応する米国出願である米国特許出願公開US2017/0071984号公報に記載された各用語と同じ意味をもつものとして解釈される。これらの文献は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられるが、これらの文献及び本明細書における各用語の意味の概略を以下に示す。
「対象」とは、MSCを有する任意の動物を意味し、好ましくは哺乳動物の個体、例えば、ヒト、チンパンジー等の霊長類、マウス、ラット、モルモット、ハムスター等の齧歯類、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ブタ等の偶蹄目、ウマ等の奇蹄目、ウサギ、イヌ、ネコ等の個体であり、さらに好ましくはヒトの個体である。
本発明において細胞シートの製造に使用されるMSCは、健常な対象から分離されたMSCであっても、疾患を有する対象から分離されたMSCであってもよい。また、本発明において使用されるMSCは、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、胚性幹細胞(ES細胞)、胚性腫瘍細胞(EC細胞)、胚性生殖幹細胞(EG細胞)等の多能性幹細胞から分化誘導して得られたものであってもよい。
特許文献1にも記載があるように、ある種の疾患を有する対象及び老化した対象のMSCは、健常者のMSCと比べて治療効果が低いことが知られており、これらの対象に自己MSCをそのまま移植しても高い治療効果は期待できない。一方、本発明の製造方法においては3次元培養担体上での低密度培養により個々のMSCの治療効果を高めることができるため、そのような治療効果が低いMSCを原料としても治療効果の高い細胞シートを製造することができる。治療効果が低いMSCを有する対象が罹患している疾患は慢性疾患であり、その例は特許文献1にMSCが異常化する疾患として記載されている。
MSCは、その後の細胞移植療法における安全性を考慮した場合、細胞を投与する個体と同種又は近縁種の個体から採取するのが好ましい。例えば、ヒトの個体に細胞移植を行う場合、好ましくは同種であるヒトから採取された細胞が、より好ましくは投与を受ける同一のヒト個体から採取された細胞、すなわち自己MSCが用いられる。
本発明において細胞シートの製造に使用されるMSCは、対象の骨髄液、脂肪組織、胎児付属組織、歯髄等の試料から、一般的な方法で採取することができる。例えば、試料として骨髄液を用いる場合、密度勾配遠心法、骨髄播種法等の公知の手法により、MSCを分離することが可能である。本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、MSCは、骨髄又は脂肪組織由来のMSCである。
本発明の製造方法は、ファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体上にMSCを3.0×10細胞/cm以下の細胞数で播種する工程を含む。本工程は、通常の細胞培養用の容器内に前述のファイバーからなる3次元構造を有するシート状の細胞培養担体を置き、培地を加えて細胞培養担体を浸漬させ、その上に細胞数を調節したMSCを播種することにより、行うことができる。
細胞培養用容器の底面は、3次元培養担体を広げた状態で配置することができる程度の大きさであればよいが、3次元培養担体を広げた状態で置いたときに3次元培養担体で覆われない部分が少ないことが好ましい。特定の実施形態において、細胞培養用容器の底面は、3次元培養担体と同形状であるか、又は3次元培養担体が内接する形状である。
播種されるMSCの細胞数は、製造される細胞シートの平均細胞密度に応じて適宜調節される。典型的には、播種されるMSCの細胞数は製造される細胞シート平均細胞密度の10倍量から1/10倍量の範囲であればよく、10倍量から1倍量の範囲が好ましい。例えば平均細胞密度が3.0×10細胞/cmの細胞シートを調製する場合、播種されるMSCの細胞数は3.0×10細胞/cm~3.0×10細胞/cmである。また平均細胞密度が2.0×10細胞/cmの細胞シートを調製する場合、播種されるMSCの細胞数は2.0×10細胞/cm~2.0×10細胞/cmであり、平均細胞密度が1.0×10細胞/cmの細胞シートを調製する場合、播種されるMSCの細胞数は1.0×10細胞/cm~1.0×10細胞/cmであり、平均細胞密度が5.0×10細胞/cmの細胞シートを調製する場合、播種されるMSCの細胞数は5.0×10細胞/cm~5.0×10細胞/cmであり、平均細胞密度が1.0×10細胞/cmの細胞シートを調製する場合、播種されるMSCの細胞数は1.0×10細胞/cm~1.0×10細胞/cmであり、平均細胞密度が0.5×10細胞/cmの細胞シートを調製する場合、播種されるMSCの細胞数は0.5×10細胞/cm~0.5×10細胞/cmである。
なお、上記の播種細胞数は3次元培養担体の面積あたりの数値であり、実際の播種細胞数は、細胞培養用容器の底面積を3次元培養担体の面積で除算して算出される値を乗算することで算出される。
培地は、MSCの培養に通常用いられる培地、例えばα-MEM、DMEM等を利用することができる。これら培地は、MSCの増殖に必要な各種成分、例えば血清成分等を含有していてもよい。
本発明の製造方法は、ファイバーからなる3次元構造を有する培養担体上でMSCを培養して、平均細胞密度が3.0×10細胞/cm以下の細胞シートを調製する工程を含む。
3次元培養担体上でのMSCの培養は、24時間~144時間、好ましくは24時間~96時間、より好ましくは48~96時間行われる。培養工程における培養温度及びガス濃度は、MSCの培養に通常用いる温度及びガス濃度の範囲内であればよく、温度は例えば25℃~37℃、好ましくは30℃~37℃、より好ましくは37℃であり、酸素濃度は例えば2%~30%、好ましくは2%~20%である。培養担体に播種される細胞数を上記の範囲で調節すること、及び培養時間や温度等の培養条件を必要に応じて調節することで、目的の平均細胞密度を有する細胞シートを調製することができる。
上記の方法で製造される細胞シートは、3次元培養担体を支持体として含んだままの態様で使用してもよく、3次元培養担体から剥離可能な場合には剥がして使用してもよく、又は3次元培養担体から剥がした後に、必要に応じて別の支持体と組み合わせて使用してもよい。細胞シートを剥離することが可能な培養担体としては、例えばポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)その他の、温度、pH、光等の刺激によって分子構造が変化する高分子で表面を被覆したファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体を挙げることができる。
細胞シートが支持体を含まない場合、すなわちMSCが互いに接着してなる細胞シートの場合、培養担体はシート状である必要はない。この場合、3次元培養担体は、培養時に細胞がファイバーからなる3次元構造に接触できるものであるかぎり形状に制限はない。3次元培養担体は、細胞培養容器内に設置されて使用されるインサート状の形状であってもよく、あるいは細胞培養容器の内面、例えばウェルの底面等にファイバーからなる3次元構造が一体的に成形された形状であってもよい。
細胞シート上のMSCは、未分化な状態で維持してもよく、あるいは所望の細胞に分化させてもよい。MSCの未分化状態での維持は、未分化状態の維持に好適な培地、例えばHyClone AdvanceSTEM Mesenchymal Stem Cell Expansion Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック)、MesenCult(商標)MSC Basal Medium(STEMCELL Technology)、Stromal Cellutions(商標)Media(DV Biologics)、MSC専用培地キット(MSCGM BulletKit、Lonza)等を用いて、MSCを培養することにより行うことができる。また、MSCの分化は、所望の細胞への分化誘導作用を持つ因子を加えた分化誘導培地中での培養等の一般に知られる方法で行うことができる。例えば、骨芽細胞への分化においてはBone Morphogenetic Proteins(BMP)4、BMP2等が、脂肪細胞への分化においてはデキサメタゾン、3-イソブチル-1-メチルキサンチン、インスリン等が分化誘導因子として用いられる。
製造方法における賦活化剤の利用
調製される細胞シートの治療効果をより高めるために、本発明の製造方法において、哺乳動物の胎児付属物からの抽出物を有効成分とする賦活化剤を含む培地を用いてMSCの培養を行うことが好ましい。
本発明において利用可能な「哺乳動物の胎児付属物からの抽出物」の1つの例は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる特許文献1である国際公開WO2015/137419号パンフレット及びこれに対応する米国出願である米国特許出願公開US2017/0071984号公報に記載された抽出物である。この抽出物は、哺乳動物、好ましくはヒトの胎児娩出後に後産として母体から娩出されるか又は帝王切開により母体から摘出された胎児付属物、好ましくは臍帯組織、胎盤組織又は卵膜を、そのまま又は切断若しくは破砕して、蒸留水、生理食塩水、リン酸緩衝生理食塩水、細胞培養において通常用いられる培地等の抽出媒体中に浸漬する等して調製される抽出物である。抽出物は、特に、ドナーである哺乳動物由来の増殖能を有する細胞を含まないものであることが好ましい。具体的な抽出操作及び条件は、特許文献1に記載された操作及び条件に従えばよい。
また、「哺乳動物の胎児付属物からの抽出物」の別の例は、胎児付属物、典型的には胎盤から生理活性物質を調製する際に当業者が通常用いる処理、例えば酸や酵素を用いた加水分解等の処理を胎児付属物に施すことによって調製されるものであり得る。かかる抽出物の例は、メルスモン製薬株式会社から販売されているヒト胎盤酸加水分解物である胎盤製剤「メルスモン」、株式会社日本生物製剤から販売されているヒト胎盤製剤「ラエンネック」その他の市販胎盤製剤及びプラセンタエキスと呼ばれる様々な市販品である。
本発明における「哺乳動物の胎児付属物からの抽出物を有効成分として含有する賦活化剤」とは、前述の抽出物を有効成分として含有する、MSCの治療効果を増大させるための剤をいい、以下これを「賦活化剤」と表す。
培養に用いる培地中の賦活化剤の濃度は、タンパク質換算の最終濃度で0.01μg/mL~500μg/mLであれば足りるが、好ましくは0.02μg/mL~300μg/mL、より好ましくは0.04μg/mL~100μg/mLであり、特定の実施形態においては0.05μg/mL~10μg/mLであり得る。
以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
参考例1 3次元培養担体上、賦活化剤存在下でのMSC培養
1)賦活化剤の調製
特許文献1の記載にしたがって、ヒト胎盤組織から賦活化剤を調製した。簡潔には、細切したヒト胎盤組織を湿重量50gに対して、100mLの割合で無血清培地(alpha-MEM)に入れ、4℃で72時間、振とうした。遠心分離により上清を回収し、胎盤組織抽出物である賦活化剤を得た。
2)MSCの培養
変形性股関節症患者の人工関節置換術時に採取した骨髄由来のMSC(OA-MSC)を、賦活化剤を含まないMSC培養培地(15%FBS、1%ペニシリン、1%ストレプトマイシン、4500mg/Lグルコース及びL-グルタミンを含有するDMEM)で培養を行った。細胞を回収して、それぞれファイバーからなる3次元構造を有する細胞培養担体であるPreset VECELL 6well(登録商標)(ベセル株式会社)に8×10細胞/well、Cellbed 24well(登録商標)(日本バイリーン株式会社)に2×10細胞/well、3D-insert PS-200 12well及び3D-insert PS-400 12well(3DBiotek社)に3.8×10細胞/wellを播種し、また比較例の培養担体である細胞培養基材A(平均繊維径0.1~0.5μm、空隙率70%以下、平均孔面積0.2μm、24well)に2×10細胞/wellを播種し、賦活化剤を含まないMSC培養培地を用いて37℃で72時間培養した。基材Aは、その一部にファイバーからなる3次元構造を有するが、3次元構造を持たない平坦な膜状の部分が細胞接着面の約50%を占める基材である。培地を除去した後、タンパク質換算で10μg/mL、1μg/mL若しくは0.1μg/mLの上記賦活化剤を含む又は賦活化剤を含まないMSC培養培地を、それぞれPreset VECELL 6wellに2mL、Cellbed 24well及び基材Aに0.6mL、3D-insert PS-200 12well及び3D-insert PS-400 12wellに1mLを加えて37℃で4日間培養を行った。この培養を1~3回行った後、細胞を回収して、継代数1~3のOA-MSCを調製した。
さらに、平板状の2次元細胞培養担体であるCorning(登録商標)Costar(登録商標)細胞培養 6wellプレート(Thermo Fisher Science社)に賦活化剤を含まないMSC培養培地で培養したOA-MSC 6×10細胞/wellを播種し、100μg/mLの賦活化剤の存在下で培養を行った。この培養をさらに1回繰り返すことで、継代数2の対照のOA-MSCを調製した。
実施例1 細胞シートの調製
賦活化剤を含まないMSC培養培地(15%FBS、1%ペニシリン、1%ストレプトマイシン、4500mg/Lグルコース及びL-グルタミンを含有するDMEM)でOA-MSCを培養した。細胞を回収し、2次元培養担体(Corning(登録商標)Costar(登録商標)細胞培養 6wellプレート、Thermo Fisher Science社)に2.5cm×2.5cmの細胞培養基材Bを入れ、8×10細胞のMSCを播種し、1μg/mLの賦活化剤を含むMSC培養培地2mLを加えて、37℃で72時間培養を行うことで、継代数1のOA-MSCのシートを調製した。この方法で調製されたMSCシートは、おおよそ8,500細胞/cmのMSCを含む。なお細胞培養基材Bは、国際公開WO2016/068266号パンフレット及びLiu L,Kamei K et al. Biomaterials 124(2017) 47-54に記載の方法で製造される、ポリグリコール酸からなるベース部材上にポリグリコール酸からなるナノファイバーを含有する3次元培養担体である。
実施例2 MSCの遺伝子発現解析
参考例1及び実施例1で調製したMSCを回収し、Tri Reagent(Molecular Research Center,Inc)を用いてtotal RNAを抽出した。逆転写反応によりclone DNAを合成し、OCT4、Nanog、SOX2、DNMT1、TERT、IL-6、IDO、TSG-6、p16ink4a、p21、p53、α-SMA及び18sRNAについて、表1に示した塩基配列からなるプライマーセットを用いてリアルタイムPCRを実施した。
表中の(F)はフォワードプライマーを、(R)はリバースプライマーを意味する。
Figure 0007353652000001
18sRNAをハウスキーピング遺伝子として、2次元培養担体上で100μg/mLの賦活化剤の存在下で培養した対照のOA-MSCをもとにΔΔCT値を算出し、遺伝子発現プロファイルを解析して、クラスター化した。Preset VECELL上で0.1μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(VECELL_0.1)、Cellbed上で0.1、1又は10μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(それぞれCellBed_0.1、CellBed_1、CellBed_10)、3D-insert PS-200上で0.1μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(3D.insert200_0.1)、3D-insert PS-400上で10μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(3D.insert400_10)、基材A上で0.1μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(A_0.1)、基材A上で1μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(A_1)、基材B上で0.1μg/mLの賦活化剤の存在下で培養したOA-MSC(B_0.1)、及び2次元培養担体上で100μg/mLの賦活化剤の存在下で培養した対照のOA-MSC(2D_100)の結果を図1に示す。
2D_100と比較して、3次元培養担体上で賦活化剤存在下で培養されたOA-MSCはいずれも、幹細胞性に関与する遺伝子とされるDNMT1、Nanog、SOX2及びOCT4、免疫制御・抗炎症機能に関与する遺伝子とされるIDO、TSG6及びIL-6、テロメアーゼ活性に関与する遺伝子とされるTERTの発現量が増加しており、細胞老化に関与する遺伝子とされるP53、細胞骨格に関与する遺伝子とされるα-SMAの発現量が減少していることが確認された。OCT4、SOX2、Nanog、DNMT1、IDO、TSG6、IL-6及びTERTはいずれも治療効果が高いMSCにおいて発現が亢進するマーカーであり、P53及びα-SMAは治療効果が高いMSCにおいて発現が抑制されるマーカーである。またp16ink4aは、本発明者らが見出した、OCT4、SOX2、Nanog、IDO及びTSG6と高い相関を示す治療効果の正のマーカーである。これらの結果から、いずれの3次元培養担体上で培養したOA-MSCも、2次元培養担体上で培養したOS-MSCよりも治療効果が高いと考えられた。一方、A_1及びA_0.1は2D_100と類似した遺伝子発現プロファイルを示しており、基材A上で培養したOA-MSCの治療効果は、通常の2次元培養担体上で培養したOA-MSCと同程度であると推測された。
実施例3 細胞シートの腎臓病治療効果(急性腎障害を併発した糖尿病性腎症)
糖尿病性腎症を発症している14月齢の雄性OLETFラット(星野試験動物)に、リツキシマブ(中外製薬)5mg/匹を1日1回4日間、尾静脈投与した。リツキシマブ初回投与から10~14日後、リツキシマブを投与したラットの腎臓に実施例1のMSCシートを移植した(MSCシート群、n=6)。リツキシマブ投与のみをVehicleとした(Vehicle群、n=7)。イソフルラン吸入麻酔下、側臥位のラットの最下位肋骨下より皮切を入れ、筋層を切開して一方の腎臓を体外に引き出した。ゲロータ筋膜、脂肪層及び線維被膜を、副腎を損傷しないように慎重に切開して腎表面から剥がし、腎門部に引き寄せた。2.5cm×2.5cmのMSCシート1枚及び1/3に切った同MSCシート1枚を、腎臓の全体を包むように貼付した。他方の腎臓にも同様にMSCシートを貼付した。MSCシート移植日、移植後3週及び6週時にラットから血液を採取し、酵素法(SRL)を用いて血清クレアチニンを測定した。
移植後11週間生存していた動物(Vehicle群、MSCシート群ともn=2)の血清クレアチニンの推移を図2に示す。Vehicle群では血清クレアチニンの経時的な上昇が認められたのに対し、MSCシート群では血清クレアチニン値の上昇は認められなかった。この6週間の腎機能維持は、ヒトでは5年間の透析開始遅延に相当し、MSCシートの高い治療効果を示している。また、移植後11週までの生存率を表すカプランマイヤー曲線を図3に示す。MSCシート群は、Vehicle群と比べて高い生存率を示した。
さらに、移植後11週の動物から摘出した腎臓の組織切片を作成し、PAS染色標本の光学顕微鏡観察、及び電子顕微鏡観察を行った。Vehicle群ではほとんどの糸球体に硬化を認め、メサンギウム細胞及びポドサイトの異常が観察された(図4左上、図5)。また尿細管においては尿細管間質の炎症細胞浸潤、尿細管上皮細胞の異常、尿細管上皮の脱落、基底膜の肥厚等が認められた(図4左下、図6、図7)。一方、MSCシート群では、正常な糸球体が残存し(図4右上)、メサンギウム細胞及びポドサイトが正常化していた(図8)。また尿細管上皮細胞の再生像(図4右下の矢印)、微絨毛が明瞭な近位尿細管上皮、尿細管間質の炎症細胞の減少(図9)が認められる等、治癒を示す組織学的所見が確認された。さらに、MSCシート群では、腎表面に新たな被膜状構造の形成、その外側に多数の毛細血管の再生が確認された(図10、図11)。
本試験で用いたラットは、糖尿病性腎症に加えて抗がん剤処置によりさらに急性腎障害を誘導することで程度の揃った重篤な慢性腎臓病を発症するモデル動物であり、腎症第4期(腎不全期)に相当する非常に重篤な末期腎障害を呈していた。本発明の細胞シートは、このような重篤な疾患に対しても優れた治療効果を示すことが確認された。
実施例4 細胞シートの腎臓病治療効果(糖尿病性腎症)
糖尿病性腎症を発症している14月齢の雄性OLETFラット腎臓に、実施例1で調製した細胞シートを、実施例3と同様にして腎線維被膜下に移植した(n=2/群)。背部皮膚及び筋膜を切開したのみの偽手術を施したラットをSham群とした。MSCシート移植日、移植後4週及び11週時にラットから血液を採取し、酵素法(SRL)を用いて血清クレアチニンを、UV法(SRL)を用いて尿素窒素(BUN)を測定した。
血清クレアチニン及びBUNの推移を図12に示す。Sham群では血清クレアチニン及びBUNの経時的な上昇が認められたのに対し、MSCシート群では認められなかった。本発明のシートは、急性腎障害を伴わない糖尿病性腎症においても優れた治療効果を示すことが確認された。
実施例5 細胞シートの腎臓病治療効果(糖尿病性腎症)
賦活化剤を含まないMSC培養培地(10%FBS、1%ペニシリン、1%ストレプトマイシン、4500mg/Lグルコース及びL-グルタミンを含有するDMEM)で、OA-MSCを培養した。細胞を回収し、2次元培養担体(Thermo Scientific(商標) Nunc(商標) Lab-TekTM、8well、Thermo Fisher Science社)に、1×0.8cmのネオベールナノ(グンゼ株式会社)を入れ、4×10細胞のMSCを播種し、賦活化剤を含まない200μLのMSC培地を加えて、37℃で24時間培養を行うことで、継代数1のOA-MSCシートを調製した。この方法で調製されたMSCシートは、4781細胞/cm(調製した各シートの平均細胞密度3923~5884細胞/cmの平均値)のMSCを含む。
糖尿病性腎症を発症している16週齢の雄性KK-Ayマウスの両腎に、ゲロータ筋膜、脂肪層及び線維皮膜を、副腎を損傷しないように慎重に切開して腎表面から剥がし、上記で作製したMSCシートを腎臓の全体を包むように貼付し、移植した(n=12)。コントロールとして、未処置の糖尿病性腎症を発症している同週齢のKK-Ay(n=9)を用意した。MSCシート移植前及び移植後4週時にマウスの尿を採取し、免疫比濁法(オリエンタル酵母工業株式会社)を用いて尿中アルブミンを、酵素法(オリエンタル酵母工業株式会社)を用いて尿中クレアチニンを測定した。
MSCシート移植前とMSCシート移植後4週時との尿中アルブミン/クレアチニン比の差を図13に示す。尿中アルブミン/クレアチニン比は、未処置群では増加したが、MSCシート群ではむしろ減少する傾向が認められた。本実施例において使用した細胞シートは実施例1で調製した細胞シートよりも平均細胞密度が低いにもかかわらず、実施例1で調製した細胞シートと同様に、糖尿病性腎症への優れた治療効果を示すことが確認された。
実施例6 細胞シートの腎臓病治療効果(虚血再灌流による急性腎障害)
1)細胞シートの調製
実施例1の方法に準じて、表2に示す細胞数のMSCを2.5cm×2.5cmの基材Bに播種し、賦活化剤を含まないMSC培養培地で培養することで、異なる平均細胞密度のMSCを有する細胞シートを調製した。
Figure 0007353652000002
細胞シートA~G上のMSCをDAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)染色し、顕微鏡観察を行った(図14)。MSCを同培養担体上でコンフルエンスに達するまで培養したときの細胞密度を100%としたときの各細胞シート上の%コンフルエンスを測定したところ、シートA~Cが90%~70%コンフルエンス、D~Fが60%~10%コンフルエンス、Gが10%未満コンフルエンスであった。
2)遺伝子発現解析
実施例2と同様にして、細胞シートB、G及びHのMSCにおけるOCT4、Nanog、p16ink4a及びTERTの発現量をリアルタイムPCRによって測定した(図15)。平均細胞密度が低くなるほど全ての遺伝子の発現量が多く、平均細胞密度の低い細胞シート上の個々のMSCの治療効果は、平均細胞密度の高い細胞シート上の個々のMSCよりも高いと推定された。
3)虚血再灌流による急性腎障害モデルラットへの移植試験
麻酔下の5週齢の雄性SDラットに腹部正中切開を行った。まず右腎を同定し、右腎動脈を血管用クランプで遮断した。遮断後すぐに上記1)で調製した細胞シートA~Gのそれぞれを、実施例3と同様にして腎線維被膜下に移植した。60分間の遮断の後、血管用クランプを開き、遮断を解除した。左腎についても、上記同様に左腎動脈を遮断し、細胞シートを移植し、60分間遮断の後、遮断を解除した(n=1又は2/群)。また、細胞シートを移植せずに、ゲロータ筋膜、脂肪層及び線維被膜を腎表面から剥がして腎門部に引き寄せた群(Sham-腎被膜処理あり)と、引き寄せた後に元に戻した群(Sham-腎被膜処理なし)を用意した。
移植後10日目までの各ラットの生存日数と細胞シートの平均細胞密度との関係を図16に、平均細胞密度のグループ(高、中、低)毎の生存率を表すカプランマイヤー曲線を図17に示す。平均細胞密度が中程度であるシートD~Fを移植したラットは、すべて移植後10日目まで生存したが、平均細胞密度が高いシートA~Cを移植したマウスのうちの半数、及び平均細胞密度が低いシートGを移植したマウスは、いずれも10日目までに死亡した。MSCの絶対数が多いシートA~Cの上記結果は、個々のMSCの治療効果が低いためと推察される。また、個々のMSCの治療効果が最も高いと推定されるシートGの上記結果は、治療効果の発揮に必要とされる細胞の絶対数が不足しているためと推察される。
また、移植後10日目までのSham-腎被膜処理あり群及びSham-腎被膜処理なし群の生存率を表すカプランマイヤー曲線を図18に示す。Sham-腎被膜処理あり群はSham-腎被膜処理なし群よりも生存率の低下速度が小さかったことから、ゲロータ筋膜、脂肪層及び線維被膜を腎表面から剥がして腎実質から遠ざけることにより、急性腎障害の影響が緩和されることが確認された。
実施例7 細胞シートのアルツハイマー病治療効果
1)細胞シートの調製
実施例6の1)の方法に準じて、表3に示す細胞数のMSCを2.5cm×2.5cmの基材Bに播種し、賦活化剤を含まないMSC培養培地で培養することで、異なる平均細胞密度のMSCを有する細胞シートを調製した。
Figure 0007353652000003
2)アルツハイマー病モデルマウスへの移植試験
15月齢の雄性APP/PS1マウス(チャールズリバー)を、イソフルラン吸入麻酔下、bregma levelからlambda levelまで8mm×5mmの大きさの開窓部ができるように開頭した。8mm×5mmの大きさに切った細胞シートを開窓部からそれぞれ1枚脳表面に貼り付け、5分間静置した後、頭蓋骨を戻して縫合した。
移植後3週目に、新奇物体認識試験を行った。新奇物体認識試験の内容は次の通りである。0日目に何も入っていないボックスにマウスを5分間入れ、環境になじませた。1日目に2つの同じ物体を入れたボックスにマウスを5分間入れ(Familiarization)、1時間後に1つの物質を新奇物体に変え、5分間に新奇物体又は既存物を探索する各時間を測定した。2つの物体の総探索時間に対する新奇物体の探索時間の割合(Preference index;新奇/(新奇+既存物体探索時間)×100%)を算出し、50%以上を認知機能良好とした。物体の位置は試験を通じて同じ位置に設置した。
移植したシートの平均細胞密度に応じて2群に分けてPreference indexをプロットした結果を図19に示す。1.50×10細胞/cm以下のシートを移植したマウスでは、Preference indexは高く、認知機能は良好であったことから、本発明の細胞シートはアルツハイマー病に対しても治療効果を示すことが確認された。
実施例8 マウス脂肪組織由来MSCを用いた細胞シートの腎臓病に対する効果
1)細胞シートの調製
C57BL/6(雄、10週齢)の精巣上体周囲脂肪を採取し、細かく切り刻んだ後、0.4PZ units/mLのリベラーゼ(商標)を含むPBSを脂肪1gあたり1mL加え、37℃で2時間静置した。10%FBSを含むDMEM培地を5mL加えて懸濁後、300g×5分遠心分離して上清を除去した。脂肪1gから回収した細胞ペレットを15cm dish 1枚に播種し、10%FBS、1%PSを含むDMEM培地で4日間培養し、培地を交換後、接着細胞(マウス脂肪組織由来MSC)を回収した。
6×10/cm、3×10/cm、4×10/cmのマウス脂肪組織由来MSCをそれぞれ1×0.8cmのネオベールナノ(グンゼ株式会社)に播種し、賦活化剤を含まないMSC培養培地2mLを加え、37℃で24時間培養を行うことで、培養後の最終細胞密度(平均値±標準誤差、DAPI染色細胞数)が45480±4953/cm、27541±5475/cm、3800±908/cmの、継代数1の細胞シートを作成した。各細胞シート上のMSCをDAPI染色した顕微鏡観察画像を図20に示す。
2)虚血再灌流による急性腎障害モデルマウスへの移植試験
麻酔下の10-11週齢の雄性C57BL6マウスの右側後背部に切開をいれ、右腎臓を露出させた。右側腎動静脈を結紮し、右腎臓動脈静脈を切除し、右腎を摘出した。出血が無いことを確認し、腎臓を体内の元の位置に戻し、皮膚を閉創した。次に、左側後背部に切開をいれ、左腎臓を露出させ、左腎動静脈を非侵襲性血管用クリップで血流を遮断した。22分間遮断の間、ゲロータ筋膜、脂肪層及び線維皮膜を、副腎を損傷しないように慎重に切開して腎表面から剥がし、腎門部に引き寄せた。45480細胞/cmの細胞シート(n=4)、27541細胞/cmの細胞シート(n=4)又は3800細胞/cmの細胞シート(n=3)を腎臓の全体を包むように貼付し、左腎の虚血開始22分後にクリップを外して血液を再灌流させた。コントロールとして、細胞シートを移植せずに右腎摘出後、左腎を22分間虚血し再灌流させた群(Sham群:n=3)、及び未処置の正常マウス(n=4)を用意した。
細胞シート貼付から24時間後にマウスから血液を採取し、UV法(SRL)を用いて尿素窒素(BUN)を測定した。結果を図21に示す。高細胞密度(45480細胞/cm)の細胞シートを移植した群のBUNはSham群と同程度であり、急性腎障害の進行が認められたのに対し、中細胞密度又は低細胞密度(27541細胞/cm、3800細胞/cm)の細胞シートを移植した群のBUNは正常マウスと同程度であった。以上から、マウス脂肪組織由来MSCを用いた本発明の細胞シートは、ヒト骨髄由来MSCを用いた本発明の細胞シートと同様に、急性腎障害の進行を抑制する効果を示すことが確認された。

Claims (16)

  1. 間葉系幹細胞と生体適合性の支持体とを含む生体移植用細胞シートであって、
    その平均細胞密度が3.0×10 細胞/cm ~3.0×10 細胞/cm であり、
    支持体が、その細胞接触面がナノメートル~マイクロメートル単位の平均繊維径を有するファイバーが3次元方向に積み重なった構造からなる細胞培養担体であり、
    細胞培養担体上で間葉系幹細胞を平均細胞密度が3.0×10 細胞/cm ~3.0×10 細胞/cm となるように培養する工程を含む方法によって調製される、前記細胞シート
  2. 細胞培養担体が、ナノメートル~マイクロメートル単位の平均繊維径を有するファイバーによって細胞との接触面上に形成された開口部を有する、請求項に記載の細胞シート。
  3. 開口部の平均径が500nm~1000μmである、請求項に記載の細胞シート。
  4. 支持体が、生分解性ポリマーからなるナノファイバーを含有してなる細胞培養担体である、請求項1から3のいずれか一項に記載の細胞シート。
  5. 腎臓病の治療に用いるための、請求項1からのいずれか一項に記載の細胞シート。
  6. 腎臓の線維被膜下に適用するための、請求項に記載の細胞シート。
  7. 脳損傷又は神経変性疾患の治療に用いるための、平均密度が3.0×10 細胞/cm~1.5×10細胞/cmの間葉系幹細胞をその表面に有する、請求項1からのいずれか一項に記載の細胞シート。
  8. 脳の損傷部位、変性部位又はそれらの近傍に適用するための、請求項に記載の細胞シート。
  9. 間葉系幹細胞が骨髄又は脂肪組織由来の間葉系幹細胞である、請求項1からのいずれか一項に記載の細胞シート。
  10. 間葉系幹細胞が疾患を有する対象から分離された間葉系幹細胞である、請求項1からのいずれか一項に記載の細胞シート。
  11. 細胞培養担体上で、間葉系幹細胞を、平均細胞密度が3.0×10 細胞/cm ~3.0×10 細胞/cm となるように培養する工程を含む、平均細胞密度が3.0×10 細胞/cm ~3.0×10 細胞/cm である生体移植用細胞シートの製造方法であって、
    細胞培養担体の細胞接触面が、ナノメートル~マイクロメートル単位の平均繊維径を有するファイバーが3次元方向に積み重なった構造からなる、前記製造方法
  12. 細胞培養担体が、ナノメートル~マイクロメートル単位の平均繊維径を有するファイバーによって細胞との接触面上に形成された開口部を有する、請求項11に記載の製造方法。
  13. 開口部の平均径が500nm~1000μmである、請求項12に記載の製造方法。
  14. 細胞培養担体が、生分解性ポリマーからなるナノファイバーを含有してなる細胞培養担体である、請求項11から13のいずれか一項に記載の製造方法。
  15. 間葉系幹細胞が骨髄又は脂肪組織由来の間葉系幹細胞である、請求項11から14のいずれか一項に記載の製造方法。
  16. 間葉系幹細胞が疾患を有する対象から分離された間葉系幹細胞である、請求項11から15のいずれか一項に記載の製造方法。
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