JP7371975B1 - 細胞外小胞の製造方法及び細胞外小胞含有組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
幹細胞を細胞外小胞分泌用培地に存在させて幹細胞から細胞外小胞を分泌させる分泌工程と、
前記細胞外小胞分泌用培地中の成分の物理的指標に基づいて前記分泌工程の終了の可否を判断する判断工程と、
を含む細胞外小胞の製造方法が提供される。
分泌工程開始時を基準として、培養上清1mLにおける粒子径1~1000nmの微粒子の個数が3倍以上であることであってもよい。
培養上清1mL中の粒子について、横軸に1nm刻みで粒子径を、縦軸に粒子数をそれぞれプロットしたとき、粒子径1~200nmの領域に、粒子数3×107個以上のピークが1つ以上存在することであってもよい。
なお、本明細書中、数値範囲の説明における「a~b」との表記は、特に断らない限り、a以上b以下であることを表す。また、複数の上限値と複数の下限値とが別々に記載されている場合、これらの上限値と下限値とを自由に組み合わせて設定可能な全ての数値範囲が記載されているものとする。
本実施形態で使用する細胞は、幹細胞であれば特に限定されない。「幹細胞」は、自己複製能及び多分化能を有する細胞である。また、幹細胞は分化能の違いから、全能性幹細胞(受精卵等)、多能性幹細胞(ES細胞、iPS細胞等)、体性幹細胞の3種類に大別される。上述の通り、細胞外小胞は分泌される細胞の種類によって内包物が異なるため、幹細胞の種類は、必要とする細胞外小胞に応じて、任意に選択できる。例えば、体性幹細胞の1種である間葉系幹細胞が分泌する細胞外小胞は、免疫機構や抗炎症作用を調節できる。間葉系幹細胞を含む組織としては、例えば、脂肪組織、臍帯、骨髄、臍帯血、子宮内膜、胎盤、羊膜、絨毛膜、脱落膜、真皮、骨格筋、骨膜、歯小嚢、歯根膜、歯髄、歯胚等が挙げられる。ここで、例えば、脂肪組織由来間葉系幹細胞(脂肪組織由来間質細胞と称してもよい)とは、脂肪組織に存在する(又は存在した)間葉系幹細胞を意味する。免疫性疾患、肝疾患及び関節症等の治療に対する有効性の観点から、本実施形態に係る間葉系幹細胞としては、脂肪組織由来間葉系幹細胞、臍帯由来間葉系幹細胞、胎盤由来間葉系幹細胞、骨髄由来間葉系幹細胞及び歯髄由来間葉系幹細胞が好ましく、脂肪組織由来間葉系幹細胞及び臍帯由来間葉系幹細胞が好ましい。このうち、簡便且つ大量に取得できることから、脂肪組織由来間葉系幹細胞が特に好ましい。なお、本実施形態に係る間葉系幹細胞は、ES細胞やiPS細胞等の多能性幹細胞を分化誘導して作製された間葉系幹細胞を含む。
本実施形態に係る培地は、特に断らない限り、細胞に細胞外小胞を分泌させるときに使用する細胞外小胞分泌用培地を意味する。以下では、本実施形態に係る培地を特に「細胞外小胞分泌用培地」と呼び、それ以外の、例えば細胞を増殖させるための培地を「増殖用培地」等と呼ぶ。
本実施形態に係る細胞外小胞の製造方法について、図1を用いて説明する。以下で参照する図面において、寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、以下の実施形態で引用する図面は、説明の都合上、構成の簡略化又は模式化して示したり、一部の構成要素を省略したりしている。図1は、本実施形態に係る細胞外小胞を製造する際の概略工程図である。
本実施形態に係る細胞外小胞含有組成物は、細胞外小胞を含む。ここで、「細胞外小胞」とは、幹細胞内で生産され幹細胞から分泌される小胞である。細胞外小胞としては、例えば、膜粒子、膜小胞、微小胞、ナノ小胞、マイクロベシクル(microvesicles、平均粒子径30~1000nm)、エクソソーム様小胞、エクソソーム(exosome、平均粒子径30~200nm)、エクトソーム様小胞、エクトソーム(ectosome)及びエキソベシクルが挙げられる。このうち、エクソソームはmiRNA等の核酸物質や、タンパク質等を内包しており、本実施形態に係る細胞外小胞は、臨床研究等の観点から、エクソソームであることが好ましい。したがって、本実施形態に係る細胞外小胞のサイズとしては、粒子径が1~1000nmであり、10~500nmが好ましく、30~200nmがさらに好ましく、50~150nmが特に好ましい。また、幹細胞由来の細胞外小胞は、細胞内起源、スクロース中での細胞外小胞の密度、形状、沈降速度、脂質組成、マーカータンパク質及び分泌の様式に基づいても区別される。さらに、細胞外小胞は、その構成脂質としてフォスファチジルセリン、フォスファチジルコリン、コレステロール、スフィンゴミエリン及びセラミドのいずれかを含有する。
図2は、本実施形態に係る細胞外小胞製造システム100の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、細胞外小胞製造システム100は、細胞外小胞製造装置200及び細胞外小胞製造管理装置300を備える。
まず、培地情報取得部210によって得られた分泌工程開始前の培地情報が培地情報入力部80に入力される(S10)。分泌工程開始前の培地情報としては、培地1mLあたりの、粒子径が1~1000nmである微粒子の個数、TNF-α及びTRAIL/APO2Lの含有の有無、培地1mLあたりの総タンパク質量等が挙げられる。なお、当該分泌工程開始前の培地情報はユーザによって培地情報入力部310に入力されてもよい。
次に、入力された分泌工程開始前の培地情報に基づき、当該培地が細胞外小胞分泌用培地であるか(具体的には、例えば、(1)培地1mLあたりの、粒子径が1~1000nmである微粒子の個数が、1×109個未満であること、(2)TNF-α及びTRAIL/APO2Lを含有すること、(3)培地1mLあたりの、総タンパク質量が100μg/mL以下の培地であること、のうち、少なくとも1つ以上、好適には2つ以上、さらに好適には全てに該当すること)が確認される(S20)。当該培地が細胞外小胞分泌用培地である場合には(S20のyes)、分泌工程を開始する(S30)。当該培地が細胞外小胞分泌用培地でない場合には(S20のno)、細胞外小胞の製造を終了する。
次に、培地情報取得部210によって得られた分泌工程中の培地情報が培地情報入力部80に入力される(S40)。分泌工程中の培地情報としては、培養上清1mLにおける粒子径1~1000nmの微粒子の個数、培養上清1mLにおける、粒子径1~200nmの範囲における1nm刻みでの粒子数等が挙げられる。なお、当該分泌工程中の培地情報はユーザによって培地情報入力部310に入力されてもよい。
次に、入力された分泌工程中の培地情報に基づき、分泌工程終了可能条件を満たすかどうか(具体的には、例えば、終了可能条件(1)分泌工程開始時を基準として、培養上清1mLにおける粒子径1~1000nmの微粒子の個数が2倍以上である、及び(2)培養上清1mL中の粒子について、横軸に1nm刻みで粒子径を、縦軸に粒子数をそれぞれプロットしたとき、粒子径1~200nmの領域に、粒子数3×107個以上のピークが1つ以上存在する、のうち、少なくとも1つ、好適には全てに該当すること)を判定する(S50)。分泌工程終了可能条件を満たす場合には(S50のyes)、細胞外小胞の製造を終了する。分泌工程終了可能条件を満たさない場合には(S50のno)、S40の分泌工程中の培地情報入力に戻る。
使用前の各培地成分を測定した。具体的には、本実施形態に係る細胞外小胞分泌用培地(培地1000mLあたりの組成は表1を参照)及び従来培地{無血清培地:KBM(登録商標)ADSC-4(コージンバイオ株式会社製)}について、粒度分布及び総タンパク質量を測定した。なお、表1より、当該細胞外小胞分泌用培地は、TNF-α及びTRAIL/APO2Lの含有量が、使用前の状態において、それぞれ、0.01mg/Lであった。
各培地について、NANOSIGHT(登録商標)LM10-HS(Malvern Panalytical社製)を用いて、培地中の粒子数及び粒子径を測定した。なお、各培地はそれぞれ20~200倍に希釈した。図4に、測定時に観察された各培地の写真を示す。図4より、従来培地は使用前の時点で多量に含まれている一方、細胞外小胞分泌用培地はほとんど粒子を含まないことが分かった。また、このときの培地1mLあたりの粒径1~1000nmにおける粒度分布(横軸に1nm刻みで粒子径を、縦軸に粒子数をそれぞれプロットした)を図5に、各粒径範囲における粒子数を表2に、それぞれ示す。
各培地について、総タンパク質測定キットQubit(登録商標)タンパク質アッセイキット(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて、総タンパク質量を測定した。具体的には、0.5~5%量の総タンパク質測定試薬を添加し、ボルテックスミキサーにより混合した。このとき、標準タンパク質濃度液及びその段階希釈液についても、同様に総タンパク質測定試薬を添加、混合した。各サンプルについて、Qubit 4 Fluorometer(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて蛍光強度を測定した。標準タンパク質濃度液及びその段階希釈液の蛍光強度から、各サンプルの総タンパク質濃度を算出した。その結果を、表3に示す。
基礎培地{D-MEM / Ham's F-12(富士フイルム和光純薬製)}に細胞培養用添加剤{NeoSERA(登録商標)(JAPAN BIOMEDICAL社製)}を2%量添加した増殖用培地を室温~37℃に昇温した。続いて、ヒトから採取した脂肪由来間葉系幹細胞(検体1及び2)を、それぞれ、細胞培養用フラスコ底面積に対して3×103cells/cm2の密度になるように懸濁し、細胞培養用フラスコに播種した。各細胞培養用フラスコを、37℃、5%CO2に調整したインキュベータ内に静置して、培養工程を開始した。
2.と同様に、増殖用培地を用いて脂肪由来間葉系幹細胞(検体3~7)を培養工程に供した後、無血清培地に懸濁して37℃、5%CO2に調整したインキュベータ内に静置して再度培養し、80~90%コンフルエントまで増殖させた。
上述の2.と同様に、検体8及び9を培養工程及び分泌工程に供した。ただし、検体6には細胞外小胞分泌用培地(組成は表1を参照)を、検体7には従来培地{KBM(登録商標)ADSC-4(コージンバイオ株式会社製)}を、それぞれ添加して分泌工程を行った。分泌工程開始時から所定の経過時間ごとに、各培養上清(細胞外小胞含有組成物)の一部を回収した(以下では、検体8及び9からサンプリングした細胞外小胞含有組成物サンプルを、それぞれ、実施例5及び比較例4とする)。
Claims (8)
- 幹細胞を細胞外小胞分泌用培地に存在させて幹細胞から細胞外小胞を分泌させる分泌工程と、
前記細胞外小胞分泌用培地中の成分の物理的指標に基づいて前記分泌工程の終了の可否を判断する判断工程と、
を含み、
前記細胞外小胞分泌用培地が、使用前の状態において、粒子径が1~1000nmである微粒子の個数が、1×10 9 個/mL未満、かつ、TNF-α及びTRAIL/APO2Lを含む培地であり、前記判断工程における前記分泌工程の終了可能条件が、下記条件(a)または条件(b)の少なくとも1つを満たすことである、細胞外小胞の製造方法。
条件(a)分泌工程開始時を基準として、培養上清1mLにおける粒子径1~1000nmの微粒子の個数が3倍以上である。
条件(b)培養上清1mL中の粒子について、横軸に1nm刻みで粒子径を、縦軸に粒子数をそれぞれプロットしたとき、粒子径1~200nmの領域に、粒子数3×10 7 個以上のピークが1つ以上存在する。 - 前記細胞外小胞分泌用培地が、使用前の状態において、総タンパク質量が100μg/mL以下の培地である、請求項1に記載の細胞外小胞の製造方法。
- 前記分泌工程の前工程として、用意した培地が、使用前の状態において、粒子径が1~1000nmである微粒子の個数が、1×109個/mL未満であることを確認する確認工程をさらに含む、請求項1又は2に記載の細胞外小胞の製造方法。
- 前記幹細胞が、間葉系幹細胞である、請求項1又は2に記載の細胞外小胞の製造方法。
- 前記分泌工程の前工程として、前記幹細胞を増殖させる培養工程をさらに含む、請求項1又は2に記載の細胞外小胞の製造方法。
- 前記分泌工程の後工程として、前記細胞外小胞分泌用培地中の前記細胞外小胞を回収する回収工程をさらに含む、請求項1又は2に記載の細胞外小胞の製造方法。
- 前記回収工程で得られた細胞外小胞含有組成物において、粒子径1~1000nmの微粒子数に対する細胞外小胞マーカーの発現量が5.0×10-9pg/particle以上であり、
前記細胞外小胞マーカーがCD9およびCD63である、請求項6に記載の細胞外小胞の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の方法により得られた、細胞外小胞含有組成物。
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