JP7471558B2 - Method for producing nephron progenitor cells - Google Patents

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Description

本願はネフロン前駆細胞またはネフロンオルガノイドを製造する方法に関する。より詳細には、多能性幹細胞、特にヒト多能性幹細胞からネフロン前駆細胞またはネフロンオルガノイドを製造する方法に関する。The present application relates to a method for producing nephron progenitor cells or nephron organoids. More particularly, the present application relates to a method for producing nephron progenitor cells or nephron organoids from pluripotent stem cells, particularly human pluripotent stem cells.

現在本邦において慢性腎臓病(CKD)の患者数は約1,300万人と推計されており、新たな国民病と呼ばれている。慢性腎臓病に対する根治的治療法は少なく、その進行によって透析療法を必要とする末期慢性腎不全患者は33万人以上であり、医学的のみならず医療経済的にも大きな問題となっている。末期慢性腎不全を含む慢性腎臓病の根治療法として腎移植が挙げられるが、深刻なドナー臓器不足のため需要に対し供給が全く追いついていない状態である。Currently, the number of patients with chronic kidney disease (CKD) in Japan is estimated at approximately 13 million, and it has been called the new national disease. There are few curative treatments for chronic kidney disease, and as the disease progresses, there are more than 330,000 patients with end-stage chronic renal failure who require dialysis therapy, posing a major problem not only medically but also medical economically. Kidney transplantation is one of the radical treatments for chronic kidney disease, including end-stage chronic renal failure, but due to a serious shortage of donor organs, supply is not keeping up with demand at all.

慢性腎臓病に対する新規の細胞療法の開発および腎移植におけるドナー臓器不足の解決のために、iPS細胞から腎細胞および腎組織を高効率で製造する方法の確立が必要とされている。 In order to develop new cell therapies for chronic kidney disease and to resolve the shortage of donor organs for kidney transplants, it is necessary to establish methods for producing kidney cells and kidney tissue from iPS cells with high efficiency.

腎臓は胎生初期の組織である中間中胚葉に由来する。脊椎動物では中間中胚葉から前腎、中腎、後腎の3つの腎臓が形成され、哺乳類では後腎が成体の腎臓となる。後腎は間葉と尿管芽という2つの組織の相互作用によって発生する。間葉は成体腎のネフロンおよび間質に将来分化する組織であり、尿管芽は成体腎の集合管から下部の腎盂、尿管、膀胱の一部に将来分化する組織である。さらに、後腎間葉の中にはネフロンを構成する糸球体および数種類の尿細管上皮細胞に分化するネフロン前駆細胞が存在することが示されている(非特許文献1および2)。The kidney is derived from the intermediate mesoderm, an early embryonic tissue. In vertebrates, three kidneys, the pronephros, mesonephros, and metanephros, are formed from the intermediate mesoderm, and in mammals, the metanephros becomes the adult kidney. The metanephros develops through the interaction of two tissues, the mesenchyme and the ureteric bud. The mesenchyme is the tissue that will differentiate into the nephrons and interstitium of the adult kidney, and the ureteric bud is the tissue that will differentiate from the collecting duct into the lower renal pelvis, ureter, and part of the bladder of the adult kidney. Furthermore, it has been shown that the metanephric mesenchyme contains nephron progenitor cells that differentiate into the glomeruli that make up the nephrons and several types of renal tubular epithelial cells (Non-Patent Documents 1 and 2).

ヒトiPS細胞やヒトES細胞からネフロン前駆細胞を高効率に製造する方法が確立されれば、糸球体および尿細管の供給源として製造されたネフロン前駆細胞を細胞療法に使用できると考えられる。また、将来的には三次元の腎臓の再構築によって腎移植のドナー不足を解決できると期待される。後腎ネフロン前駆細胞、糸球体および尿細管に発生する腎疾患は多いため、腎疾患モデル作製にも有用である。さらに、糸球体、尿細管またはそれらを含む腎組織を用いた薬剤腎毒性評価系や治療薬開発などの研究への発展が期待される。 If a method for producing nephron progenitor cells from human iPS cells or human ES cells with high efficiency can be established, it is believed that the produced nephron progenitor cells could be used as a source of glomeruli and tubules in cell therapy. It is also expected that in the future, the shortage of donors for kidney transplants can be resolved by reconstructing three-dimensional kidneys. Since many kidney diseases occur in metanephric nephron progenitor cells, glomeruli, and tubules, this method is also useful for creating kidney disease models. Furthermore, it is expected that research on drug nephrotoxicity evaluation systems and drug development using glomeruli, tubules, or kidney tissues containing them will progress.

ヒトiPS細胞やヒトES細胞からネフロン前駆細胞を分化誘導する方法が数報報告されているが(非特許文献3~6)、胚様体を用いているため分化誘導効率が低く(非特許文献3)、また発生の各段階を正確に再現しているか否かが不明であることが問題であった(非特許文献4~6)。また、本発明者らのグループは中間中胚葉細胞からネフロン前駆細胞を製造する方法を開示しているが(特許文献1、2)、より効率よく安定にネフロン前駆細胞を製造する方法が求められている。 Several methods have been reported for inducing differentiation of nephron progenitor cells from human iPS cells or human ES cells (Non-Patent Documents 3-6), but the efficiency of differentiation induction is low because embryoid bodies are used (Non-Patent Document 3), and it is unclear whether each stage of development is accurately reproduced (Non-Patent Documents 4-6). In addition, the inventors' group has disclosed a method for producing nephron progenitor cells from intermediate mesoderm cells (Patent Documents 1 and 2), but there is a need for a method for producing nephron progenitor cells more efficiently and stably.

WO2014/200115WO2014/200115 WO2018/216743WO2018/216743

Osafune K., et al., Development 2006; 133: 151-161.Osafune K., et al., Development 2006;133:151-161. Kobayashi A., et al., Cell Stem Cell 2008; 3: 169-181.Kobayashi A., et al., Cell Stem Cell 2008;3:169-181. Taguchi A., et al., Cell Stem Cell. 2014; 14: 53-67.Taguchi A., et al., Cell Stem Cell. 2014;14:53-67. Takasato M., et al., Nat Cell Biol, 2014; 16: 118-126.Takasato M., et al., Nat Cell Biol, 2014;16:118-126. Takasato M., et al., Nature, 2015; 526: 564-568.Takasato M., et al., Nature, 2015; 526: 564-568. Morizane R., et al., Nat Biotechnol, 2015; 33: 1193-1200.Morizane R., et al., Nat Biotechnol, 2015;33:1193-1200.

本願は、多能性幹細胞、特にiPS細胞やES細胞からネフロン前駆細胞またはネフロンオルガノイドを製造する方法を提供することを目的とする。本願の別の目的は、多能性幹細胞からネフロン前駆細胞への各分化段階、前方原始線条細胞、前体節中胚葉細胞、後期前体節中胚葉細胞、後方中間中胚葉細胞を経てネフロン前駆細胞を製造する系を提供することである。本願のさらに別の目的は、多能性幹細胞からネフロンオルガノイドへの各分化段階、前方原始線条細胞、前体節中胚葉細胞、後期前体節中胚葉細胞、後方中間中胚葉細胞、ネフロン前駆細胞を経て、ネフロンオルガノイドを製造する系を提供することである。The present application aims to provide a method for producing nephron progenitor cells or nephron organoids from pluripotent stem cells, particularly iPS cells or ES cells. Another object of the present application is to provide a system for producing nephron progenitor cells through the various differentiation stages from pluripotent stem cells to nephron progenitor cells, anterior primitive streak cells, presomitic mesoderm cells, late presomitic mesoderm cells, and posterior intermediate mesoderm cells. Yet another object of the present application is to provide a system for producing nephron organoids through the various differentiation stages from pluripotent stem cells to nephron organoids, anterior primitive streak cells, presomitic mesoderm cells, late presomitic mesoderm cells, posterior intermediate mesoderm cells, and nephron progenitor cells.

本願は、
(3)前体節中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤、BMP阻害剤、およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養する工程を含む、後期前体節中胚葉細胞の製造方法を提供する。
The present application,
(3) Provided is a method for producing late presomitic mesoderm cells, comprising the step of culturing presomitic mesoderm cells in a medium containing a fibroblast growth factor, an activator of activin receptor kinase 4, 7, a BMP inhibitor, and a GSK3β inhibitor.

本態様において、前記前体節中胚葉細胞は以下の工程(1)および(2)を含む方法で多能性幹細胞から製造された細胞であってもよい:
(1)多能性幹細胞を、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤、およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養して、前方原始線条細胞培養物を得る工程、および
(2)前方原始線条細胞培養物を、線維芽細胞増殖因子、TGFβ阻害剤、BMP阻害剤、およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養する工程。また、前体節中胚葉細胞は他の公知の方法で得られたものであってもよい。本態様において、多能性幹細胞はiPS細胞であってもよく、ヒトiPS細胞であってもよい。すなわち本態様によって、多能性幹細胞から後期前体節中胚葉細胞を製造する方法が提供される。
In this embodiment, the presomitic mesoderm cells may be cells produced from pluripotent stem cells by a method comprising the following steps (1) and (2):
(1) culturing pluripotent stem cells in a medium containing an activator of activin receptor kinase 4, 7 and a GSK3β inhibitor to obtain an anterior primitive streak cell culture; and (2) culturing the anterior primitive streak cell culture in a medium containing fibroblast growth factor, a TGFβ inhibitor, a BMP inhibitor and a GSK3β inhibitor. The presomitic mesoderm cells may also be obtained by other known methods. In this embodiment, the pluripotent stem cells may be iPS cells or human iPS cells. That is, this embodiment provides a method for producing late presomitic mesoderm cells from pluripotent stem cells.

本願はまた、
(4)後期前体節中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、およびアクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤を含む培地で培養する工程を含む、後方中間中胚葉細胞の製造方法を提供する。本態様において、後期前体節中胚葉細胞は本願の方法により製造されたものであっても、他の公知の方法で得られたものであってもよい。すなわち本態様によって、多能性幹細胞から後方中間中胚葉細胞を製造する方法が提供される。
The present application also provides:
(4) A method for producing posterior intermediate mesoderm cells is provided, comprising the step of culturing late pre-somitic mesoderm cells in a medium containing a fibroblast growth factor and an activator of activin receptor kinase 4, 7. In this embodiment, the late pre-somitic mesoderm cells may be produced by the method of the present application or may be obtained by other known methods. That is, this embodiment provides a method for producing posterior intermediate mesoderm cells from pluripotent stem cells.

本願はまた、本願の方法によって後方中間中胚葉細胞を得、さらに
(5)後方中間中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、GSK3β阻害剤、BMP阻害剤、およびROCK阻害剤を含む培地で培養する工程を含む、ネフロン前駆細胞の製造方法を提供する。すなわち本態様によって、多能性幹細胞からネフロン前駆細胞を製造する方法が提供される。
The present application also provides a method for producing nephron progenitor cells, comprising the steps of obtaining posterior intermediate mesoderm cells by the method of the present application, and (5) culturing the posterior intermediate mesoderm cells in a medium containing a fibroblast growth factor, a GSK3β inhibitor, a BMP inhibitor, and a ROCK inhibitor. That is, this embodiment provides a method for producing nephron progenitor cells from pluripotent stem cells.

本願はまた、本願の方法によってネフロン前駆細胞を得、さらに
(6)ネフロン前駆細胞を気相液相界面培養する工程を含む、ネフロンオルガノイドの製造方法を提供する。すなわち本態様によって、多能性幹細胞からネフロンオルガノイドを製造する方法が提供される。
The present application also provides a method for producing a nephron organoid, comprising obtaining nephron progenitor cells by the method of the present application, and further comprising the step of (6) culturing the nephron progenitor cells at an air-liquid interface. That is, the present embodiment provides a method for producing a nephron organoid from pluripotent stem cells.

本願はまた、本願の方法によってネフロン前駆細胞を得、さらに
(6’)ネフロン前駆細胞を浮遊培養する工程を含む、ネフロンオルガノイドの製造方法を提供する。
The present application also provides a method for producing a nephron organoid, comprising obtaining nephron progenitor cells by the method of the present application, and further comprising (6') a step of suspension culturing the nephron progenitor cells.

本願は特許請求の範囲に記載した方法を提供する。本願の方法によって、比較的高効率かつ安定にネフロン前駆細胞またはネフロンオルガノイドを製造することが可能となる。The present application provides a method as described in the claims. The method of the present application makes it possible to produce nephron progenitor cells or nephron organoids with relatively high efficiency and stability.

ヒト多能性幹細胞からネフロンオルガノイドへの分化誘導プロトコールの一例(実施例1)。An example of a protocol for inducing differentiation from human pluripotent stem cells into nephron organoids (Example 1). 図1に記載の方法で得られた後方中間中胚葉細胞について、WT1(緑色)およびHOXD11(赤色)に対する抗体を用いた免疫染色像。スケールバーは100μmである。Immunostaining images of posterior intermediate mesoderm cells obtained by the method described in Figure 1, using antibodies against WT1 (green) and HOXD11 (red). The scale bar is 100 μm. 図1に記載の方法で得られたネフロンオルガノイドに対し、PODOCALYXIN(糸球体足細胞マーカー;白色、最左パネル)、LTL (Lotus tetragonolobus lectin)(近位尿細管マーカー;赤色、左から2番目のパネル)、またはE-カドヘリン(遠位尿細管マーカー、CDH1;緑色、右から2番目のパネル)に対する各抗体を用いた免疫染色イメージ、および、前記3種類の抗体による免疫染色シグナルと核染色(青色)シグナルをマージしたイメージ(最右図)を表す。Nephron organoids obtained by the method described in Figure 1 were immunostained using antibodies against PODOCALYXIN (a marker for glomerular podocytes; white, the leftmost panel), LTL (Lotus tetragonolobus lectin) (a marker for proximal tubules; red, the second panel from the left), or E-cadherin (a marker for distal tubules, CDH1; green, the second panel from the right), as well as an image (the rightmost panel) in which the immunostaining signals from the above three antibodies and the nuclear staining (blue) signals were merged. ヒト多能性幹細胞から中腎管細胞への分化誘導プロトコールの一例。An example of a protocol for inducing differentiation of human pluripotent stem cells into mesonephric duct cells. 第1ステージの分化誘導時間を16または24時間としてヒトiPS細胞から誘導した中腎管細胞の、GATA3(緑色)およびRET(赤色)についての免疫染色像。スケールバーは100μmである。Immunostaining of mesonephric duct cells induced from human iPS cells with the first stage differentiation induction time of 16 or 24 hours for GATA3 (green) and RET (red). Scale bar, 100 μm. 第1ステージの処理時間を27時間とした場合の、ヒト多能性幹細胞から後方中間中胚葉細胞への分化誘導プロトコールの一例(実施例2)。1 shows an example of a protocol for inducing differentiation of human pluripotent stem cells into posterior intermediate mesoderm cells when the first stage treatment time is 27 hours (Example 2). 第1ステージの分化誘導時間を27時間としてヒトiPS細胞1383D2株から誘導した後方中間中胚葉細胞の、WT1(緑色)についての免疫染色像。Immunostained image of WT1 (green) in posterior intermediate mesoderm cells induced from human iPS cell line 1383D2 after 27 hours of differentiation induction at the first stage. 第6ステージを浮遊培養とした、ヒト多能性幹細胞からネフロンオルガノイドへの分化誘導プロトコールの一例(実施例3)。An example of a protocol for inducing differentiation from human pluripotent stem cells to nephron organoids, in which stage 6 is performed using suspension culture (Example 3). 図8に記載の方法により得られたネフロンオルガノイドの顕微鏡画像。Microscopic images of nephron organoids obtained by the method described in FIG. 第4ステージの分化誘導因子からTTNPBを除いた、ヒト多能性幹細胞からネフロンオルガノイドへの分化誘導プロトコールの一例(実施例4)。An example of a differentiation induction protocol from human pluripotent stem cells to nephron organoids, in which TTNPB is excluded from the differentiation induction factor at the fourth stage (Example 4). 図10に記載の方法により得られたネフロンオルガノイドの顕微鏡画像。Microscopic images of nephron organoids obtained by the method described in FIG. 10.

本願明細書および請求の範囲において、数値に付随して「約」という場合、数値の±30%、または±20%、もしくは±10%の値まで含むものとする。 In this specification and claims, when the word "approximately" is used in conjunction with a numerical value, it is intended to include values up to ±30%, ±20%, or ±10% of the numerical value.

本願明細書および請求の範囲において、「ある特定種類の細胞」の表現は、特に断りがなければ当該種類の細胞が含まれている細胞群を意味し、当該細胞群には特定された種類の細胞以外の種類の細胞が含まれていてもよい。例えば「ある特定種類の細胞の培養物」は、当該種類の細胞が含まれる細胞群の培養物を意味し、特定された種類の細胞以外の細胞が含まれていても良い。同様に、「ある特定種類の細胞凝集体」の表現は、特に断りがなければ当該種類の細胞が含まれている細胞凝集体を意味し、当該細胞凝集体には特定された種類の細胞以外の細胞が含まれていても良い。In the present specification and claims, unless otherwise specified, the expression "a certain type of cell" means a cell group containing the said type of cell, and the said cell group may contain cells of types other than the specified type of cell. For example, "a culture of a certain type of cell" means a culture of a cell group containing the said type of cell, and may contain cells of types other than the specified type of cell. Similarly, the expression "a certain type of cell aggregate" means a cell aggregate containing the said type of cell, and the said cell aggregate may contain cells of types other than the specified type of cell, unless otherwise specified.

本願明細書および請求の範囲において「多能性幹細胞」とは、生体に存在する全ての細胞に分化可能である多能性と増殖能を併せもつ幹細胞であり、例えば胚性幹(ES)細胞(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)、核移植により得られるクローン胚由来の胚性幹(ntES)細胞(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)、精子幹細胞(「GS細胞」)(M. Kanatsu-Shinohara et al. (2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012)、胚性生殖細胞(「EG細胞」)(Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70:841-847; J.L. Resnick et al. (1992), Nature, 359:550-551)、人工多能性幹(iPS)細胞(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);WO2007/069666)、および培養線維芽細胞または骨髄幹細胞由来の多能性細胞(Muse細胞)(WO2011/007900)などが含まれる。特にマウスまたはヒトの多能性幹細胞、特にES細胞およびiPS細胞が好適に用いられる。In the present specification and claims, the term "pluripotent stem cells" refers to stem cells that have both pluripotency and proliferation ability and can differentiate into all cells present in the body, and includes, for example, embryonic stem (ES) cells (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), cloned embryo-derived embryonic stem (ntES) cells obtained by nuclear transfer (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), spermatogonial stem cells ("GS cells") (M. Kanatsu-Shinohara et al. (2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012), embryonic germ cells ("EG cells") (Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70:841-847; J.L. Resnick et al. (1992), Nature, 359:550-551), induced pluripotent stem (iPS) cells (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); WO2007/069666), and pluripotent cells (Muse cells) derived from cultured fibroblasts or bone marrow stem cells (WO2011/007900). In particular, mouse or human pluripotent stem cells, particularly ES cells and iPS cells, are preferably used.

「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(Ishizaki et al., Mol. Pharmacol. 57, 976-983 (2000); Narumiya et al., Methods Enzymol. 325,273-284 (2000))、Fasudil/HA1077(Uenata et al., Nature 389: 990-994 (1997))、SR3677(Feng Y et al., J Med Chem. 51: 6642-6645(2008))、GSK269962(Stavenger RA et al., J Med Chem. 50: 2-5 (2007); WO2005/037197)、H-1152(Sasaki et al., Pharmacol. Ther. 93: 225-232 (2002))、Wf-536(Nakajima et al., Cancer Chemother Pharmacol. 52(4): 319-324 (2003))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(例えば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(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、および国際公開第2003/062227号、同第2003/059913号、同第2003/062225号、同第2002/076976号、同第2004/039796号)。本願でROCK阻害剤という場合、1種または2種以上のROCK阻害剤が使用され得る。本願で使用されるROCK阻害剤は、好ましくはY-27632であり得る。 The "ROCK inhibitor" is not particularly limited as long as it can suppress the function of Rho-kinase (ROCK), and examples thereof include Y-27632 (Ishizaki et al., Mol. Pharmacol. 57, 976-983 (2000); Narumiya et al., Methods Enzymol. 325,273-284 (2000)), Fasudil/HA1077 (Uenata et al., Nature 389: 990-994 (1997)), SR3677 (Feng Y et al., J Med Chem. 51: 6642-6645(2008)), GSK269962 (Stavenger RA et al., J Med Chem. 50: 2-5 (2007); WO2005/037197), H-1152 (Sasaki et al., Pharmacol. Ther. 93: 225-232 (2002)), Wf-536 (Nakajima et al., Cancer Chemother Pharmacol. 52(4): 319-324 (2003)) and their derivatives, as well as antisense nucleic acids against ROCK, RNA interference-inducing nucleic acids (e.g., siRNAs), dominant negative mutants, and expression vectors thereof. Other known low molecular weight compounds can also be used as ROCK inhibitors (U.S. Patent Application Publication Nos. 2005/0209261, 2005/0192304, 2004/0014755, 2004/0002508, 2004/0002507, 2003/0125344, 2003/0087919, and International Publication Nos. 2003/062227, 2003/059913, 2003/062225, 2002/076976, and 2004/039796). When referring to ROCK inhibitors in this application, one or more ROCK inhibitors may be used. The ROCK inhibitor used in this application may preferably be Y-27632.

「アクチビン受容体様キナーゼ-4,7の活性化剤」はALK-4および/またはALK-7に対して活性化作用を有する物質であり、例えばアクチビン、Nodal、Myostatinが挙げられる。好ましくはアクチビン、特にアクチビンAが用いられる。 "Activin receptor-like kinase-4, 7 activators" are substances that have an activating effect on ALK-4 and/or ALK-7, such as activin, nodal, and myostatin. Activin, particularly activin A, is preferably used.

「GSK3β阻害剤」とは、GSK3βタンパク質のキナーゼ活性(例えば、βカテニンに対するリン酸化能)を阻害する物質として定義され、既に多数のものが知られているが、例えばインジルビン誘導体であるBIO(別名、GSK-3β阻害剤IX;6-ブロモインジルビン3'-オキシム)、マレイミド誘導体であるSB216763(3-(2,4-ジクロロフェニル)-4-(1-メチル-1H-インドール-3-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)、SB415286(3-[(3-クロロ-4-ヒドロキシフェニル)アミノ]-4-(2-ニトロフェニル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)、フェニルαブロモメチルケトン化合物であるGSK-3β阻害剤VII(4-ジブロモアセトフェノン)、細胞膜透過型のリン酸化ペプチドであるL803-mts(別名、GSK3βペプチド阻害剤;Myr-N-GKEAPPAPPQSpP-NH2)および高い選択性を有するCHIR99021(6-[2-[4-(2,4-ジクロロフェニル)-5-(4-メチル-1H-イミダゾール-2-イル)ピリミジン-2-イルアミノ]エチルアミノ]ピリジン-3-カルボニトリル)が挙げられる。これらの化合物は、例えばCalbiochem社やBiomol社等から市販されており容易に利用することが可能である。本願で使用されるGSK3β阻害剤は、好ましくはCHIR99021であり得る。 "GSK3β inhibitors" are defined as substances that inhibit the kinase activity of GSK3β protein (e.g., the ability to phosphorylate β-catenin), and many of them are already known. For example, the indirubin derivative BIO (also known as GSK-3β inhibitor IX; 6-bromoindirubin 3'-oxime), the maleimide derivative SB216763 (3-(2,4-dichlorophenyl)-4-(1-methyl-1H-indol-3-yl)-1H-pyrrole-2,5-dione), and SB415286 (3-[(3-chloro-4-hydroxyphenyl)amino]-4-(2 -nitrophenyl)-1H-pyrrole-2,5-dione), GSK-3β inhibitor VII (4-dibromoacetophenone), a phenyl α bromomethyl ketone compound, L803-mts (also known as GSK3β peptide inhibitor; Myr-N-GKEAPPAPPQSpP-NH2), a cell membrane permeable phosphorylated peptide, and CHIR99021 (6-[2-[4-(2,4-dichlorophenyl)-5-(4-methyl-1H-imidazol-2-yl)pyrimidin-2-ylamino]ethylamino]pyridine-3-carbonitrile), which has high selectivity. These compounds are commercially available from, for example, Calbiochem and Biomol, and can be easily used. The GSK3β inhibitor used in the present application may preferably be CHIR99021.

「線維芽細胞増殖因子」としてはFGF1からFGF23までが知られており、これら公知のものから適宜選択すればよい。以下に述べる第2~第4ステージではFGF8が、第5ステージではFGF9が好適に用いられる。 FGF1 to FGF23 are known as "fibroblast growth factors," and an appropriate factor may be selected from these known factors. FGF8 is preferably used in the second to fourth stages described below, and FGF9 is preferably used in the fifth stage.

「TGFβ阻害剤」はTGFβの受容体への結合からSMADへと続くシグナル伝達を阻害する物質であり、受容体であるALKファミリーへの結合を阻害する物質、またはALKファミリーによるSMADのリン酸化を阻害する物質である限り特に限定されず、例えばLefty-1(NCBI Accession No.として、マウス:NM_010094、ヒト:NM_020997が例示される)、SB431542、SB202190(以上、R.K.Lindemann et al., Mol. Cancer, 2003, 2:20)、SB505124 (GlaxoSmithKline)、NPC30345、SD093、SD908、SD208 (Scios)、LY2109761、LY364947、LY580276 (Lilly Research Laboratories)、A83-01(3-(6-メチル-2-ピリジニル)-N-フェニル-4-(4-キノリニル)-1H-ピラゾール-1-カルボチオアミド、WO2009146408)、ALK5阻害剤II(2-[3-[6-メチルピリジン-2-イル]-1H-ピラゾル-4-イル]-1,5-ナフチリジン)、TGFβRIキナーゼ阻害剤VIII(6-[2-tert-ブチル-5-[6-メチル-ピリジン-2-イル]-1H-イミダゾル-4-イル]-キノキサリン)およびこれらの誘導体などが例示される。好ましくはA83-01であり得る。 "TGFβ inhibitors" are substances that inhibit signal transduction from the binding of TGFβ to the receptor to SMAD, and are not particularly limited as long as they are substances that inhibit the binding to the receptor ALK family, or substances that inhibit the phosphorylation of SMAD by the ALK family. Examples of such substances include Lefty-1 (NCBI Accession No.: mouse: NM_010094, human: NM_020997), SB431542, SB202190 (R.K.Lindemann et al., Mol. Cancer, 2003, 2:20), SB505124 (GlaxoSmithKline), NPC30345, SD093, SD908, SD208 (Scios), LY2109761, LY364947, LY580276 (Lilly Research Laboratories), A83-01 (3-(6-methyl-2-pyridinyl)-N-phenyl-4-(4-quinolinyl)-1H-pyrazole-1-carbothioamide, WO2009146408), ALK5 inhibitor II (2-[3-[6-methylpyridin-2-yl]-1H-pyrazol-4-yl]-1,5-naphthyridine), TGFβRI kinase inhibitor VIII (6-[2-tert-butyl-5-[6-methyl-pyridin-2-yl]-1H-imidazol-4-yl]-quinoxaline) and derivatives thereof. A83-01 may be preferable.

「BMP阻害剤」は、Chordin、Noggin、Follistatinなどのタンパク質性阻害剤、Dorsomorphin 6-[4-(2-piperidin-1-yl-ethoxy)phenyl]-3-pyridin-4-yl-pyrazolo[1,5-a]pyrimidine、その誘導体(P. B. Yu et al. (2007), Circulation, 116:II_60; P.B. Yu et al. (2008), Nat. Chem. Biol., 4:33-41; J. Hao et al. (2008), PLoS ONE, 3(8):e2904)およびLDN193189(4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinoline)が例示される。好ましくはLDN193189であり得る。 Examples of "BMP inhibitors" include protein inhibitors such as Chordin, Noggin, and Follistatin, Dorsomorphin 6-[4-(2-piperidin-1-yl-ethoxy)phenyl]-3-pyridin-4-yl-pyrazolo[1,5-a]pyrimidine, its derivatives (P. B. Yu et al. (2007), Circulation, 116:II_60; P.B. Yu et al. (2008), Nat. Chem. Biol., 4:33-41; J. Hao et al. (2008), PLoS ONE, 3(8):e2904), and LDN193189 (4-(6-(4-(piperazin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinoline). Preferably, it may be LDN193189.

「レチノイン酸受容体(RAR)アゴニスト」は天然に存在するレチノイド、化学的に合成されたレチノイド、レチノイド骨格を持たないレチノイン酸受容体アゴニスト化合物、またはレチノイン酸受容体アゴニスト活性を有する天然物であってよい。RARアゴニストとしての活性をもつ天然レチノイドの例としては、レチノイン酸(立体異性体の全トランス-レチノイン酸(全トランスRA)と9-シス-レチノイン酸(9-シスRA)が知られている)が挙げられる。化学的に合成されたレチノイドは当技術分野で公知である(米国特許第5,234,926号、米国特許第4,326,055号など)。レチノイド骨格を持たないレチノイン酸受容体アゴニスト化合物の例としては、Am80、AM580(4-[[5,6,7,8-テトラヒドロ-5,5,8,8-テトラメチル-2-ナフタレニル]カルボキシアミド]ベンゾイックアシッド)、TTNPB(4-[[E]-2-[5,6,7,8-テトラヒドロ-5,5,8,8-テトラメチル-2-ナフタレニル]-1-プロペニル]ベンゾイックアシッド)、AC55649(4’-オクチル-[1,1’-ビフェニル]-4-カルボキシリックアシッド)が挙げられる。レチノイン酸受容体アゴニスト活性を有する天然物の例としては、ホノキオール、マグノロールが挙げられる(生物機能開発研究所紀要9:55-61、2009年)。本願で使用されるRARアゴニストは、例えばレチノイン酸、AM580、TTNPB、AC55649であり得、好ましくはTTNPBであり得る。A "retinoic acid receptor (RAR) agonist" may be a naturally occurring retinoid, a chemically synthesized retinoid, a retinoic acid receptor agonist compound that does not have a retinoid backbone, or a natural product that has retinoic acid receptor agonist activity. An example of a naturally occurring retinoid with RAR agonist activity is retinoic acid, the stereoisomers of which are all-trans-retinoic acid (all-trans-RA) and 9-cis-retinoic acid (9-cis-RA). Chemically synthesized retinoids are known in the art (e.g., U.S. Pat. No. 5,234,926; U.S. Pat. No. 4,326,055). Examples of retinoic acid receptor agonist compounds that do not have a retinoid skeleton include Am80, AM580 (4-[[5,6,7,8-tetrahydro-5,5,8,8-tetramethyl-2-naphthalenyl]carboxamido]benzoic acid), TTNPB (4-[[E]-2-[5,6,7,8-tetrahydro-5,5,8,8-tetramethyl-2-naphthalenyl]-1-propenyl]benzoic acid), and AC55649 (4'-octyl-[1,1'-biphenyl]-4-carboxylic acid). Examples of natural products that have retinoic acid receptor agonist activity include honokiol and magnolol (Bulletin of the Institute of Biological Functions Research 9: 55-61, 2009). The RAR agonist used in the present application may be, for example, retinoic acid, AM580, TTNPB, AC55649, preferably TTNPB.

本願の方法の各工程において、培養温度は以下に限定されないが、約30から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、CO2濃度は好ましくは約2から5%である。 In each step of the method of the present application, the culture temperature is, but not limited to, about 30 to 40°C, preferably about 37°C, and the culture is performed in an atmosphere of CO2- containing air, with the CO2 concentration being preferably about 2 to 5%.

多能性幹細胞は本願の方法に提供される前に、好適には多能性幹細胞培養用コーティング、例えばラミニンコーティング、市販品では例えばiMatrix silk(株式会社ニッピ)のコーティングを施した培養容器内、ROCK阻害剤を添加した多能性幹細胞用維持培地中で12時間から48時間、例えば約24時間培養する。多能性幹細胞用維持培地としては市販のものを適宜用いることができ、例えばStemFit(登録商標) AK02N培地(味の素(株))が例示される。ROCK阻害剤としてY-27632を用いる場合、その培地中の濃度は、通常0.1μMから1mM、好ましくは1μMから100μM、さらに好ましくは5μMから20μM、例えば約10μMである。 Prior to being subjected to the method of the present application, the pluripotent stem cells are preferably cultured in a culture vessel coated with a coating for pluripotent stem cell culture, such as a laminin coating, for example a commercially available coating such as iMatrix silk (Nippi Corporation), in a pluripotent stem cell maintenance medium containing a ROCK inhibitor for 12 to 48 hours, for example about 24 hours. As the pluripotent stem cell maintenance medium, a commercially available medium can be appropriately used, for example StemFit (registered trademark) AK02N medium (Ajinomoto Co., Inc.). When Y-27632 is used as the ROCK inhibitor, the concentration in the medium is usually 0.1 μM to 1 mM, preferably 1 μM to 100 μM, more preferably 5 μM to 20 μM, for example about 10 μM.

次いで、本願の方法により多能性幹細胞の分化誘導を行う。培地は、動物細胞の培養に用いられる基礎培地に各ステージに必要な因子を適宜添加して調製できる。基礎培地としては、例えばMEM Zinc Option培地、IMEM Zinc Option培地、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、DMEM/F12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包含される。基礎培地には、血清(例えば、ウシ胎児血清(FBS))が含有されていてもよいし、または無血清でもよい。必要に応じて、例えばアルブミン、トランスフェリン、KnockOut Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時の血清代替物)(Thermo Fisher Scientific)、N2サプリメント(Thermo Fisher Scientific)、B27サプリメント(Thermo Fisher Scientific)、脂肪酸、インスリン、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などの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、GlutaMAX(Thermo Fisher Scientific)、非必須アミノ酸(NEAA)、ビタミン、増殖因子、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類およびこれらの同等物などの1つ以上の物質、あるいはその他の通常動物培養用培地に添加される1つ以上の物質を含有しうる。Next, the differentiation of the pluripotent stem cells is induced by the method of the present application. The medium can be prepared by appropriately adding factors required for each stage to a basal medium used for culturing animal cells. Examples of basal media include MEM Zinc Option medium, IMEM Zinc Option medium, IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, DMEM/F12 medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and mixtures thereof. The basal medium may contain serum (e.g., fetal bovine serum (FBS)) or may be serum-free. If desired, the medium may contain one or more serum substitutes, such as, for example, albumin, transferrin, KnockOut Serum Replacement (KSR) (a serum substitute for ES cell culture) (Thermo Fisher Scientific), N2 supplement (Thermo Fisher Scientific), B27 supplement (Thermo Fisher Scientific), fatty acids, insulin, collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, or one or more substances, such as lipids, amino acids, L-glutamine, GlutaMAX (Thermo Fisher Scientific), non-essential amino acids (NEAA), vitamins, growth factors, antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts, and the like, or one or more substances typically added to animal culture media.

1つの実施形態において、基礎培地としてDMEM/F12培地にL-ascorbic acid-2-phosphate magnesium、sodium selenium、insulin、NaHCO3およびトランスフェリンが添加された無血清培地であるEssential 6(商標)培地(Thermo Fisher Scientific)を用いて本願の方法を実施することが例示される。 In one embodiment, the method of the present application is carried out using, as a basal medium, Essential 6 (trademark) medium (Thermo Fisher Scientific), which is a serum-free medium containing DMEM/F12 medium supplemented with L-ascorbic acid-2-phosphate magnesium, sodium selenium, insulin, NaHCO3 , and transferrin.

以下、本願の方法の各ステージを説明する。各ステージにおいて、目的とする細胞が誘導されていることは細胞上のマーカーの発現により確認できる。マーカーの発現は免疫染色法やFACSなど公知の方法で確認できる。各ステージで得られる細胞培養物は、目的とする細胞を、例えばFACSなど公知の方法にて単離して次のステージに用いてもよいし、得られた目的とする細胞の細胞培養物をそのまま次のステージへ供してもよい。Each stage of the method of the present application is described below. In each stage, induction of the target cells can be confirmed by the expression of a marker on the cells. The expression of the marker can be confirmed by known methods such as immunostaining or FACS. From the cell culture obtained at each stage, the target cells may be isolated by known methods such as FACS and used in the next stage, or the obtained cell culture of the target cells may be directly subjected to the next stage.

第1ステージ
本願の第1ステージは、多能性幹細胞から前方原始線条細胞を誘導する工程である。本工程では、多能性幹細胞を、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤およびGSK3阻害剤を含む培地で培養する。さらに培地中にBMP4を含んでもよい。ある態様において、本工程では、多能性幹細胞を平面培養する。
First stage The first stage of the present application is a step of inducing anterior primitive streak cells from pluripotent stem cells. In this step, the pluripotent stem cells are cultured in a medium containing an activator of activin receptor kinase 4, 7 and a GSK3 inhibitor. The medium may further contain BMP4. In one embodiment, in this step, the pluripotent stem cells are plate-cultured.

アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤としてアクチビンAを用いる場合、その培地中の濃度は通常1ng/mlから10μg/ml、好ましくは10ng/mlから1μg/ml、より好ましくは50ng/mlから200ng/ml、例えば約100ng/mlである。When activin A is used as an activator of activin receptor kinase 4, 7, its concentration in the culture medium is typically 1 ng/ml to 10 μg/ml, preferably 10 ng/ml to 1 μg/ml, more preferably 50 ng/ml to 200 ng/ml, for example about 100 ng/ml.

GSK3β阻害剤としてCHIR99021を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.03μMから300μM、好ましくは0.3μMから30μM、より好ましくは1μMから5μM、例えば約3μMである。When CHIR99021 is used as a GSK3β inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.03 μM to 300 μM, preferably 0.3 μM to 30 μM, more preferably 1 μM to 5 μM, for example about 3 μM.

さらにBMP4を含む場合、BMP4の培地中の濃度は、通常0.1ng/mlから1μg/ml、好ましくは1ng/mlから100ng/ml、より好ましくは5ng/mlから20ng/ml、例えば約10ng/mlである。 When BMP4 is further included, the concentration of BMP4 in the culture medium is typically 0.1 ng/ml to 1 μg/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 20 ng/ml, for example about 10 ng/ml.

本願の第1ステージは、好適には多能性幹細胞培養用のプレートにて培地のみ交換して培養を行えば良い。培養期間は、例えば、本願実施例2の培養条件で前方中間中胚葉に優先的に分化誘導される培養時間よりも約10~12時間長い期間が好ましく、目安として、12~48時間、好ましくは17~40時間、より好ましくは20~38時間、さらに好ましくは24~36時間、27~32時間とすることができる。前方原始線条細胞の生成は、例えばLHX1、FOXA2、GSC、および/またはBRACHYURYの発現によって確認できる。In the first stage of the present application, the cells may be cultured preferably in a plate for pluripotent stem cell culture with only the medium replaced. The culture period is preferably about 10 to 12 hours longer than the culture period in which differentiation is preferentially induced into anterior intermediate mesoderm under the culture conditions of Example 2 of the present application, and may be, as a guideline, 12 to 48 hours, preferably 17 to 40 hours, more preferably 20 to 38 hours, and even more preferably 24 to 36 hours or 27 to 32 hours. The generation of anterior primitive streak cells can be confirmed by, for example, the expression of LHX1, FOXA2, GSC, and/or BRACHYURY.

第2ステージ
本願の第2ステージは、前方原始線条細胞から前体節中胚葉細胞を誘導する工程である。前方原始線条細胞は第1ステージで得られた細胞でも良いし、公知の別の方法によって得られた細胞を用いてもよい。
Second Stage The second stage of the present invention is a step of inducing presomitic mesoderm cells from anterior primitive streak cells. The anterior primitive streak cells may be the cells obtained in the first stage, or cells obtained by another known method may be used.

本工程では、前方原始線条細胞を、線維芽細胞増殖因子、TGFβ阻害剤、BMP阻害剤およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養する。ある態様において、本工程では、前方原始線条細胞を平面培養する。In this step, the anterior primitive streak cells are cultured in a medium containing a fibroblast growth factor, a TGFβ inhibitor, a BMP inhibitor, and a GSK3β inhibitor. In one embodiment, in this step, the anterior primitive streak cells are plate-cultured.

線維芽細胞増殖因子としてFGF8を用いる場合、その培地中の濃度は通常2ng/mlから20μg/ml、好ましくは20ng/mlから2μg/ml、より好ましく100ng/mlから400ng/ml、例えば約200ng/mlである。When FGF8 is used as a fibroblast growth factor, its concentration in the culture medium is typically 2 ng/ml to 20 μg/ml, preferably 20 ng/ml to 2 μg/ml, more preferably 100 ng/ml to 400 ng/ml, for example about 200 ng/ml.

TGFβ阻害剤としてA83-01を用いる場合、その培地中の濃度は通常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2μM、例えば約1μMである。When A83-01 is used as a TGFβ inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.01 μM to 100 μM, preferably 0.1 μM to 10 μM, more preferably 0.5 μM to 2 μM, for example about 1 μM.

BMP阻害剤としてLDN193189を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.001μMから10μM、好ましくは0.01μMから1μM、より好ましくは0.05μMから0.2μM、例えば約0.1μMである。When LDN193189 is used as a BMP inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.001 μM to 10 μM, preferably 0.01 μM to 1 μM, more preferably 0.05 μM to 0.2 μM, for example about 0.1 μM.

GSK3β阻害剤としてCHIR99021を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.03μMから300μM、好ましくは0.3μMから30μM、より好ましくは1μMから5μM、例えば約3μMである。When CHIR99021 is used as a GSK3β inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.03 μM to 300 μM, preferably 0.3 μM to 30 μM, more preferably 1 μM to 5 μM, for example about 3 μM.

第2ステージでは、合計で例えば2~6日間、好ましくは約3日間培養を行う。第2ステージの前半、例えば約2日間は第1ステージまたは他の方法で得られた前方原始線条細胞培養物の培地を第2ステージ用培地に交換して培養すればよい。第2ステージの後半、例えば約1日間は、培養プレートを細胞外マトリックスタンパク質、例えばラミニンでコーティングされた細胞培養用プレート、例えば市販品ではiMatrix silkに移して培養する。細胞培養用プレートを交換した後は、好ましくは培地中に更にROCK阻害剤、例えばY-27632を添加して培養を続ける。Y-27632の培地中の濃度は、第1ステージ開始前に多能性幹細胞を培養する際の濃度と同じでよい。前体節中胚葉細胞の生成は、例えばTBX6および/またはCDX2の発現によって確認できる。In the second stage, the cells are cultured for a total of, for example, 2 to 6 days, preferably about 3 days. During the first half of the second stage, for example, about 2 days, the medium of the anterior primitive streak cell culture obtained in the first stage or by another method may be replaced with the medium for the second stage and cultured. During the second half of the second stage, for example, about 1 day, the culture plate is transferred to a cell culture plate coated with an extracellular matrix protein, for example, laminin, for example, commercially available iMatrix silk, and cultured. After replacing the cell culture plate, it is preferable to further add a ROCK inhibitor, for example, Y-27632, to the medium and continue the culture. The concentration of Y-27632 in the medium may be the same as that used when culturing pluripotent stem cells before the start of the first stage. The generation of presomitic mesoderm cells can be confirmed, for example, by the expression of TBX6 and/or CDX2.

第3ステージ
本願の第3ステージは、前体節中胚葉細胞から後期前体節中胚葉細胞を誘導する工程である。前体節中胚葉細胞は第2ステージで得られた細胞でも良いし、公知の別の方法によって得られた細胞を用いてもよい。
Stage 3 The third stage of the present invention is a step of inducing late presomitic mesoderm cells from presomitic mesoderm cells. The presomitic mesoderm cells may be the cells obtained in Stage 2, or cells obtained by another known method.

本工程では、前体節中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤、BMP阻害剤およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養する。ある態様において、本工程では、前体節中胚葉細胞を平面培養する。In this step, the presomitic mesoderm cells are cultured in a medium containing a fibroblast growth factor, an activator of activin receptor kinase 4, 7, a BMP inhibitor, and a GSK3β inhibitor. In one embodiment, in this step, the presomitic mesoderm cells are plate-cultured.

線維芽細胞増殖因子としてFGF8を用いる場合、その培地中の濃度は通常2ng/mlから20μg/ml、好ましくは20ng/mlから2μg/ml、より好ましくは100ng/mlから400ng/ml、例えば約200ng/mlである。When FGF8 is used as a fibroblast growth factor, its concentration in the culture medium is typically 2 ng/ml to 20 μg/ml, preferably 20 ng/ml to 2 μg/ml, more preferably 100 ng/ml to 400 ng/ml, for example about 200 ng/ml.

アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤としてアクチビンAを用いる場合、その培地中の濃度は通常0.1ng/mlから1μg/ml、好ましくは1ng/mlから100ng/ml、より好ましくは5ng/mlから20ng/ml、例えば約10ng/mlである。When activin A is used as an activator of activin receptor kinase 4, 7, its concentration in the culture medium is typically 0.1 ng/ml to 1 μg/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 20 ng/ml, for example about 10 ng/ml.

BMP阻害剤としてLDN193189を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.001μMから10μM、好ましくは0.01μMから1μM、より好ましくは0.05μMから0.2μM、例えば約0.1μMである。When LDN193189 is used as a BMP inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.001 μM to 10 μM, preferably 0.01 μM to 1 μM, more preferably 0.05 μM to 0.2 μM, for example about 0.1 μM.

GSK3β阻害剤としてCHIR99021を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.03μMから300μM、好ましくは0.3μMから30μM、より好ましくは1μMから5μM、例えば約3μMである。When CHIR99021 is used as a GSK3β inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.03 μM to 300 μM, preferably 0.3 μM to 30 μM, more preferably 1 μM to 5 μM, for example about 3 μM.

本願の第3ステージは、例えば第2ステージの後半または他の方法で得られた前体節中胚葉細胞培養物の培地を第3ステージ用培地に交換して培養すればよい。培養期間は12時間から48時間、例えば約24時間とすればよい。後期前体節中胚葉細胞の生成は、例えばTBX6、CDX2、および/またはHOX11の発現によって確認できる。 In the third stage of the present application, for example, the medium of the presomitic mesoderm cell culture obtained in the latter half of the second stage or by other methods may be replaced with a third stage medium and cultured. The culture period may be 12 to 48 hours, for example, about 24 hours. The generation of late presomitic mesoderm cells may be confirmed by, for example, the expression of TBX6, CDX2, and/or HOX11.

第1ステージ~第3ステージにおいて、培地中のGSK3β阻害剤の濃度は1~5μM、例えば約3μMであってもよい。従来のネフロン前駆細胞の分化誘導法(Taguchi A. et al., Cell Stem Cell. 2014、Takasato M. et al., Nature. 2015、およびMorizane R. et al., Nat Biotechnol. 2015など)では高濃度(8~10μM)のGSK3β阻害剤を使用しているが、本願方法では比較的低濃度(1~5μM)のGSK3β阻害剤を用いてネフロン前駆細胞を分化誘導できる。したがって本願方法は従来法に比べて細胞毒性が低く、ヒトiPS/ES細胞株から安定してネフロン前駆細胞を製造できる。In the first to third stages, the concentration of the GSK3β inhibitor in the medium may be 1 to 5 μM, for example, about 3 μM. Conventional methods for inducing differentiation of nephron progenitor cells (e.g., Taguchi A. et al., Cell Stem Cell. 2014, Takasato M. et al., Nature. 2015, and Morizane R. et al., Nat Biotechnol. 2015) use high concentrations (8 to 10 μM) of GSK3β inhibitors, but the method of the present application can induce differentiation of nephron progenitor cells using relatively low concentrations (1 to 5 μM) of GSK3β inhibitors. Therefore, the method of the present application has lower cytotoxicity than conventional methods, and can stably produce nephron progenitor cells from human iPS/ES cell lines.

第4ステージ
第4ステージは、後期前体節中胚葉細胞から後方中間中胚葉細胞を誘導する工程である。後期前体節中胚葉細胞は第3ステージで得られた細胞でも良いし、公知の別の方法によって得られた細胞を用いてもよい。
Stage 4 Stage 4 is a step of inducing posterior intermediate mesoderm cells from late presomitic mesoderm cells. The late presomitic mesoderm cells may be cells obtained in Stage 3 or cells obtained by another known method.

本工程では、後期前体節中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子およびアクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤を含む培地で培養する。さらに培地中にレチノイン酸受容体アゴニストを含んでもよい。ある態様において、本工程では、後期前体節中胚葉細胞を平面培養する。In this step, the late presomitic mesoderm cells are cultured in a medium containing fibroblast growth factor and an activator of activin receptor kinase 4, 7. The medium may further contain a retinoic acid receptor agonist. In one embodiment, in this step, the late presomitic mesoderm cells are plate-cultured.

線維芽細胞増殖因子としてFGF8を用いる場合、その培地中の濃度は通常2ng/mlから20μg/ml、好ましくは20ng/mlから2μg/ml、より好ましくは100ng/mlから400ng/ml、例えば約200ng/mlである。When FGF8 is used as a fibroblast growth factor, its concentration in the culture medium is typically 2 ng/ml to 20 μg/ml, preferably 20 ng/ml to 2 μg/ml, more preferably 100 ng/ml to 400 ng/ml, for example about 200 ng/ml.

アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤としてアクチビンAを用いる場合、その培地中の濃度は通常0.1ng/mlから1μg/ml、好ましくは1ng/mlから100ng/ml、より好ましくは5ng/mlから20ng/ml、例えば約10ng/mlである。When activin A is used as an activator of activin receptor kinase 4, 7, its concentration in the culture medium is typically 0.1 ng/ml to 1 μg/ml, preferably 1 ng/ml to 100 ng/ml, more preferably 5 ng/ml to 20 ng/ml, for example about 10 ng/ml.

さらにレチノイン酸受容体アゴニストとしてTTNPBを含む場合、その培地中の濃度は通常0.001μMから10μM、好ましくは0.01μMから1μM、より好ましくは0.05μMから0.2μM、例えば約0.1μMである。 Furthermore, when TTNPB is included as a retinoic acid receptor agonist, its concentration in the culture medium is typically 0.001 μM to 10 μM, preferably 0.01 μM to 1 μM, more preferably 0.05 μM to 0.2 μM, for example about 0.1 μM.

本願の第4ステージは、例えば第3ステージまたは他の方法で得られた後期前体節中胚葉細胞培養物の培地を第4ステージ用培地に交換して培養すればよい。培養期間は1から5日、例えば約3日とすればよい。後方中間中胚葉細胞の生成は、例えばPAX2、SIX1、EYA1、WT1、および/または後腎に分化し得ることを示すHOXD11の発現により確認できる。 In the fourth stage of the present application, for example, the medium of the late presomitic mesoderm cell culture obtained in the third stage or by other methods may be replaced with the medium for the fourth stage and cultured. The culture period may be 1 to 5 days, for example about 3 days. The generation of posterior intermediate mesoderm cells may be confirmed by the expression of, for example, PAX2, SIX1, EYA1, WT1, and/or HOXD11, which indicates that the cells can differentiate into metanephros.

第5ステージ
第5ステージは、第4ステージで得られた後方中間中胚葉細胞をネフロン前駆細胞に誘導する工程である。本工程では、後方中間中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、GSK3β阻害剤、BMP阻害剤およびROCK阻害剤を含む培地で浮遊培養する。
Stage 5 Stage 5 is a step of inducing the posterior intermediate mesoderm cells obtained in Stage 4 into nephron progenitor cells. In this step, the posterior intermediate mesoderm cells are cultured in suspension in a medium containing a fibroblast growth factor, a GSK3β inhibitor, a BMP inhibitor, and a ROCK inhibitor.

線維芽細胞増殖因子としてFGF9を用いる場合、その培地中の濃度は通常2ng/mlから20μg/ml、好ましくは20ng/mlから2μg/ml、より好ましくは100ng/mlから400ng/ml、例えば約200ng/mlである。When FGF9 is used as a fibroblast growth factor, its concentration in the culture medium is typically 2 ng/ml to 20 μg/ml, preferably 20 ng/ml to 2 μg/ml, more preferably 100 ng/ml to 400 ng/ml, for example about 200 ng/ml.

GSK3β阻害剤としてCHIR99021を用いる場合、その培地中の濃度は通常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2μM、例えば約1μMである。When CHIR99021 is used as a GSK3β inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.01 μM to 100 μM, preferably 0.1 μM to 10 μM, more preferably 0.5 μM to 2 μM, for example about 1 μM.

BMP阻害剤としてLDN193189を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.001μMから10μM、好ましくは0.01μMから1μM、より好ましくは0.05μMから0.2μM、例えば約0.1μMである。When LDN193189 is used as a BMP inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.001 μM to 10 μM, preferably 0.01 μM to 1 μM, more preferably 0.05 μM to 0.2 μM, for example about 0.1 μM.

ROCK阻害剤としてY-27632を用いる場合、その培地中の濃度は通常0.1μMから1mM、好ましくは1μMから100μM、より好ましくは5μMから20μM、例えば約10μMである。When Y-27632 is used as a ROCK inhibitor, its concentration in the culture medium is typically 0.1 μM to 1 mM, preferably 1 μM to 100 μM, more preferably 5 μM to 20 μM, for example about 10 μM.

ある態様において、第5ステージでは、第4ステージで得られた後方中間中胚葉細胞を浮遊培養する。浮遊培養とは細胞を培養皿に非接着の状態で培養することである。特に限定はされないが、細胞との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などによるコーティング処理)されていないもの、または人工的に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)または2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの重合体(Lipidure)によるコーティング処理)がされているものを使用して行うことができる。培養期間は1~5日、例えば約3日とすればよい。ネフロン前駆細胞の生成は、例えばSIX2、SIX1、PAX2、および/またはWT1の発現によって確認できる。In one embodiment, in the fifth stage, the posterior intermediate mesoderm cells obtained in the fourth stage are cultured in suspension. Suspension culture refers to culturing cells in a non-adherent state to a culture dish. Although not particularly limited, cells that have not been artificially treated (e.g., coated with extracellular matrix, etc.) to improve adhesion to the cells, or cells that have been artificially treated to suppress adhesion (e.g., coated with polyhydroxyethyl methacrylate (poly-HEMA) or 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine polymer (Lipidure)) may be used. The culture period may be 1 to 5 days, for example, about 3 days. The generation of nephron progenitor cells can be confirmed, for example, by the expression of SIX2, SIX1, PAX2, and/or WT1.

第6ステージ
第6ステージは、第5ステージで得られたネフロン前駆細胞をネフロンオルガノイドに誘導する工程である。本工程では、ネフロン前駆細胞を気相液相界面培養する。
Stage 6 Stage 6 is a step of inducing the nephron progenitor cells obtained in Stage 5 into nephron organoids. In this step, the nephron progenitor cells are cultured at the air-liquid interface.

本工程で用いる培地は、好ましくは血清を含む。血清としてはウシ胎児血清(FBS)を使用してもよく、ヒト細胞の分化誘導の場合には例えばヒト血清を用いるなど、他動物種の血清を用いてもよい。FBSを用いる場合、その培地中の濃度は特に限定されず、当業者が適宜定めればよい。例えば約10%とすればよい。The medium used in this step preferably contains serum. As serum, fetal bovine serum (FBS) may be used, or serum from other animal species may be used, for example, human serum in the case of differentiation induction of human cells. When FBS is used, its concentration in the medium is not particularly limited and may be appropriately determined by a person skilled in the art. For example, it may be about 10%.

第6ステージでは、第5ステージで得られたネフロン前駆細胞を気相液相界面培養する。気相液相界面培養は、例えば気相と液相の界面に位置するフィルター上で細胞を培養することによって実施される。本願で使用されるフィルターは特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)のフィルター(例えば、ポア径8.0μm)であり得、市販品としては例えばThinCert細胞培養インサート(Greiner Bio-One社)が使用できる。培養期間は特に限定されないが、例えば5日以上、好ましくは7日以上である。培養期間の上限は特に限定されないが、例えば約3週間である。In the sixth stage, the nephron progenitor cells obtained in the fifth stage are cultured at the gas-liquid interface. The gas-liquid interface culture is performed, for example, by culturing cells on a filter located at the interface between the gas and liquid phases. The filter used in the present application is not particularly limited, but may be, for example, a polyethylene terephthalate (PET) filter (e.g., pore size 8.0 μm), and a commercially available product such as ThinCert cell culture insert (Greiner Bio-One) can be used. The culture period is not particularly limited, but may be, for example, 5 days or more, preferably 7 days or more. The upper limit of the culture period is not particularly limited, but may be, for example, about 3 weeks.

ネフロンオルガノイドの生成は、例えば糸球体足細胞マーカーであるPODOCALYXIN、近位尿細管マーカーであるLTL (Lotus tetragonolobus lectin)、および/または遠位尿細管マーカーであるCDH1の発現によって確認できる。ネフロンオルガノイドが形成されたことは、顕微鏡下で確認することができる。The formation of nephron organoids can be confirmed, for example, by the expression of the glomerular podocyte marker PODOCALYXIN, the proximal tubule marker LTL (Lotus tetragonolobus lectin), and/or the distal tubule marker CDH1. The formation of nephron organoids can be confirmed under a microscope.

第6’ステージ
第6’ステージは、第5ステージで得られたネフロン前駆細胞をネフロンオルガノイドに誘導する工程である。本工程では、ネフロン前駆細胞を浮遊培養する。
Stage 6' Stage 6' is a step of inducing the nephron progenitor cells obtained in Stage 5 into nephron organoids. In this step, the nephron progenitor cells are cultured in suspension.

本工程で用いる培地は、好ましくはポリビニルアルコールを含む。培地中にポリビニルアルコールが含まれる場合、ネフロンオルガノイドの過度な凝集が抑制され、その結果、サイズがよく揃った複数のネフロンオルガノイドが取得できる。使用するポリビニルアルコールの平均分子量は、10,000~150,000であり得、好ましくは20,000~100,000、より好ましくは30,000~70,000である。ポリビニルアルコールの培地中の濃度は、通常0.005%~10%、好ましくは0.01%~5%、より好ましくは0.05%~2.5%、さらに好ましくは0.1%~1%である。The medium used in this step preferably contains polyvinyl alcohol. When the medium contains polyvinyl alcohol, excessive aggregation of nephron organoids is suppressed, and as a result, multiple nephron organoids with well-balanced sizes can be obtained. The average molecular weight of the polyvinyl alcohol used may be 10,000 to 150,000, preferably 20,000 to 100,000, and more preferably 30,000 to 70,000. The concentration of polyvinyl alcohol in the medium is usually 0.005% to 10%, preferably 0.01% to 5%, more preferably 0.05% to 2.5%, and even more preferably 0.1% to 1%.

本工程で用いる培地は、好ましくは血清および/または血清代替物を含む。血清としてはウシ胎児血清(FBS)を使用してもよく、ヒト細胞の分化誘導の場合には例えばヒト血清を用いるなど、他動物種の血清を用いてもよい。血清代替物としては、KnockOut Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時の血清代替物)(Thermo Fisher Scientific)が使用できる。血清代替物としてKSRを用いる場合、その培地中の濃度は特に限定されず、当業者が適宜定めればよい。例えば約10%とすればよい。The medium used in this step preferably contains serum and/or a serum substitute. Fetal bovine serum (FBS) may be used as serum, or serum from other animal species may be used, such as human serum in the case of differentiation induction of human cells. KnockOut Serum Replacement (KSR) (serum substitute for ES cell culture) (Thermo Fisher Scientific) can be used as a serum substitute. When KSR is used as a serum substitute, its concentration in the medium is not particularly limited and may be appropriately determined by a person skilled in the art. For example, it may be about 10%.

本工程では、培養は、好ましくは攪拌しながら行われる。攪拌は、例えば市販の回転式振盪培養機などを用いて培養容器を円弧状に旋回させることにより実施され得る。攪拌速度は、通常5~300rpm、好ましくは10~150rpm、より好ましくは30~100rpmである。In this step, the culture is preferably performed with stirring. The stirring can be performed, for example, by rotating the culture vessel in an arc using a commercially available rotary shaker culture machine. The stirring speed is usually 5 to 300 rpm, preferably 10 to 150 rpm, and more preferably 30 to 100 rpm.

培養期間は特に限定されないが、例えば3日以上、好ましくは5日以上、より好ましくは6日以上、さらに好ましくは7日以上である。培養期間の上限は特に限定されないが、例えば約3週間である。The culture period is not particularly limited, but is, for example, 3 days or more, preferably 5 days or more, more preferably 6 days or more, and even more preferably 7 days or more. The upper limit of the culture period is not particularly limited, but is, for example, about 3 weeks.

以下に実施例を示してさらに詳細に説明するが、本願発明は実施例により何ら限定されるものではない。The present invention will be explained in further detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

[実施例1]多能性幹細胞からネフロンオルガノイドの分化誘導(製造)
培地および分化誘導因子
未分化維持培地としてStemFit(登録商標) AK02N培地(タカラバイオ株式会社)、分化誘導培地としてEssential 6培地(Thermo Fisher Scientific)を用いた。
第1ステージの分化誘導因子として、100ng/ml アクチビンA(R&D Systems)および3μM CHIR99021(Stem RD)を用いた。
第2ステージの分化誘導因子として、200ng/ml FGF8(Peprotech)、1μM A83-01(富士フイルム和光純薬株式会社)、0.1μM LDN193189(Axon Medchem)および3μM CHIR99021を用いた。
第3ステージの分化誘導因子として、200ng/ml FGF8、10ng/ml アクチビンA、0.1μM LDN193189および3μM CHIR99021を用いた。
第4ステージの分化誘導因子として、200ng/ml FGF8、0.1μM TTNPB(Santa Cruz Biotechnology)および10ng/ml アクチビンAを用いた。
第5ステージの分化誘導因子として、200ng/ml FGF9(Peprotech)、1μM CHIR99021、0.1μM LDN193189および10μM Y-27632を用いた。
[Example 1] Differentiation induction of nephron organoids from pluripotent stem cells (production)
Culture medium and differentiation factors
StemFit (registered trademark) AK02N medium (Takara Bio Inc.) was used as the undifferentiated state maintenance medium, and Essential 6 medium (Thermo Fisher Scientific) was used as the differentiation induction medium.
As differentiation inducers for the first stage, 100 ng/ml activin A (R&D Systems) and 3 μM CHIR99021 (Stem RD) were used.
The second stage differentiation inducers used were 200 ng/ml FGF8 (Peprotech), 1 μM A83-01 (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.1 μM LDN193189 (Axon Medchem), and 3 μM CHIR99021.
As differentiation inducers for the third stage, 200 ng/ml FGF8, 10 ng/ml activin A, 0.1 μM LDN193189 and 3 μM CHIR99021 were used.
As differentiation inducers for the fourth stage, 200 ng/ml FGF8, 0.1 μM TTNPB (Santa Cruz Biotechnology), and 10 ng/ml activin A were used.
As differentiation inducers for the fifth stage, 200 ng/ml FGF9 (Peprotech), 1 μM CHIR99021, 0.1 μM LDN193189 and 10 μM Y-27632 were used.

未分化ヒトiPS細胞懸濁液の調製
未分化ヒトiPS細胞を細胞密度が15~20×104細胞/cm2になるまで6ウェルプレート中で培養し、1mLの温めた0.5mM EDTA/PBS(-)で2回洗浄した。2mLの温めた0.5mM EDTA/PBS(-)を加え、37℃、5% CO2下で5分間インキュベートした。インキュベーション後、アスピレーターでEDTA/PBS(-)を除去し、Y-27632が10μMとなるように添加された未分化維持培地を1mL添加した。単一の細胞に解離するまでピペッティングし、前記培地をさらに2mL加えて細胞懸濁液を希釈した。細胞数を計測し、未分化維持培地を用いて8×104細胞/mLの細胞懸濁液を作製した。アポトーシス抑制のためにY-27632を10μMとなるように加え、細胞を接着させるためにiMatrix-silk(フナコシ株式会社)を必要量(24ウェルプレートの場合、0.5μL/ウェル)添加し、2×104細胞/cm2となるよう24ウェルプレートに播いて、37℃、5% CO2下で1日間培養した。なお、ヒトiPS細胞としては、1383D2株、1231A3株、および/または1383D6株を用いた。
Preparation of undifferentiated human iPS cell suspension Undifferentiated human iPS cells were cultured in a 6-well plate until the cell density reached 15-20×10 4 cells/cm 2 and washed twice with 1 mL of warmed 0.5 mM EDTA/PBS(-). 2 mL of warmed 0.5 mM EDTA/PBS(-) was added and incubated at 37°C, 5% CO 2 for 5 minutes. After incubation, EDTA/PBS(-) was removed with an aspirator, and 1 mL of undifferentiated maintenance medium containing 10 μM Y-27632 was added. The cells were pipetted until dissociated into single cells, and 2 mL of the medium was added to dilute the cell suspension. The number of cells was counted, and a cell suspension of 8×10 4 cells/mL was prepared using undifferentiated maintenance medium. Y-27632 was added to 10 μM to suppress apoptosis, and a required amount of iMatrix-silk (Funakoshi Co., Ltd.) was added to allow cells to adhere (0.5 μL/well for 24-well plates), and the cells were seeded in 24-well plates at 2 × 10 4 cells/cm 2 and cultured at 37°C under 5% CO 2 for 1 day. The human iPS cells used were the 1383D2, 1231A3, and/or 1383D6 strains.

(1)ヒトiPS細胞から前方原始線条細胞への分化誘導
培地を全交換し、第1ステージの分化誘導因子を含む分化誘導培地(500μL/ウェル)に交換し、37℃、5% CO2下で1日間培養して前方原始線条細胞を得た。
(1) The differentiation induction medium for human iPS cells to anterior primitive streak cells was completely replaced with a differentiation induction medium (500 μL/well) containing first stage differentiation inducers, and the cells were cultured at 37°C under 5% CO2 for 1 day to obtain anterior primitive streak cells.

(2)前方原始線条細胞から前体節中胚葉細胞への分化誘導
培地を全交換し、第2ステージの分化誘導因子を含む分化誘導培地(1mL/ウェル)に交換した。37℃、5% CO2下で2日間培養後、培地を全交換し、温めたPBS(-)で1回洗浄した。温めたAccutase(フナコシ株式会社)を300μL/ウェル加え、37℃、5% CO2下で3分間インキュベートした。単一の細胞に解離するまでピペッティングし、5% FBSを含むDMEM/F12培地を5mL/ウェル加えてAccutaseの反応を止めた。細胞数を計測し、Essential 6培地を用いて6×105細胞/mLの細胞懸濁液を作製した。第2ステージの分化誘導因子およびY-27632(10μM)を各濃度が達成されるように加え、さらにiMatrix-silkを1μL/ウェル加え、1.5×105細胞/cm2(500μL/ウェル)となるように24ウェルプレートに播いた。37℃、5% CO2下で1日間培養し、前体節中胚葉細胞を得た。
(2) The differentiation induction medium from anterior primitive streak cells to presomitic mesoderm cells was completely replaced with a differentiation induction medium (1 mL/well) containing differentiation induction factors for the second stage. After 2 days of culture at 37°C and 5% CO2 , the medium was completely replaced and washed once with warmed PBS(-). 300 μL/well of warmed Accutase (Funakoshi Co., Ltd.) was added and incubated at 37°C and 5% CO2 for 3 minutes. The cells were pipetted until dissociated into single cells, and 5 mL/well of DMEM/F12 medium containing 5% FBS was added to stop the Accutase reaction. The number of cells was counted, and a cell suspension of 6 × 105 cells/mL was prepared using Essential 6 medium. The second stage differentiation inducer and Y-27632 (10 μM) were added to achieve the respective concentrations, and 1 μL of iMatrix-silk was added per well, and the cells were seeded on a 24-well plate at 1.5× 105 cells/ cm2 (500 μL/well). The cells were cultured at 37℃ under 5% CO2 for 1 day to obtain presomitic mesoderm cells.

(3)前体節中胚葉細胞から後期前体節中胚葉細胞への分化誘導
培地を全交換し、第3ステージの分化誘導因子を含む分化誘導培地(1mL/ウェル)に交換し、37℃、5% CO2下で1日間培養して後期前体節中胚葉細胞を得た。
(3) The differentiation induction medium for presomitic mesoderm cells to late presomitic mesoderm cells was completely replaced with a differentiation induction medium (1 mL/well) containing stage 3 differentiation inducers, and the cells were cultured at 37°C under 5% CO2 for 1 day to obtain late presomitic mesoderm cells.

(4)後期前体節中胚葉細胞から後方中間中胚葉への分化誘導
培地を全交換し、第4ステージの分化誘導因子を含む分化誘導培地(1mL/ウェル)に交換し、37℃、5% CO2下で3日間培養して後方中間中胚葉を得た。
(4) The differentiation induction medium for late presomitic mesoderm cells to posterior intermediate mesoderm was completely replaced with a differentiation induction medium (1 mL/well) containing stage 4 differentiation inducers, and the cells were cultured at 37°C under 5 % CO2 for 3 days to obtain posterior intermediate mesoderm.

得られた細胞は、後方中間中胚葉マーカーであるWT1(緑色)と、後腎に分化し得ることを示すHOXD11(赤色)を共に発現していた(図2)。いずれの図も淡色部分が染色部位を示す。The cells obtained expressed both WT1 (green), a posterior intermediate mesoderm marker, and HOXD11 (red), which indicates that they can differentiate into metanephros (Figure 2). In both figures, the light-colored areas indicate the stained areas.

(5)後方中間中胚葉細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導
培地を全交換し、温めたPBS(-)で1回洗浄した。温めたAccutaseを300μL/ウェル加え、37℃、5% CO2下で3分間インキュベートした。単一の細胞に解離するまでピペッティングし、5% FBSを含むDMEM/F12培地を5mL/ウェル加えてAccutaseの反応を止めた。細胞数を計測し、Essential 6培地を用いて1×105細胞/mLの細胞懸濁液を作製した。第5ステージの分化誘導因子を各濃度が達成されるように加え、V底またはU底の96ウェルプレート(非接着)に細胞懸濁液を100μLずつ播種した(細胞密度は1×104細胞/ウェルとなる)。細胞塊をできやすくするために遠心分離し(160g、2分間)、細胞を沈殿させた。37℃、5% CO2下で3日間培養し、ネフロン前駆細胞の細胞塊を得た。
(5) Induction of differentiation of posterior intermediate mesoderm cells into nephron progenitor cells The medium was completely replaced and washed once with warmed PBS(-). 300 μL/well of warmed Accutase was added and incubated at 37°C under 5% CO2 for 3 minutes. The cells were pipetted until dissociated into single cells, and 5 mL/well of DMEM/F12 medium containing 5% FBS was added to stop the Accutase reaction. The number of cells was counted and a cell suspension of 1 × 105 cells/mL was prepared using Essential 6 medium. Stage 5 differentiation inducers were added to achieve each concentration, and 100 μL of the cell suspension was seeded into a V-bottom or U-bottom 96-well plate (non-adhesive) (cell density was 1 × 104 cells/well). The cells were centrifuged (160 g, 2 minutes) to easily form cell clusters, and the cells were precipitated. The cells were cultured at 37°C under 5% CO2 for 3 days to obtain cell clusters of nephron progenitor cells.

(6)ネフロン前駆細胞からネフロンオルガノイドへの分化誘導
前記細胞塊をフィルター上に載せ、気層液相界面で7日間以上培養し、ネフロンオルガノイドを得た。培地にはEssential 6に10% FBSを加えたものを使用した。
(6) Induction of differentiation of nephron progenitor cells into nephron organoids The cell mass was placed on a filter and cultured at the air-liquid interface for 7 days or more to obtain nephron organoids. Essential 6 supplemented with 10% FBS was used as the medium.

得られたネフロンオルガノイドについて、PODOCALYXIN(糸球体足細胞マーカー;白色)、LTL (Lotus tetragonolobus lectin)(近位尿細管マーカー;赤色)、E-カドヘリン(遠位尿細管マーカー、CDH1;緑色)の各抗体を用いた免疫染色、および核染色(青色)を行い、得られた画像を図3に示す。オルガノイド内に、PODOCALYXIN陽性(白色)のドット状シグナルが多数認められ、当該シグナルと隣接する部位に、LTLのシグナル(白黒イメージ上では淡色)が多数観察された。さらに、E-カドヘリンのシグナル(白黒イメージ上では淡色)は、前記LTLシグナルと同じ部位だけでなく、オルガノイド中心部にも多数認められた。The obtained nephron organoids were immunostained with antibodies against PODOCALYXIN (glomerular podocyte marker; white), LTL (Lotus tetragonolobus lectin) (proximal tubule marker; red), and E-cadherin (distal tubule marker, CDH1; green), as well as nuclear staining (blue). The images obtained are shown in Figure 3. Numerous dot-shaped signals positive for PODOCALYXIN (white) were observed within the organoids, and numerous LTL signals (pale in the black and white image) were observed adjacent to these signals. Furthermore, numerous E-cadherin signals (pale in the black and white image) were observed not only in the same areas as the LTL signals, but also in the center of the organoids.

この結果より、オルガノイド表面から中心部にかけて、PODOCALYXIN陽性細胞群(糸球体足細胞)、LTL陽性構造(近位尿細管)、E-CADHERIN陽性構造(遠位尿細管)の順に連続した、一連のネフロン構造が生じていることが明らかになった。よって、本実施例で作製した後方中間中胚葉は、ネフロンへの分化能を有していることが示された。 These results revealed that a series of nephron structures was formed from the surface to the center of the organoid, consisting of a group of PODOCALYXIN-positive cells (glomerular podocytes), LTL-positive structures (proximal tubules), and E-CADHERIN-positive structures (distal tubules). This demonstrates that the posterior intermediate mesoderm produced in this example has the ability to differentiate into nephrons.

[実施例2]第1ステージの分化誘導期間の検討
多能性幹細胞を図4に記載した因子の存在下で順次培養すると、前方中間中胚葉へと優位に分化し、さらにウォルフ管へと分化することが知られている(Costantini F. & Kopan R., Dev Cell. 18(5). 2010)。通常、ネフロン前駆細胞は前方中間中胚葉からは生じないので、(多能性幹細胞から)前方中間中胚葉に向かう細胞の割合を減らすことができれば、後方中間中胚葉になる細胞の割合が相対的に多くなり、結果としてより多くのネフロン前駆細胞またはネフロンオルガノイドを得ることが期待できる。そこで、図4の培養条件において第1ステージの培養期間を変化させて、ヒトiPS細胞から前方中間中胚葉に向かう細胞の割合が減少する条件を検討した。第3ステージの終了後に、ウォルフ管(GATA)、ウォルフ管の先端部(RET)の各マーカータンパクの発現を免疫染色法にて解析した。
[Example 2] Examination of the differentiation induction period of the first stage It is known that when pluripotent stem cells are sequentially cultured in the presence of the factors listed in Figure 4, they differentiate predominantly into anterior intermediate mesoderm and further into Wolffian ducts (Costantini F. & Kopan R., Dev Cell. 18(5). 2010). Normally, nephron progenitor cells do not arise from anterior intermediate mesoderm, so if the proportion of cells heading toward anterior intermediate mesoderm (from pluripotent stem cells) can be reduced, the proportion of cells that will become posterior intermediate mesoderm will relatively increase, and as a result, it is expected that more nephron progenitor cells or nephron organoids can be obtained. Therefore, the culture period of the first stage was changed under the culture conditions in Figure 4 to examine conditions under which the proportion of cells heading toward anterior intermediate mesoderm from human iPS cells is reduced. After the end of the third stage, the expression of marker proteins of the Wolffian duct (GATA) and the tip of the Wolffian duct (RET) was analyzed by immunostaining.

その結果、図5に示されるように、第1ステージが16時間の場合にはGATA3陽性細胞数が非常に多くなるが(左図)、24時間ではGATA3陽性細胞数が激減することがわかった(右図)。よって、第1ステージの培養期間が長いと、前方中間中胚葉に分化する細胞が減少することが明らかとなった。As a result, as shown in Figure 5, when the first stage was cultured for 16 hours, the number of GATA3-positive cells was extremely high (left), but when it was cultured for 24 hours, the number of GATA3-positive cells decreased dramatically (right). This shows that a long culture period in the first stage leads to a decrease in the number of cells differentiating into anterior intermediate mesoderm.

この結果を踏まえて、より多くの多能性幹細胞を後方中間中胚葉へと分化誘導できる第1ステージの培養期間を検討した。ヒトiPS細胞を図6に記載した条件で培養し、第4ステージ終了後に抗WT-1抗体で免疫染色した。その結果、前方中間中胚葉に優先的に分化誘導される培養時間(約16時間)よりも約10~12時間長く培養すると、WT-1陽性細胞数が非常に多くなることが明らかになった(図7)。また、複数のヒトiPS細胞で調べた結果、後方中間中胚葉になる細胞の割合が最も多くなる第1ステージの培養期間は、1383D2株、1231A3株でそれぞれ約27時間、約32時間であった。Based on these results, we investigated the first stage culture period that would allow more pluripotent stem cells to be induced to differentiate into posterior intermediate mesoderm. Human iPS cells were cultured under the conditions described in Figure 6, and immunostained with anti-WT-1 antibody after the end of the fourth stage. The results showed that the number of WT-1 positive cells was significantly increased when the culture period was approximately 10 to 12 hours longer than the culture period (approximately 16 hours) that preferentially induced differentiation into anterior intermediate mesoderm (Figure 7). Furthermore, an investigation of multiple human iPS cell lines showed that the first stage culture periods that resulted in the highest proportion of cells that became posterior intermediate mesoderm were approximately 27 hours and approximately 32 hours for the 1383D2 and 1231A3 strains, respectively.

よって、第1ステージの培養期間を17~40時間、より好ましくは20~38時間、さらに好ましくは24~36時間とすると、より多くのヒト多能性幹細胞を後方中間中胚葉へと分化誘導できることがわかった。Therefore, it was found that by setting the first stage culture period to 17 to 40 hours, more preferably 20 to 38 hours, and even more preferably 24 to 36 hours, more human pluripotent stem cells can be induced to differentiate into posterior intermediate mesoderm.

[実施例3]ネフロン前駆細胞からネフロンオルガノイドへの分化誘導条件の検討
ネフロン前駆体からネフロンオルガノイドへの分化工程について、(気相液相界面培養だけでなく)より簡便な培養方法を試みた。ヒトiPS細胞を図8に記載した条件で培養し、培養開始から10日後にネフロンオルガノイドの有無を観察した。具体的には、工程(5)までは[実施例1]と同じ条件で培養し、工程(6)において、ネフロン前駆細胞塊を、0.5%ポリビニルアルコール(PVA)と10%KSRを含有するEssential 6中で浮遊培養(低接着35mmディッシュ上でシェーカーを用いて50rpmで振とう)した。PVAとしては、分子量が異なる2種類(MW:30,000-70,000と85,000-124,000)を用いた。
[Example 3] Examination of conditions for inducing differentiation from nephron precursor cells to nephron organoids For the differentiation process from nephron precursors to nephron organoids, a more convenient culture method (not only air-liquid interface culture) was attempted. Human iPS cells were cultured under the conditions described in Figure 8, and the presence or absence of nephron organoids was observed 10 days after the start of culture. Specifically, the cells were cultured under the same conditions as in [Example 1] up to step (5), and in step (6), the nephron precursor cell mass was subjected to suspension culture (shaking at 50 rpm using a shaker on a low-adhesion 35 mm dish) in Essential 6 containing 0.5% polyvinyl alcohol (PVA) and 10% KSR. Two types of PVA with different molecular weights (MW: 30,000-70,000 and 85,000-124,000) were used.

図9に示されるように、いずれのPVAを用いた場合にも、ほぼサイズの揃ったネフロンオルガノイドが多数得られた。分子量の高いPVA(MW: 85,000-124,000、図9右イメージ)を用いた場合には、PVA繊維が糸状になってオルガノイドに絡まる傾向がみられたため、分子量が高すぎないPVA(例として、MW:30,000-70,000、図9左イメージ)の方が好ましいと思われる。As shown in Figure 9, regardless of the PVA used, a large number of nephron organoids of roughly uniform size were obtained. When a PVA with a high molecular weight (MW: 85,000-124,000, image on the right in Figure 9) was used, the PVA fibers tended to become thread-like and entangle the organoids, so a PVA with a lower molecular weight (for example, MW: 30,000-70,000, image on the left in Figure 9) appears to be preferable.

よって、本発明に係る方法で得られたネフロン前駆細胞は、浮遊培養によってもネフロンオルガノイドへと分化誘導できることが明らかになった。さらに、その際、PVA含有培地を用いると、過度な凝集が抑制されて、ほぼサイズが揃った複数のネフロンオルガノイドが得られることも明らかになった。 Therefore, it was demonstrated that the nephron progenitor cells obtained by the method of the present invention can be induced to differentiate into nephron organoids even by suspension culture. Furthermore, it was also demonstrated that the use of a PVA-containing medium in this process suppresses excessive aggregation, resulting in the production of multiple nephron organoids that are roughly the same size.

[実施例4](4)後期前体節中胚葉細胞から後方中間中胚葉への分化誘導条件の検討
ヒトiPS細胞を図10に記載の条件で培養して、ネフロンオルガノイドへと分化誘導した。当該条件は、[実施例1]の培養条件(図1)における工程(4)の培地から、レチノイン酸受容体アゴニストを除いたものである。
図11に示されるように、図10の条件で培養した場合にも、ネフロンオルガノイドが得られた。
よって、(4)後期前体節中胚葉細胞から後方中間中胚葉への分化誘導においてレチノイン酸受容体アゴニストは必須ではなく、線維芽細胞増殖因子とアクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤があれば分化誘導可能であることが示された。
[Example 4] (4) Investigation of conditions for inducing differentiation of late pre-somitic mesoderm cells into posterior intermediate mesoderm Human iPS cells were cultured under the conditions shown in Figure 10 to induce differentiation into nephron organoids. These conditions were the same as those in the culture conditions (Figure 1) of [Example 1] in the medium used in step (4) except that the retinoic acid receptor agonist was omitted.
As shown in FIG. 11, nephron organoids were obtained even when cultured under the conditions in FIG. 10.
Therefore, (4) it was shown that retinoic acid receptor agonists are not essential for inducing differentiation of late presomitic mesoderm cells into posterior intermediate mesoderm, and that differentiation is possible with the presence of fibroblast growth factor and an activator of activin receptor kinase 4 and 7.

Claims (16)

(3)前体節中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤、BMP阻害剤、およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養する工程を含む、後期前体節中胚葉細胞の製造方法。 (3) A method for producing late presomitic mesoderm cells, comprising the step of culturing presomitic mesoderm cells in a medium containing a fibroblast growth factor, an activator of activin receptor kinase 4, 7, a BMP inhibitor, and a GSK3β inhibitor. 線維芽細胞増殖因子がFGF8であり、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤がアクチビンAであり、BMP阻害剤がLDN193189であり、GSK3β阻害剤がCHIR99021である、請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the fibroblast growth factor is FGF8, the activator of activin receptor kinase 4, 7 is activin A, the BMP inhibitor is LDN193189, and the GSK3β inhibitor is CHIR99021. 前記前体節中胚葉細胞が、以下の工程(1)および(2)を含む方法で多能性幹細胞から製造された細胞である、請求項1または2に記載の方法:
(1)多能性幹細胞を、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤、およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養して、前方原始線条細胞培養物を得る工程、および
(2)前方原始線条細胞培養物を、線維芽細胞増殖因子、TGFβ阻害剤、BMP阻害剤、およびGSK3β阻害剤を含む培地で培養する工程。
The method according to claim 1 or 2, wherein the presomitic mesoderm cells are cells produced from pluripotent stem cells by a method comprising the following steps (1) and (2):
(1) culturing pluripotent stem cells in a medium containing an activator of activin receptor kinase 4, 7, and a GSK3β inhibitor to obtain an anterior primitive streak cell culture; and (2) culturing the anterior primitive streak cell culture in a medium containing a fibroblast growth factor, a TGFβ inhibitor, a BMP inhibitor, and a GSK3β inhibitor.
(1)および(2)の工程において、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤がアクチビンAであり、GSK3β阻害剤がCHIR99021であり、線維芽細胞増殖因子がFGF8であり、TGFβ阻害剤がA83-01であり、BMP阻害剤がLDN193189である、請求項3記載の方法。 The method according to claim 3, wherein in steps (1) and (2), the activator of activin receptor kinase 4, 7 is activin A, the GSK3β inhibitor is CHIR99021, the fibroblast growth factor is FGF8, the TGFβ inhibitor is A83-01, and the BMP inhibitor is LDN193189. 工程(1)~(3)において、GSK3β阻害剤の濃度が1~5μMである、請求項3または4に記載の方法。 The method according to claim 3 or 4, wherein the concentration of the GSK3β inhibitor in steps (1) to (3) is 1 to 5 μM. 前記多能性幹細胞がiPS細胞である、請求項3~5のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 3 to 5, wherein the pluripotent stem cells are iPS cells. 前記iPS細胞がヒトiPS細胞である、請求項6記載の方法。 The method of claim 6, wherein the iPS cells are human iPS cells. 請求項1~7のいずれかに記載の方法によって後期前体節中胚葉細胞を得、さらに(4)後期前体節中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、およびアクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤を含む培地で培養する工程を含む、後方中間中胚葉細胞の製造方法。 A method for producing posterior intermediate mesoderm cells, comprising obtaining late presomitic mesoderm cells by the method according to any one of claims 1 to 7, and (4) culturing the late presomitic mesoderm cells in a medium containing fibroblast growth factor and an activator of activin receptor kinase 4 and 7. (4)の工程において、線維芽細胞増殖因子がFGF8であり、アクチビン受容体キナーゼ4,7の活性化剤がアクチビンAである、請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8 , wherein in step (4), the fibroblast growth factor is FGF8 and the activator of activin receptor kinase 4, 7 is activin A. (4)の工程において、培地がさらにレチノイン酸受容体アゴニストを含む、請求項8または9に記載の方法。 The method according to claim 8 or 9, wherein in step (4), the medium further contains a retinoic acid receptor agonist. (4)の工程において、レチノイン酸受容体アゴニストがTTNPBである、請求項10記載の方法。 The method according to claim 10 , wherein in step (4), the retinoic acid receptor agonist is TTNPB. 請求項8~11のいずれかに記載の方法によって後方中間中胚葉細胞を得、さらに(5)後方中間中胚葉細胞を、線維芽細胞増殖因子、GSK3β阻害剤、BMP阻害剤、およびROCK阻害剤を含む培地で培養する工程を含む、ネフロン前駆細胞の製造方法。 A method for producing nephron progenitor cells, comprising: obtaining posterior intermediate mesoderm cells by the method according to any one of claims 8 to 11 ; and (5) culturing the posterior intermediate mesoderm cells in a medium containing a fibroblast growth factor, a GSK3β inhibitor, a BMP inhibitor, and a ROCK inhibitor. (5)の工程において、線維芽細胞増殖因子がFGF9であり、GSK3β阻害剤がCHIR99021であり、BMP阻害剤がLDN193189であり、ROCK阻害剤がY-27632である、請求項12記載の方法。 The method according to claim 12 , wherein in step (5), the fibroblast growth factor is FGF9, the GSK3β inhibitor is CHIR99021, the BMP inhibitor is LDN193189, and the ROCK inhibitor is Y-27632. 請求項12または13のいずれかに記載の方法によってネフロン前駆細胞を得、さらに(6)ネフロン前駆細胞を気相液相界面培養する工程を含む、ネフロンオルガノイドの製造方法。 A method for producing a nephron organoid, comprising obtaining nephron progenitor cells by the method according to claim 12 or 13 , and further comprising (6) a step of culturing the nephron progenitor cells at an air-liquid interface. 請求項12または13のいずれかに記載の方法によってネフロン前駆細胞を得、さらに(6’)ネフロン前駆細胞を浮遊培養する工程を含む、ネフロンオルガノイドの製造方法。 A method for producing a nephron organoid, comprising obtaining nephron progenitor cells by the method according to claim 12 or 13 , and further comprising (6') a step of suspension-culturing the nephron progenitor cells. (6’)の工程が、ポリビニルアルコールを含む培地で浮遊培養する工程である、請求項15に記載の方法。 The method according to claim 15 , wherein the step (6') is a step of carrying out suspension culture in a medium containing polyvinyl alcohol.
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