JPWO2006090933A1 - Hepatitis C virus particles and methods of propagation - Google Patents

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Abstract

HCVの遺伝子複製、HCV粒子形成および放出を効率よく行うことができる増殖HCV、およびその増殖方法を提供する。その水溶液が、ゾル−ゲル転移温度より低温では流動性のゾル状態となり、ゾル−ゲル転移温度より高温では可逆的にハイドロゲル状態となるハイドロゲル形成性高分子を用いるHCV粒子の増殖方法。ゾル−ゲル転移温度より高温において、HCV包含細胞と、前記ハイドロゲル形成性高分子の水溶液との混合物をゲル化させた状態で、該細胞を培養する。Provided is a proliferating HCV capable of efficiently performing HCV gene replication, HCV particle formation and release, and a method for proliferating the same. A method for growing HCV particles using a hydrogel-forming polymer in which the aqueous solution is in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and reversibly in a hydrogel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. The cells are cultured in a state in which a mixture of HCV-containing cells and an aqueous solution of the hydrogel-forming polymer is gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature.

Description

本発明は、増殖されたC型肝炎ウイルス(以下「HCV」と言う)粒子およびその増殖法に関する。   The present invention relates to a proliferated hepatitis C virus (hereinafter referred to as “HCV”) particle and a method for proliferating the same.

HCVは、ヒト肝実質細胞を宿主とするウイルスであり、1989年にHCV遺伝子がクローン化された。種々の遺伝子発現系を利用して、各ウイルス抗原の性状が明らかにされた結果、非常に有効な診断系が開発され、C型肝炎の正確な診断が可能になるとともに、輸血後肝炎の発生がほぼ制圧された。
他方、HCVを効率よく複製増殖させる培養細胞系は未だ確立されていない。近年、HCV遺伝子の自立複製(レプリコン)細胞が作製されたが、ウイルス粒子形成には成功していない。レプリコン細胞を利用することによって、遺伝子複製機構の研究に大きな進展が見られたものの、HCVの感染、侵入、粒子形成機構などについては依然として不明な点が多い。このため、治療薬、ワクチンの開発研究も充分には進んでいない。動物実験系としては、チンパンジーを用いたHCV感染モデルが確立されているものの、非常に高価であること、個体差があるため再現性に欠くこと、動物愛護の点からも利用制限が大きいこと、などの問題点がある。
ヒト肝細胞の培養系には、胎児肝細胞、手術切除肝組織等を用いた初代培養細胞、あるいは、原発性肝細胞癌由来の株化細胞が用いられている。しかしながら、前者は入手が容易でない、増殖性が乏しい、などの問題があり、後者は、脱分化が進み本来の肝細胞機能が低下していることが欠点である。肝実質細胞等の上皮性細胞では、細胞を三次元化培養することで、本来の細胞極性が形成され、分化機能を発現するようになることが知られている。ヒト肝細胞もバイオリアクター等の人工肝装置で三次元培養した場合、アルブミン等の肝臓蛋白の産生や薬物代謝機能が亢進することが報告されている(特許文献1)。
国際公開 WO 01/14517号公報
HCV is a virus whose host is human hepatocytes, and the HCV gene was cloned in 1989. As a result of clarifying the properties of each viral antigen using various gene expression systems, a very effective diagnostic system has been developed, which enables accurate diagnosis of hepatitis C and the occurrence of post-transfusion hepatitis. Was almost suppressed.
On the other hand, a cultured cell line that efficiently replicates and proliferates HCV has not yet been established. In recent years, self-replicating (replicon) cells of the HCV gene have been produced, but virus particle formation has not been successful. Although significant progress has been made in the study of gene replication mechanisms by using replicon cells, there are still many unclear points regarding HCV infection, invasion, particle formation mechanisms, and the like. For this reason, research and development of therapeutic drugs and vaccines are not sufficiently advanced. As an animal experiment system, an HCV infection model using chimpanzees has been established, but it is very expensive, lacks reproducibility due to individual differences, and has a large use restriction from the viewpoint of animal welfare, There are problems such as.
For the culture system of human hepatocytes, fetal hepatocytes, primary cultured cells using surgically excised liver tissue or the like, or cell lines derived from primary hepatocellular carcinoma are used. However, the former is problematic in that it is not easy to obtain and poor in proliferation, and the latter is disadvantageous in that dedifferentiation proceeds and the original hepatocyte function is reduced. In epithelial cells such as liver parenchymal cells, it is known that when cells are three-dimensionally cultured, the original cell polarity is formed and a differentiation function is expressed. It has been reported that when human hepatocytes are three-dimensionally cultured with an artificial liver device such as a bioreactor, production of liver proteins such as albumin and drug metabolism function are enhanced (Patent Document 1).
International Publication WO 01/14517

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消した増殖HCV、およびその増殖方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、HCVの遺伝子複製、HCV粒子形成およびHCV粒子の細胞からの放出を効率よく行うことができる増殖HCV、およびその増殖方法を提供することである。
本発明者は鋭意研究の結果、ゾル−ゲル転移温度より低温では流動性のゾル状態となり、ゾル−ゲル転移温度より高温では可逆的にハイドロゲル状態となるハイドロゲル形成性高分子を用いてゲル状態とした系を利用して、HCV粒子を包含する細胞を培養することが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。
本発明の培養HCV粒子は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、濃度勾配下で遠心処理により形成された同一フラクションに、HCV(C型肝炎ウイルス)−RNAおよびHCV−コア蛋白が共に存在することを特徴とするものである。
本発明によれば、更に、その水溶液が、ゾル−ゲル転移温度より低温では流動性のゾル状態となり、ゾル−ゲル転移温度より高温では可逆的にハイドロゲル状態となるハイドロゲル形成性高分子を用い;ゾル−ゲル転移温度より低温で、流動性のゾル状態とした前記ゲル形成性材料の水溶液と、増殖されたHCV粒子を包含する細胞とを混合し;ゾル−ゲル転移温度より高温において、前記混合物をゲル化させた状態で、前記細胞を培養し(前記細胞からHCV粒子を放出させ)ゾル−ゲル転移温度より低温において該混合物をゾル化させて、前記細胞から放出されたHCV粒子を回収または検出することを特徴とするHCV粒子の増殖方法が提供される。
更に本発明によれば、上記の増殖法で生産されたHCV粒子を用いた抗ウイルス剤の評価法が提供される。
上述したように本発明によれば、簡便で汎用性の高い組織培養用マトリックスであるTGP(Thermoreversible gelation polymer;本発明に用いるハイドロゲル形成性高分子)を利用して、簡便且つ効率的にHCVを培養することができる。
TGPゲルは、温度感受性のポリマー素材を使用したマトリックスで、寒天ゲルやゼラチンゲルとは逆に低温(15℃以下)で水溶液、高温(25℃以上)でゲル状となる。ゲルの硬さを細胞、組織が自由に生育できる範囲に設定することが容易であるため、細胞等の立体的な培養が可能である。
また、TGPゲルは、温度を下げることにより、容易に融解するため、細胞等へのダメージを最小限にとどめた形で回収することができる。更にTGPゲルは、人工肝臓装置とは異なり、0.1mL程度の小スケールから100mL以上まで培養スケールを任意に選択することができ、また培養に用いる器具は、通常の細胞培養用のものであり、バイオリアクターなどの特殊な装置を必要としない。このため、ハイスループットの抗ウイルス剤スクリーニングからウイルス粒子の大量調製まで、多様な用途に利用することが可能である。
本発明においては、培養系として、例えば、臨床検査等に用いるマルチウエルプレート(例えば6穴−、12穴−、24穴−、96穴−プレート;通常はプラスチック製)を使用することができる。
An object of the present invention is to provide a proliferating HCV and a proliferating method thereof in which the above-mentioned drawbacks of the prior art are eliminated.
Another object of the present invention is to provide a proliferating HCV capable of efficiently performing HCV gene replication, HCV particle formation and HCV particle release from cells, and a method for proliferating the same.
As a result of earnest research, the inventor has obtained a gel using a hydrogel-forming polymer that becomes a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and reversibly enters a hydrogel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. It has been found that culturing cells containing HCV particles using the system in a state is extremely effective for achieving the above object.
The cultured HCV particles of the present invention are based on the above findings. More specifically, both HCV (hepatitis C virus) -RNA and HCV-core protein are present in the same fraction formed by centrifugation under a concentration gradient. It is characterized by doing.
According to the present invention, there is further provided a hydrogel-forming polymer whose aqueous solution is in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and reversibly in a hydrogel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. Use; mixing an aqueous solution of the gel-forming material in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and cells containing the grown HCV particles; at a temperature higher than the sol-gel transition temperature, In a state where the mixture is gelled, the cells are cultured (HCV particles are released from the cells), the mixture is solated at a temperature lower than the sol-gel transition temperature, and the HCV particles released from the cells are There is provided a method for growing HCV particles, characterized in that they are collected or detected.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for evaluating an antiviral agent using HCV particles produced by the above proliferation method.
As described above, according to the present invention, a simple and highly versatile tissue culture matrix, TGP (Thermoversable gelation polymer; hydrogel-forming polymer used in the present invention) is used to easily and efficiently produce HCV. Can be cultured.
A TGP gel is a matrix using a temperature-sensitive polymer material, and becomes an aqueous solution at a low temperature (15 ° C. or lower) and a gel at a high temperature (25 ° C. or higher), contrary to an agar gel or gelatin gel. Since it is easy to set the hardness of the gel within a range in which cells and tissues can grow freely, three-dimensional culture of cells and the like is possible.
In addition, since the TGP gel is easily melted by lowering the temperature, it can be recovered in a form that minimizes damage to cells and the like. Furthermore, unlike an artificial liver device, the TGP gel can arbitrarily select a culture scale from a small scale of about 0.1 mL to 100 mL or more, and the apparatus used for culture is for ordinary cell culture. No special equipment such as a bioreactor is required. Therefore, it can be used for various applications from high-throughput antiviral agent screening to large-scale preparation of virus particles.
In the present invention, as a culture system, for example, a multiwell plate (for example, 6-well, 12-well, 24-well-, 96-well plate; usually made of plastic) used for clinical examination can be used.

図1は、TGPで三次元培養したHCV発現細胞(RCYM1)の位相差顕微鏡写真である(A、BおよびC)。
図2は、TGPで三次元培養したHCV発現細胞(RCYM1)の電子顕微鏡写真である(D)。
図3は、TGPで三次元培養したHCV発現細胞(RCYM1)の電子顕微鏡写真である(E)。
図4は、培養上清におけるHCV−RNAの存在を示すグラフである。
図5は、培養上清におけるHCVコア蛋白質の存在を示すグラフである。
図6は、培養細胞外へ放出されたHCV粒子の電子顕微鏡写真である(A 1.04.g/ml;B 1.18g/ml)。
図7は、金コロイド標識抗HCV抗体が結合している50−60nmの粒子様構造物を示すTEM写真(A 抗E1、E2抗体)、および陰性コントロール(一次抗体にマウス血清を使用したもの)に対して、金コロイド標識抗HCV抗体の結合を試みた場合の状態を示すTEM写真(B 正常マウス血清)である。
図8は、RCYM1細胞の培養上澄みのショ糖密度勾配分析の結果を示すグラフ(A、B、C)である。
図9は、Huh−7とRCYM1細胞が、TGP中でスフェロイドを形成している態様の例を示す写真である(A、a1)。図9Bは、図9Aの部分(a1)の拡大写真である。
図10は、Huh−7とRCYM1細胞が、TGP中でスフェロイドを形成している態様の例を示す写真である(B、b1)。図10Bは、図10Aの部分(b1)の拡大写真である。
図11は、Huh−7とRCYM1細胞が、TGP中でスフェロイドを形成している態様の例を示す写真である(C、D、E、F、G、H)。
図12は、TGP培養におけるRCYM1細胞中のHCVタンパク質の発現と、ウィルス分子の分泌を示す図である(A、B、C、D)。
図13は、TGP培養におけるRCYM1細胞中のHCVタンパク質の発現と、ウィルス分子の分泌を示す図である(E、F、G、H)。
図14は、TGP中で増殖されたRCYM1細胞の超薄切片の電子顕微鏡写真である(A、B、C)。
図15は、TGP培養されたRCYM1細胞の超薄切片の免疫電子顕微鏡写真である(A、B、C)。
図16は、TGP培養されたRCYM1細胞から分泌されたHCV粒子の感染性、および該感染性の中和を示す図である(A、B)。
図17は、IFNおよびRBVによるHCV粒子産生の阻害を示す図である(A、B)。
FIG. 1 is a phase contrast micrograph of HCV-expressing cells (RCYM1) cultured three-dimensionally with TGP (A, B and C).
FIG. 2 is an electron micrograph of an HCV-expressing cell (RCYM1) cultured three-dimensionally with TGP (D).
FIG. 3 is an electron micrograph of HCV-expressing cells (RCYM1) three-dimensionally cultured with TGP (E).
FIG. 4 is a graph showing the presence of HCV-RNA in the culture supernatant.
FIG. 5 is a graph showing the presence of HCV core protein in the culture supernatant.
FIG. 6 is an electron micrograph of HCV particles released out of cultured cells (A 1.04. G / ml; B 1.18 g / ml).
FIG. 7 is a TEM photograph (A anti-E1, E2 antibody) showing a 50-60 nm particle-like structure to which a colloidal gold-labeled anti-HCV antibody is bound, and a negative control (using mouse serum as the primary antibody). It is a TEM photograph (B normal mouse serum) which shows the state at the time of binding | bonding of a gold colloid labeled anti- HCV antibody with respect to FIG.
FIG. 8 is a graph (A, B, C) showing the results of a sucrose density gradient analysis of the culture supernatant of RCYM1 cells.
FIG. 9 is a photograph showing an example of an embodiment in which Huh-7 and RCYM1 cells form spheroids in TGP (A, a1). FIG. 9B is an enlarged photograph of a part (a1) in FIG. 9A.
FIG. 10 is a photograph showing an example of an embodiment in which Huh-7 and RCYM1 cells form spheroids in TGP (B, b1). FIG. 10B is an enlarged photograph of the part (b1) of FIG. 10A.
FIG. 11 is a photograph showing an example of an embodiment in which Huh-7 and RCYM1 cells form spheroids in TGP (C, D, E, F, G, H).
FIG. 12 shows HCV protein expression in RCYM1 cells and secretion of viral molecules in TGP culture (A, B, C, D).
FIG. 13 is a diagram showing expression of HCV protein in RCYM1 cells and secretion of viral molecules in TGP culture (E, F, G, H).
FIG. 14 is an electron micrograph of ultrathin sections of RCYM1 cells grown in TGP (A, B, C).
FIG. 15 is an immunoelectron micrograph of ultrathin sections of RCYM1 cells cultured in TGP (A, B, C).
FIG. 16 is a diagram showing infectivity of HCV particles secreted from RCYM1 cells cultured in TGP and neutralization of the infectivity (A, B).
FIG. 17 shows inhibition of HCV particle production by IFN and RBV (A, B).

以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準とする。
(増殖されたHCV粒子)
本発明の増殖HCV粒子は、濃度勾配下で遠心処理により形成された同一フラクションに、HCV(C型肝炎ウイルス)−RNAおよびHCV−コア蛋白が共に存在することが特徴である。本発明において「濃度勾配下で遠心処理により形成された同一フラクション」に「HCV−RNAおよびHCV−コア蛋白が共に存在する」ことは、後述する実施例1〜3の実験条件下において、容易に確認することができる。
(HCV粒子の確認方法)
本発明においては、例えば、以下の方法で、HCV粒子の存在を確認することができる。
(1)後述するように、HCV包含細胞の培養系における培養上清に、PCRにより、新たにHCV遺伝子が形成されたことを確認する。(2)これにより、該上清の下に、「HCV」が存在することが推定される。(3)更に、後述する実施例に示すように、同じ密度フラクションに、HCV−RNAと、HCV−コアとの双方が存在することを確認する。(4)加えて、この密度フラクションのTEM(透過型電子顕微鏡)観察により、HCV粒子の存在を確認することもできる。
(金コロイド標識抗体による確認)
本発明のHCV粒子は、金コロイドで標識した抗HCV抗体との抗原抗体反応により、該粒子の存在を確実に検証することができる。このような抗HCV抗体との反応は、例えば、後述する「実施例4」の条件下で行うことができる。
(HCV増殖方法)
本発明のHCV増殖方法は、その水溶液が、ゾル−ゲル転移温度より低温では流動性のゾル状態となり、ゾル−ゲル転移温度より高温では可逆的にハイドロゲル状態となるハイドロゲル形成性高分子を用いることが特徴である。より具体的には、本発明においては、該ゾル−ゲル転移温度より低温で、流動性のゾル状態とした前記ゲル形成性材料の水溶液と、増殖されたHCV粒子を包含する細胞とを混合し;ゾル−ゲル転移温度より高温において、前記混合物をゲル化させた状態で、前記細胞を培養し前記細胞からHCV粒子を放出させ;ゾル−ゲル転移温度より低温において該混合物をゾル化させて、前記細胞から放出されたHCV粒子を回収する。
(HCV包含細胞)
本発明に用いるべき「HCV包含細胞」は、該細胞培養・増殖時に、該細胞内でHCVを包含することが可能である限り、特に制限されない。このHCV包含細胞としては、例えば、以下のものが使用可能である(このようなHCVを包含することが可能な細胞の詳細については、例えば、文献Pietschmann,T.ら,Journal of Virology 76;4008−21(2002).Aizaki,H.ら,Virology 314;16−25(2003)を参照することができる)。
(HCV包含細胞の具体例)
Huh7(Pietschmann,T.ら,Journal of Virology 76;4008−21(2002).Aizaki,H.らVirology 314;16−25(2003))
(好適なHCV包含細胞)
HCV遺伝子の複製効率の点からは、HCV包含細胞としては、Huh7細胞(例えば、ヒューマンサイエンス研究資源バンクより商業的に入手可能)を好適に使用することができる。
(HCV増殖方法の一態様)
本発明においては、例えば、以下のようにして、HCVを増殖することができる。(HCV包含細胞へのHCV遺伝子の導入)
常法により、HCV包含細胞(例えば、Huh7細胞)にHCV遺伝子を導入する(このようなHCV遺伝子の導入方法についは、例えば文献Pietschmann,T.ら,Journal of Virology 76:4008−21(2002)を参照することができる)。
(HCV包含細胞の培養)
(1)HCV包含細胞(例えば、Huh細胞)を、通常の培地(ダルベッコ培地)を用いて、フラスコ培養する。
(2)トリプシン処理(2〜3分)により、増殖細胞をフラスコ壁から剥がして、ダルベッコ培地に再懸濁する。
(3)血球カウンターを用いて細胞をカウントして、濃度(すなわち、一定体積中の細胞の個数)を調整する。
(4)適当な容器(例えば、容積10ccの試験管)内で、氷上で、ゾル状のハイドロゲル形成性高分子の水溶液(例えば、メビオール株式会社(神奈川県平塚市)から市販されている「メビオール・ジェル」)と、上記懸濁液とを混合して、ピペッティングで均一に懸濁する。
(5)上記懸濁液を、6ウエル−プレートに分注して、37℃で培養する(5分程度で、細胞を含む懸濁液がゲル状に固まる)。
(6)37℃に暖めておいたダルベッコ培地を、ゲル上に重層する。
(7)炭酸ガス−インキュベーターで、7〜10日間インキュベートする。
(8)途中、4日毎に、「37℃のダルベッコ培地」を交換する(デカンテーションによる)。
(HCVの回収)
(1)上記した培養後においては、下層にゲル、上層に上清となっている(大きい容器であれば、この容器に、直接に冷却した培地を注入して、ゲル+上清をまとめて回収しても良い)。この系においては、容器が試験管であり小さいので、下記のように、上清と、ゲルとを別々に回収している。
(2)先ず、上清を回収する。残ったゲルを冷蔵庫にいれてゾル化させ、予め冷却しておいた培地に加えて懸濁する。この懸濁液を、上記の上清と合わせる。
(3)遠心で、細胞/上清を分離する。
(4)上清を、ペレッティングにより濃縮する(すなわち、遠心により固形分を落とす;ただし、必要に応じて、ペレッティングよりマイルドな「限外濾過」によることも可能である)。
(5)上清由来のペレットを懸濁して、濃度勾配下で遠心する。
(6)後述する実施例に示すように、特定密度のフラクションに、HCV−RNAも、コア蛋白も存在する(すなわち、HCV粒子があると判断する)。
(7)同じ試料を、必要に応じて、後述する実施例に示すように、HCV粒子をTEM観察により確認する。
(各材料の詳細)
以下、本発明において使用すべき各材料について詳述する。
(ハイドロゲル形成性高分子)
本発明に使用するハイドロゲル形成性高分子は、その水溶液が、ゾル−ゲル転移温度より低い温度でゾル状態、該ゾル−ゲル転移温度より高温でゲル状態となる熱可逆的なゾル−ゲル転移を示す。
本発明においてハイドロゲルを構成する「ハイドロゲル形成性高分子」とは、架橋(crosslinking)構造ないし網目構造を有し、該構造に基づき、その内部に水等の分散液体を保持することによりハイドロゲルを形成可能な性質を有する高分子をいう。又、「ハイドロゲル」とは高分子を含む架橋ないし網目構造と該構造中に支持ないし保持された(分散液体たる)水を少なくとも含むゲルをいう。
架橋ないし網目構造中に保持された「分散液体」は水を主要成分として含む液体である限り、特に制限されない。より具体的に言えば、分散液体は水自身であってもよく、また水溶液および/又は含水液体のいずれであってもよい。この含水液体は、該含水液体の全体100部に対して、水を80部以上、更には90部以上含むことが好ましい。
本発明の目的に反しない限り、上記分散液体は、所定の含量で有機溶媒(例えば、水と相溶性を有するエタノール等の親水性溶媒)あるいは造影剤を含んでいてもよい。
(ゾル−ゲル転移温度)
本発明において「ゾル状態」、「ゲル状態」および「ゾル−ゲル転移温度の定義および測定は、文献(H.Yoshiokaら、Journal of macromolecular Science,A31(1),113(1994))に記載された定義および方法に基づく。即ち、観測周波数1Hzにおける試料の動的弾性率を低温側から高温側へ徐々に温度を変化(1℃/1分)させて測定し、該試料の貯蔵弾性率(G´、弾性項)が損失弾性率(G″、粘性項)を上回る点の温度をゾル−ゲル転移温度とする。一般に、G″>G´の状態がゾルであり、G″<G´の状態がゲルであると定義される。このゾル−ゲル転移温度の測定に際しては、下記の測定条件が好適に使用可能である。
<動的・損失弾性率の測定条件>
測定機器(商品名):ストレス制御式レオメーター AR500、TAインスツルメント社製 試料溶液(ないし分散液)の濃度(ただし「ゾル−ゲル転移温度を有するハイドロゲル形成性高分子」の濃度として):10(重量)% 試料溶液の量:約0.8g 測定用セルの形状・寸法:アクリル製平行円盤(直径4.0cm)、ギャップ600μm 測定周波数:1Hz 適用ストレス:線形領域内。
本発明においては、細胞ないし培養されたHCV粒子の熱的損傷を防ぐ点からは、上記ゾル−ゲル転移温度は0℃より高く、37℃以下であることが好ましく、更には、5℃より高く35℃以下(特に10℃以上33℃以下である)ことが好ましい。
このような好適なゾル−ゲル転移温度を有するハイドロゲル形成性高分子は、後述するような具体的な化合物の中から、上記したスクリーニング方法(ゾル−ゲル転移温度測定法)に従って容易に選択することができる。本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液をゲル化させ、HCV包含細胞を培養する操作においては、上記したゾル−ゲル転移温度(a℃)を、培養時の温度(b℃)と、注入、回収等の操作においてゾル化させための冷却時の温度(c℃)との間に設定することが好ましい。すなわち、上記した3種の温度a℃、b℃、およびc℃の間には、b>a>cの関係があることが好ましい。より具体的には、(b−a)は1〜36℃、更には2〜30℃であることが好ましく、また(a−c)は1〜35℃、更には2〜30℃であることが好ましい。
(ハイドロゲル形成性高分子の水溶液の動作に対する追従性)
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に基づくハイドロゲルは、その細胞等に対する形態変化への追従性のバランスの点から、より高い周波数に対しては固体的な挙動を示し、他方、より低い周波数に対しては液体的な挙動を示すことが好ましい。より具体的には、該ハイドロゲルの動作に対する追従性は以下の方法で好適に測定することが可能である。
(動作に対する追従性の測定方法)
ハイドロゲル形成性の高分子を含む本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液(ハイドロゲルとして1mL)をゾル状態(ゾル−ゲル転移温度より低い温度)で内径1cmの試験管に入れ、該ハイドロゲル形成性高分子の水溶液のゾル−ゲル転移温度よりも充分高い温度(たとえば該ゾル−ゲル転移温度よりも約10℃高い温度)とした水浴中で上記試験管を12時間保持し、該ハイドロゲルをゲル化させる。
次いで、該試験管の上下を逆にした場合に溶液/空気の界面(メニスカス)が溶液の自重で変形するまでの時間(T)を測定する。ここで1/T(sec−1)より低い周波数の動作に対して該ハイドロゲルは液体として振舞い、1/T(sec−1)より高い周波数の動作に対しては、該ハイドロゲルは固体として振舞うことになる。本発明においてハイドロゲルの場合にはTは1分〜24時間、好ましくは5分〜10時間である。
(定常流動粘度)
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に基づくハイドロゲルのゲル的性質は、定常流動粘度の測定によっても好適に測定可能である。定常流動粘度η(イータ)は、例えばクリープ実験によって測定することができる。クリープ実験では一定のずり応力を試料に与え、ずり歪の時間変化を観測する。一般に粘弾性体のクリープ挙動では、初期にずり速度が時間とともに変化するが、その後ずり速度が一定となる。この時のずり応力とずり速度の比を定常流動粘度ηと定義する。この定常流動粘度は、ニュートン粘度と呼ばれることもある。ただし、ここで定常流動粘度は、ずり応力にほとんど依存しない線形領域内で決定されなければならない。
具体的な測定方法は、測定装置としてストレス制御式粘弾性測定装置(AR500、TAインスツルメント社製)を、測定デバイスにアクリル製円盤(直径4cm)を使用し、試料厚み600μmとして少なくとも5分間以上の測定時間クリープ挙動(遅延曲線)を観測する。サンプリング時間は、最初の100秒間は1秒に1回、その後は10秒に1回とする。適用するずり応力(ストレス)の決定にあたっては、10秒間ずり応力を負荷して偏移角度が2×10−3rad以上検出される最低値に設定する。解析には5分以降の少なくとも20以上の測定値を採用する。本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に基づくハイドロゲルは、37℃において、ηが5×10〜1×10Pa・secであることが好ましく、更には8×10〜8×10Pa・sec、特に1×10Pa・sec以上、7×10Pa・sec以下であることが好ましい。
上記ηが5×10Pa・sec未満では短時間の観測でも流動性が比較的高くなり、細胞の培養系内から移動し易くなる。他方、ηが1×10Pa・secを超えると、長時間の観測でもゲルが流動性をほとんど示さなくなる傾向が強まり、細胞の培養系の変形に対するハイドロゲル形成性高分子の水溶液の追従性が不充分となる。また、ηが1×10Pa・secを超えるとゲルが脆さを呈する可能性が強まり、わずかの純弾性変形の後、一挙にもろく破壊する脆性破壊が生起しやすい傾向が強まる。
(動的弾性率)
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に基づくハイドロゲルのゲル的性質は、動的弾性率によっても好適に測定可能である。該ゲルに振幅γ、振動数をω/2πとする歪みγ(t)=γcosωt(tは時間)を与えた際に、一定応力をσ、位相差をδとするσ(t)=σcos(ωt+δ)が得られたとする。|G|=σ/γとすると、動的弾性率G’(ω)=|G|cosδと、損失弾性率G”(ω)=|G|sinδとの比(G”/G’)が、ゲル的性質を表す指標となる。
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に基づくハイドロゲルは、ω/2π=1Hzの歪み(速い動作に対応する)に対しては固体として挙動し、且つ、ω/2π=10−4Hzの歪み(遅い動作に対応する)に対しては流体として挙動する。より具体的には、本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に基づくハイドロゲルは、以下の性質を示すことが好ましい(このような弾性率測定の詳細については、例えば、文献:小田良平ら編集、近代工業化学19、第359頁、朝倉書店、1985を参照することができる)。
ω/2π=1Hz(ゲルが固体として挙動する振動数)の際に、(G”/G’)s=(tan δ)sが1未満であることが好ましい(より好ましくは0.8以下、特に好ましくは0.5以下)。
ω/2π=10−4Hz(ゲルが液体として挙動する振動数)の際に、(G”/G’)L=(tan δ)Lが1以上であることが好ましい(より好ましくは1.5以上、特に好ましくは2以上)。
上記(tan δ)sと、(tan δ)Lとの比{(tan δ)s/(tan δ)L}が1未満であることが好ましい(より好ましくは0.8以下、特に好ましくは0.5以下)。
<測定条件>
ハイドロゲル形成性高分子の水溶液中のハイドロゲル形成性高分子の濃度:約8質量% 温度:37℃ 測定機器:ストレス制御式レオメータ(機種名:AR500、TAインスツルメンツ社製)
測定用セルの形状・寸法:ステンレス製平行円盤(直径4.0cm)、ギャップ600μm 適用ストレス:線形領域内。
(低温での流動性)
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液は低温で細胞培養系へ注入するため、低温で適度な粘性を有することが好ましい。粘性の測定は通常の静的粘性率の測定によって求めることが可能である。
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液は10℃における粘性率が、0.005〜100Pa・secであることが好ましく、更には0.01〜10Pa・sec、特に0.1Pa・sec以上、1Pa・sec以下であることが好ましい。
<測定条件>
ハイドロゲル形成性高分子の水溶液中のハイドロゲル形成性高分子の濃度:約8質量% 温度:10℃ 測定機器:ストレス制御式レオメータ(機種名:AR500、TAインスツルメンツ社製)
測定用セルの形状・寸法:ステンレス製平行円盤(直径4.0cm)、ギャップ600μm 適用ストレス:線形領域内。
(ハイドロゲル形成性高分子)
上述したような熱可逆的なゾル−ゲル転移を示す(すなわち、ゾル−ゲル転移温度を有する)限り、本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液に使用可能なハイドロゲル形成性の高分子は特に制限されない。
その水溶液がゾル−ゲル転移温度を有し、該転移温度より低い温度で可逆的にゾル状態を示す高分子の具体例としては、例えば、ポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドとのブロック共重合体等に代表されるポリアルキレンオキサイドブロック共重合体;メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のエーテル化セルロース;キトサン誘導体(K.R.Holmeら、Macromolecules,24,3828(1991))等が知られている。
ポリアルキレンオキサイドブロック共重合体として、ポリプロピレンオキサイドの両端にポリエチレンオキサイドが結合したプルロニック(Pluronic)F−127(商品名、BASF Wyandotte Chemicals Co.製)ゲルが開発されている。このプルロニックF−127の高濃度水溶液は、約20℃以上でハイドロゲルとなり、これより低い温度で水溶液となることが知られている。しかしながら、この材料の場合は約20質量%以上の高濃度でしかゲル状態にはならず、また約20質量%以上の高濃度でゲル化温度より高温に保持しても、更に水を加えるとゲルが溶解してしまう。また、プルロニックF−127は分子量が比較的小さく、約20質量%以上の高度のゲル状態で非常に高い浸透圧を示すのみならず細胞膜を容易に透過するので、細胞の培養に悪影響を及ぼす可能性がある。
一方、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等に代表されるエーテル化セルロースの場合は、通常は、ゾル−ゲル転移温度が高く約45℃以上である(N.Sarkar,J.Appl.Polym.Science,24,1073,1979)。これに対して、細胞の培養時の温度は通常37℃近辺の温度であるため、上記エーテル化セルロースはゾル状態であり、該エーテル化セルロースをハイドロゲル形成性高分子の水溶液として用いることは事実上困難である。
上記したように、その水溶液中がゾル−ゲル転移点を有し、且つ該転移温度より低い温度で可逆的にゾル状態を示す従来の高分子の問題点は、1)ゾル−ゲル転移温度より高温で一旦ゲル化しても、更に水を添加するとゲルが溶解してしまうこと、2)ゾル−ゲル転移温度が細胞の培養時の温度(37℃近辺)よりも高く、体温ではゾル状態であること、3)ゲル化させるためには、水溶液の高分子濃度を非常に高くする必要があること、等である。
これに対して、本発明者らの検討によれば、好ましくは0℃より高く37℃以下であるゾル−ゲル転移温度を有するハイドロゲル形成性の高分子(例えば、曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合してなり、その水溶液がゾル−ゲル転移温度を有し、且つ、ゾル−ゲル転移温度より低い温度で可逆的にゾル状態を示す高分子)を用いてハイドロゲル形成性高分子の水溶液を構成した場合に、上記問題は解決されることが判明している。
(好適なハイドロゲル形成性高分子)
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液として好適に使用可能な疎水結合を利用したハイドロゲル形成性高分子は、曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合してなることが好ましい。該親水性のブロックは、ゾル−ゲル転移温度より低い温度で該ハイドロゲルが水溶性になるために存在することが好ましく、また曇点を有する複数のブロックは、ハイドロゲルがゾル−ゲル転移温度より高温でゲル状態に変化するために存在することが好ましい。換言すれば、曇点を有するブロックは該曇点より低い温度では水に溶解し、該曇点より高温では水に不溶性に変化するために、曇点より高温で、該ブロックはゲルを形成するための疎水結合を含む架橋点としての役割を果たす。すなわち、疎水性結合に由来する曇点が、上記ハイドロゲルのゾル−ゲル転移温度に対応する。
ただし、該曇点とゾル−ゲル転移温度とは必ずしも一致しなくてもよい。これは、上記した「曇点を有するブロック」の曇点は、一般に、該ブロックと親水性ブロックとの結合によって影響を受けるためである。
本発明に用いるハイドロゲルは、疎水性結合が温度の上昇と共に強くなるのみならず、その変化が温度に対して可逆的であるという性質を利用したものである。1分子内に複数個の架橋点が形成され、安定性に優れたゲルが形成される点からは、ハイドロゲル形成性の高分子が「曇点を有するブロック」を複数個有することが好ましい。
一方、上記ハイドロゲル形成性高分子中の親水性ブロックは、前述したように、該ハイドロゲル形成性高分子がゾル−ゲル転移温度よりも低い温度で水溶性に変化させる機能を有し、上記転移温度より高温で疎水性結合力が増大しすぎて上記ハイドロゲルが凝集沈澱してしまうことを防止しつつ、含水ゲルの状態を形成させる機能を有する。
更に本発明に用いるハイドロゲルは、細胞の培養内で分解、吸収されるものであることが望ましい。すなわち、本発明においてハイドロゲル形成性高分子が細胞の培養内で加水分解反応や酵素反応により分解されて、細胞の培養に無害な低分子量体となって吸収、排泄されることが好ましい。
本発明においてハイドロゲル形成性高分子が曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合してなるものである場合には、曇点を有するブロックと親水性のブロックの少なくともいずれか、好ましくは両方が細胞の培養内で分解、吸収されるものであることが好ましい。
(曇点を有する複数のブロック)
曇点を有するブロックとしては、水に対する溶解度−温度係数が負を示す高分子のブロックであることが好ましく、より具体的には、ポリプロピレンオキサイド、プロピレンオキサイドと他のアルキレンオキサイドとの共重合体、ポリN−置換アクリルアミド誘導体、ポリN−置換メタアクリルアミド誘導体、N−置換アクリルアミド誘導体とN−置換メタアクリルアミド誘導体との共重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール部分酢化物を含む群より選ばれる高分子が好ましく使用可能である。
曇点を有するブロックを細胞の培養内で分解、吸収されるものとするには、曇点を有するブロックを疎水性アミノ酸と親水性アミノ酸から成るポリペプチドとすることが有効である。あるいはポリ乳酸やポリグリコール酸などのポリエステル型生分解性ポリマーを細胞の培養内で分解、吸収される曇点を有するブロックとして利用することもできる。
上記の高分子(曇点を有するブロック)の曇点が4℃より高く40℃以下であることが、本発明に用いる高分子(曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合した化合物)のゾル−ゲル転移温度を0℃より高く37℃以下とする点から好ましい。
ここで曇点の測定は、例えば、上記の高分子(曇点を有するブロック)の約1質量%の水溶液を冷却して透明な均一溶液とした後、除々に昇温(昇温速度約1℃/min)して、該溶液がはじめて白濁する点を曇点とすることによって行うことが可能である。
本発明に使用可能なポリN−置換アクリルアミド誘導体、ポリN−置換メタアクリルアミド誘導体の具体的な例を以下に列挙する。
ポリ−N−アクロイルピペリジン;ポリ−N−n−プロピルメタアクリルアミド;ポリ−N−イソプロピルアクリルアミド;ポリ−N,N−ジエチルアクリルアミド;ポリ−N−イソプロピルメタアクリルアミド;ポリ−N−シクロプロピルアクリルアミド;ポリ−N−アクリロイルピロリジン;ポリ−N,N−エチルメチルアクリルアミド;ポリ−N−シクロプロピルメタアクリルアミド;ポリ−N−エチルアクリルアミド。
上記の高分子は単独重合体(ホモポリマー)であっても、上記重合体を構成する単量体と他の単量体との共重合体であってもよい。このような共重合体を構成する他の単量体としては、親水性単量体、疎水性単量体のいずれも用いることができる。一般的には、親水性単量体と共重合すると生成物の曇点は上昇し、疎水性単量体と共重合すると生成物の曇点は下降する。従って、これらの共重合すべき単量体を選択することによっても、所望の曇点(例えば4℃より高く40℃以下の曇点)を有する高分子を得ることができる。
(親水性単量体)
上記親水性単量体としては、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、アクリルアミド、メタアクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタアクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、酸性基を有するアクリル酸、メタアクリル酸およびそれらの塩、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸等、並びに塩基性基を有するN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリート、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドおよびそれらの塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(疎水性単量体)
一方、上記疎水性単量体としては、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート等のアクリレート誘導体およびメタクリレート誘導体、N−n−ブチルメタアクリルアミド等のN−置換アルキルメタアクリルアミド誘導体、塩化ビニル、アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(親水性のブロック)
一方、上記した曇点を有するブロックと結合すべき親水性のブロックとしては、具体的には、メチルセルロース、デキストラン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリN−ビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド、ポリメタアクリルアミド、ポリN−メチルアクリルアミド、ポリヒドロキシメチルアクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸およびそれらの塩;ポリN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリN,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリN,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドおよびそれらの塩等が挙げられる。
また親水性のブロックは細胞の培養内で分解、代謝、排泄されることが望ましく、アルブミン、ゼラチンなどのたんぱく質、ヒアルロン酸、ヘパリン、キチン、キトサンなどの多糖類などの親水性細胞の培養高分子が好ましく用いられる。
曇点を有するブロックと上記の親水性のブロックとを結合する方法は特に制限されないが、例えば、上記いずれかのブロック中に重合性官能基(例えばアクリロイル基)を導入し、他方のブロックを与える単量体を共重合させることによって行うことができる。また、曇点を有するブロックと上記の親水性のブロックとの結合物は、曇点を有するブロックを与える単量体と、親水性のブロックを与える単量体とのブロック共重合によって得ることも可能である。また、曇点を有するブロックと親水性のブロックとの結合は、予め両者に反応活性な官能基(例えば水酸基、アミノ基、カルボキシル基、イソシアネート基等)を導入し、両者を化学反応により結合させることによって行うこともできる。この際、親水性のブロック中には通常、反応活性な官能基を複数導入する。また、曇点を有するポリプロピレンオキサイドと親水性のブロックとの結合は、例えば、アニオン重合またはカチオン重合で、プロピレンオキサイドと「他の親水性ブロック」を構成するモノマー(例えばエチレンオキサイド)とを繰り返し逐次重合させることで、ポリプロピレンオキサイドと「親水性ブロック」(例えばポリエチレンオキサイド)が結合したブロック共重合体を得ることができる。このようなブロック共重合体は、ポリプロピレンオキサイドの末端に重合性基(例えばアクリロイル基)を導入後、親水性のブロックを構成するモノマーを共重合させることによっても得ることができる。更には、親水性のブロック中に、ポリプロピレンオキサイド末端の官能基(例えば水酸基)と結合反応し得る官能基を導入し、両者を反応させることによっても、本発明に用いる高分子を得ることができる。また、ポリプロピレングリコールの両端にポリエチレングリコールが結合した、プルロニック F−127(商品名、旭電化工業(株)製)等の材料を連結させることによっても、本発明に用いるハイドロゲル形成性の高分子を得ることができる。
この曇点を有するブロックを含む態様における本発明の高分子は、曇点より低い温度においては、分子内に存在する上記「曇点を有するブロック」が親水性のブロックとともに水溶性であるので、完全に水に溶解し、ゾル状態を示す。しかし、この高分子の水溶液の温度を上記曇点より高温に加温すると、分子内に存在する「曇点を有するブロック」が疎水性となり、疎水的相互作用によって、別個の分子間で会合する。
一方、親水性のブロックは、この時(曇点より高温に加温された際)でも水溶性であるので、本発明の高分子は水中において、曇点を有するブロック間の疎水性会合部を架橋点とした三次元網目構造を持つハイドロゲルを生成する。このハイドロゲルの温度を再び、分子内に存在する「曇点を有するブロック」の曇点より低い温度に冷却すると、該曇点を有するブロックが水溶性となり、疎水性会合による架橋点が解放され、ハイドロゲル構造が消失して、本発明の高分子は、再び完全な水溶液となる。このように、好適な態様における本発明の高分子のゾル−ゲル転移は、分子内に存在する曇点を有するブロックの該曇点における可逆的な親水性、疎水性の変化に基づくものであるので、温度変化に対応して、完全な可逆性を有する。
(ゲルの溶解性)
上述したように水溶液中でゾル−ゲル転移温度を有する高分子を少なくとも含む本発明においてハイドロゲル形成性の高分子は、該ゾル−ゲル転移温度より高温(d℃)で実質的に水不溶性を示し、ゾル−ゲル転移温度より低い温度(e℃)で可逆的に水可溶性を示す。
上記した高い温度(d℃)は、ゾル−ゲル転移温度より1℃以上高い温度であることが好ましく、2℃以上(特に5℃以上)高い温度であることが更に好ましい。また、上記「実質的に水不溶性」とは、上記温度(d℃)において、水100mLに溶解する上記高分子の量が、5.0g以下(更には0.5g以下、特に0.1g以下)であることが好ましい。
一方、上記した低い温度(e℃)は、ゾル−ゲル転移温度より(絶対値で)1℃以上低い温度であることが好ましく、2℃以上(特に5℃以上)低い温度であることが更に好ましい。また、上記「水可溶性」とは、上記温度(e℃)において、水100mLに溶解する上記高分子の量が、0.5g以上(更には1.0g以上)であることが好ましい。更に「可逆的に水可溶性を示す」とは、上記ハイドロゲル形成性の高分子の水溶液が、一旦(ゾル−ゲル転移温度より高温において)ゲル化された後においても、ゾル−ゲル転移温度より低い温度においては、上記した水可溶性を示すことをいう。
上記高分子は、その10%水溶液が5℃で、10〜3,000センチポイズ(更には50〜1,000センチポイズ)の粘度を示すことが好ましい。このような粘度は、例えば以下のような測定条件下で測定することが好ましい。
粘度計:ストレス制御式レオメータ(機種名:AR500、TAインスツルメンツ社製)
ローター直径:60mm ローター形状:平行平板 本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液は、上記ゾル−ゲル転移温度より高温でゲル化させた後、多量の水中に浸漬しても、該ゲルは実質的に溶解しない。上記ハイドロゲル形成性高分子の水溶液の上記特性は、例えば、以下のようにして確認することが可能である。
すなわち、本発明においてハイドロゲル形成性の高分子0.15gを、上記ゾル−ゲル転移温度より低い温度(例えば氷冷下)で、蒸留水1.35gに溶解して10wt%の水溶液を作製し、該水溶液を径が35mmのプラスチックシャーレ中に注入し、37℃に加温することによって、厚さ約1.5mmのゲルを該シャーレ中に形成させた後、該ゲルを含むシャーレ全体の重量(fグラム)を測定する。次いで、該ゲルを含むシャーレ全体を250ml中の水中に37℃で10時間静置した後、該ゲルを含むシャーレ全体の重量(gグラム)を測定して、ゲル表面からの該ゲルの溶解の有無を評価する。この際、本発明においてハイドロゲル形成性の高分子においては、上記ゲルの重量減少率、すなわち(f−g)/fが、5.0%以下であることが好ましく、更には1.0%以下(特に0.1%以下)であることが好ましい。
本発明においてハイドロゲル形成性高分子の水溶液は、上記ゾル−ゲル転移温度より高温でゲル化させた後、多量(体積比で、ゲルの0.1〜100倍程度)の水中に浸漬しても、長期間に亘って該ゲルは溶解することがない。このような本発明に用いる高分子の性質は、例えば、該高分子内に曇点を有するブロックが2個以上(複数個)存在することによって達成される。
これに対して、ポリプロピレンオキサイドの両端にポリエチレンオキサイドが結合してなる前述のプルロニックF−127を用いて同様のゲルを作成した場合には、数時間の静置で該ゲルは完全に水に溶解することを、本発明者らは見出している。
非ゲル化時の細胞毒性をできる限り低いレベルに抑える点からは、水に対する濃度、すなわち{(高分子)/(高分子+水)}×100(%)で、20%以下(更には15%以下、特に10%以下)の濃度でゲル化が可能なハイドロゲル形成性の高分子を用いることが好ましい。
本発明に用いられるハイドロゲル形成性高分子の分子量は3万以上3,000万以下が好ましく、より好ましくは10万以上1,000万以下、更に好ましくは50万以上500万以下である。
(HCV粒子感染性の確認)
本発明においては、後述するように、3D培養の培養液に分泌されたHCV粒子が感染性であることは、例えば、HCV複製を高度に許容するHuh−7.5.1細胞に対する該HCV粒子の挙動により、確認することができる。抗E2抗体によって、またはE2タンパク質のヒト細胞との結合を妨げる患者血清によって、感染は中和される。後述するように、抗ウイルス薬の評価のためのTGP−3D培養システムの有用性を示すこともできる。Huh−7により誘導された3D培養システムが、感染性のHCV粒子の産生を与えることを確認できる。このシステムは、天然の宿主細胞環境において、更にHCV形態形成を研究するための価値あるツールとなり得る。
本発明を、以下の実施例および図面に基づいて具体的に説明する。もっとも本発明の技術的範囲は下記実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings as necessary. In the following description, “parts” and “%” representing the quantity ratio are based on mass unless otherwise specified.
(Proliferated HCV particles)
The proliferating HCV particles of the present invention are characterized in that both HCV (hepatitis C virus) -RNA and HCV-core protein are present in the same fraction formed by centrifugation under a concentration gradient. In the present invention, “both HCV-RNA and HCV-core protein are present” in “the same fraction formed by centrifugation under a concentration gradient” can be easily determined under the experimental conditions of Examples 1 to 3 described later. Can be confirmed.
(Confirmation method of HCV particles)
In the present invention, for example, the presence of HCV particles can be confirmed by the following method.
(1) As described later, it is confirmed by PCR that a new HCV gene has been formed in the culture supernatant of the HCV-containing cell culture system. (2) Thereby, it is estimated that "HCV" exists under the supernatant. (3) Furthermore, as shown in the Example mentioned later, it confirms that both HCV-RNA and HCV-core exist in the same density fraction. (4) In addition, the presence of HCV particles can be confirmed by TEM (transmission electron microscope) observation of the density fraction.
(Confirmation using colloidal gold labeled antibody)
The presence of the HCV particles of the present invention can be reliably verified by an antigen-antibody reaction with an anti-HCV antibody labeled with colloidal gold. Such a reaction with the anti-HCV antibody can be performed, for example, under the conditions of “Example 4” described later.
(HCV propagation method)
The HCV growth method of the present invention comprises a hydrogel-forming polymer whose aqueous solution is in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and reversibly in a hydrogel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. It is characteristic to use. More specifically, in the present invention, an aqueous solution of the gel-forming material in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature is mixed with cells containing the grown HCV particles. Culturing the cells and releasing HCV particles from the cells in a gelled state at a temperature above the sol-gel transition temperature; and solating the mixture at a temperature below the sol-gel transition temperature; HCV particles released from the cells are collected.
(HCV-containing cells)
The “HCV-containing cells” to be used in the present invention are not particularly limited as long as HCV can be included in the cells during the cell culture / proliferation. As the HCV-containing cells, for example, the following can be used (for details of cells that can include such HCV, see, for example, the literature Pietschmann, T. et al., Journal of Virology 76; 4008. -21 (2002) Aizaki, H. et al., Virology 314; 16-25 (2003)).
(Specific examples of HCV-containing cells)
Huh7 (Pietschmann, T. et al., Journal of Virology 76; 4008-21 (2002). Aizaki, H. et al. Virology 314; 16-25 (2003))
(Suitable HCV-containing cells)
From the viewpoint of the replication efficiency of the HCV gene, Huh7 cells (for example, commercially available from the Human Science Research Resource Bank) can be suitably used as the HCV-containing cells.
(One aspect of HCV proliferation method)
In the present invention, for example, HCV can be propagated as follows. (Introduction of HCV gene into HCV-containing cells)
An HCV gene is introduced into HCV-containing cells (for example, Huh7 cells) by a conventional method. Can refer to).
(Culture of HCV-containing cells)
(1) HCV-containing cells (for example, Huh cells) are cultured in a flask using a normal medium (Dulbecco medium).
(2) The grown cells are detached from the flask wall by trypsinization (2 to 3 minutes) and resuspended in Dulbecco's medium.
(3) Count the cells using a blood cell counter to adjust the concentration (ie, the number of cells in a certain volume).
(4) In an appropriate container (for example, a test tube having a capacity of 10 cc) on ice, an aqueous solution of a sol-form hydrogel-forming polymer (for example, commercially available from Meviol Co., Ltd. (Hiratsuka City, Kanagawa)) Meviol gel ") and the above suspension are mixed and suspended uniformly by pipetting.
(5) The suspension is dispensed into a 6-well plate and cultured at 37 ° C. (in about 5 minutes, the suspension containing cells hardens in a gel state).
(6) The Dulbecco medium warmed to 37 ° C. is overlaid on the gel.
(7) Incubate in a carbon dioxide gas incubator for 7 to 10 days.
(8) The “37 ° C. Dulbecco medium” is changed every 4 days (by decantation).
(HCV recovery)
(1) After the above culture, the lower layer is a gel and the upper layer is a supernatant (if it is a large container, the cooled medium is directly poured into this container, and the gel + supernatant is collected. May be recovered). In this system, since the container is a test tube and is small, the supernatant and the gel are collected separately as described below.
(2) First, the supernatant is collected. The remaining gel is placed in a refrigerator to make a sol, added to a previously cooled medium and suspended. This suspension is combined with the above supernatant.
(3) Separate cells / supernatant by centrifugation.
(4) Concentrate the supernatant by pelleting (i.e., remove solids by centrifugation; however, if necessary, it may be by "ultrafiltration" which is milder than pelleting).
(5) The pellet derived from the supernatant is suspended and centrifuged under a concentration gradient.
(6) As shown in the examples described later, both HCV-RNA and core protein are present in the fraction with a specific density (that is, it is determined that HCV particles are present).
(7) HCV particles are confirmed by TEM observation of the same sample as necessary, as shown in the examples described later.
(Details of each material)
Hereinafter, each material to be used in the present invention will be described in detail.
(Hydrogel-forming polymer)
The hydrogel-forming polymer used in the present invention has a thermoreversible sol-gel transition in which the aqueous solution becomes a sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and becomes a gel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. Indicates.
In the present invention, the “hydrogel-forming polymer” constituting the hydrogel has a crosslinking structure or a network structure, and based on the structure, a hydrolyzed liquid such as water is retained therein. A polymer having the property of forming a gel. The “hydrogel” refers to a gel containing at least a crosslinked or network structure containing a polymer and water supported or held in the structure (dispersed liquid).
The “dispersed liquid” retained in the crosslinked or network structure is not particularly limited as long as it is a liquid containing water as a main component. More specifically, the dispersion liquid may be water itself, and may be either an aqueous solution and / or a water-containing liquid. The water-containing liquid preferably contains 80 parts or more, more preferably 90 parts or more of water with respect to 100 parts of the whole water-containing liquid.
Unless it is contrary to the object of the present invention, the dispersion liquid may contain an organic solvent (for example, a hydrophilic solvent such as ethanol having compatibility with water) or a contrast agent in a predetermined content.
(Sol-gel transition temperature)
In the present invention, the definition and measurement of “sol state”, “gel state”, and “sol-gel transition temperature” are described in the literature (H. Yoshioka et al., Journal of macromolecular Science, A31 (1), 113 (1994)). That is, the dynamic elastic modulus of the sample at an observation frequency of 1 Hz is measured by gradually changing the temperature from the low temperature side to the high temperature side (1 ° C./1 min), and the storage elastic modulus ( The temperature at which G ′, the elasticity term) exceeds the loss modulus (G ″, viscosity term) is defined as the sol-gel transition temperature. In general, the state of G ″> G ′ is defined as sol, and the state of G ″ <G ′ is defined as gel. In measuring the sol-gel transition temperature, the following measurement conditions can be preferably used.
<Dynamic / loss elastic modulus measurement conditions>
Measuring device (trade name): Stress-controlled rheometer AR500, manufactured by TA Instruments Inc. Sample solution (or dispersion) concentration (however, as the concentration of “hydrogel-forming polymer having sol-gel transition temperature”) : 10 (weight)% Amount of sample solution: about 0.8 g Shape and dimensions of measurement cell: Acrylic parallel disk (diameter: 4.0 cm), gap: 600 μm Measurement frequency: 1 Hz Applicable stress: in the linear region.
In the present invention, from the viewpoint of preventing thermal damage of cells or cultured HCV particles, the sol-gel transition temperature is preferably higher than 0 ° C, preferably not higher than 37 ° C, and more preferably higher than 5 ° C. It is preferably 35 ° C. or lower (particularly 10 ° C. or higher and 33 ° C. or lower).
Such a hydrogel-forming polymer having a suitable sol-gel transition temperature is easily selected from the specific compounds described below according to the screening method (sol-gel transition temperature measurement method) described above. be able to. In the operation of gelling an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer in the present invention and culturing HCV-containing cells, the sol-gel transition temperature (a ° C.) described above is injected with the temperature during culture (b ° C.). It is preferable to set the temperature between the cooling temperature (c ° C.) for the sol formation in an operation such as recovery. That is, it is preferable that there is a relationship of b>a> c between the above three temperatures a ° C., b ° C., and c ° C. More specifically, (b-a) is preferably 1 to 36 ° C, more preferably 2 to 30 ° C, and (ac) is 1 to 35 ° C, more preferably 2 to 30 ° C. Is preferred.
(Followability of the hydrogel-forming polymer aqueous solution)
In the present invention, a hydrogel based on an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer exhibits a solid behavior at a higher frequency from the viewpoint of the balance of conformity to morphological changes for cells and the like, It is preferable to exhibit liquid behavior for low frequencies. More specifically, the followability to the operation of the hydrogel can be suitably measured by the following method.
(Measuring method for tracking performance)
In the present invention containing a hydrogel-forming polymer, an aqueous solution of hydrogel-forming polymer (1 mL as a hydrogel) is put in a test tube having an inner diameter of 1 cm in a sol state (temperature lower than the sol-gel transition temperature). The test tube is held for 12 hours in a water bath at a temperature sufficiently higher than the sol-gel transition temperature of the aqueous solution of the gel-forming polymer (for example, about 10 ° C. higher than the sol-gel transition temperature). Gel the gel.
Next, the time (T) until the solution / air interface (meniscus) is deformed by its own weight when the test tube is turned upside down is measured. Where 1 / T (sec -1 ) For lower frequency operation, the hydrogel behaves as a liquid, 1 / T (sec -1 For higher frequency operation, the hydrogel will behave as a solid. In the present invention, in the case of a hydrogel, T is 1 minute to 24 hours, preferably 5 minutes to 10 hours.
(Steady flow viscosity)
In the present invention, the gel-like properties of a hydrogel based on an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer can be suitably measured by measuring the steady flow viscosity. The steady flow viscosity η (eta) can be measured, for example, by a creep experiment. In the creep experiment, a constant shear stress is applied to the sample and the temporal change of shear strain is observed. Generally, in the creep behavior of a viscoelastic body, the shear rate initially changes with time, but thereafter the shear rate becomes constant. The ratio between the shear stress and the shear rate at this time is defined as the steady flow viscosity η. This steady flow viscosity is sometimes referred to as Newtonian viscosity. Here, however, the steady flow viscosity must be determined within a linear region that is largely independent of shear stress.
Specifically, a stress-controlled viscoelasticity measuring device (AR500, manufactured by TA Instruments) is used as a measuring device, an acrylic disk (diameter 4 cm) is used as a measuring device, and a sample thickness is 600 μm for at least 5 minutes. Observe the above measurement time creep behavior (delay curve). Sampling time is once per second for the first 100 seconds and then once every 10 seconds. In determining the applied shear stress (stress), the displacement angle is 2 × 10 by applying the shear stress for 10 seconds. -3 Set to the lowest value detected above rad. The analysis employs at least 20 measured values after 5 minutes. In the present invention, a hydrogel based on an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer has a η of 5 × 10 5 at 37 ° C. 3 ~ 1x10 7 It is preferably Pa · sec, and more preferably 8 × 10. 3 ~ 8x10 6 Pa · sec, especially 1 × 10 4 Pa · sec or more, 7 × 10 6 It is preferably Pa · sec or less.
The above η is 5 × 10 3 If it is less than Pa · sec, the fluidity is relatively high even in short-time observation, and it becomes easy to move from within the cell culture system. On the other hand, η is 1 × 10 7 When Pa · sec is exceeded, the gel tends to hardly exhibit fluidity even when observed for a long time, and the followability of the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer to the deformation of the cell culture system becomes insufficient. Also, η is 1 × 10 7 If Pa · sec is exceeded, the possibility of the gel becoming brittle becomes strong, and after a slight pure elastic deformation, the tendency to easily cause brittle fracture that breaks at once increases.
(Dynamic elastic modulus)
In the present invention, the gel-like properties of a hydrogel based on an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer can be suitably measured by a dynamic elastic modulus. The gel has an amplitude γ 0 , Strain γ (t) = γ with frequency ω / 2π 0 When cos ωt (t is time) is given, the constant stress is σ 0 , Σ (t) = σ, where δ is the phase difference 0 Assume that cos (ωt + δ) is obtained. | G | = σ 0 / Γ 0 Then, the ratio (G ″ / G ′) between the dynamic elastic modulus G ′ (ω) = | G | cos δ and the loss elastic modulus G ″ (ω) = | G | sin δ is an index representing gel-like properties. It becomes.
In the present invention, a hydrogel based on an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer behaves as a solid with respect to a strain of ω / 2π = 1 Hz (corresponding to a fast operation), and ω / 2π = 10. -4 It behaves as a fluid to distortions of Hz (corresponding to slow motion). More specifically, in the present invention, a hydrogel based on an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer preferably exhibits the following properties (for details of such elastic modulus measurement, see, for example, literature: Ryohei Oda Edit, Modern Industrial Chemistry 19, page 359, Asakura Shoten, 1985).
When ω / 2π = 1 Hz (frequency at which the gel behaves as a solid), (G ″ / G ′) s = (tan δ) s is preferably less than 1 (more preferably 0.8 or less, Particularly preferably 0.5 or less).
ω / 2π = 10 -4 In the case of Hz (frequency at which the gel behaves as a liquid), (G ″ / G ′) L = (tan δ) L is preferably 1 or more (more preferably 1.5 or more, particularly preferably 2 more than).
It is preferable that the ratio {(tan δ) s / (tan δ) L} of (tan δ) s to (tan δ) L is less than 1 (more preferably 0.8 or less, particularly preferably 0). .5 or less).
<Measurement conditions>
Concentration of hydrogel-forming polymer in aqueous solution of hydrogel-forming polymer: Approximately 8% by mass Temperature: 37 ° C. Measuring instrument: Stress-controlled rheometer (model name: AR500, manufactured by TA Instruments)
Shape and dimensions of measurement cell: Stainless steel parallel disk (diameter: 4.0 cm), gap: 600 μm Applicable stress: in the linear region.
(Fluidity at low temperature)
In the present invention, since the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer is injected into the cell culture system at a low temperature, it preferably has an appropriate viscosity at a low temperature. Viscosity can be determined by normal static viscosity measurement.
In the present invention, the aqueous hydrogel-forming polymer solution preferably has a viscosity at 10 ° C. of 0.005 to 100 Pa · sec, more preferably 0.01 to 10 Pa · sec, particularly 0.1 Pa · sec or more. It is preferably 1 Pa · sec or less.
<Measurement conditions>
Concentration of hydrogel-forming polymer in aqueous solution of hydrogel-forming polymer: about 8% by mass Temperature: 10 ° C. Measuring instrument: Stress-controlled rheometer (model name: AR500, manufactured by TA Instruments)
Shape and dimensions of measurement cell: Stainless steel parallel disk (diameter: 4.0 cm), gap: 600 μm Applicable stress: in the linear region.
(Hydrogel-forming polymer)
As long as it exhibits a thermoreversible sol-gel transition as described above (that is, has a sol-gel transition temperature), the hydrogel-forming polymer that can be used in the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer in the present invention is There is no particular limitation.
Specific examples of the polymer in which the aqueous solution has a sol-gel transition temperature and reversibly shows a sol state at a temperature lower than the transition temperature include, for example, a block copolymer of polypropylene oxide and polyethylene oxide. Known polyalkylene oxide block copolymers; etherified celluloses such as methyl cellulose and hydroxypropyl cellulose; chitosan derivatives (KR Holme et al., Macromolecules, 24, 3828 (1991)) and the like are known.
As a polyalkylene oxide block copolymer, a pluronic F-127 (trade name, manufactured by BASF Wyandotte Chemicals Co.) gel in which polyethylene oxide is bonded to both ends of polypropylene oxide has been developed. It is known that this high-concentration aqueous solution of Pluronic F-127 becomes a hydrogel at about 20 ° C. or higher and becomes an aqueous solution at a lower temperature. However, in the case of this material, it becomes a gel state only at a high concentration of about 20% by mass or more, and even if it is kept at a high concentration of about 20% by mass or more and higher than the gelation temperature, water is further added. The gel will dissolve. Pluronic F-127 has a relatively small molecular weight, and not only exhibits a very high osmotic pressure in a high gel state of about 20% by mass or more, but also easily penetrates the cell membrane, and thus may adversely affect cell culture. There is sex.
On the other hand, in the case of etherified cellulose represented by methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose and the like, usually, the sol-gel transition temperature is high and is about 45 ° C. or higher (N. Sarkar, J. Appl. Polym. Science, 24, 1073, 1979). In contrast, since the temperature during cell culture is usually around 37 ° C., the etherified cellulose is in a sol state, and it is a fact that the etherified cellulose is used as an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer. It is difficult.
As described above, the problems of conventional polymers that have a sol-gel transition point in the aqueous solution and reversibly show a sol state at a temperature lower than the transition temperature are as follows: 1) From the sol-gel transition temperature Once gelled at a high temperature, the gel dissolves when water is further added. 2) The sol-gel transition temperature is higher than the temperature during cell culture (near 37 ° C), and the body temperature is in a sol state. 3) In order to make it gel, it is necessary to make the polymer concentration of the aqueous solution very high.
On the other hand, according to the study by the present inventors, a hydrogel-forming polymer having a sol-gel transition temperature that is preferably higher than 0 ° C. and not higher than 37 ° C. (eg, a plurality of blocks having cloud points) And a hydrophilic block, and the aqueous solution has a sol-gel transition temperature and a polymer that reversibly shows a sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature) to form a hydrogel It has been found that the above problems can be solved when an aqueous solution of a conductive polymer is constructed.
(Suitable hydrogel-forming polymer)
In the present invention, the hydrogel-forming polymer utilizing a hydrophobic bond that can be suitably used as an aqueous solution of the hydrogel-forming polymer is preferably formed by combining a plurality of blocks having a cloud point and a hydrophilic block. . The hydrophilic block is preferably present because the hydrogel becomes water-soluble at a temperature lower than the sol-gel transition temperature, and the plurality of blocks having a cloud point have a hydrogel having a sol-gel transition temperature. It is preferably present to change to a gel state at a higher temperature. In other words, a block having a cloud point dissolves in water at a temperature lower than the cloud point and changes to insoluble in water at a temperature higher than the cloud point, so that the block forms a gel at a temperature higher than the cloud point. It serves as a cross-linking point including a hydrophobic bond. That is, the cloud point derived from the hydrophobic bond corresponds to the sol-gel transition temperature of the hydrogel.
However, the cloud point and the sol-gel transition temperature do not necessarily coincide. This is because the cloud point of the “block having a cloud point” described above is generally affected by the bond between the block and the hydrophilic block.
The hydrogel used in the present invention utilizes the property that not only the hydrophobic bond becomes stronger as the temperature increases, but also the change is reversible with respect to temperature. From the viewpoint that a plurality of crosslinking points are formed in one molecule and a gel having excellent stability is formed, the hydrogel-forming polymer preferably has a plurality of “blocks having cloud points”.
On the other hand, the hydrophilic block in the hydrogel-forming polymer has a function of changing the water-soluble polymer to water-soluble at a temperature lower than the sol-gel transition temperature, as described above. It has a function of forming a hydrous gel state while preventing the hydrogel from aggregating and precipitating due to excessive increase in hydrophobic binding force at a temperature higher than the transition temperature.
Furthermore, it is desirable that the hydrogel used in the present invention is decomposed and absorbed in cell culture. That is, in the present invention, it is preferable that the hydrogel-forming polymer is decomposed in a cell culture by a hydrolysis reaction or an enzyme reaction to be absorbed and excreted as a low molecular weight body that is harmless to cell culture.
In the present invention, when the hydrogel-forming polymer is formed by combining a plurality of blocks having a cloud point and a hydrophilic block, at least one of a block having a cloud point and a hydrophilic block is preferable. Both are preferably those that are degraded and absorbed within the cell culture.
(Multiple blocks with cloud points)
The block having a cloud point is preferably a polymer block having a negative solubility-temperature coefficient in water, and more specifically, polypropylene oxide, a copolymer of propylene oxide and another alkylene oxide, Polymers selected from the group comprising poly N-substituted acrylamide derivatives, poly N-substituted methacrylamide derivatives, copolymers of N-substituted acrylamide derivatives and N-substituted methacrylamide derivatives, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol partially acetylated products Can be preferably used.
In order to make a block having a cloud point decomposed and absorbed in cell culture, it is effective to make the block having a cloud point a polypeptide composed of a hydrophobic amino acid and a hydrophilic amino acid. Alternatively, polyester-type biodegradable polymers such as polylactic acid and polyglycolic acid can be used as blocks having cloud points that are decomposed and absorbed in cell culture.
The above polymer (block having a cloud point) has a cloud point higher than 4 ° C. and not higher than 40 ° C., and the polymer used in the present invention (a compound in which a plurality of blocks having a cloud point and a hydrophilic block are combined) The sol-gel transition temperature is preferably higher than 0 ° C and not higher than 37 ° C.
Here, the cloud point is measured by, for example, cooling an aqueous solution of about 1% by mass of the above polymer (block having a cloud point) to form a transparent uniform solution, and then gradually increasing the temperature (temperature increase rate of about 1). C./min), and the point at which the solution becomes cloudy for the first time is taken as the cloud point.
Specific examples of poly N-substituted acrylamide derivatives and poly N-substituted methacrylamide derivatives that can be used in the present invention are listed below.
Poly-N-acroylpiperidine; poly-Nn-propylmethacrylamide; poly-N-isopropylacrylamide; poly-N, N-diethylacrylamide; poly-N-isopropylmethacrylamide; poly-N-cyclopropylacrylamide; Poly-N-acryloylpyrrolidine; poly-N, N-ethylmethylacrylamide; poly-N-cyclopropylmethacrylamide; poly-N-ethylacrylamide.
The polymer may be a homopolymer or a copolymer of a monomer constituting the polymer and another monomer. As another monomer constituting such a copolymer, either a hydrophilic monomer or a hydrophobic monomer can be used. In general, copolymerization with a hydrophilic monomer raises the cloud point of the product and copolymerization with a hydrophobic monomer lowers the cloud point of the product. Therefore, a polymer having a desired cloud point (for example, a cloud point higher than 4 ° C. and lower than 40 ° C.) can be obtained also by selecting the monomer to be copolymerized.
(Hydrophilic monomer)
Examples of the hydrophilic monomer include N-vinyl pyrrolidone, vinyl pyridine, acrylamide, methacrylamide, N-methyl acrylamide, hydroxyethyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethyl methacrylate, hydroxymethyl acrylate, and acrylic having an acid group. Acid, methacrylic acid and salts thereof, vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid and the like, and N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, N, N-diethylaminoethyl methacrylate, N, N-dimethylaminopropyl having a basic group Examples include, but are not limited to, acrylamide and salts thereof.
(Hydrophobic monomer)
On the other hand, examples of the hydrophobic monomer include acrylate derivatives and methacrylate derivatives such as ethyl acrylate, methyl methacrylate and glycidyl methacrylate, N-substituted alkylmethacrylamide derivatives such as Nn-butylmethacrylamide, vinyl chloride, acrylonitrile and styrene. And vinyl acetate and the like, but are not limited thereto.
(Hydrophilic block)
On the other hand, as the hydrophilic block to be combined with the above-described block having a cloud point, specifically, methyl cellulose, dextran, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, poly N-vinyl pyrrolidone, polyvinyl pyridine, polyacrylamide, polymethacrylamide , Poly N-methylacrylamide, polyhydroxymethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid and their salts; poly N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, poly N, N-diethylaminoethyl methacrylate , Poly N, N-dimethylaminopropylacrylamide and salts thereof.
In addition, hydrophilic blocks are desirably decomposed, metabolized and excreted in cell culture, and culture polymers of hydrophilic cells such as proteins such as albumin and gelatin, polysaccharides such as hyaluronic acid, heparin, chitin and chitosan. Is preferably used.
The method for bonding the block having a cloud point and the hydrophilic block is not particularly limited. For example, a polymerizable functional group (for example, acryloyl group) is introduced into one of the blocks to give the other block. This can be done by copolymerizing monomers. Further, the combined product of a block having a cloud point and the hydrophilic block may be obtained by block copolymerization of a monomer that gives a block having a cloud point and a monomer that gives a hydrophilic block. Is possible. In addition, the block having a cloud point and the hydrophilic block are bonded to each other by introducing a reactive functional group (for example, a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, an isocyanate group, etc.) in advance and bonding them together by a chemical reaction. Can also be done. At this time, usually a plurality of reactive functional groups are introduced into the hydrophilic block. In addition, the bond between the polypropylene oxide having a cloud point and the hydrophilic block is repeated, for example, by anionic polymerization or cationic polymerization by repeatedly repeating propylene oxide and a monomer (for example, ethylene oxide) constituting “another hydrophilic block”. By polymerizing, a block copolymer in which polypropylene oxide and a “hydrophilic block” (for example, polyethylene oxide) are bonded can be obtained. Such a block copolymer can also be obtained by copolymerizing monomers constituting a hydrophilic block after introducing a polymerizable group (for example, acryloyl group) to the terminal of polypropylene oxide. Furthermore, the polymer used in the present invention can also be obtained by introducing a functional group capable of binding reaction with a functional group (for example, hydroxyl group) at the end of polypropylene oxide into the hydrophilic block and reacting both. . Further, the hydrogel-forming polymer used in the present invention can also be obtained by linking materials such as Pluronic F-127 (trade name, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) in which polyethylene glycol is bonded to both ends of polypropylene glycol. Can be obtained.
The polymer of the present invention in a mode including a block having a cloud point is water-soluble together with the hydrophilic block at the temperature lower than the cloud point, because the above-mentioned “block having a cloud point” is present in the molecule. It is completely dissolved in water and shows a sol state. However, when the temperature of the aqueous solution of the polymer is raised to a temperature higher than the cloud point, the “block having a cloud point” existing in the molecule becomes hydrophobic and associates between different molecules by hydrophobic interaction. .
On the other hand, since the hydrophilic block is still water-soluble at this time (when heated to a temperature higher than the cloud point), the polymer of the present invention has a hydrophobic association between the blocks having a cloud point in water. A hydrogel having a three-dimensional network structure as a crosslinking point is generated. When the temperature of this hydrogel is cooled again to a temperature lower than the cloud point of the “block having cloud point” existing in the molecule, the block having the cloud point becomes water-soluble and the crosslinking point due to hydrophobic association is released. The hydrogel structure disappears and the polymer of the present invention becomes a complete aqueous solution again. Thus, the sol-gel transition of the polymer of the present invention in a preferred embodiment is based on reversible changes in hydrophilicity and hydrophobicity at the cloud point of the block having the cloud point present in the molecule. Therefore, it has complete reversibility in response to temperature changes.
(Gel solubility)
As described above, in the present invention including at least a polymer having a sol-gel transition temperature in an aqueous solution, the hydrogel-forming polymer is substantially insoluble in water at a temperature higher than the sol-gel transition temperature (d ° C.). It is reversibly water soluble at a temperature (e ° C.) lower than the sol-gel transition temperature.
The high temperature (d ° C.) is preferably a temperature that is 1 ° C. or more higher than the sol-gel transition temperature, and more preferably 2 ° C. or more (particularly 5 ° C. or more). The “substantially water-insoluble” means that the amount of the polymer dissolved in 100 mL of water at the temperature (d ° C.) is 5.0 g or less (more preferably 0.5 g or less, particularly 0.1 g or less). ) Is preferable.
On the other hand, the above-mentioned low temperature (e ° C.) is preferably 1 ° C. or more lower than the sol-gel transition temperature (in absolute value), more preferably 2 ° C. or higher (particularly 5 ° C. or higher). preferable. The “water-soluble” means that the amount of the polymer dissolved in 100 mL of water at the temperature (e ° C.) is preferably 0.5 g or more (more preferably 1.0 g or more). Further, “reversibly water-soluble” means that the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer is once gelled (at a temperature higher than the sol-gel transition temperature), even after the sol-gel transition temperature. It means that it exhibits the above-mentioned water solubility at a low temperature.
The polymer preferably has a 10% aqueous solution at 5 ° C. and a viscosity of 10 to 3,000 centipoise (more preferably 50 to 1,000 centipoise). Such viscosity is preferably measured under the following measurement conditions, for example.
Viscometer: Stress-controlled rheometer (Model name: AR500, manufactured by TA Instruments)
Rotor diameter: 60 mm Rotor shape: parallel flat plate In the present invention, the hydrogel-forming polymer aqueous solution is gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature and then immersed in a large amount of water. Does not dissolve. The characteristics of the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer can be confirmed, for example, as follows.
That is, in the present invention, 0.15 g of the hydrogel-forming polymer is dissolved in 1.35 g of distilled water at a temperature lower than the sol-gel transition temperature (for example, under ice cooling) to prepare a 10 wt% aqueous solution. The aqueous solution was poured into a plastic petri dish having a diameter of 35 mm and heated to 37 ° C. to form a gel having a thickness of about 1.5 mm in the petri dish, and then the weight of the whole petri dish containing the gel (F gram) is measured. Subsequently, after the whole petri dish containing the gel was allowed to stand at 37 ° C. for 10 hours in 250 ml of water, the weight (g gram) of the whole petri dish containing the gel was measured, and the dissolution of the gel from the gel surface was measured. Evaluate presence or absence. At this time, in the hydrogel-forming polymer in the present invention, the weight reduction rate of the gel, that is, (f−g) / f is preferably 5.0% or less, and more preferably 1.0%. Or less (particularly 0.1% or less).
In the present invention, the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer is gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature and then immersed in a large amount of water (by volume, about 0.1 to 100 times the gel). However, the gel does not dissolve over a long period of time. Such a property of the polymer used in the present invention is achieved by, for example, the presence of two or more (plural) blocks having a cloud point in the polymer.
On the other hand, when a similar gel was prepared using the aforementioned Pluronic F-127 in which polyethylene oxide was bonded to both ends of polypropylene oxide, the gel was completely dissolved in water after standing for several hours. The inventors have found that this is the case.
From the standpoint of suppressing the non-gelling cytotoxicity to the lowest possible level, the concentration in water, that is, {(polymer) / (polymer + water)} × 100 (%), 20% or less (and 15 It is preferable to use a hydrogel-forming polymer that can be gelled at a concentration of not more than%, particularly not more than 10%.
The molecular weight of the hydrogel-forming polymer used in the present invention is preferably from 30,000 to 30 million, more preferably from 100,000 to 10 million, and still more preferably from 500,000 to 5 million.
(Confirmation of HCV particle infectivity)
In the present invention, as described later, the fact that the HCV particles secreted into the culture medium of 3D culture are infectious means that, for example, the HCV particles against Huh-7.5.1 cells that highly allow HCV replication. This can be confirmed by the behavior of Infections are neutralized by anti-E2 antibodies or by patient sera that prevent E2 protein binding to human cells. As will be described later, the usefulness of the TGP-3D culture system for evaluation of antiviral drugs can also be demonstrated. It can be confirmed that the 3D culture system induced by Huh-7 gives the production of infectious HCV particles. This system can be a valuable tool for further studying HCV morphogenesis in the natural host cell environment.
The present invention will be specifically described with reference to the following examples and drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.

製造例1
ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド共重合体(プロピレンオキサイド/エチレンオキサイド平均重合度約60/180、旭電化工業(株)製:プルロニックF−127)10gを乾燥クロロホルム30mlに溶解し、五酸化リン共存下、ヘキサメチレンジイソシアネート0.13gを加え、沸点還流下に6時間反応させた。溶媒を減圧留去後、残さを蒸留水に溶解し、分画分子量3万の限外濾過膜(アミコンPM−30)を用いて限外濾過を行い、高分子量重合体と低分子量重合体を分画した。得られた水溶液を凍結して、F−127高重合体およびF−127低重合体を得た。
上記により得たF−127高重合体(本発明においてハイドロゲル形成性高分子、TGP−1)を、氷冷下、8質量%の濃度で蒸留水に溶解した。この水溶液をゆるやかに加温していくと、21℃から徐々に粘度が上昇し、約27℃で固化して、ハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを冷却すると、21℃で水溶液に戻った。この変化は、可逆的に繰り返し観測された。一方、上記F−127低重合体を、氷点下8質量%の濃度で蒸留水に溶解したものは、60℃以上に加熱しても全くゲル化しなかった。
製造例2
トリメチロールプロパン1モルに対し、エチレンオキサイド160モルをカチオン重合により付加して、平均分子量約7000のポリエチレンオキサイドトリオールを得た。
上記により得たポリエチレンオキサイドトリオール100gを蒸留水1000mlに溶解した後、室温で過マンガン酸カリウム12gを徐々に加えて、そのまま約1時間、酸化反応させた。固形物を濾過により除いた後、生成物をクロロホルムで抽出し、溶媒(クロロホルム)を減圧留去してポリエチレンオキサイドトリカルボキシル体90gを得た。
上記により得たポリエチレンオキサイドトリカルボキシル体10gと、ポリプロピレンオキサイドジアミノ体(プロピレンオキサイド平均重合度約65、米国ジェファーソンケミカル社製、商品名:ジェファーミンD−4000、曇点:約9℃)10gとを四塩化炭素1000mlに溶解し、ジシクロヘキシルカルボジイミド1.2gを加えた後、沸点還流下に6時間反応させた。反応液を冷却し、固形物を濾過により除いた後、溶媒(四塩化炭素)を減圧留去し、残さを真空乾燥して、複数のポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドとが結合した本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−2)を得た。これを氷冷下、5質量%の濃度で蒸留水に溶解し、そのゾル−ゲル転移温度を測定したところ、約16℃であった。
製造例3
N−イソプロピルアクリルアミド(イーストマンコダック社製)96g、N−アクリロキシスクシンイミド(国産化学(株)製)17g、およびn−ブチルメタクリレート(関東化学(株)製)7gをクロロホルム4000mlに溶解し、窒素置換後、N,N’−アゾビスイソブチロニトリル1.5gを加え、60℃で6時間重合させた。反応液を濃縮した後、ジエチルエーテルに再沈(再沈殿)した。濾過により固形物を回収した後、真空乾燥して、78gのポリ(N−イソプロピルアクリルアミド−コ−N−アクリロキシスクシンイミド−コ−n−ブチルメタクリレート)を得た。
上記により得たポリ(N−イソプロピルアクリルアミド−コ−N−アクリロキシスクシンイミド−コ−n−ブチルメタクリレート)に、過剰のイソプロピルアミンを加えてポリ(N−イソプロピルアクリルアミド−コ−n−ブチルメタクリレート)を得た。このポリ(N−イソプロピルアクリルアミド−コ−n−ブチルメタクリレート)の水溶液の曇点は19℃であった。
前記のポリ(N−イソプロピルアクリルアミド−コ−N−アクリロキシスクシンイミド−コ−n−ブチルメタクリレート)10g、および両末端アミノ化ポリエチレンオキサイド(分子量6,000、川研ファインケミカル(株)製)5gをクロロホルム1000mlに溶解し、50℃で3時間反応させた。室温まで冷却した後、イソプロピルアミン1gを加え、1時間放置した後、反応液を濃縮し、残渣をジエチルエーテル中に沈澱させた。濾過により固形物を回収した後、真空乾燥して、複数のポリ(N−イソプロピルアクリルアミド−コ−n−ブチルメタクリレート)とポリエチレンオキサイドとが結合した本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−3)を得た。
このようにして得たTGP−3を氷冷下、5質量%の濃度で蒸留水に溶解し、そのゾル−ゲル転移温度を測定したところ、約21℃であった。
製造例4
(滅菌方法)
上記した本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−3)の2.0gを、EOG(エチレンオキサイドガス)滅菌バッグ(ホギメディカル社製、商品名:ハイブリッド滅菌バッグ)に入れ、EOG滅菌装置(イージーパック、井内盛栄堂製)でEOGをバッグに充填し、室温にて一昼夜放置した。更に40℃で半日放置した後、EOGをバッグから抜き、エアレーションを行った。バッグを真空乾燥器(40℃)に入れ、時々エアレーションしながら半日放置することにより滅菌した。
この滅菌操作により高分子のゾル−ゲル転移温度が変化しないことを、別途確認した。
製造例5
N−イソプロピルアクリルアミド37gと、n−ブチルメタクリレート3gと、ポリエチレンオキサイドモノアクリレート(分子量4,000、日本油脂(株)製:PME−4000)28gとを、ベンゼン340mlに溶解した後、2,2´−アゾビスイソブチロニトリル0.8gを加え、60℃で6時間反応させた。得られた反応生成物にクロロホルム600mlを加えて溶解し、該溶液をエーテル20L(リットル)に滴下して沈澱させた。得られた沈殿を濾過により回収し、該沈澱を約40℃で24時間真空乾燥した後、蒸留水6Lに再び溶解し、分画分子量10万のホローファイバー型限外濾過膜(アミコン社製H1P100−43)を用いて10℃で2lまで濃縮した。該濃縮液に蒸留水4lを加えて希釈し、上記希釈操作を再度行った。上記の希釈、限外濾過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外濾過により濾過されなかったもの(限外濾過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−4)60gを得た。
上記により得た本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−4)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル−ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル−ゲル転移温度は25℃であった。
製造例6
製造例3の本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−3)を10質量%の濃度で蒸留水に溶解し、37℃におけるηを測定したところ、5.8×10 Pa・secであった。一方、寒天を2質量%の濃度で蒸留水に90℃で溶解して、10℃で1時間ゲル化させた後、37℃におけるηを測定したところ、そのηは機器の測定限界(1×10Pa・sec)を越えていた。
製造例7
N−イソプロピルアクリルアミド71.0gおよびn−ブチルメタクリレート4.4gをエタノール1117gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂(株)製)22.6gを水773gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.8mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液8mLを加え30分間攪拌反応させた。更にTEMED0.8mLと10%APS水溶液8mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を10℃以下に冷却後、10℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外ろ過膜を用いて10℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外ろ過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外ろ過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外ろ過によりろ過されなかったもの(限外ろ過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−5)72gを得た。
上記により得た本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−5)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル−ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル−ゲル転移温度は20℃であった。
製造例8
N−イソプロピルアクリルアミド42.0gおよびn−ブチルメタクリレート4.0gをエタノール592gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂(株)製)11.5gを水65.1gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.4mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液4mLを加え30分間攪拌反応させた。更にTEMED0.4mLと10%APS水溶液4mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を5℃以下に冷却後、5℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外ろ過膜を用いて5℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外ろ過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外ろ過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外ろ過によりろ過されなかったもの(限外ろ過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−6)40gを得た。
上記により得た本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−6)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル−ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル−ゲル転移温度は7℃であった。
製造例9
N−イソプロピルアクリルアミド45.5gおよびn−ブチルメタクリレート0.56gをエタノール592gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂(株)製)11.5gを水65.1gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.4mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液4mLを加え30分間攪拌反応させた。更にTEMED0.4mLと10%APS水溶液4mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を10℃以下に冷却後、10℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外ろ過膜を用いて10℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外ろ過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外ろ過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外ろ過によりろ過されなかったもの(限外ろ過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−7)22gを得た。
上記により得た本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−7)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル−ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル−ゲル転移温度は37℃であった。
製造例10
N−イソプロピルアクリルアミド44.0gおよびn−ブチルメタクリレート1.68gをエタノール592gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂(株)製)11.5gを水65.1gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.4mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液4mLを加え30分間攪拌反応させた。更にTEMED0.4mLと10%APS水溶液4mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を10℃以下に冷却後、10℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外ろ過膜を用いて10℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外ろ過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外ろ過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外ろ過によりろ過されなかったもの(限外ろ過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−8)22gを得た。
上記により得た本発明においてハイドロゲル形成性高分子(TGP−8)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル−ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル−ゲル転移温度は26℃であった。
実施例1
(TGP培養細胞培養上清中のHCV−RNAの検出)
ダイシストロニックHCV遺伝子クローン(C型肝炎ウイルス(HCV)5’非翻訳領域遺伝子−ネオマイシン耐性遺伝子−脳心筋炎ウイルス5’非翻訳領域遺伝子−HCV全蛋白質遺伝子−HCV5’非翻訳領域遺伝子からなる)を鋳型としてRNAを合成し、electroporation法にてHuh7細胞へ遺伝子導入した(このようなHCV遺伝子の導入方法の詳細に関しては、例えば文献Pietschmann,T.ら,Journal of Virology 76:4008−21(2002).を参照することができる)。
ジェネティシン 0.5mg/ml、D−glucose 4g/L、ウシ胎児血清2%を含むASF104培地(AJINOMOTO)で、上記で得た細胞を3週間培養し、薬剤耐性細胞株(RCYM1)を選択した。RCYM1細胞中にHCVゲノムRNAが保持されていることをリアルタイム逆転写(RT)−PCR法で、HCV蛋白質が産生されていることをウエスタンブロット法でそれぞれ確認した。この細胞を5×10個までフラスコ内で継代培養した。
TGP(製造例3で作製したTGP)1gに培養液(前述)10mLを加え4℃に冷却したものにフラスコ内で培養した細胞を加え、6 well プレートに800μL/well毎分注し、37℃に温めTGPをゲル化した。この細胞を播種したゲルに37℃に温めた培養液3mlを上層し、37℃にて10日間培養した。培養中は4日毎に上層していた培養液を回収し、新しい培養液に交換した。
培養終了後、ゲルを4℃に冷却してゾル化し培養液を添加して希釈し、遠心操作により三次元培養されたRCYM1細胞を回収した。培養上清は8000g、50minの遠心操作により細胞破砕物等を除いた。この上清を25,000rpmで4hr遠心した。ペレットをTNE緩衝液(10mM Tris−HCl pH7.4、100mM NaCl、1mM EDTA)1mlで溶解し、10−60%ショ糖密度勾配遠心で分画した。各画分の比重を測定後、TNE緩衝液により三倍に希釈し50,000rpm、2hr遠心し、沈殿物を100μLのTNE緩衝液に再度溶解した。この溶液よりRNAを抽出し、各画分中のHCV−RNA量をリアルタイムRT−PCR法により定量した。コントロールとして、同数のRCYM1細胞を10日間単層培養した培養上清を同様の手法にて解析した。
解析に用いたリアルタイムRT−PCRのプライマー及びプローブの塩基配列を以下に示す。
5’−GAGTGTCGTGCAGCCTCCA−3’ 5’−CACTCGCAAGCACCCTATCA−3’ 5’−(6−carbo×yfluorescine)CCCGCAAGACTGCTAGCCGAGTAGTGTTGG(tetrachloro−6−carbo×yfuorescine)−3’ RT−PCR反応はTaqMan EZ RT−PCR Kit(PE Applied Biosystems)を使用した。反応液は全量を50μLとし、温度等については以下の反応条件で行った。
60℃ 1min、50℃ 60min、95℃ 5minの反応の後、94℃ 15sec、55℃ 10sec、69℃ 1minのサイクルを50サイクル行った。スタンダードRNAはインビトロにて合成したHCV−RNAを希釈しスタンダードとして使用した。
その結果を図4に示す。図4中の黒丸(●)はTGP培養上清、図中の白丸(○)は単層培養上清のHCV−RNA量である。縦軸はHCV−RNA量(10 copies/fraction)、横軸は各画分の比重(g/ml)である。図に示すようにRCYM1細胞のTGP培養上清からは比重1.18g/mlをピークとしてHCV−RNAが検出された。この密度はHCV感染患者血清を用いた研究でHCV粒子の密度として報告されている値に近く、培養上清中にはHCV様粒子が存在することが確認された。
実施例2
(TGP培養細胞培養上清中のHCV−コア蛋白質の検出)
C型肝炎ウイルス全蛋白を発現し、かつ自律的に複製するダイシストロニックHCVゲノムを保持するHuh7細胞(RCYM1細胞)を5×10個までフラスコ内で継代培養した。TGPに培養液を加え4℃に冷却したものに、フラスコ内で培養した細胞を加え、6ウェル プレートに800μL/ウェルを分注し、37℃にあたためTGPをゲル化した。このゲルに培養液3mlを上層し、37℃にて10日間培養した。培養中は4日毎に上層していた培養液を回収し、新しい培養液に交換した。培養液は実施例1と同様の物を使用した。
培養終了後、ゲルを4℃に冷却してゾル化し培養液を添加して希釈し、遠心操作により三次元培養されたRCYM1細胞を回収した。培養上清は8000g、50minの遠心操作により細胞破砕物等を除いた。その上清を25,000rpmで4hr遠心した。ペレットをTNE緩衝液1mlで溶解し、10−60%ショ糖密度勾配遠心で分画した。各画分の比重を測定後、TNE緩衝液により三倍に希釈し50,000rpm 2hr遠心し、沈殿物を100μLのTNE緩衝液に再度溶解した。この溶液をサンプルとして各画分のHCV−コア蛋白量をELISA法により定量した。
コントロールとして、同数のRCYM1細胞を10日間単層培養した培養上清を同様の手法にて解析した。その結果を図5に示す。
図5中の黒丸(●)はTGP培養上清、図中の白丸(○)は単層培養上清のHCV−コア蛋白量である。縦軸はHCV−コア蛋白量(fmol/fraction)を、横軸は各画分の比重(g/ml)である。図に示すようにRCYM1細胞のTGP培養上清からは比重1.18g/mlをピークとしてHCV−コア蛋白が検出された。この密度はHCV感染患者血清を用いた研究でHCV粒子の密度として報告されている値に近いものである。また実施例1により同密度にはHCV−RNAの存在も確認されており、培養上清中にはHCV様粒子が存在することが確認された。
実施例3
(TGP培養細胞培養上清中のHCV粒子の検出)
C型肝炎ウイルス全蛋白を発現し、かつ自律的に複製するダイシストロニックHCVゲノムを保持するHuh7細胞(RCYM1細胞)を作製した。この細胞を5×10個までフラスコ内で継代培養した。TGPに培養液を加え4℃に冷却したものに、フラスコ内で培養した細胞を加え、6 ウェル プレートに800μL/ウェルを分注し、37℃にあたためTGPをゲル化した。このゲルに37℃に温めた培養液3mlを加えたのち、37℃にて10日間培養した。
培養終了後、ゲルを4℃に冷却してゾル化し培養液を添加して希釈し、遠心操作により三次元培養されたRCYM1細胞を回収した。培養上清は8000g、50minの遠心操作により細胞破砕物等を除いた。その上清を25,000rpmで4hr遠心した。ペレットをTNE緩衝液1mlで溶解し、10−60%ショ糖密度勾配遠心で分画した。比重1.04g/mlの画分及びHCV−RNA及びHCV−コア蛋白のピークであった1.18g/mlの画分1mlをTNE緩衝液により三倍に希釈し50,000rpm、2hr遠心した。この沈殿物を20μLのTNE緩衝液に再度溶解した。4%酢酸ウランにて染色後、透過型電子顕微鏡にて観察を行った。その結果を図6に示す。1.18g/mlの分画には直径50−60nmで膜構造及び複雑な内部構造をもったウイルス粒子様構造が観察できたのに対し、1.04g/mlの分画にはこのような構造物は観察されなかった。この粒子様搆造物はHCV感染血清を用いた研究で粒子として報告されているものと大きさ・密度ともに一致しており、HCV粒子であることが確認された。
上記で得た1.18g/ml画分(A)及び1.04g/ml画分(B)の電子顕微鏡(TEM)写真を図6に示す。図6に示したように、1.18g/ml画分にHCV粒子が確認された。
実施例4
(TGP培養細胞培養上清中のHCV粒子の免疫染色)
C型肝炎ウイルス全蛋白を発現し、かつ自律的に複製するダイシストロニックHCVゲノムを維持するHuh7細胞(RCYM1細胞)を作製した。この細胞を5×10個までフラスコ内で継代培養した。TGPに培養液を加え4℃に冷却したものに、フラスコ内で培養した細胞を加え、6 ウェル プレートに800μL/ウェルを分注し、37℃にあたためTGPをゲル化した。このゲルに37℃に温めた培養液3mlを加えたのち、37℃にて10日間培養した。 培養終了後、ゲルを4℃に冷却してゾル化し培養液を添加して希釈し、遠心操作により三次元培養されたRCYM1細胞を回収した。培養上清は8000g、50minの遠心操作により細胞破砕物等を除いた。その上清を25,000rpmで4hr遠心した。ペレットをTNE緩衝液1mlで溶解し、10−60%ショ糖密度勾配遠心で分画した。HCV−RNA及びHCV−コア蛋白のピークであった比重1.18g/mlの画分1mlをTNE緩衝液により三倍に希釈し50,000rpm、2hr遠心した。この沈殿物を20μLのTNE緩衝液に再度溶解した。この溶液に対して、一次抗体として抗HCVエンベロープマウス抗体を、二次抗体として10nmの金コロイドで標識した抗マウス抗体をそれぞれ反応させ、洗浄後、透過型電子顕微鏡にて観察を行った。その結果を図7A(Anti−E1,E2 Ab)に示す。図7Aに示したように、50−60nmの粒子様構造物に対して抗原抗体反応により金コロイドが結合しているのが観察された。
他方、陰性コントロールとして一次抗体にマウス血清を用いて同様の処理を行った場合には、図7B(Normalmouse serum)に示したような金コロイドの結合した粒子像は観察できなかった。これらの結果より、この粒子様構造物表面にはHCV構造蛋白であるE1,E2が存在し、HCV粒子であることを再確認した。
実施例5
(ラジアルフロー型バイオリアクター(RFB))培養で培養されたゲノム長のdicistronicHCV−RNAを担持するRCYM1からのHCV粒子の分泌)
FLC4細胞において選択可能なゲノム長のHCV−RNAの複製可能なキャパシティを最初に評価した。しかしながら、G418耐性のコロニーは観察されず、FLC4細胞がこれらのHCV−RNAの複製をサポートしないことが示された。したがって、以降の実験は安定したHuh−7細胞系(RCYM1)で行われた。そして、Con1クローンl389neo/core−37NK 5.1(遺伝子型(genotype)1b)(Pietschmann,T.,V.Lohmann,A.Kaul,N.Krieger,G.Rinck,G.Rutter,D.Strand,and R.Bartenschlager.2002.Persistent and transient replication of full−length hepatitis C virus genomes in cell culture,J.Virol.76:4008−4021)に由来するゲノム長のdicistroniRNAで、細胞のトランスフェクションによって発現された全長(full−length)のHCV−RNA複製をサポートした。RCYM1細胞中のHCV−RNAレベルは、リアルタイムRT−PCRによって決定した約5×10コピー/μg トータルRNAであった。HCVタンパク質の発現と細胞レベル下の局在化は、ウェスタン・ブロッティングおよび免疫蛍光分析によって確認された。3D RFB培養を展開するために、細胞サスペンジョンを流すことによって、RCYM1細胞は先ずRFBカラムにロードされた、細胞は次いでキャリヤー・ビーズに付着された。細胞は3Dマトリックスの範囲内で増殖し、そして、培養液はカラムを通してラジアル方向に循環された。 RFB培養システムにおいてRCYM1細胞からHCV粒子が分泌されたかどうか調べるために、培養の5〜10日後に培養流体が集められ、連続的10−60%(wt/vol)ショ糖密度勾配遠心分離によって分別された。HCV−RNAおよびコア・タンパク質は、主に1.15−1.20g/mlに認められ、1.18g/mlフラクションで最大となった(図8AおよびB)。
図8は、RCYM1細胞の培養上澄みのショ糖密度勾配分析の結果を示すグラフである。「材料および方法」において述たように、RFB培養されたRCYM1(黒円)、単層培養されたRCYM1(白四角)およびRFB培養された5−15細胞(白三角)から収集された培養メディアが分別された。
図8A:個々のフラクション中のHCV−RNAが、リアルタイムRT−PCRによって測定された。二重測定の平均値は、対応する分数の密度に対してプロットされた。
図8B:個々のフラクションの中のHCVコア・タンパク質はELISAによって決定された。二重測定の平均値は、密度に対してプロットされた。
図8C:RFB培養されたRCM1細胞の培養培養液は、0.2%のNP40で処理され(白円)、次いでショ糖勾配で遠心分離された。各々の分数は、リアルタイムRT−PCRによってHCV−RNAについて検査された。
5−15細胞を使用した同じ実験(サブゲノム・HCVレプリコンが複製された)では、RCYM1細胞で観察されたHCV−RNAに対応する同様のピークは、検出されなかった。RFB培養システムにおける5−15細胞およびRCYM1細胞の両方において、HCV−RNAの実質的な量が1.03〜1.07g/mlフラクションに検出された(図8A)。Pietschmannらによる以前の報告(Pietschmann,T.,V.Lohmann,A.Kaul,N.Krieger,G.Rinck,G.Rutter,D.Strand,and R.Bartenschlager.2002.Persistent and transient replication of full−length hepatitis Cvirus genomes in cell culture.J.Virol.76:4008−4021)と一致して、サブゲノム・レプリコンで細胞から放出されたこれらのRNAは、ウイルス小片と一致しなかった。等価な数のRCYM1細胞が単層培養システムで培養されたとき、培養上澄み中にHCV−RNAおよびコア・タンパク質の限られた量が検出されたのみであった(図8AおよびB)。
成熟したHCVウイルス粒子(virion)は、ヌクレオカプシドと、脂質膜とウイルスエンベロープ・グリコプロテインとから構成される外側エンベロープとを有すると考えられている。培養流体は、脂質を可溶化するためにNP40で処理されて、次いでショ糖密度勾配遠心分離に供された。1.18g/mlより、むしろ1.22g/mlの密度)に集約されたHCV(図8C)は、HCV粒子の密度が脱エンベロープ化(de−envelopement)によって、より高い密度にシフトしたことを示す。1.18のg/mlのフラクション(濃縮の後、ネガティブ染色法に供された)の透過型電子顕微鏡(TEM)は、30−60nmの直径および50nmの主粒径を有する粒子構造を示した。同様の粒子類似の構造は、RCYM1−単層培養の同じ密度フラクションにおいて、またはRCYM1−RFB培養の1.07g/mlフラクションにおいては観察されなかった。これらの結果は、RFB系では、HCV粒子の産生および分泌が、選択可能なbicistronicなHCVゲノムで可能だったことを示す。
実施例6
熱可逆性ゲル化ポリマー(TGP)を使用するRCYM1細胞のスフェロイド培養からのHCV粒子の産生および分泌
実施例1、2と同様にしてTGPに播種されたRCYM1細胞は、3日の培養の後にスフェロイドを形成し、約1mmの直径を有する多数のスフェロイドが培養の7−10日後に観察された。8日間の培養の後、スフェロイドは固定されて、走査型電子顕微鏡(図9Aおよび図9B(a1))、およびTEMによる超薄切片よって調べられた(図10A(B)および図10B(b1))。
図9〜11は、Huh−7とRCYM1細胞が、TGP中でスフェロイドを形成している態様の例を示す写真である。TGP中で8日間培養されたRCYM1細胞の走査型電子顕微鏡写真(図9Aおよび図9B(a1))、および透過型電子顕微鏡写真(図10A(B)および図10B(b1))を示す。
黒矢印:絨毛様突起、白矢印:胆汁小管様構造。
図11A〜11F(C−H):TGP培養(図11A〜C(C−E))および単層培養(図11D〜11F(F−H))されたHuh−7細胞におけるconnexin32の細胞内局在性。
図11A(C)および11D(F):connexin32の免疫染色
図11B(D)および11E(G):位相差顕微鏡
図11C(E):11A(C)および11B(D)のオーバーレイ
核は、ヨウ化プロピジウムで後染色で着色された。
よく発達した絨毛様突起(分極化する上皮の特徴)は、細胞表面で観察された(図9Aおよび9B(a1))。細胞間のスペース中で、胆汁小管様の構造も観察され、それらはタイトな接合(junction)を介して接続されるように見えた(図10A(B)および10B(b1))。この細胞形態は、RFB培養において観察されたものに類似しており(Garoff,H.,R.Hewson,and D.J.Opstelten.1998.Virus maturation by budding.Microbiol.Mol.Biol.Rev.62:1171−1190.Grakoui,A.,D.W.McCourt,C.Wychowski,S.M.Feinstone,and C.M.Rice.1993.Characterization of the hepatitis C virus−encoded serine proteinase:determination of proteinase−dependent polyprotein cleavage sites.J.Virol.67:2832−2843)、成熟した肝臓組織の特徴と良く相関していた。免疫染色により細胞間のギャップ結合の形成において重要な役割を果たすconnexin32の観察により、TGP培養における細胞接着の表面でconnexin32が局所化され(図11A〜11C(C−E))、他方、単層培養組織においては、それが細胞質の中に主に分配されることが判明した(図11D〜11F(F−H))。これは、Huh−7細胞が3D培養系において細胞極性を得たことを示す。
Huh−7細胞中のHCVレプリコンの複製が、ホスト細胞成長に依存することが知られている。ここでは、TGP培養系におけるRCYM1細胞の成長が、単層培養組織(図12A)の中の細胞のそれより、有意に(significantly)遅いことが見出された。したがって、HCVタンパク質(図12B)の発現と、RCYM1スフェロイドにおけるウイルスRNAコピー数は、単層細胞で観察されるそれらと比較して、見かけ上(apprently)より低かった。培養上澄みのショ糖密度勾配分析からの結果は、1.15−1.20g/mlの密度におけるHCV−RNAおよびコア・タンパク質の共沈殿(co−sedimentation)、および18g/mlにおけるピークを示した(図12C(C)および12D(D))。この分布は、RFB培養において得られたパターンと一致した(図8AおよびB)。細胞のより遅い成長のため、単層培養と比較して、これらの実験では、より少ない細胞数が3D培養において使用された点に留意する必要がある。
図12〜13は、TGP培養におけるRCYM1細胞中のHCVタンパク質の発現と、ウィルス分子の分泌を示す図である。
図12A:RCYM1細胞のTGP培養(黒円)と単層(白円)の細胞増殖カーブである。細胞は、接種後の0日、3日、6日および9日に採取され、細胞数が決定された。
図12B:RCYM1細胞およびコントロールHuh−7細胞におけるHCVコアとNS5Aタンパク質のウェスタンブロッティングである。
図12Cおよび12D:RCYM1細胞の培養上澄みのショ糖密度勾配分析である。個々のフラクション中のHCVコア・タンパク質(C)およびウィルスRNA(D)は、それぞれ、ELISAとリアルタイムRT−PCRによって決定された。3つの独立した実験からの代表的なデータが示されている。黒円:TGP培養のHCV−RNA、白円:単層培養のHCV−RNA;黒三角:TGP培養のHCVコア・タンパク質、白三角:単層培養のコア・タンパク質。
図13A〜13D(E−H):TGP培養されたRCYM1細胞の上澄み中のHCV粒子の電子顕微鏡写真。
図13A(E):1.18g/ml密度フラクションにおけるHCV粒子のネガティブ染色
図13D(H)に示されるように、球状構造は1.05g/ml密度フラクション中に無かった。
図13B(F):HCV粒子の超薄切片。沈殿HCV粒子サンプルは、1.18g/mlフラクションから調製された。
図13C(G):1.18g/ml密度フラクションにおける抗E2抗体によるHCV粒子の免疫金ラベリング。金粒子;5nm、Bars、50nm。
ネガティブ染色法の後の1.18のg/mlのフラクションのTEM分析は、50−60nmの直径およびスパイク様の突起(projections)を有する粒子構造を示した(図13A(E))。超薄切片の観察は、約5nmの幅を有する脂質バイレイヤー様の膜構造を示した(図13B(F))。抗E2抗体を使用した免疫電子顕微鏡観察は、粒子表面におけるHCVエンベロープ・タンパク質を明らかにした(図13C(G))。上澄みの1.03−1.05g/mlフラクションにおいてHCV−RNAの相当な量が検出された(図12A)が、これらのフラクションにおいて、ウイルス様の粒子構造は観察されなかった(図13D(H))。これらの結果は、上記で示したRFB系からの結果に一致した。このように、ウイルス粒子構造における3D細胞培養系の有効性は、ヒト肝臓由来の細胞を用いるTGP培養系およびRFB系において示された。
実施例7
RCYM1細胞のTGP培養されたスフェロイドにおけるHCV粒子の超構造(ultrastructural)局在化
次いで、EM分析超薄切片によって、超構造レベルにおけるRCYM1−TGP培養において生じたHCV粒子の細胞内局在化を決定した。短い表面上の突起(直径50−60nm)を有する、膜様の構造を有する球状粒子は、ERの幅広の嚢(図14B)におけると同様に、主にER膜(図14A)で観察された。
図14は、TGP中で増殖されたRCYM1細胞の超薄切片の電子顕微鏡写真である。TGP培養されたRCYM1細胞中のHCV粒子。50−60nmの直径を有する球状ウイルス様の粒子(矢印)は、ER膜(図14AおよびB)、および細胞質の小嚢において観察された。
小嚢において、これらのウイルス様の粒子は、しばしばアモルファス材料を伴った。以前、清水らは、HCVに感染したヒトB細胞において、形態およびサイズにおいて類似するウイルス様の粒子が観察されたことを報告した(Shimizu,Y.K.,S.M.Feinstone,M.Kohara,R.H.Pur細胞,and H.Yoshikura.1996.Hepatitis Cvirus:detection of intra細胞ular virus particles by electron microscopy.Hepatology 23:205−209)。同様の粒子類似の構造は、単層培養におけるRCYM1細胞において、またはTGP培養におけるサブゲノム・レプリコン5−15細胞においては観察されなかった。
この実験において従来のTEMを使用して観察されたウイルス様の粒子がHCV粒子であったか否か決定するために、抗コア抗体および抗E1抗体を用いて免疫電子顕微鏡分析が行われた。ダブルラベリング実験は、ER膜と協働するウイルス様の粒子が、両方のHCVタンパク質に対して免疫反応性を示し、そして、E1タンパク質がコア・タンパク質を囲んでいることを示した(図15A)。本発明者らの知見によれば、HCV粒子形成において、ウイルスエンベロープ・タンパク質がコア・タンパク質を囲んでいることを明らかに示す最初の報告である。陰性コントロールとして、サブゲノムRNAを含有する5−15細胞から調製された薄片はこれらの抗体で染色され、且つ、それらは免疫染色におけるバックグラウンドの無視し得るレベルを示した。
顕微鏡写真の低解像度およびコントラストのため、免疫金電子顕微鏡を用いて細胞内微細構造を視覚化し、抗原性タンパク質局在化を行うことは、一般に難しい。この困難を克服するために、この実験においては、銀増感された免疫金ラベリング法が適用された(図15Bおよび15C)。この方法を使用することにより、約20nmの抗原反応性の免疫金粒子が観察された。
図15は、TGP培養されたRCYM1細胞の超薄切片の免疫電子顕微鏡写真である。 図15A(A):抗E1と抗コア・モノクローナル抗体でダブル免疫染色された。コア・タンパク質−特異的な金粒子(10nmの直径)と、E1タンパク質−特異的な金粒子(5nmの直径)は、ER膜の表面でロゼットを形成した。
図15B(B)および15C(C)):抗コア(B)と抗E1(C)抗体による銀増感された免疫金。1.4nm直径の金粒子とコンジュゲートされた第二の抗体が適用され、次いで銀増感試薬によって粒子が拡大された。矢印は、ウイルス様の粒子が抗コアおよび抗E1抗体と反応することを示す。
コアおよびE1タンパク質の特異的免疫ラベリングは、ER内、ER膜上で主に検出された。細胞質の小嚢中、およびER膜上に観察されたウイルス様の粒子上で、強い免疫陽性反応が検出された。第1抗体として正常マウス血清が使用されたとき、このような免疫ラベリングは観察されなかった。これらの結果は、従来のTEMの超構造観察を確認し、且つHCV粒子の形成が、ER膜における推定のコア粒子のバディング(budding)によって達成されることを示唆する。
実施例8
HCV粒子の伝染力のE2グリコプロテインへの依存性
TGP系で培養されたRCYM1細胞から放出されるHCV粒子が伝染性であるか否か決定するために、ナイーブなHuh−7.5.1細胞(HCV−陰性のHuh−7.5(7)に由来する細胞である)が、RCYM1スフェロイドの培養上澄みを接種され、接種の4日後に、NS5Aタンパク質について、免疫蛍光染色法によって分析された(図16A)。
図16は、TGP培養されたRCYM1細胞から分泌されたHCV粒子の感染性、および該感染性の中和を示す図である。
図16A(A):HCV粒子(上パネル:infection(+))で感染された、または感染無し(下パネル:infection(−))のHuh7.5.1細胞が4日間培養され、次いで、抗NS5A抗体で免疫染色された。核は、DAPIで後染色で着色された。
図16B(B):抗E2抗体(AP33)、NOB抗体、または抗FLAG抗体後処理されたHuh7.5.1細胞は、HCV粒子で感染され、4日間インキュベートされた。細胞中のHCV−RNAは、リアルタイムRT−PCRによって決定された。三つ組のサンプルにおける平均値が、標準偏差とともに示されている。
約1%のHuh−7.5.1細胞が、NS5A陽性であることが観察された。これに対して、TGPで培養された5−15細胞から得られた細胞上澄みサンプルを用いて、Huh−7.5.1細胞を接種した際には、NS5A−陽性細胞は検出されなかった。ウイルスエンベロープ・タンパク質がHCV粒子による感染を媒介するか否かを更に決定するために、抗E2抗体、NOB抗体の高い力価(1/3500−1/4000)を有する患者血清(Ishii,K.,D.Rosa,Y.Watanabe,T.Katayama,H.Harada,C.Wyatt,K.Kiyosawa,H.Aizaki,Y.Matsuura,M.Houghton,S.Abrignani,and T.Miyamura.1998.High titers of antibodies inhibiting the binding of envelope to human細胞s correlate with natural resolution of chronic hepatitis C.Hepatology 28:1117−1120)、または抗FLAG抗体(図16B)で、HCV粒子がプレ・インキュベートされた。細胞内HCV−RNAレベルは、抗E2抗体、NOB3、およびNOB4の存在下で、それぞれ43%、28%および26%と減少した。感染細胞中のウイルスRNAの減少は、抗FLAG抗体による処理の後で、観察されなかった。上記を総合すると、これらの結果は、TGPで培養されたRCYM1細胞によって生じたHCV粒子は伝染性であり、ウイルスエンベロープタンパク質が、Huh−7.5.1細胞の感染で重要な役割を果たすことを強く示唆する。
実施例9
HCV産生のためのTGP培養系の潜在的使用法と抗ウイルス剤の評価
Lindenbachらは、HCV遺伝子型2aクローンの完全な複製をサポートする細胞培養系が、抗ウイルス薬の評価に有用であると最近報告した(Lindenbach,B.D.,M.J.Evans,A.J.Syder,B.Wolk,T.L.Tellinghuisen,C.C.Liu,T.Maruyama,R.O.Hynes,D.R.Burton,J.A.McKeating,and C.M.Rice.2005.Complete replication of hepatitis C virus in細胞culture.Science309:623−626)。しかしながら、現在まで、この完全なHCV培養系を、最もしばしばC型肝炎患者に検出され、且つ治療することが最も難しいものであるところの、遺伝子型1まで拡張されていない。
ここでは、抗HCV薬を評価するための、RCYM1細胞のTGP培養の潜在的有用性を示す(図17)。
図17は、IFNおよびRBVによるHCV粒子産生の阻害を示す図である。TGP培養されたRCYM1細胞は、100IU/mlのIFN−α、または100μmのRBVで処理され、次いで細胞中のHCV−RNA(図17A)、および培地(図17B)中のHCV−RNAが決定された。個々のサンプルからの培地は、ショ糖勾配遠心分離によって分別され、HCV粒子陽性(1.18g/ml)および陰性(1.04g/ml)フラクションが分析された。三つ組のサンプルにおける平均値および標準偏差が示されている。黒バー:処理無しコントロール、シェードバー:IFN−α、白バー;RBV.
TGP培養されたRCYM1細胞スフェロイドにおける細胞内HCV−RNAレベルは、100IU/mlのIFN−αで培養の3日後で、90%までに低減された(図17B)。同様に、1.18g/ml上澄みフラクションのHCV−RNAコピー数を使って計算された細胞外HCV粒子濃度は、IFN−α治療によって、89%になった(図17A)。更に、HCV粒子の産生は、100μMのRBVによる治療によって、細胞内HCV−RNAとして、同じ程度(85%)に阻害された(図17A)。非処理群の培養上澄みの1.04g/mlフラクションにおいて検出されたHCV−RNAのレベルは1.18g/mlフラクション中のそれの約14分の1であり、このレベルは、IFN−αまたはRBVの添加で増加した(図17A)。この増加の基礎をなすメカニズムは知られていないが、TGP−RCYM1培養を用いて高度に細胞毒性の薬剤が評価された際に、同様の現象が観察された。したがって、IFNおよびRBVの緩和な細胞毒効果に起因する細胞死の結果として、HCV−RNAと協働するいくつかの細胞タンパク質が、培養上澄みに放出される可能性がある。
上記を総括すれば、これらの結果は、TGP培養に基づくHCV産生モデルが、HCV粒子産生および抗HCV薬の阻害作用を評価するために有用であることを証明する。
[配列表]
Production Example 1
  10 g of a polypropylene oxide-polyethylene oxide copolymer (propylene oxide / ethylene oxide average degree of polymerization of about 60/180, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd .: Pluronic F-127) was dissolved in 30 ml of dry chloroform, and in the presence of phosphorus pentoxide, Hexamethylene diisocyanate (0.13 g) was added, and the reaction was allowed to proceed for 6 hours under reflux at the boiling point. After distilling off the solvent under reduced pressure, the residue was dissolved in distilled water, and ultrafiltration was performed using an ultrafiltration membrane (Amicon PM-30) with a molecular weight cut off of 30,000 to obtain a high molecular weight polymer and a low molecular weight polymer. Fractionated. The obtained aqueous solution was frozen to obtain F-127 high polymer and F-127 low polymer.
  The F-127 high polymer obtained above (in the present invention, hydrogel-forming polymer, TGP-1) was dissolved in distilled water at a concentration of 8% by mass under ice cooling. When this aqueous solution was gently heated, the viscosity gradually increased from 21 ° C. and solidified at about 27 ° C. to form a hydrogel. When this hydrogel was cooled, it returned to an aqueous solution at 21 ° C. This change was repeatedly observed reversibly. On the other hand, the F-127 low polymer dissolved in distilled water at a concentration of 8% by mass below freezing did not gel at all even when heated to 60 ° C. or higher.
  Production Example 2
  160 mol of ethylene oxide was added by cationic polymerization to 1 mol of trimethylolpropane to obtain a polyethylene oxide triol having an average molecular weight of about 7000.
  After dissolving 100 g of the polyethylene oxide triol obtained above in 1000 ml of distilled water, 12 g of potassium permanganate was gradually added at room temperature, and the reaction was allowed to proceed for about 1 hour. After removing the solid matter by filtration, the product was extracted with chloroform, and the solvent (chloroform) was distilled off under reduced pressure to obtain 90 g of a polyethylene oxide tricarboxylate.
  10 g of the polyethylene oxide tricarboxylate obtained above and 10 g of polypropylene oxide diamino (propylene oxide average polymerization degree: about 65, manufactured by Jefferson Chemical Co., USA, trade name: Jeffamine D-4000, cloud point: about 9 ° C.) After dissolving in 1000 ml of carbon tetrachloride and adding 1.2 g of dicyclohexylcarbodiimide, the mixture was reacted for 6 hours under reflux at the boiling point. After cooling the reaction solution and removing the solid matter by filtration, the solvent (carbon tetrachloride) was distilled off under reduced pressure, and the residue was vacuum dried to produce a hydrogel in which a plurality of polypropylene oxides and polyethylene oxides were combined. A forming polymer (TGP-2) was obtained. This was dissolved in distilled water at a concentration of 5% by mass under ice-cooling, and its sol-gel transition temperature was measured and found to be about 16 ° C.
  Production Example 3
  96 g of N-isopropylacrylamide (manufactured by Eastman Kodak), 17 g of N-acryloxysuccinimide (manufactured by Kokusan Chemical Co., Ltd.) and 7 g of n-butyl methacrylate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) are dissolved in 4000 ml of chloroform, After the substitution, 1.5 g of N, N′-azobisisobutyronitrile was added and polymerized at 60 ° C. for 6 hours. After the reaction solution was concentrated, it was reprecipitated (reprecipitated) in diethyl ether. The solid was collected by filtration and then vacuum dried to obtain 78 g of poly (N-isopropylacrylamide-co-N-acryloxysuccinimide-co-n-butyl methacrylate).
  To the poly (N-isopropylacrylamide-co-N-acryloxysuccinimide-co-n-butyl methacrylate) obtained above, an excess of isopropylamine was added to obtain poly (N-isopropylacrylamide-co-n-butyl methacrylate). Obtained. The cloud point of this aqueous solution of poly (N-isopropylacrylamide-co-n-butyl methacrylate) was 19 ° C.
  Chloroform 10 g of the above poly (N-isopropylacrylamide-co-N-acryloxysuccinimide-co-n-butyl methacrylate) and 5 g of both ends aminated polyethylene oxide (molecular weight 6,000, manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) It melt | dissolved in 1000 ml and made it react at 50 degreeC for 3 hours. After cooling to room temperature, 1 g of isopropylamine was added and allowed to stand for 1 hour, and then the reaction solution was concentrated, and the residue was precipitated in diethyl ether. After the solid matter was collected by filtration, it was vacuum-dried to form a hydrogel-forming polymer (TGP-3) in the present invention in which a plurality of poly (N-isopropylacrylamide-co-n-butyl methacrylate) and polyethylene oxide were combined. )
  The TGP-3 thus obtained was dissolved in distilled water at a concentration of 5% by mass under ice cooling, and the sol-gel transition temperature was measured to be about 21 ° C.
  Production Example 4
  (Sterilization method)
  In the present invention, 2.0 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-3) is put into an EOG (ethylene oxide gas) sterilization bag (trade name: hybrid sterilization bag, manufactured by Hogi Medical Co., Ltd.), and an EOG sterilizer ( The bag was filled with EOG with Easy Pack (manufactured by Inoue Seieido) and left at room temperature all day and night. Further, after standing at 40 ° C. for half a day, the EOG was removed from the bag and aerated. The bag was sterilized by placing it in a vacuum dryer (40 ° C.) and leaving it for half a day with occasional aeration.
  It was separately confirmed that the sol-gel transition temperature of the polymer was not changed by this sterilization operation.
  Production Example 5
  After dissolving 37 g of N-isopropylacrylamide, 3 g of n-butyl methacrylate and 28 g of polyethylene oxide monoacrylate (molecular weight 4,000, manufactured by NOF Corporation: PME-4000) in 340 ml of benzene, 2,2 ′ -0.8 g of azobisisobutyronitrile was added and reacted at 60 ° C for 6 hours. The obtained reaction product was dissolved by adding 600 ml of chloroform, and the solution was added dropwise to 20 L (liter) of ether to cause precipitation. The obtained precipitate was recovered by filtration, and the precipitate was vacuum-dried at about 40 ° C. for 24 hours, and then dissolved again in 6 L of distilled water, and a hollow fiber ultrafiltration membrane (H1P100 manufactured by Amicon Co., Ltd.) having a molecular weight cut-off of 100,000. -43) and concentrated to 2 liters at 10 ° C. The concentrated solution was diluted by adding 4 l of distilled water, and the above dilution operation was repeated. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and freeze-dried, and in the present invention having a molecular weight of 100,000 or more, 60 g of a hydrogel-forming polymer (TGP-4) was added. Obtained.
  In the present invention obtained as described above, 1 g of a hydrogel-forming polymer (TGP-4) was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 25 ° C.
  Production Example 6
  In the present invention of Production Example 3, the hydrogel-forming polymer (TGP-3) was dissolved in distilled water at a concentration of 10% by mass, and η at 37 ° C. was measured.5  Pa · sec. On the other hand, after agar was dissolved in distilled water at a concentration of 2% by mass at 90 ° C. and gelled at 10 ° C. for 1 hour, η at 37 ° C. was measured. 107Pa · sec).
  Production Example 7
  71.0 g of N-isopropylacrylamide and 4.4 g of n-butyl methacrylate were dissolved in 1117 g of ethanol. An aqueous solution obtained by dissolving 22.6 g of polyethylene glycol dimethacrylate (PDE6000, manufactured by NOF Corporation) in 773 g of water was added thereto, and the mixture was heated to 70 ° C. under a nitrogen stream. While maintaining 70 ° C. under a nitrogen stream, 0.8 mL of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TEMED) and 8 mL of 10% ammonium persulfate (APS) aqueous solution were added and stirred for 30 minutes. Further, 0.8 mL of TEMED and 8 mL of 10% APS aqueous solution were added four times at 30-minute intervals to complete the polymerization reaction. After cooling the reaction solution to 10 ° C. or lower, 5 L of 10 ° C. cold distilled water was added for dilution, and the mixture was concentrated to 2 L at 10 ° C. using an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 100,000.
  The concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and freeze-dried, and in the present invention having a molecular weight of 100,000 or more, 72 g of a hydrogel-forming polymer (TGP-5) was added. Obtained.
  In the present invention obtained as described above, 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-5) was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 20 ° C.
  Production Example 8
  42.0 g of N-isopropylacrylamide and 4.0 g of n-butyl methacrylate were dissolved in 592 g of ethanol. An aqueous solution in which 11.5 g of polyethylene glycol dimethacrylate (PDE6000, manufactured by NOF Corporation) was dissolved in 65.1 g of water was added thereto, and the mixture was heated to 70 ° C. under a nitrogen stream. While maintaining 70 ° C. under a nitrogen stream, 0.4 mL of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TEMED) and 4 mL of 10% ammonium persulfate (APS) aqueous solution were added and stirred for 30 minutes. Furthermore, 0.4 mL of TEMED and 4 mL of 10% APS aqueous solution were added four times at 30 minute intervals to complete the polymerization reaction. The reaction solution was cooled to 5 ° C. or lower, diluted by adding 5 L of 5 ° C. cold distilled water, and concentrated to 2 L at 5 ° C. using an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 100,000.
  The concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and freeze-dried. In the present invention having a molecular weight of 100,000 or more, 40 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-6) was added. Obtained.
  In the present invention obtained as described above, 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-6) was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 7 ° C.
  Production Example 9
  45.5 g of N-isopropylacrylamide and 0.56 g of n-butyl methacrylate were dissolved in 592 g of ethanol. An aqueous solution in which 11.5 g of polyethylene glycol dimethacrylate (PDE6000, manufactured by NOF Corporation) was dissolved in 65.1 g of water was added thereto, and the mixture was heated to 70 ° C. under a nitrogen stream. While maintaining 70 ° C. under a nitrogen stream, 0.4 mL of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TEMED) and 4 mL of 10% ammonium persulfate (APS) aqueous solution were added and stirred for 30 minutes. Furthermore, 0.4 mL of TEMED and 4 mL of 10% APS aqueous solution were added four times at 30 minute intervals to complete the polymerization reaction. After cooling the reaction solution to 10 ° C. or lower, 5 L of 10 ° C. cold distilled water was added for dilution, and the mixture was concentrated to 2 L at 10 ° C. using an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 100,000.
  The concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and freeze-dried, and in the present invention having a molecular weight of 100,000 or more, 22 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-7) was added. Obtained.
  In the present invention obtained as described above, 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-7) was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 37 ° C.
  Production Example 10
  44.0 g of N-isopropylacrylamide and 1.68 g of n-butyl methacrylate were dissolved in 592 g of ethanol. An aqueous solution in which 11.5 g of polyethylene glycol dimethacrylate (PDE6000, manufactured by NOF Corporation) was dissolved in 65.1 g of water was added thereto, and the mixture was heated to 70 ° C. under a nitrogen stream. While maintaining 70 ° C. under a nitrogen stream, 0.4 mL of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine (TEMED) and 4 mL of 10% ammonium persulfate (APS) aqueous solution were added and stirred for 30 minutes. Furthermore, 0.4 mL of TEMED and 4 mL of 10% APS aqueous solution were added four times at 30 minute intervals to complete the polymerization reaction. After cooling the reaction solution to 10 ° C. or lower, 5 L of 10 ° C. cold distilled water was added for dilution, and the mixture was concentrated to 2 L at 10 ° C. using an ultrafiltration membrane having a fractional molecular weight of 100,000.
  The concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and freeze-dried, and in the present invention having a molecular weight of 100,000 or more, 22 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-8) was added. Obtained.
  In the present invention obtained above, 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-8) was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 26 ° C.
Example 1
(Detection of HCV-RNA in TGP cultured cell culture supernatant)
  Dicistronic HCV gene clone (consisting of hepatitis C virus (HCV) 5 'untranslated region gene-neomycin resistance gene-encephalomyocarditis virus 5' untranslated region gene-HCV total protein gene-HCV 5 'untranslated region gene) Was used as a template, and the gene was introduced into Huh7 cells by electroporation (for details of such HCV gene introduction methods, see, for example, the literature Pietschmann, T. et al., Journal of Virology 76: 4008-21 (2002). ).
  The cells obtained above were cultured for 3 weeks in ASF104 medium (AJINOMOTO) containing geneticin 0.5 mg / ml, D-glucose 4 g / L, and fetal bovine serum 2%, and a drug resistant cell line (RCYM1) was selected. The retention of HCV genomic RNA in RCYM1 cells was confirmed by real-time reverse transcription (RT) -PCR, and the production of HCV protein by Western blotting. 5 × 10 this cell6Subculture was performed in a flask up to a single cell.
  To 1 g of TGP (TGP prepared in Production Example 3) 10 mL of the culture solution (described above) and cooled to 4 ° C., the cells cultured in the flask were added, and 800 μL / well was poured into a 6-well plate at 37 ° C. And TGP was gelled. The gel seeded with the cells was overlaid with 3 ml of a culture solution warmed to 37 ° C., and cultured at 37 ° C. for 10 days. During the culture, the culture medium that was overlaid every 4 days was collected and replaced with a new culture medium.
  After completion of the culture, the gel was cooled to 4 ° C. to be sol, diluted by adding a culture solution, and RCYM1 cells that were three-dimensionally cultured by centrifugation were collected. From the culture supernatant, cell disruptions and the like were removed by centrifugation at 8000 g for 50 min. The supernatant was centrifuged at 25,000 rpm for 4 hours. The pellet was dissolved in 1 ml of TNE buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.4, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA) and fractionated by 10-60% sucrose density gradient centrifugation. After measuring the specific gravity of each fraction, it was diluted 3-fold with TNE buffer, centrifuged at 50,000 rpm for 2 hours, and the precipitate was redissolved in 100 μL of TNE buffer. RNA was extracted from this solution, and the amount of HCV-RNA in each fraction was quantified by a real-time RT-PCR method. As a control, the culture supernatant obtained by monolayer culture of the same number of RCYM1 cells for 10 days was analyzed by the same method.
  The base sequences of real-time RT-PCR primers and probes used for the analysis are shown below.
  5′-GAGTGTCGTGGCAGCCTCCA-3 ′ 5′-CACTCGCAAGCACCCTATCA-3 ′ 5 ′-(6-carbo × yfluorescine) Applied Biosystems) was used. The total amount of the reaction solution was 50 μL, and the temperature and the like were performed under the following reaction conditions.
  After the reaction at 60 ° C. for 1 min, 50 ° C. for 60 min, and 95 ° C. for 5 min, 50 cycles of 94 ° C. for 15 sec, 55 ° C. for 10 sec, 69 ° C. for 1 min were performed. As standard RNA, HCV-RNA synthesized in vitro was diluted and used as a standard.
  The result is shown in FIG. The black circle (●) in FIG. 4 is the TGP culture supernatant, and the white circle (◯) in the figure is the amount of HCV-RNA in the monolayer culture supernatant. The vertical axis represents the amount of HCV-RNA (104  copy / fraction), the horizontal axis is the specific gravity (g / ml) of each fraction. As shown in the figure, HCV-RNA was detected from the TGP culture supernatant of RCYM1 cells with a specific gravity of 1.18 g / ml as a peak. This density was close to the value reported as the density of HCV particles in a study using sera of HCV-infected patients, and it was confirmed that HCV-like particles were present in the culture supernatant.
Example 2
(Detection of HCV-core protein in TGP cultured cell culture supernatant)
  5 × 10 3 Huh7 cells (RCYM1 cells) expressing the entire protein of hepatitis C virus and carrying the autonomously replicating dicistronic HCV genome6Subculture was performed in a flask up to a single cell. Cells cultured in the flask were added to the culture solution added to TGP and cooled to 4 ° C., 800 μL / well was dispensed into a 6-well plate, and the TGP was gelated by heating to 37 ° C. The gel was overlaid with 3 ml of the culture and cultured at 37 ° C. for 10 days. During the culture, the culture medium that was overlaid every 4 days was collected and replaced with a new culture medium. The culture solution used was the same as in Example 1.
  After completion of the culture, the gel was cooled to 4 ° C. to be sol, diluted by adding a culture solution, and RCYM1 cells that were three-dimensionally cultured by centrifugation were collected. From the culture supernatant, cell disruptions and the like were removed by centrifugation at 8000 g for 50 min. The supernatant was centrifuged at 25,000 rpm for 4 hours. The pellet was dissolved in 1 ml of TNE buffer and fractionated by 10-60% sucrose density gradient centrifugation. After measuring the specific gravity of each fraction, it was diluted 3-fold with TNE buffer, centrifuged at 50,000 rpm for 2 hours, and the precipitate was redissolved in 100 μL of TNE buffer. Using this solution as a sample, the amount of HCV-core protein in each fraction was quantified by ELISA.
  As a control, the culture supernatant obtained by monolayer culture of the same number of RCYM1 cells for 10 days was analyzed by the same method. The result is shown in FIG.
  The black circle (●) in FIG. 5 is the TGP culture supernatant, and the white circle (◯) in the figure is the amount of HCV-core protein in the monolayer culture supernatant. The vertical axis represents the amount of HCV-core protein (fmol / fraction), and the horizontal axis represents the specific gravity (g / ml) of each fraction. As shown in the figure, HCV-core protein was detected from the TGP culture supernatant of RCYM1 cells with a specific gravity of 1.18 g / ml as a peak. This density is close to the value reported for the density of HCV particles in studies using HCV-infected patient sera. Further, according to Example 1, the presence of HCV-RNA was also confirmed at the same density, and it was confirmed that HCV-like particles were present in the culture supernatant.
Example 3
(Detection of HCV particles in TGP cultured cell culture supernatant)
  Huh7 cells (RCYM1 cells) expressing the entire protein of hepatitis C virus and carrying the dicistronic HCV genome that replicates autonomously were prepared. 5 × 10 this cell6Subculture was performed in a flask up to a single cell. Cells cultured in a flask were added to a culture solution added to TGP and cooled to 4 ° C., 800 μL / well was dispensed into a 6-well plate, and the mixture was heated to 37 ° C. to gel TGP. After adding 3 ml of the culture solution warmed to 37 ° C., the gel was cultured at 37 ° C. for 10 days.
  After completion of the culture, the gel was cooled to 4 ° C. to be sol, diluted by adding a culture solution, and RCYM1 cells that were three-dimensionally cultured by centrifugation were collected. From the culture supernatant, cell disruptions and the like were removed by centrifugation at 8000 g for 50 min. The supernatant was centrifuged at 25,000 rpm for 4 hours. The pellet was dissolved in 1 ml of TNE buffer and fractionated by 10-60% sucrose density gradient centrifugation. A fraction with a specific gravity of 1.04 g / ml and a fraction of 1.18 g / ml which was the peak of HCV-RNA and HCV-core protein were diluted three-fold with TNE buffer and centrifuged at 50,000 rpm for 2 hr. This precipitate was redissolved in 20 μL of TNE buffer. After staining with 4% uranium acetate, observation was performed with a transmission electron microscope. The result is shown in FIG. In the 1.18 g / ml fraction, a virus particle-like structure having a membrane structure and a complicated internal structure was observed at a diameter of 50-60 nm, whereas in the 1.04 g / ml fraction, such a structure was observed. No structure was observed. This particle-like structure was identical in size and density to that reported as a particle in a study using HCV-infected serum, and was confirmed to be an HCV particle.
  FIG. 6 shows electron microscope (TEM) photographs of the 1.18 g / ml fraction (A) and the 1.04 g / ml fraction (B) obtained above. As shown in FIG. 6, HCV particles were confirmed in the 1.18 g / ml fraction.
Example 4
(Immunostaining of HCV particles in TGP cultured cell culture supernatant)
  Huh7 cells (RCYM1 cells) that express the entire protein of hepatitis C virus and maintain a dicistronic HCV genome that replicates autonomously were prepared. 5 × 10 this cell6Subculture was performed in a flask up to a single cell. Cells cultured in a flask were added to a culture solution added to TGP and cooled to 4 ° C., 800 μL / well was dispensed into a 6-well plate, and the mixture was heated to 37 ° C. to gel TGP. After adding 3 ml of the culture solution warmed to 37 ° C., the gel was cultured at 37 ° C. for 10 days. After completion of the culture, the gel was cooled to 4 ° C. to be sol, diluted by adding a culture solution, and RCYM1 cells that were three-dimensionally cultured by centrifugation were collected. From the culture supernatant, cell disruptions and the like were removed by centrifugation at 8000 g for 50 min. The supernatant was centrifuged at 25,000 rpm for 4 hours. The pellet was dissolved in 1 ml of TNE buffer and fractionated by 10-60% sucrose density gradient centrifugation. 1 ml of a fraction having a specific gravity of 1.18 g / ml, which was the peak of HCV-RNA and HCV-core protein, was diluted three-fold with TNE buffer and centrifuged at 50,000 rpm for 2 hours. This precipitate was redissolved in 20 μL of TNE buffer. This solution was reacted with an anti-HCV envelope mouse antibody as a primary antibody and an anti-mouse antibody labeled with a 10 nm gold colloid as a secondary antibody, washed, and then observed with a transmission electron microscope. The results are shown in FIG. 7A (Anti-E1, E2 Ab). As shown in FIG. 7A, it was observed that gold colloid was bound to the particle-like structure of 50-60 nm by the antigen-antibody reaction.
  On the other hand, when the same treatment was performed using mouse serum as the primary antibody as a negative control, a particle image in which colloidal gold was bound as shown in FIG. 7B (Normalmouse serum) could not be observed. From these results, it was reconfirmed that E1 and E2 which are HCV structural proteins are present on the surface of the particle-like structure and are HCV particles.
Example 5
(Radial flow type bioreactor (RFB)) Secretion of HCV particles from RCYM1 carrying genomic length dicistonic HCV-RNA cultured in culture)
  The replicable capacity of selectable genome-length HCV-RNA in FLC4 cells was first evaluated. However, no G418 resistant colonies were observed, indicating that FLC4 cells do not support replication of these HCV-RNAs. Therefore, subsequent experiments were performed with a stable Huh-7 cell line (RCYM1). And Con1 clone l389neo / core-37NK 5.1 (genotype 1b) (Pietschmann, T., V. Lohmann, A. Kaul, N. Krieger, G. Rink, G. Rutter, D. Strand, and R. Bartenschlager.2002. Persistently expressed by RNA of the transfection of RNA from the persistent and transient replication of full-length hepatitis C virus genes in cell culture, J. Virol. 76: 4008-4021). Supports full-length HCV-RNA replication did. HCV-RNA levels in RCYM1 cells were approximately 5 × 10 6 determined by real-time RT-PCR.6Copy / μg total RNA. HCV protein expression and subcellular localization was confirmed by Western blotting and immunofluorescence analysis. To develop a 3D RFB culture, RCYM1 cells were first loaded onto an RFB column by flowing a cell suspension, and the cells were then attached to carrier beads. The cells grew within the 3D matrix and the culture medium was circulated in a radial direction through the column. To determine if HCV particles were secreted from RCYM1 cells in the RFB culture system, culture fluid was collected after 5-10 days of culture and fractionated by continuous 10-60% (wt / vol) sucrose density gradient centrifugation. It was done. HCV-RNA and core protein were found primarily at 1.15 to 1.20 g / ml, maximizing at the 1.18 g / ml fraction (FIGS. 8A and B).
  FIG. 8 is a graph showing the results of sucrose density gradient analysis of the culture supernatant of RCYM1 cells. Culture media collected from RFB cultured RCYM1 (black circles), monolayer cultured RCYM1 (white squares) and RFB cultured 5-15 cells (white triangles) as described in “Materials and Methods” Was separated.
  FIG. 8A: HCV-RNA in individual fractions was measured by real-time RT-PCR. The average of duplicate measurements was plotted against the corresponding fractional density.
  FIG. 8B: HCV core protein in individual fractions was determined by ELISA. The average of duplicate measurements was plotted against density.
  FIG. 8C: The culture broth of RCM1 cells cultured in RFB was treated with 0.2% NP40 (white circle) and then centrifuged with a sucrose gradient. Each fraction was examined for HCV-RNA by real-time RT-PCR.
  In the same experiment using 5-15 cells (the subgenomic HCV replicon was replicated), a similar peak corresponding to HCV-RNA observed in RCYM1 cells was not detected. Substantial amounts of HCV-RNA were detected in the 1.03-1.07 g / ml fraction in both 5-15 and RCYM1 cells in the RFB culture system (FIG. 8A). Previous report by Pietschmann et al. (Pietschmann, T., V. Lohmann, A. Kaul, N. Krieger, G. Rink, G. Rutter, D. Strand, and R. Bartenschlanger. 2002. Persistent and trandent trandent and trandent. These RNAs released from the cells in the subgenomic replicon did not match the virus pieces, consistent with length hepatitis C virus genes in cell culture. J. Virol. 76: 4008-4021). When an equivalent number of RCYM1 cells were cultured in a monolayer culture system, only limited amounts of HCV-RNA and core protein were detected in the culture supernatant (FIGS. 8A and B).
  Mature HCV virions are believed to have a nucleocapsid and an outer envelope composed of a lipid membrane and a viral envelope glycoprotein. The culture fluid was treated with NP40 to solubilize lipids and then subjected to sucrose density gradient centrifugation. HCV (FIG. 8C) aggregated to a density of 1.22 g / ml rather than 1.18 g / ml) (FIG. 8C) indicates that the density of HCV particles has been shifted to a higher density due to de-envelopment. Show. Transmission electron microscope (TEM) of 1.18 g / ml fraction (subjected to negative staining after concentration) showed a particle structure with a diameter of 30-60 nm and a main particle size of 50 nm. . Similar particle-like structures were not observed in the same density fraction of RCYM1-monolayer culture or in the 1.07 g / ml fraction of RCYM1-RFB culture. These results indicate that in the RFB system, the production and secretion of HCV particles was possible with a selectable bistatic HCV genome.
Example 6
Production and secretion of HCV particles from spheroid cultures of RCYM1 cells using thermoreversible gelling polymer (TGP)
  RCYM1 cells seeded in TGP as in Examples 1 and 2 formed spheroids after 3 days of culture, and numerous spheroids having a diameter of about 1 mm were observed after 7-10 days of culture. After 8 days of culture, spheroids were fixed and examined by scanning electron microscopy (FIGS. 9A and 9B (a1)) and ultrathin sections by TEM (FIGS. 10A (B) and 10B (b1)). ).
  FIGS. 9 to 11 are photographs showing examples of embodiments in which Huh-7 and RCYM1 cells form spheroids in TGP. Scanning electron micrographs (FIGS. 9A and 9B (a1)) and transmission electron micrographs (FIGS. 10A (B) and 10B (b1)) of RCYM1 cells cultured in TGP for 8 days are shown.
    Black arrow: villiform process, white arrow: bile tubule-like structure.
  11A-11F (C-H): intracellular station of connexin32 in Huh-7 cells cultured in TGP (FIGS. 11A-C (CE)) and monolayers (FIGS. 11D-11F (F-H)) Presence.
  FIG. 11A (C) and 11D (F): immunostaining of connexin 32
  11B (D) and 11E (G): phase contrast microscope
  FIG. 11C (E): Overlay of 11A (C) and 11B (D)
  The nuclei were colored by post-staining with propidium iodide.
  Well developed villus-like processes (polarizing epithelial features) were observed on the cell surface (FIGS. 9A and 9B (a1)). In the space between cells, bile tubule-like structures were also observed, which appeared to be connected via tight junctions (FIGS. 10A (B) and 10B (b1)). This cell morphology is similar to that observed in RFB culture (Garoff, H., R. Hewson, and D. J. Opstelten. 1998. Virus measurement by budging. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62). 1177-1190. Grakoui, A., D.W. McCourt, C. Wychowski, S. M. Feinstone, and C. M. Rice. 1993. Characteristic of the hepatitis C-development of serine dependent polyprotein cleavage sites.J Virol. 67: 2832-2843), well correlated with characteristics of mature liver tissue. Observation of connexin32, which plays an important role in the formation of gap junctions between cells by immunostaining, localizes connexin32 on the surface of cell adhesion in TGP cultures (FIGS. 11A-11C (CE)), whereas monolayers In cultured tissues, it was found that it is mainly distributed in the cytoplasm (FIGS. 11D-11F (FH)). This indicates that Huh-7 cells gained cell polarity in the 3D culture system.
  It is known that replication of HCV replicon in Huh-7 cells depends on host cell growth. Here, it was found that the growth of RCYM1 cells in the TGP culture system was significantly slower than that of the cells in the monolayer culture (FIG. 12A). Therefore, the expression of HCV protein (FIG. 12B) and viral RNA copy number in RCYM1 spheroids were apparently lower than those observed in monolayer cells. Results from sucrose density gradient analysis of the culture supernatant showed co-precipitation of HCV-RNA and core protein at a density of 1.15 to 1.20 g / ml and a peak at 18 g / ml. (FIGS. 12C (C) and 12D (D)). This distribution was consistent with the pattern obtained in RFB culture (FIGS. 8A and B). It should be noted that due to the slower growth of cells, fewer cells were used in 3D cultures in these experiments compared to monolayer cultures.
  12 to 13 are diagrams showing expression of HCV protein in RCYM1 cells and secretion of viral molecules in TGP culture.
  FIG. 12A: Cell growth curves of TGP culture (black circle) and monolayer (white circle) of RCYM1 cells. Cells were harvested on days 0, 3, 6, and 9 after inoculation and cell numbers were determined.
  FIG. 12B: Western blotting of HCV core and NS5A protein in RCYM1 cells and control Huh-7 cells.
  12C and 12D: Sucrose density gradient analysis of culture supernatants of RCYM1 cells. HCV core protein (C) and viral RNA (D) in individual fractions were determined by ELISA and real-time RT-PCR, respectively. Representative data from three independent experiments are shown. Black circle: HCV-RNA in TGP culture, white circle: HCV-RNA in monolayer culture; black triangle: HCV core protein in TGP culture, white triangle: core protein in monolayer culture.
  Figures 13A-13D (E-H): Electron micrographs of HCV particles in the supernatant of TGP cultured RCYMl cells.
  FIG. 13A (E): negative staining of HCV particles in a 1.18 g / ml density fraction
  As shown in FIG. 13D (H), the spherical structure was absent in the 1.05 g / ml density fraction.
  FIG. 13B (F): Ultrathin section of HCV particles. Precipitated HCV particle samples were prepared from the 1.18 g / ml fraction.
  FIG. 13C (G): Immunogold labeling of HCV particles with anti-E2 antibody in a 1.18 g / ml density fraction. Gold particles: 5 nm, Bars, 50 nm.
  TEM analysis of the 1.18 g / ml fraction after negative staining showed a particle structure with a diameter of 50-60 nm and spike-like projections (FIG. 13A (E)). Observation of the ultrathin section showed a lipid bilayer-like membrane structure having a width of about 5 nm (FIG. 13B (F)). Immunoelectron microscopy using anti-E2 antibody revealed HCV envelope protein on the particle surface (FIG. 13C (G)). Although significant amounts of HCV-RNA were detected in the supernatant 1.03-1.05 g / ml fractions (FIG. 12A), no virus-like particle structure was observed in these fractions (FIG. 13D (H )). These results were consistent with the results from the RFB system shown above. Thus, the effectiveness of the 3D cell culture system in the virus particle structure was shown in the TGP culture system and the RFB system using cells derived from human liver.
Example 7
Ultrastructural localization of HCV particles in TGP-cultured spheroids of RCYM1 cells
  The subcellular localization of HCV particles generated in RCYM1-TGP culture at the ultrastructural level was then determined by EM analysis ultrathin sections. Spherical particles with a membrane-like structure with protrusions on the short surface (diameter 50-60 nm) were observed mainly in the ER membrane (FIG. 14A) as in the ER wide sac (FIG. 14B). .
  FIG. 14 is an electron micrograph of an ultrathin section of RCYM1 cells grown in TGP. HCV particles in RGPM1 cells cultured in TGP. Globular virus-like particles (arrows) with a diameter of 50-60 nm were observed in the ER membrane (FIGS. 14A and B), and cytoplasmic vesicles.
  In follicles, these virus-like particles were often accompanied by amorphous material. Previously, Shimizu et al. Reported that virus-like particles similar in morphology and size were observed in human B cells infected with HCV (Shimizu, YK, SM Feinstone, M. Kohara). , R.H.Pur cells, and H.Yoshikura.1996.Hepatitis Cvirus: detection of intra cells, ultra virus particles by electron microscopy.Hepatology 23: 205-209). Similar particle-like structures were not observed in RCYM1 cells in monolayer culture or in subgenomic replicon 5-15 cells in TGP culture.
  To determine whether the virus-like particles observed using conventional TEM in this experiment were HCV particles, immunoelectron microscopic analysis was performed using anti-core and anti-E1 antibodies. Double labeling experiments showed that virus-like particles that cooperate with the ER membrane were immunoreactive with both HCV proteins and that the E1 protein surrounded the core protein (FIG. 15A). . According to the findings of the present inventors, this is the first report clearly showing that the virus envelope protein surrounds the core protein in HCV particle formation. As a negative control, slices prepared from 5-15 cells containing subgenomic RNA were stained with these antibodies and they showed negligible levels of background in immunostaining.
  Due to the low resolution and contrast of micrographs, it is generally difficult to visualize intracellular microstructure and perform antigenic protein localization using an immunogold electron microscope. To overcome this difficulty, a silver sensitized immunogold labeling method was applied in this experiment (FIGS. 15B and 15C). Using this method, approximately 20 nm antigen-reactive immune gold particles were observed.
  FIG. 15 is an immunoelectron micrograph of an ultrathin section of RCYM1 cells cultured in TGP. FIG. 15A (A): Double immunostaining with anti-E1 and anti-core monoclonal antibodies. Core protein-specific gold particles (10 nm diameter) and E1 protein-specific gold particles (5 nm diameter) formed rosettes on the surface of the ER membrane.
  Figures 15B (B) and 15C (C)): Silver-sensitized immunity gold with anti-core (B) and anti-E1 (C) antibodies. A second antibody conjugated with 1.4 nm diameter gold particles was applied, and then the particles were enlarged with a silver sensitizer. Arrows indicate that virus-like particles react with anti-core and anti-E1 antibodies.
  Specific immunolabeling of the core and E1 proteins was mainly detected within the ER and on the ER membrane. Strong immunopositive reactions were detected in cytoplasmic vesicles and on virus-like particles observed on the ER membrane. Such immune labeling was not observed when normal mouse serum was used as the first antibody. These results confirm conventional TEM ultrastructural observations and suggest that the formation of HCV particles is achieved by the putative core particle bundling in the ER membrane.
Example 8
Dependence of infectivity of HCV particles on E2 glycoprotein
  To determine whether HCV particles released from RCYM1 cells cultured in the TGP system are infectious, naive Huh-7.5.1 cells (HCV-negative Huh-7.5 (7) Cells were inoculated with the culture supernatant of RCYM1 spheroids and analyzed by immunofluorescence staining for NS5A protein 4 days after inoculation (FIG. 16A).
  FIG. 16 shows the infectivity of HCV particles secreted from RGPM1 cells cultured in TGP and neutralization of the infectivity.
  FIG. 16A (A): Huh7.5.1 cells infected with HCV particles (upper panel: infection (+)) or uninfected (lower panel: infection (−)) were cultured for 4 days, Immunostained with NS5A antibody. Nuclei were colored by post-staining with DAPI.
  FIG. 16B (B): Huh7.5. 1 cells post-treated with anti-E2 antibody (AP33), NOB antibody, or anti-FLAG antibody were infected with HCV particles and incubated for 4 days. HCV-RNA in the cells was determined by real-time RT-PCR. Average values in triplicate samples are shown along with standard deviations.
  About 1% Huh-7.5.1 cells were observed to be NS5A positive. In contrast, NS5A-positive cells were not detected when Huh-7.5.1 cells were inoculated using cell supernatant samples obtained from 5-15 cells cultured in TGP. To further determine whether viral envelope proteins mediate infection with HCV particles, serum from patients with high titers of anti-E2 and NOB antibodies (1 / 3500-1 / 4000) (Ishii, K. et al.). , D. Rosa, Y. Watanabe, T. Katayama, H. Harada, C. Wyatt, K. Kiyosawa, H. Aizaki, Y. Matsuura, M. Hughtoni, S. Abrigani, and T. Miyah. of antibodies inhibiting the binding of envelope to human cells s correlated with natural resolution of chronic hepati is C.Hepatology 28: 1117-1120), or with anti-FLAG antibody (FIG. 16B), HCV particles were pre-incubated. Intracellular HCV-RNA levels decreased to 43%, 28%, and 26%, respectively, in the presence of anti-E2 antibodies, NOB3, and NOB4. No reduction of viral RNA in infected cells was observed after treatment with anti-FLAG antibody. Taken together, these results indicate that HCV particles produced by RCYM1 cells cultured in TGP are infectious and that the viral envelope protein plays an important role in the infection of Huh-7.5.1 cells. Strongly suggest.
Example 9
Potential use of TGP culture system for HCV production and evaluation of antiviral agents
  Lindenbach et al. Recently reported that a cell culture system that supports complete replication of the HCV genotype 2a clone is useful for the evaluation of antiviral drugs (Lindenbach, BD, MJ Evans, A. et al. J. Syder, B. Walk, TL Tellinghuisen, CC Liu, T. Maruyama, R. O. Hynes, D. R. Burton, JA McKeating, and C. R. Rice. Complete replication of hepatitis C virus in cell culture. Science 309: 623-626). To date, however, this complete HCV culture system has not been extended to genotype 1, which is most often detected and most difficult to treat in patients with hepatitis C.
  Here we show the potential utility of TGP cultures of RCYM1 cells for evaluating anti-HCV drugs (FIG. 17).
  FIG. 17 shows inhibition of HCV particle production by IFN and RBV. RGPM1 cells cultured in TGP were treated with 100 IU / ml IFN-α or 100 μm RBV, and then HCV-RNA in the cells (FIG. 17A) and HCV-RNA in the medium (FIG. 17B) were determined. It was. Media from individual samples was fractionated by sucrose gradient centrifugation and HCV particle positive (1.18 g / ml) and negative (1.04 g / ml) fractions were analyzed. Mean values and standard deviations in triplicate samples are shown. Black bar: control without treatment, shade bar: IFN-α, white bar; RBV.
  Intracellular HCV-RNA levels in TGP cultured RCYM1 cell spheroids were reduced to 90% after 3 days of culture with 100 IU / ml IFN-α (FIG. 17B). Similarly, the extracellular HCV particle concentration calculated using the HCV-RNA copy number of the 1.18 g / ml supernatant fraction was 89% with IFN-α treatment (FIG. 17A). Furthermore, HCV particle production was inhibited to the same extent (85%) as intracellular HCV-RNA by treatment with 100 μM RBV (FIG. 17A). The level of HCV-RNA detected in the 1.04 g / ml fraction of the culture supernatant of the untreated group is about 14 times that in the 1.18 g / ml fraction, which is equal to that of IFN-α or RBV. (FIG. 17A). Although the mechanism underlying this increase is not known, a similar phenomenon was observed when highly cytotoxic drugs were evaluated using TGP-RCYM1 cultures. Thus, as a result of cell death due to the mild cytotoxic effects of IFN and RBV, some cellular proteins that cooperate with HCV-RNA may be released into the culture supernatant.
  In summary, these results demonstrate that the HCV production model based on TGP culture is useful for assessing HCV particle production and the inhibitory action of anti-HCV drugs.
[Sequence Listing]

Claims (7)

濃度勾配下で遠心処理により形成された同一フラクションに、HCV(C型肝炎ウイルス)−RNAおよびHCV−コア蛋白が共に存在することを特徴とする培養されたHCV粒子。 A cultured HCV particle, wherein both HCV (hepatitis C virus) -RNA and HCV-core protein are present in the same fraction formed by centrifugation under a concentration gradient. 金コロイドで標識した抗HCV抗体との結合が可能であることを特徴とする培養されたHCV粒子。 A cultured HCV particle characterized by being capable of binding to an anti-HCV antibody labeled with gold colloid. その水溶液が、ゾル−ゲル転移温度より低温では流動性のゾル状態となり、ゾル−ゲル転移温度より高温では可逆的にハイドロゲル状態となるハイドロゲル形成性高分子を用い、
ゾル−ゲル転移温度より低温で、流動性のゾル状態とした前記ゲル形成性材料の水溶液と、増殖されたHCV粒子を包含する細胞とを混合し、
ゾル−ゲル転移温度より高温において、前記混合物をゲル化させた状態で、前記細胞を培養し、
ゾル−ゲル転移温度より低温において該混合物をゾル化させて、前記細胞から放出されたHCV粒子を回収することを特徴とするHCV粒子の増殖方法。
Using a hydrogel-forming polymer whose aqueous solution becomes a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and reversibly becomes a hydrogel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature,
Mixing an aqueous solution of the gel-forming material in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature with cells containing the grown HCV particles,
Culturing the cells with the mixture gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature;
A method for growing HCV particles, wherein the mixture is made into a sol at a temperature lower than a sol-gel transition temperature to recover HCV particles released from the cells.
前記放出HCV粒子の回収に加えて前記細胞も回収する請求項3に記載のHCV粒子の増殖方法。 The method for growing HCV particles according to claim 3, wherein the cells are collected in addition to the collection of the released HCV particles. 前記ゾル−ゲル転移温度が、0℃以上37℃以下の範囲にある請求項3または4に記載のHCV粒子の増殖方法。 The method for growing HCV particles according to claim 3 or 4, wherein the sol-gel transition temperature is in the range of 0 ° C to 37 ° C. 前記ハイドロゲル形成高分子の水溶液が、ゲル状態では実質的に水不溶性である請求項3〜5のいずれかに記載のHCV粒子の増殖方法。 The method for growing HCV particles according to any one of claims 3 to 5, wherein the aqueous solution of the hydrogel-forming polymer is substantially water-insoluble in a gel state. その水溶液が、ゾル−ゲル転移温度より低温では流動性のゾル状態となり、ゾル−ゲル転移温度より高温では可逆的にハイドロゲル状態となるハイドロゲル形成性高分子を用い、
ゾル−ゲル転移温度より低温で、流動性のゾル状態とした前記ゲル形成性材料の水溶液と、増殖されたHCV粒子を包含する細胞とを混合し、
ゾル−ゲル転移温度より高温において、前記混合物をゲル化させた状態で、評価すべき薬剤の存在下で前記細胞を培養し、
ゾル−ゲル転移温度より低温において該混合物をゾル化させて、前記細胞から放出されたHCV粒子を回収または検出することを特徴とする薬剤の評価方法。
Using a hydrogel-forming polymer whose aqueous solution becomes a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and reversibly becomes a hydrogel state at a temperature higher than the sol-gel transition temperature,
Mixing an aqueous solution of the gel-forming material in a fluid sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature with cells containing the grown HCV particles,
Culturing the cells in the presence of the drug to be evaluated in a gelled state of the mixture at a temperature above the sol-gel transition temperature;
A method for evaluating a drug, wherein the mixture is made into a sol at a temperature lower than a sol-gel transition temperature, and HCV particles released from the cells are collected or detected.
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