JPWO2014104366A1

JPWO2014104366A1 - ヒト角膜内皮細胞シート

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Publication number: JPWO2014104366A1
Application number: JP2014554623A
Authority: JP
Inventors: 聡山上; 昌大山口; 島　伸行; 伸行島; 美和山内; 陽介平岡
Original assignee: Nitta Gelatin Inc
Current assignee: Nitta Gelatin Inc
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: WO2014104366A1; EP2940126A1; EP2940126A4; US20150374881A1; JP5946046B2

Abstract

本発明は、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有することを特徴とする、ヒト角膜内皮細胞シート。特に、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体により支持される、該ヒト角膜内皮細胞シート；並びに、以下の工程：（１）ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型に流し込んだゼラチン水溶液をゲル化する工程；（２）（１）で得られたゲル化ゼラチンを乾燥して、シート状ゼラチンを形成する工程；（３）（２）で得られたシート状ゼラチンを熱架橋して、ゼラチンシートを得る工程；（４）（３）で得られたゼラチンシートにヒト角膜内皮細胞を播種し、ヒト角膜内皮細胞層を形成する工程；を含んでなる、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有するヒト角膜内皮細胞シートの製造方法を提供する。

Description

本発明は、ヒト角膜内皮細胞シートの開発並びにこれを用いた有効な角膜内皮細胞移植療法に関する。

角膜内皮は、角膜の最内層を構成する１層の細胞からなり、そのバリア機能及びポンプ機能により、角膜の透明性すなわち視力維持に最も重要な役割を担っている。角膜内皮細胞は生体内では増殖修復されず、手術外傷などで細胞が損傷を受けたり加齢に伴い、細胞数が減少する。水疱性角膜症は、角膜内皮細胞密度が減少することにより、角膜実質が浮腫・混濁をきたし視力が極端に低下する疾患であり、有効な治療法は角膜移植のみである。角膜移植を受ける患者の最も多くが水疱性角膜症患者であり（約6割）、本邦における潜在患者数はおよそ１万人と推定される。これに対し、角膜移植実績は年間2500例と圧倒的な角膜不足が常態化しており、日常生活に支障をきたしている患者が数年間も移植待機を余儀なくされている。米国を除く世界中で、同様に角膜ドナーが極端に不足している。

また、水疱性角膜症に対する従来の全層角膜移植術では、確かに術前に比べて視力の向上が得られるが、移植後に起こる強度の不正乱視、近視、遠視のために、患者の満足度は高くない。更に入院期間が長い上に、実際に視力の安定化が得られるまでに１年以上を要することも多く、視力1.0を得ることは少ない。近年、新たな角膜移植術として、ドナー角膜の角膜内皮層から実質の一部を移植片とする角膜内皮移植術（DSAEK）が試みられているが、移植片の厚さが150 μmとなるため、インターフェースで光学的なロスがあり、十分な矯正視力が得られない（矯正視力0.5程度）。このため新たな治療法開発への期待は極めて大きい。

本発明者らは以前、従来の角膜移植に替わる治療法を開発するための方法として、単離培養したヒト角膜内皮細胞を、透明I型コラーゲンシート上で培養して得たヒト角膜内皮細胞の培養物層を含む積層体を作製し、該積層体を角膜内皮及びデスメ膜を除去した角膜に移植することによる角膜の再構築方法を提案した（特許文献１）。また、角膜内皮細胞を、アスコルビン酸誘導体を含む培養液中で培養すると、角膜内皮細胞を大量に培養できることを見出した（特許文献２）。これらの方法を組み合わせることで、角膜1眼より、角膜移植と同等以上に有効な移植用角膜内皮細胞シートを、大量に供給することが期待されている。
またゼラチンハイドロゲルを支持体として用いた角膜内皮細胞シートの製造方法（特許文献３）や、眼内移植で吸収される生物分解性ポリマー支持マトリックスと内皮細胞層を含む角膜ボタン（特許文献４）が既に知られているところである。

ところで、通常細胞を播種するときには、均等に播種するために平面上に播種することが常識であり、曲面上に播種する場合はリンパ球混合反応試験等の細胞集塊を作らせるといった特殊な目的の場合のみに限られている。このため培養細胞シートを作製するときにも、これまですべて平面のシートが用いられている。例えば、角膜内皮面と類似の曲面を持つ眼球の表面に培養ヒト角膜上皮細胞シートや培養ヒト口腔粘膜細胞シートを移植する場合にも、眼球の曲面を考慮することなく、円形で平らな羊膜上に細胞を播種して臨床試験が行われてきた。これは、凹凸があるような場所に移植する場合においても、培養細胞シートは細胞及び細胞キャリアの弾力性により、問題なく用いられると考えられていたからであり、実際、曲面を作製しなくても、これまで全く問題がなかった。
このため、培養角膜内皮細胞シートにおいても同様に考えられており、特に移植面積が数mmから10 mm程度の直径でよいことから、角膜内皮面に合わせた曲率をもつ培養角膜内皮細胞シートを移植する必要は全く考慮されなかった。そればかりか、支持体上に細胞が均等に積層されることの重要性を鑑みれば、常識的に考えて、曲面のシート上に細胞を播種しようなどという発想には到底至らない。
また、臨床で行われている角膜内皮移植は、ドナー角膜を薄切して曲面である角膜内皮面に移植片を接着する治療法であるが、意図的に曲面を作製するような薄切をすることなく実施されている。

特開2005-229869号公報国際公開第2011/096593号パンフレット国際公開第2011/021706号パンフレット国際公開第2007/047425号パンフレット

本発明の目的は、視力低下前と同様の視機能の回復、短い入院期間、術後早期の視力回復を実現する、より優れた角膜内皮細胞シートの開発並びにこれを用いた有効な角膜内皮細胞移植療法を提供することである。

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、角膜内皮面に適合した曲率を有する細胞支持体上にヒト角膜内皮細胞を播種して培養すると、意外にも、支持体上に均一な角膜内皮細胞層が形成され、得られた角膜内皮面に適合した曲率を有する角膜内皮細胞シートを、角膜内皮を除去した角膜に移植すると、平面の角膜内皮細胞シートを移植した場合に比べて、顕著に優れた効果を奏することを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は以下の通りである。
［１］ヒト角膜内皮面に適した曲率を有することを特徴とする、ヒト角膜内皮細胞シート。
［２］ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体により支持される、上記［１］に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
［３］細胞支持体が、コラーゲンを原料とするシートである、上記［１］または［２］に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
［４］コラーゲンを原料とするシートが、ゼラチンシートである、上記［３］に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
［５］ゼラチンシートの厚みが5〜40 μmである、上記［４］に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
［６］ゼラチンシートが、以下の工程：
（１）ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型に流し込んだゼラチン水溶液をゲル化する工程；
（２）（１）で得られたゲル化ゼラチンを乾燥して、シート状ゼラチンを形成する工程；
（３）（２）で得られたシート状ゼラチンを熱架橋して、ゼラチンシートを得る工程；
により製造されることを特徴とする、上記［４］または［５］に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
［７］ゼラチンシートが、ラミニンまたはアテロコラーゲンでコートされている、上記［４］〜［６］のいずれかに記載のヒト角膜内皮細胞シート。
［８］以下の工程：
（１）ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型に流し込んだゼラチン水溶液をゲル化する工程；
（２）（１）で得られたゲル化ゼラチンを乾燥して、シート状ゼラチンを形成する工程；
（３）（２）で得られたシート状ゼラチンを熱架橋して、ゼラチンシートを得る工程；
（４）（３）で得られたゼラチンシートにヒト角膜内皮細胞を播種し、ヒト角膜内皮細胞層を形成する工程；
を含んでなる、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有するヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
［９］ゼラチン水溶液の濃度が1〜5重量%である、上記［８］に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
［１０］ゲル化ゼラチンの厚みが0.5〜2 mmである、上記［８］または［９］に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
［１１］ゼラチンシートが、ラミニンまたはアテロコラーゲンでコートされている、上記［８］〜［１０］のいずれかに記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
［１２］ゼラチンシートのシート厚みが5〜40 μmである、上記［８］〜［１１］のいずれかに記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
［１３］鋳型がテフロン（登録商標）製の鋳型である、上記［８］〜［１２］のいずれかに記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。

本発明によれば、従来より優れた角膜内皮組織再生医療材料が提供される。

本発明の一実施態様における細胞支持体作製用鋳型の平面図及び断面図、並びに上下の鋳型を重ねた状態での断面図である。曲率ゼラチンシート上に播種7日後のヒト角膜内皮細胞における機能マーカー蛋白質（A: ZO-1、B: Na⁺/K⁺ATPase）の発現を示す図である。平面ゼラチンシート及び曲率ゼラチンシートを移植されたカニクイザルの角膜を示す図である。ラミニンでコーティングした曲率ゼラチンシート（右）と、何もコーティングしていない曲率ゼラチンシート（左）を、倒立顕微鏡下で観察した図である。ヒト角膜内皮細胞シートを移植されたカニクイザルの角膜厚の経日変化を示す図である。

本発明のヒト角膜内皮細胞シートは、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有することを特徴とする。「ヒト角膜内皮面に適した曲率」とは、角膜内皮（あるいはさらにデスメ膜）が除去されたヒト角膜の内表面に該ヒト角膜内皮細胞シートを移植した場合に、該ヒト角膜内皮細胞シートがそのままの形状で該ヒト角膜内表面（移植面）に密着できるような曲率を意味する。ヒト角膜内皮表面はほぼ球面であり、個体によって変動するものの、ヒト角膜内皮面に適した曲率半径として、具体的には、約6〜約10 mm程度が挙げられる。

本発明における「ヒト角膜内皮細胞」とは、ヒト眼球の角膜の最内層に位置する敷石状の細胞であり、またそれらの敷石状の細胞を分離し培養した細胞のことをいう。ヒト角膜内皮細胞は、ヒト角膜内皮より採取してもよいし、未分化細胞（iPS細胞、ES細胞など）を分化誘導して製造したヒト角膜内皮細胞であってもよいし、あるいは株化したヒト角膜内皮細胞であってもよいが、本発明の方法を適用することで得られる角膜内皮細胞シートを角膜移植に用いることを考慮すると、ヒト角膜内皮より採取した初代細胞もしくはその継代細胞であることが望ましい。
ヒト角膜内皮細胞のドナーとしては、角膜は免疫系による認識を免れた隔絶抗原であるとされ、HLAタイプの一致しない場合でも拒絶反応を起こさない場合も多いので、必ずしもレシピエントとHLAタイプが一致している必要はないが、好ましくはHLA-A、HLA-B、HLA-DR及びHLA-Cのうちの１座以上、より好ましくは2座以上、さらに好ましくは3座以上が、レシピエントと一致するヒト個体から採取されたものである。

ヒト角膜内皮よりヒト角膜内皮細胞を採取する方法としては特に限定されず、当業者であれば適宜その方法を選択することが可能である。例えば、ヒト強角膜片よりヒト角膜内皮細胞が付着した状態でデスメ膜を採取した後細切し、コラゲナーゼを含む培地中で5% CO₂、37℃の条件で1〜3時間培養する。その後、遠心洗浄により線維芽細胞などを除去し、トリプシン消化を行うことにより角膜内皮細胞がペレット状のものとして得られる。
上記方法では、コラゲナーゼは、ロッシュ社のコラゲナーゼA、シグマ社のコラゲナーゼタイプIA、ワーシントン社のコラゲナーゼタイプIなどを用いることが可能であり、それぞれ0.2%となるように培地で調製したものを使用する。また培地としては15%牛胎児血清（FCS）および2 ng/mLの塩基性線維芽細胞増殖因子（bFGF）を含むＤＭＥ培地を用いることができる。

本発明のヒト角膜内皮細胞シートとは、上記ヒト角膜内皮細胞を培養することで得られるシート状の構造物のことをいい、当該細胞シートを角膜実質後面に接着させ、移植手術後に視機能が回復するような細胞シートであればよい。すなわち、角膜内皮細胞のみで構成されるシート状の細胞凝集体であってもよいし、角膜内皮細胞と支持体（バイオポリマー膜）とが一緒になってシート状構造を呈したものであってもよい。角膜内皮細胞がシート状構造を呈するために加えられる、あるいは角膜内皮細胞がシート状構造を呈するべく分泌形成する支持体（バイオポリマー膜）としては、生体適合性を有する高分子などが挙げられる。
ヒト角膜内皮面に適した曲率を有するためには、ヒト角膜内皮細胞シートは、ヒト角膜内皮細胞が、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体により支持される構成をとることが望ましい。ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体は、コンタクトレンズ状の薄層シート構造を有する。該支持体シートの外縁により形成される円（略円）の直径は、移植面積に応じて適宜選択されるが、ヒト角膜のサイズを考慮すれば、通常約5〜約12 mm程度である。また支持体シートの曲率半径は通常約6〜約10 mm程度である。支持体シートの厚さは5〜100 μm程度が適当であるが、ヒト角膜のデスメ膜の厚さに近似させることがより好ましく、移植時（膨潤時）の厚さとして約5〜約40 μmであることが好ましく、約5〜約25 μmであることがより好ましい。

本発明における細胞支持体を構成するバイオポリマーは、生体適合性を有する高分子であって、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有するように成型可能な限り特に制限はないが、例えば、コラーゲン、ラミニン、エラスチン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、フィブリノゲン、トロンボスポンジン、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸などの細胞外マトリックス分子、RGDS、ポリカルボフィルと結合したbFGF、ポリカルボフィルと結合したEGF等から選択される1種またはそれ以上の分子からなる高分子複合体を原料とするバイオポリマーが例示される。本発明の細胞支持体は、1種またはそれ以上の上記バイオポリマーを適宜組み合わせてもよい。これらのバイオポリマーの由来は特に限定されず、ヒトだけでなく、ブタ、ウシ、魚などに由来するバイオポリマーを用いることが可能である。

上記バイオポリマーとしてコラーゲンを用いる場合には、ゼラチン製造の過程で酸・アルカリによる変性前のコラーゲン原料から精製することができる。コラーゲン原料としては、I型コラーゲン、II型コラーゲン、III型コラーゲン、IV型コラーゲンなどが例示され、これらを組み合わせて用いることもできる。コラーゲンの由来にも特に限定はない。また、市販のコラーゲン、例えば、細胞培養用のコーティング基質として市販されているもの等を用いることもできる。また、コラーゲンは熱変性やガラス化技術、あるいはペプチドの改変など、種々の条件で調製したものを用いることができ、このようなものとしては例えば、熱変性によって三重らせん構造をほどいてできるゼラチンや、ガラス化工程を経て製造されるビトリゲル、テロペプチドを除いてなるアテロコラーゲン等が挙げられ、これらをコラーゲンを原料とするバイオポリマーとして用いることもできる。

本発明における細胞支持体として好ましくは、上記のコラーゲンを原料とするバイオポリマーが挙げられる。コラーゲンを原料とするバイオポリマーとしては、上記ゼラチン、ビトリゲル、アテロコラーゲンなどが挙げられるが、なかでもゼラチンが特に好ましい。ゼラチンは、主として牛骨および牛皮、豚皮を原料として製造されるが、鮭などの魚の皮や鱗を原料とする場合もあり、その由来については特に限定されない。これらの原料からゼラチンを抽出・精製する方法は周知である。また、市販のゼラチンを用いることもできる。

免疫活性のないアテロコラーゲンも、移植の観点から特に好ましく用いることができる。アテロコラーゲンは、動物の皮膚、骨、血管、腱などの結合組織から分離して得られたものであって、コラーゲン分子間で架橋している短繊維状のいわゆる不溶性コラーゲンをペプシンなどのタンパク質分離酵素やアルカリなどで処理して、コラーゲン分子の両末端に存在し架橋に関与しているテロペプチドを切断消化して得られたものである。ウシ由来のアテロコラーゲンを用いる場合は、BSE感染リスクのない皮膚由来のアテロコラーゲンを用いることが好ましい。また、アテロコラーゲンは、市販品としては、高研（株）製のアテロコラーゲン粉末、アテロコラーゲン溶液が挙げられる。また、高研（株）製のアテロコラーゲン溶液としては、IAC-30、IAC-50（ウシ真皮由来のコラーゲン酸性溶液）、MEN-02、HAN-02、DME-02（ウシ真皮由来のコラーゲン中性溶液）が挙げられる。アテロコラーゲンは支持体の単一成分として用いることもできるし、その他のバイオポリマー支持体をアテロコラーゲンでコーティングして用いることもできる。

さらに、細胞支持体として上記したコラーゲンを原料とするバイオポリマーが用いられる場合、バイオポリマー支持体を、アテロコラーゲン以外の細胞外マトリックス成分でコーティングして用いることもできる。このような細胞外マトリックス成分としては、コラーゲン（ゼラチン）に親和性を有する細胞外マトリックス分子が好ましく、例えばラミニン、エラスチン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、フィブリノゲンなどの細胞外マトリックス分子が挙げられる。なかでも曲率を有する角膜内皮細胞シートを良好に製造する観点から、ラミニンが好ましく用いられ、そのなかでもラミニン−５（ラミニン３３２）がより好ましく用いられる。曲率を有するバイオポリマー支持体をラミニンでコーティングすることで、より好適なヒト角膜細胞シートを製造することができる。コーティングの方法は特に制限されないが、例えば、ラミニン等の細胞外マトリックス分子を適当な濃度で溶媒（例: PBS、酢酸等）に溶解し、該溶液中に細胞支持体を浸漬してインキュベートする方法、該溶液を適当な器具を用いて細胞支持体上に塗布、スプレー等する方法などが挙げられる。

コラーゲンを原料とするバイオポリマーを、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体に成型する手段としては、例えば、ゼラチン等のバイオポリマーの溶液を、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型に流し込み、低温下（例、4℃）でゲル化させた後、乾燥する方法が挙げられる。バイオポリマーとして、ゼラチン等のコラーゲンを原料とするバイオポリマーを使用する場合のバイオポリマー溶液の濃度としては、特に制限はないが、好ましくは約1〜約5重量%の範囲内で適宜選択することができる。
鋳型としては、例えば、アクリル製、テフロン（登録商標）製、シリコン製等の鋳型を用いることができるが、これらに限定されない。バイオポリマーをこれらの鋳型に流し込んだ後にゲル化を行い、乾燥工程を経てシートを作製する。乾燥後のシートは極めて薄いため、シートが破れることなく容易に鋳型から外すことができるテフロン（登録商標）製の鋳型が好ましく用いられ得る。ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型は、例えば、図１に示すように、同じ曲率半径の凹凸を有する上下2つの鋳型を作製し、下側の鋳型にバイオポリマー溶液を流し込み、上側の鋳型で蓋をして固化することにより、所望の細胞支持体ゲルに成型することができる。コラーゲンを原料とするバイオポリマーの細胞支持体シートを作製する場合、鋳型により成型された段階での支持体ゲルの厚さを、例えば、約0.5〜約2mmの間で適宜設定することができる。ゲル化されたゼラチンやコラーゲン等を、次いで乾燥することにより、シート状とすることができる。乾燥は、例えば、クリーンベンチ内などの無菌条件下で風乾により行うことができる。

上記バイオポリマーは、溶液状態または成形したシートに架橋を施したものであることもまた好ましい。架橋は、加熱や、紫外線もしくはγ線照射による物理的架橋法、水溶性カルボジイミドなどの縮合剤を用いた化学的架橋法により行うことができる。架橋法、縮合剤の濃度、処理時間、反応温度などを変えることにより所望の厚さの細胞支持体シートを得ることができる。

本発明の特に好ましい態様においては、細胞支持体としてゼラチンシートが用いられるが、ゼラチンシートとヒト角膜内皮細胞との接着を促進するために、コラーゲン（特に、移植の観点から、免疫活性のないアテロコラーゲン）でゼラチンシートをコーティングすることがより好ましい。アテロコラーゲンとしては上記のものを同様に用いることができる。ゼラチンシートのアテロコラーゲンコーティングは、例えば、約1〜約5重量%のアテロコラーゲン溶液中に上記のようにして作製されたゼラチンシートを浸漬し、20〜50℃、好ましくは30〜40℃程度で、0.5〜3時間程度インキュベートすることにより行うことができる。

このようにして得られた、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体シートに、ヒト角膜内皮細胞を積層してなるヒト角膜内皮細胞シートは、例えば、以下の方法により作製することができる。

（１）ヒト角膜内皮細胞の前培養
上記のようにしてヒト角膜内皮より採取したヒト角膜内皮細胞は、動物細胞の培養に一般的に使用されるD-MEM、MEM等の基礎培地中で培養（初代培養）することができる。例えば、低グルコース濃度の培地（D-MEM等）にウシ胎児血清 (FBS) 5〜15%、成長因子等を含有することが好ましい。ここで、培地に含有させるグルコース濃度は、通常のグルコース濃度よりも低濃度であり、2.0 g/L 以下、例えば0.1〜2.0 g/L、好ましくは0.1〜1.0 g/Lである。また、成長因子としては肝細胞増殖因子（HGF）、上皮成長因子（EGF）、組換えEGF（rEGF）、線維芽細胞増殖因子（FGF）等が挙げられ、1つ又は複数の因子を適宜組み合わせて培地に含有させることができる。これらの成長因子の含有濃度は、通常1〜100ng/mL、好ましくは2〜5 ng/mLである。さらに、上記培地組成に加えて、必要に応じてドキシサイクリン（doxycycline）等の防腐剤、ファンギゾン(Fungizone)等の防カビ剤を添加することもできる。さらに、1.0〜3.0%程度、好ましくは1.0〜2.0%のヒアルロン酸（ヒアルロン酸ナトリウム）を添加することもできる。

ヒト角膜1眼より大量の角膜内皮細胞を調製するには、上記の培地成分に加えて、アスコルビン酸誘導体を培地に添加すればよい。アスコルビン酸誘導体としては、角膜内皮細胞の増殖能を高める限り特に限定されないが、例えばアスコルビン酸2-リン酸、アスコルビン酸2-二リン酸、アスコルビン酸2-三リン酸、アスコルビン酸2-ポリリン酸などのアスコルビン酸リン酸類；アスコルビン酸2-リン酸ジエステル、アスコルビン酸2-リン酸6-パルミチン酸、アスコルビン酸2-リン酸6-ミリスチン酸、アスコルビン酸2-リン酸6-ステアリン酸、アスコルビン酸2-リン酸6-オレイン酸、アスコルビン酸2-グルコシド、アスコルビン酸2-グルコシド6-パルミチン酸、アスコルビン酸2-グルコシド6-ミリスチン酸、アスコルビン酸2-グルコシド6-ステアリン酸、アスコルビン酸2-グルコシド6-オレイン酸、アスコルビン酸2-硫酸などのアスコルビン酸エステル類、L-アスコルビン酸アルキルエステル、L-アスコルビン酸リン酸エステル、L-アスコルビン酸硫酸エステル等が挙げられる。
上記したアスコルビン酸誘導体の塩である、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属との塩、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属との塩も、アスコルビン酸誘導体に包含される。中でも、特に角膜内皮細胞の増殖能を高めるものとして、アスコルビン酸2-リン酸が好ましい。

培養液中のアスコルビン酸誘導体の含有量は、角膜内皮細胞の増殖能が高まる限り、または角膜移植に適用可能な角膜内皮細胞シートが得られる限り特に限定されず、当業者であれば適宜決定することが可能である。しかしながら、一般的な指針としては、角膜内皮細胞の大量培養の観点から通常5〜1,000 μg/mL、より好ましくは20〜100 μg/mLである。

培養は、マトリゲル、コラーゲン等のマトリクスでコーティングした培養容器（例えば、ディッシュ、ペトリディッシュ、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、マイクロプレート、マイクロウエルプレート、マルチプレート、マルチウエルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック等）中で付着培養により行うことができる。
培養温度は35〜38℃、好ましくは37℃である。そして、90〜100%湿潤（好ましくは100%湿潤）、5〜15% CO₂（好ましくは10% CO₂）のインキュベータ内で培養する。培養は、細胞が集密（コンフルエント）になった段階（定常状態1〜5日程度）まで行うことができる。

ヒト角膜内皮細胞の初代培養は、細胞がコンフルエントに達した時点で継代される。例えば、細胞をPBSで洗浄後、トリプシン/EDTAにて分散させ、遠心し、上記と同様の培地を含む培養容器に、500〜60,000細胞/cm²の細胞密度となるように播種し、上記の培養条件で培養する。細胞がコンフルエントに達した時点で同様の継代操作を繰り返す。ヒト角膜内皮細胞シートの作製に用いる細胞の継代回数は特に制限はないが、好ましくは1〜5回程度継代したものが用いられる。

（２）ヒト角膜内皮細胞の播種
上記のようにして調製されたヒト角膜内皮細胞を、前記ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体シート上に播種し、培養することにより、本発明のヒト角膜内皮細胞シートが得られる。細胞播種に際しては、細胞支持体シートの凸面を下にしてプレート上に支持体シートを静置する。例えば、コーニング社のトランズウェルプレート（12 mm径のメンブレンを有するSnapwell insertsを有するものが好ましい）のメンブレンを細胞支持体シートで置換したものを用いることができる。このときに細胞支持体の底面が培養ディッシュに接触するようにして固定する。このようにして固定した細胞支持体は、平面からなる培養ディッシュに接触している部分において微細な凹凸が発生している。このように調整した細胞支持体シート上にピペット等を用いて細胞懸濁液を上から滴下することにより細胞を播種する。播種直後は細胞支持体の凹凸により細胞が不均一に接着するが、驚くべきことに培養を続けるうちに均一なヒト角膜内皮細胞層（好ましくは単層）が生じる。

細胞支持体シート上に細胞を播種する際には、播種後に細胞を増殖させるよりもむしろ細胞を高密度に播種するほうが品質の高い移植用角膜細胞内皮シートを作製できる（播種密度：2,000〜8,000個/mm²、好ましくは4,000〜6,000個/mm²）。このため、細胞支持体シート上に播種する時点ではアスコルビン酸誘導体は必ずしも必要ではなく、一般的に使用されるDME培地、MEM等を用いることができ、例えば、低グルコース濃度の培地（DME培地等）に、牛胎児血清（FCS）、上述の成長因子等を含有させたものを用いることができる。例えば、15%牛胎児血清および2 ng/mLのbFGFを含むDME培地を用いて1ないし2週間以上培養させることが、未培養の角膜内皮細胞と同等の機能（バリア機能、ポンプ機能、細胞接着能）を得る観点から好ましい。

細胞支持体シート上に細胞を播種する前に、該細胞支持体シートをアテロコラーゲンやラミニンといった細胞外マトリックス成分でコーティングして用いることもできる。特にアテロコラーゲンやラミニンでコーティングすることによって、驚くべきことに細胞が特定の位置に集積することなく、ゼラチン単独の場合よりもさらに均一な単層構造を形成し、しかも細胞が剥離することのない、あるいは細胞がより高密度に成形されたヒト角膜内皮細胞シートを製造することができる。このように製造された好適なヒト角膜内皮細胞シートは、未培養の角膜内皮細胞と同等あるいはそれ以上の機能（バリア機能、ポンプ機能、細胞接着能など）を有する。

こうして得られるヒト角膜内皮細胞シートは、細胞支持体上に均一なヒト角膜内皮細胞層（好ましくは単層）を有し、角膜内皮細胞としての機能（バリア機能、ポンプ機能、細胞接着能）を生体内の細胞と同等に保持し、かつ正常なヒト眼の角膜内皮と同等（3,000細胞/mm²）以上の細胞密度を有する。

このようにして製造されたヒト角膜内皮細胞シートは、自体公知の方法、例えば、角膜全体を取り外して角膜内皮細胞シートを貼り付けた後にもとに戻す方法（Hitani, K. et al., Mol. Vis. 2008 14: 1-9）や、強角膜切開を行い、シリコンシートで培養角膜内皮細胞シートを包み込んだ状態で、切開部位からセッシで前房内に運び入れる方法（Mimura, T. et al., Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2004 45: 2992-7）等により、角膜実質裏面に移植することができる。しかしながら、これらの移植方法は高度な術者の技量が必要とされる上、高い侵襲を伴い、また移植時に角膜内皮細胞に障害を与えてしまうという欠点がある。
したがって移植の際には、その操作を簡便に行うべく、使用時まで無菌環境下で角膜内皮細胞の生存を維持させることが可能であって、移植時には術者の技量にできるだけ左右されることなく眼球内の移植部位へ該シートを非侵襲的に誘導することが可能な移植用器具に格納することが望ましい。そのような移植用器具としては特に限定されないが、例えば、国際公開第2011/096593号パンフレットに記載される移植用器具を好ましく用いることができる。

以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はいかなる意味においてもこれらに限定されるものではない。

2% ゼラチン溶液の作製
操作は清潔なクリーンベンチ（安全キャビネット）内で行うのが望ましく、使用する容器や器具もすべて滅菌されたものもしくは滅菌された使い捨て（ディスポーザブル）タイプのものを使用した。新田ゼラチン社のビーマトリックスゼラチンLS-H粉末を2.0 g秤量し、ボトルに採取した。注射用水を100 mL添加し室温で1時間振盪させた後、50℃の恒温槽で30分間振盪しながら溶解させた。室温で冷ました後、4℃で保存した。

曲率ゼラチンシートの調製
4℃で保存していた2%ゼラチンを37℃の恒温槽で溶解させた。図1のように設計して作製した曲面を有するテフロン（登録商標）鋳型の蓋をはずし、凹面に2%ゼラチン溶液を600 μL流し入れて面全体にいきわたらせ、蓋をして4℃で1日冷やしゲル化した。ピンセットを用いて鋳型の蓋をゆっくりと開け、ゲル化したゼラチンをクリーンベンチ（安全キャビネット）内で2日間乾燥させた。乾燥後シート状になったゼラチンを鋳型よりゆっくり剥がし、真空乾燥装置内で140℃、72時間架橋処理を行った。比較対象物として平面の鋳型を用いて同様の方法にて平面ゼラチンシートを作製した。架橋処理後のゼラチンシートは-30℃で保存した。

ゼラチンシート貼り付け
35 mmディッシュへ注射用水を5 mLそそぎ、曲率ゼラチンシートをあらかじめ1日膨潤させておいた。コーニングトランズウェル（#3801）よりメンブレンのついたインサートを取り出し、ピンセットを用いてインサートよりメンブレンを取り除いた。35 mmディッシュへ注射用水を5 mLそそぎ、水で膨潤させておいた曲率ゼラチンシートの凸面を上にして浮かべた。メンブレンを除去したリングを曲率ゼラチンシートの下にいれ、リングとシートの円周を合わせたうえで注射用水を抜き取った。ピンセットでシートのシワをのぞき、クリーンベンチ（安全キャビネット）内で風乾させた。リングと曲率シートをＯリングで固定した後、トランズウェルにセットし、増殖培地で膨潤させた。

ラミニンコートされたゼラチンシートの作製
曲率ゼラチンシート貼り付け済みのトランズウェル（注射用水にて膨潤済）より注射用水を除去し、曲率シートの凹部にPBSを160 μL添加した。さらにPBS中にラミニン溶液(rLAMININ-5: オリエンタル酵母工業株式会社)を最終濃度が5 μg/mL となるよう添加して混和し、37℃で2時間インキュベートした。PBS 5 mLで2回洗浄した後、増殖培地を添加した。

ヒト角膜内皮細胞の採取、初代培養
35 mmペトリディッシュにヒト強角膜片を移し、内皮面を15%牛胎児血清（FCS）及び2 ng/mL塩基性繊維芽細胞増殖因子（bFGF）を含むDME培地（以下基礎培地と記載）で洗浄した。
微細なセッシを用いて、角膜内皮をデスメ膜ごと角膜の内面の周辺部から中心へ向かってシート状に剥ぎ取り、35mmペトリディッシュに移した。ペトリディッシュ上で角膜内皮細胞が付着したデスメ膜片をさらに2 mm角程の小片に細切後、低吸着遠心チューブ（住友ベークライト（株）製）に回収し、0.2%のコラゲナーゼ（商品名：コラゲナーゼA、コラゲナーゼ活性：>0.15 U/mg、ロシュ（Roche）（株）製)を含む基礎培地中で、37℃、5% CO₂で1〜3時間インキュベートした。
コラゲナーゼ処理した細胞を基礎培地で希釈し、20xg、2分間の遠心洗浄を3回繰り返し、上清に浮遊する細胞を除去した。次にリン酸緩衝生理食塩水（PBS）で希釈し、同様に20xg、2分間の遠心洗浄を1回行った後、沈殿した細胞塊に0.5%トリプシン/0.2%エチレンジアミン四酢酸（EDTA）を加え、37℃、5% CO₂で5分間インキュベートした。基礎培地を加え、500xg、5分間の遠心をすることにより細胞ペレットを得た。得られた細胞ペレットを、100 μg/mLアスコルビン酸2-リン酸（和光純薬（株）製）を含む基礎培地に再懸濁後、下記の方法で作製したディッシュ上に、それぞれ播種し、37℃、5% CO₂のインキュベータ内で2〜4週間、2〜3日毎に培地を交換しながら培養した。

アテロコラーゲンコートディッシュの作製
2%アテロコラーゲンインプラント（高研（株）製）を10 mM酢酸で400倍希釈し、50 μg/mLのアテロコラーゲンインプラント溶液を調製した。35 mmディッシュに1 mL加え、37℃で1時間放置後、2 mLのPBSで2回洗浄することによりアテロコラーゲンでコートされたディッシュを作製した。

ヒト角膜内皮細胞の継代培養
上記実施例５で得たドナーの初代培養細胞を、それぞれ次の通りに継代培養した。
初代培養細胞をPBSで洗浄後、0.5%トリプシン/0.2% EDTAで分散させた。これに基礎培地を加え、500xgで5分間遠心した後、100 μg/mLアスコルビン酸2-リン酸を含む基礎培地に懸濁し、上記実施例５と同様の方法で作製したアテロコラーゲンでコートされたディッシュ上に、1,000個/cm²の細胞密度でそれぞれ播種し、37℃、5% CO₂で培養した。細胞がコンフレントになった時点で同様の継代操作を繰り返した。

ヒト角膜内皮細胞シートの作製（１）
曲率ゼラチンシート貼り付け済みのトランズウェル（培地膨潤済）より培地を除去した。上記実施例６と同様に50 μg/mLアテロコラーゲンインプラント溶液を調製し、1ウェルあたり5 mL加え、37℃で1時間放置した。アテロコラーゲンインプラント溶液を除去した後、1ウェルあたり5 mLのPBSで2回洗浄し、培地5 mLを添加した。
継代培養された細胞を、1×10⁶細胞/mLに調製し、曲率シートの凹面より培地を取り除いた後、細胞懸濁液を416μL添加した。37℃、5% CO₂の環境下で7日間培養した。
その結果、生体内の内皮細胞と同様の単層構造が認められた。免疫染色により機能マーカータンパク質（図２A: ZO-1、図２B: Na⁺/K⁺ATPase）の発現も生体内の内皮細胞と同等であった。密度計算をしたところ3,000細胞/mm²以上であった。

ヒト角膜内皮細胞シートの作製（２）
実施例４で得られたラミニンコート済の曲率ゼラチンシートより増殖培地を除去し、新しい増殖培地を4 mL添加した。継代培養された細胞を1×10⁶ cells/mLとなるように基礎培地に懸濁し、曲率シートの凹面より培地を取り除いた後、該細胞懸濁液を416 μL添加した。37℃、5% CO₂の環境下で7日間培養した。
その結果、生体内の内皮細胞と同様の単層構造が認められた。免疫染色による機能マーカータンパク質の発現も、生体内の内皮細胞や上記（１）の場合と同等であった。

（１）平面シートと曲率シートとの比較
実施例２で作製した曲面及び平面のゼラチンシートを35 mmペトリディッシュ上に置き注射用蒸留水に浸して一晩膨潤した。膨潤シートをトリパンブルーで染色後、6 mmトレパンで切り出し、シート移植用インジェクター内にシートを充填した。カニクイザルにメスで角膜トンネルを作製し、前房内にインジェクターを挿入、インジェクター挿入孔の反対側に作製したサイドポートよりDSAEK鑷子を挿入し、シートをインジェクターより引き出した。空気を注入することによりシートを角膜裏面に貼り付け、切開創を10-0ナイロン縫合糸で縫合し、眼瞼縫合して終了とした。図３に示すように、従来法である平面のゼラチンシートを移植した時にはシートの外周部分に皺が発生した（皺部分を矢印で示す）。一方、本発明品である曲面シートを移植した時にはシートに皺は発生せず角膜裏面に密着した。
（２）ラミニンコートした曲率シートの観察
上記実施例４および９に記載の方法で、曲率ゼラチンシートをラミニンでコーティングし、該シートに細胞を播種することでヒト角膜内皮細胞シートを作製した。比較のために、何もコーティングしていない曲率ゼラチンシートにも細胞を播種した。それぞれのヒト角膜内皮細胞シートを倒立顕微鏡下で観察したところ、何もコーティングしていない単なるゼラチンシートに播種した場合は、ロットによって部分的に細胞の剥離が認められたが（図４左）、ラミニン-5コートでは、細胞が剥離することは全くなかった（図４右）。こうして得られた曲率シートは、均一なヒト角膜内皮細胞層であり、正常なヒト眼の角膜内皮と同等（3,000細胞/mm²）以上の細胞密度を有していた。また生体内の細胞と同等またはそれ以上の角膜内皮細胞としての機能（バリア機能、ポンプ機能、細胞接着能）を保持していると考えられた。
この結果は、単なるゼラチンシートよりも、ラミニンでコーティングしたゼラチンシートを用いた方が、移植により適したヒト角膜内皮細胞シートが得られることを示している。

ヒト角膜内皮細胞シートの移植
カニクイザルにメスで角膜トンネルを作製し、20Gソフトテーパードニードルで中央部分の内皮（直径8 mm程度）を掻破した。前房内に粘弾性物質を注入し、I/A洗浄した。眼内灌流液で5倍希釈したトリパンブルー溶液を前房内に注入後、I/A洗浄し、内皮細胞が十分に除去されていることを確認した。実施例７のトランズウェルに固定された細胞シートをトランズウェルごと取り出し、35 mmペトリディッシュ上に置いた。トリパンブルーで染色後、6 mmトレパンで切り出した。シートを無血清培地で洗浄し、その後培地成分は除去した。シート上に粘弾性物質を塗布した。再び35 mmペトリディシュに無血清培地を満たし、シート移植用インジェクター内にシートを充填した。前房内にインジェクターを挿入、インジェクター挿入孔の反対側に作製したサイドポートよりDSAEK鑷子を挿入し、シートをインジェクターより引き出した。空気を注入することによりシートを角膜裏面に貼り付け、切開創を10-0ナイロン縫合糸で縫合し、眼瞼縫合して終了とした。その後1週間毎に角膜厚を測定し、浮腫の状態を観察した。比較対照としてシート無移植群とシートのみ移植群を用いた。
図５に術後4週までの角膜厚の推移を示す。コントロール（シート無移植、シートのみ）と比べ、ヒト細胞シート移植群では角膜厚が薄くなっておりその有効性が明らかとなった。

本発明のヒト角膜内皮細胞シートは、角膜内皮面に適合した曲率を有することで、従来の平面の角膜内皮細胞シートを移植した場合に比べて、顕著に優れた効果を奏するので、新規な角膜内皮組織再生医療材料として有用である。

本出願は、２０１２年１２月２７日付で日本国に出願された特願２０１２−２８６０５０を基礎としており、ここで言及することにより、その内容はすべて本明細書に包含される。

Claims

ヒト角膜内皮面に適した曲率を有することを特徴とする、ヒト角膜内皮細胞シート。
ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する細胞支持体により支持される、請求項１に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
細胞支持体が、コラーゲンを原料とするシートである、請求項１または２に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
コラーゲンを原料とするシートが、ゼラチンシートである、請求項３に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
ゼラチンシートの厚みが5〜40 μmである、請求項４に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
ゼラチンシートが、以下の工程：
（１）ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型に流し込んだゼラチン水溶液をゲル化する工程；
（２）（１）で得られたゲル化ゼラチンを乾燥して、シート状ゼラチンを形成する工程；
（３）（２）で得られたシート状ゼラチンを熱架橋して、ゼラチンシートを得る工程；
により製造されることを特徴とする、請求項４または５に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
ゼラチンシートが、ラミニンまたはアテロコラーゲンでコートされている、請求項４〜６のいずれか一項に記載のヒト角膜内皮細胞シート。
以下の工程：
（１）ヒト角膜内皮面に適した曲率を有する鋳型に流し込んだゼラチン水溶液をゲル化する工程；
（２）（１）で得られたゲル化ゼラチンを乾燥して、シート状ゼラチンを形成する工程；
（３）（２）で得られたシート状ゼラチンを熱架橋して、ゼラチンシートを得る工程；
（４）（３）で得られたゼラチンシートにヒト角膜内皮細胞を播種し、ヒト角膜内皮細胞層を形成する工程；
を含んでなる、ヒト角膜内皮面に適した曲率を有するヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
ゼラチン水溶液の濃度が1〜5重量%である、請求項８に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
ゲル化ゼラチンの厚みが0.5〜2 mmである、請求項８または９に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
ゼラチンシートが、ラミニンまたはアテロコラーゲンでコートされている、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
ゼラチンシートのシート厚みが5〜40 μmである、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。
鋳型がテフロン（登録商標）製の鋳型である、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のヒト角膜内皮細胞シートの製造方法。