JPWO2015178397A1

JPWO2015178397A1 - インスリン産生細胞の分化誘導方法

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Publication number: JPWO2015178397A1
Application number: JP2016521118A
Authority: JP
Inventors: 昭苑粂; 伸明白木
Original assignee: Kumamoto University NUC; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Kumamoto University NUC; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: EP3147356A4; US20170081639A1; EP3147356B1; US10457916B2; EP3147356A1; WO2015178397A1; JP6596708B2

Abstract

本発明の目的は、ゼノフリー培養系でのインスリン産生細胞を効率的に分化誘導する方法を提供することである。（１）幹細胞を、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ阻害剤を含む培地で培養し、次いで、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤を含む培地で培養する工程、（２）前記工程（１）で得られた細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、（３）前記工程（２）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養する工程、（４）前記工程（３）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養する工程、および（５）前記工程（４）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤を含む培地で培養する工程が提供される。

Description

本発明は、ゼノフリー培養系でのインスリン産生細胞の分化誘導方法に関する。本発明はさらには、該方法により得られたインスリン産生細胞、並びにそれを用いた医薬品および医薬のスクリーニング方法に関する。

糖尿病は慢性の高血糖が特徴の生涯疾患である。Ｉ型糖尿病は、膵臓のインスリン産生β細胞の自己免疫破壊によって引き起こされ、その治療は、インスリン投与のみに依存している。死体ドナーからの膵島移植が糖尿病治療の有望な方法であるが、死体の膵臓からの膵島移植は、その取得が困難であるために、インスリンを発現するβ細胞の作製のための代替の細胞源が期待されている。

ヒト胚性幹（ｈＥＳ）細胞およびヒト人工多能性幹（ｈｉＰＳ）細胞などのヒト多能性幹細胞は、無制限の複製能および体細胞のすべての主要な系統に分化する能力を有している。したがって、それらの細胞は、インスリン産生膵臓β細胞の作製のための潜在的な材料と考えられている。また、それらの細胞は、細胞療法および薬物発見における使用について大きな可能性を有している。種々のインビトロフィーダー細胞培養系（非特許文献１〜４）またはフィーダーフリーの培養系（非特許文献５〜９）を用いたヒトＥＳ／ｉＰＳ細胞からの膵臓内分泌細胞の作製について多くの研究が報告されている。ヒトＥＳまたはｉＰＳ細胞から内胚葉または膵臓細胞系統への分化に関する研究では、アクチビン、ＦＧＦ、レチノイン酸（ＲＡ）による刺激、およびヘッジホッグ（hedgehog）、ＢＭＰおよびＴＧＦ−βシグナルの阻害が、内胚葉または膵臓の運命への分化を促進することが示されている（非特許文献１〜５、１０）。膵臓分化を模倣するように段階的な分化プロトコルが設計されて、これまでにヒトＥＳまたはｉＰＳ細胞からのインスリン発現細胞の作製が成功している。

しかし、今日までのインビトロでヒトＥＳ／ｉＰＳ細胞から作製された膵β細胞様細胞は、殆どがポリホルモン性（polyhormonal）であり、機能的に成熟したβ細胞の特性であるグルコース刺激性インスリン分泌（ＧＳＩＳ）については限定的な能力しか示していない（非特許文献６，８，１０，１１；特許文献１，２）。さらに、β細胞の作製における化学的に未定義の原材料の使用は、将来の臨床応用にとって問題となる。従って、定義されたゼノフリーの培養系を用いた、ｈｉＰＳ細胞からの機能的でありそして最終分化した内分泌細胞型のβ細胞を作製する方法の開発が非常に望まれていた。

特表２０１１−０８１２２２号公報特表２０１３−５１５４８０号公報

Kunisadaら, Stem Cell Res 2012; 8:274-284 Chenら, Nat Chem Biol 2009; 5:258-265 Kroonら, Nat Biotechnol 2008; 26: 443-452 D’Amourら, Nat Biotechnol 2006; 24:1392-1401 Rezaniaら, Diabetes 2012; 61: 2016-2029 Zhangら, Cell Res 2009;19:429-438 Jiangら, Cell Res 2007; 17:333-344 Jiangら, Stem Cells 2007; 25:1940-1953 Shiら, Stem Cells 2005; 23:656-662 Mfopouら, Gastroenterology 2010; 138:2233-2245 Shirakiら, Genes Cells 13, 731-746. (2008) Martin ら, Nat Med 2005; 11:228-232

本発明の目的は、ゼノフリー培養系でのインスリン産生細胞を効率的に分化誘導する方法を提供することである。特には、ヒトＥＳ細胞やｉＰＳ細胞などの幹細胞をより効率的に膵臓β細胞様細胞へと分化誘導することによって、機能的なインスリン産生細胞を安定に分化誘導することである。本発明の目的はさらには、本発明の方法により得られたインスリン産生細胞を用いた医薬品および医薬のスクリーニング方法を提供することである。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、段階的に分化誘導因子の種類およびその組合せを変えることによって、より効率的に幹細胞からインスリン産生細胞を分化誘導できることを見出し、本発明を完成した。より具体的には、本発明者らは、ＮＯＧＧＩＮとＩＢＭＸが協同的に働くことにより、幹細胞をより効率的に、インスリン分泌促進物質および高血糖に反応してＣ−ペプチドを分泌する機能的に成熟したインスリン産生細胞に分化誘導できることを見出し、本発明を完成した。本発明の一つの態様として、ｈｉＰＳ細胞をインスリン産生細胞へインビトロで効率的に分化誘導する５つのステップのゼノフリー（xeno-free）培養系が提供される。

すなわち、本発明は以下を提供する。
［１］幹細胞を、以下の工程（１）〜（５）で培養することを特徴とする、インスリン産生細胞の分化誘導方法：
（１）幹細胞を、（１−１）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ３阻害剤を含む培地で培養し、次いで、（１−２）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤を含む培地で培養する工程、
（２）前記工程（１）で得られた細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、
（３）前記工程（２）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）を含む培地で培養する工程、
（４）前記工程（３）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにプロテインキナーゼＣ活性化因子）を含む培地で培養する工程、および
（５）前記工程（４）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤（、好ましくはさらに、ＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子のいずれか１以上、より好ましくは２以上、特に好ましくは全て）を含む培地で培養する工程。
［２］前記工程（１−２）の培地が、実質的にＧＳＫ３阻害剤を含まない培地である、上記［１］に記載の分化誘導方法。
［３］前記工程（３）および（４）におけるＢＭＰシグナル伝達阻害剤がＮＯＧＧＩＮであり、工程（５）のホスホジエステラーゼ阻害剤がＩＢＭＸである、上記［１］または［２］に記載の分化誘導方法。
［４］工程（３）および工程（４）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、少なくとも１００ｎｇ／ｍＬ以上である、上記［３］に記載の分化誘導方法。
［５］工程（３）および工程（４）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、少なくとも２００〜５００ｎｇ／ｍＬである、上記［４］に記載の分化誘導方法。
［６］工程（３）が、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、ＢＭＰシグナル伝達阻害剤およびＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤を含み、工程（４）が、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、ＢＭＰシグナル伝達阻害剤、およびプロテインキナーゼＣ活性化因子を含み、工程（５）が、ホスホジエステラーゼ阻害剤、ＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子を含む、上記［１］〜［５］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
［７］工程（３）におけるレチノイン酸アゴニストがレチノイン酸であり、工程（２）および（３）におけるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤がＫＡＡＤ−シクロパミンである、上記［１］〜［６］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
［８］工程（３）におけるＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤がＳＢ４３１５４２であり、工程（５）におけるＧＬＰ−１受容体アゴニストがエキセンジン−４である、上記［６］または［７］に記載の分化誘導方法。
［９］上記工程（１）〜（５）の全てを、ゼノフリー培養系で行うことを特徴とする、上記［１］〜［８］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。

［１０］幹細胞由来の内胚葉細胞を、以下の工程（ａ）〜（ｄ）で培養することを特徴とする、インスリン産生細胞の分化誘導方法：
（ａ）内胚葉細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）を含む培地で培養する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにプロテインキナーゼＣ活性化因子）を含む培地で培養する工程、および
（ｄ）前記工程（ｃ）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤（、好ましくはさらに、ＧＬＰ−１受容体のアゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子のいずれか１以上、より好ましくは２以上、特に好ましくは全て）を含む培地で培養する工程。
［１１］前記工程（ｂ）および（ｃ）におけるＢＭＰシグナル伝達阻害剤がＮＯＧＧＩＮであり、工程（ｄ）のホスホジエステラーゼ阻害剤がＩＢＭＸである、上記［１０］に記載の分化誘導方法。
［１２］工程（ｂ）および工程（ｃ）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、少なくとも１００ｎｇ／ｍＬ以上である、上記［１１］に記載の分化誘導方法。
［１３］工程（ｃ）および工程（ｄ）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、２００〜５００ｎｇ／ｍＬである、上記［１２］に記載の分化誘導方法。
［１４］工程（ｂ）が、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、ＢＭＰシグナル伝達阻害剤およびＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤を含み、工程（ｃ）が、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、ＢＭＰシグナル伝達阻害剤、およびプロテインキナーゼＣ活性化因子を含み、工程（ｄ）が、ホスホジエステラーゼ阻害剤、ＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子を含む、上記［１０］〜［１３］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
［１５］工程（ｂ）におけるレチノイン酸アゴニストがレチノイン酸であり、工程（ａ）および（ｂ）におけるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤がＫＡＡＤ−シクロパミンである、上記［１０］〜［１４］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
［１６］工程（ｂ）におけるＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤がＳＢ４３１５４２であり、工程（ｄ）におけるＧＬＰ−１受容体アゴニストがエキセンジン−４である、上記［１４］または［１５］に記載の分化誘導方法。
［１７］上記工程（ａ）〜（ｄ）の全てを、ゼノフリー培養系で行うことを特徴とする、上記［１０］〜［１６］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
［１８］幹細胞が、人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）またはヒトの体性幹細胞である上記［１］〜［１７］のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
［１９］上記［１］〜［１８］のいずれか一つに記載の方法で得られたインスリン産生細胞。
［２０］上記［１９］の細胞を含む医薬組成物。
［２１］上記［１］〜［１８］のいずれか一つに記載の方法で得られたインスリン産生細胞を用いることを特徴とする糖尿病治療薬のスクリーニング方法。
［２２］インスリン産生細胞を被験物質とともに培養する工程を含む、上記［２１］に記載のスクリーニング方法。
［２３］さらに細胞によるインスリン分泌を検出する工程を含む、上記［２２］に記載のスクリーニング方法。

本発明によれば、より効率的に幹細胞からインスリン産生細胞を分化誘導することができる。本発明により分化誘導されたインスリン産生細胞は、糖尿病等の疾患の予防および／または治療に有用な化合物のスクリーニングに用いることができる。また、本発明の分化誘導方法により得られるインスリン産生細胞は、糖尿病等の疾患を治療するための細胞医療に用いることができる。

ゼノフリー条件で継代した未分化ｈｉＰＳ細胞の形態を示した写真である。Ｐ３は３継代、Ｐ１５は１５継代、Ｐ２７は２７継代培養した後のそれぞれの形態を示している。スケールバー＝１ｍｍ。本発明のゼノフリー系での分化の５段階のプロトコルの一態様の概略を示している。胚体内内胚葉細胞（ＤＥ；ステージ１）、原腸管細胞（ＰＧ；ステージ２）、膵臓前駆細胞（ＰＰ；ステージ３）、内分泌前駆細胞（ＥＰ；ステージ４）、および内分泌細胞（ＥＣ；ステージ５）への分化工程の模式図である。それぞれの略称は以下の通りである：Ａｃｔ（アクチビンＡ）、ＣＨＩＲ９９０２１（ＧＳＫ３β特異的阻害剤）、Ｆｇｆ１０（線維芽細胞成長因子−１０）、Ｃｙｃ（ＫＡＡＤ−シクロパミン）、Ｎｏｇ（ＮＯＧＧＩＮ）、ＲＡ（レチノイン酸）、ＳＢ（ＳＢ４３１５４２、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）、Ａｌｋ５ｉ（ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）、ＩＬＶ（（−）インドラクタムＶ）、Ｅｘ−４（エキセンジン−４）、ＮＡ（ニコチンアミド）、ＩＢＭＸ（３−イソブチル−１−メチルキサンチン）、およびＦＲＫＬ（フォルスコリン）。工程（１）（ステージ１）の終了時の分化した細胞の遺伝子発現の結果である。（ｉ）は、ＳＯＸ１７／ＦＯＸＡ２陽性細胞を示している。（ｉｉ）は、ＤＥマーカーの相対的ｍＲＮＡ発現を、未分化ｈｉＰＳ細胞と比較した結果を示している。スケールバー＝１００μｍ。工程（２）（ステージ２）の終了時の分化した細胞の遺伝子発現の結果である。（ｉ）は、ＨＮＦ４ａ／ＦＯＸＡ２陽性細胞を示している。（ｉｉ）は、ＰＧマーカーの相対的ｍＲＮＡ発現を、工程（１）の細胞と比較した結果を示している。スケールバー＝１００μｍ。工程（３）（ステージ３）において、各遺伝子の発現に対するＮＯＧＧＩＮ添加の効果を示している。（ｉ）は、ＰＤＸ１／ＨＮＦ６、ＰＤＸ１／ＳＯＸ９、ＣＤＸ２、およびＡＦＰ陽性細胞のパーセンテージを示している。（ｉｉ）は、工程（３）の終了時の膵臓、腸および肝臓前駆細胞マーカーの相対的なｍＲＮＡ発現を示している。遺伝子発現の分析においては、グリセルアルデヒド−３−リン酸デヒドロゲナーゼ（ＧＡＰＤＨ）遺伝子転写物を、内部ＲＮＡ対照として使用した。３つの独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭ（平均の標準誤差）を表している。スチューデントのｔ−試験は、Ｎｏｇ１００の値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。工程（３）においてＮＯＧＧＩＮを２００ｎｇ／ｍＬ添加して作製した分化細胞を免疫細胞分析した結果である。ＰＤＸ１（赤、膵臓）、ＨＮＦ６（緑、膵臓）、ＳＯＸ９（緑、膵臓）、ＣＤＸ２（緑、腸）およびＡＦＰ（緑、肝臓）陽性細胞の発現パターンを示している。スケールバー＝１００μｍ。工程（４）（ステージ４）において、Ａｌｋ５ｉおよびＩＬＶに加えて、ＮＯＧＧＩＮを０、１００、２００ｎｇ／ｍＬ含む培地（Ｎｏｇ０、Ｎｏｇ１００、Ｎｏｇ２００）で作製したＥＰ細胞におけるＮＧＮ３、ＡＦＰおよびＣＤＸ２の相対ｍＲＮＡ発現を、定量ＲＴ−ＰＣＲにて分析し、工程（３）の細胞と比較した結果を示している。結果は、３つの独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭを示している。スチューデントのｔ−試験は、ステージ３の値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。工程（４）にてＮｏｇ０、Ｎｏｇ１００、Ｎｏｇ２００で作製した分化細胞の免疫細胞化学分析の結果を示している。ＡＦＰ陽性の肝前駆細胞（緑）およびＣＤＸ２陽性の腸前駆細胞（緑）と、ＮＧＮ３陽性の内分泌前駆細胞（ＥＰ、赤）の発現パターンを示している。スケールバー＝１００μｍ。工程（４）にてＮｏｇ２００で作製した細胞のＥＰ細胞マーカーの遺伝子発現の結果である。（ｉ）は、工程（３）の細胞と比較した相対的ｍＲＮＡ発現を示している。（ｉｉ）は、免疫細胞化学分析の結果を示している。工程（４）にてＮｏｇ２００で作製した細胞は、ＮＥＵＲＯＤ１（赤）およびＰＡＸ４（緑）と、ＮＧＮ３陽性細胞（緑または赤）との共発現を示している。ＧＡＰＤＨのＲＮＡ転写物は、内部対照として使用した。結果は、３つの独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭを示している。スチューデントのｔ−試験は、ステージ３の値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。スケールバー＝１００μｍ。（ａ）は、膵内分泌細胞（ＥＣ）への分化を促進するために、工程（５）（ステージ５）の基本培地（ＤＭＥＭ／Ｆ１２、１％のＢ２７、Ｅｘ−４およびＮＡ）に添加する因子の組合せのパターンを示している。ＤＭＳＯは対照である。（ｂ）は、工程（５）（ステージ５）の終わりに作製された細胞中の、内分泌ホルモン、インスリン（ＩＮＳ）、グルカゴン（ＧＣＧ）、ソマトスタチン（ＳＳＴ）の相対ｍＲＮＡ発現を、定量ＲＴ−ＰＣＲによって分析した結果を示している。ＧＡＰＤＨのＲＮＡ転写物を、内部対照として使用した。ヒト成人の膵臓遺伝子の発現レベルを１００として算出した。３回の独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭで表した。特に示されない限り、あるいは別個のデータセット間でない限り、スチューデントのｔ−検定は、ＤＭＳＯの値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。ＡＰは、大人の膵臓である。工程（５）の終わりに作製されたホルモン陽性細胞の免疫細胞化学分析の結果を示している。Ｃ−ペプチド（ＣＰ、赤）、ＧＣＧ（緑色）、ＳＳＴ（緑）、およびＰＤＸ１（緑色）陽性細胞が示されている。細胞は、ＤＡＰＩ（青色）で染色してカウントした。スケールバー＝１００μｍ。工程（５）の終わりにおける、Ｃ−ペプチド（ＣＰ）、グルカゴン（ＧＣＧ）、ソマトスタチン（ＳＳＴ）またはＰＤＸ１陽性細胞のパーセンテージを示した結果である。工程（５）（ステージ５）の終わりに作製された分化した細胞におけるβ細胞特異的遺伝子の相対発現を、定量ＲＴ−ＰＣＲによって分析した結果を示している。ＧＡＰＤＨのＲＮＡ転写物は、内部対照として使用した。ヒト成人の膵臓遺伝子の発現レベルを１００として算出した。３回の独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭで表した。スチューデントのｔ−検定は、特に断りがない限り、ＤＭＳＯの値に対して行った：＊Ｐ＜０．０５、＊＊Ｐ＜０．０１。ＡＰは、大人の膵臓である。左図は、工程（５）の終わりの分化した細胞のインビトロでのグルコース刺激性Ｃ−ペプチド分泌をＥＬＩＳＡによって分析した結果を示している。２０ｍＭのグルコース刺激下でのＣ−ペプチドの分泌レベルを、２．５ｍＭのグルコース処理下で検出されたレベルと比較した。右図は、工程（５）の終わりの分化した細胞中のＣ−ペプチドの量を示している。３回の独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭで表した。スチューデントのｔ−検定は、２．５ｍＭグルコースの値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。工程（５）の終わりにおける分化した細胞を用いて、様々なインスリン分泌促進物質に応答したインビトロでのＣ−ペプチド分泌レベルの結果を示している。分泌促進物質の処理下でのＣ−ペプチドの分泌レベルを、分泌促進物質なしでの２．５ｍＭグルコース処理下で検出されたレベルと比較した。結果は、３回の独立した実験（ｎ＝３）の平均±ＳＥＭ表している。スチューデントのｔ−試験は、分泌促進処理なしの２．５ｍＭグルコースの値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。 β細胞成熟マーカーとＩＮＳ／ＣＰ陽性細胞の共発現の結果を示している。殆どのＩＮＳ／ＣＰ陽性細胞（赤）は、ＵＣＮ３（緑）、ＩＡＰＰ（緑）、ＩＳＬ−１（緑）などのβ−細胞の成熟マーカーと共発現していた。細胞をＤＡＰＩ（青色）でカウンター染色した。最上パネルは、ＵＣＮ３、ＩＡＰＰまたはＩＳＬ１染色（緑）を示す。右パネルは、合わせた画像を示す。スケールバー＝１００μｍ。左図は、工程（３）および（４）におけるＮＯＧＧＩＮ添加の条件（他の成分に追加した、Ｎｏｇなし、Ｎｏｇ１００、Ｎｏｇ２００ｎｇ／ｍＬ）と、工程（５）におけるＩＢＭＸ添加の条件（基礎培地プラスＩＢＭＸの有無）の種々の組合せを用いた膵臓分化手順の模式図を示している。右図は、工程（５）の終わりの分化細胞における、ＩＮＳ、ＧＣＧ、およびＳＳＴの相対的ｍＲＮＡ発現を、定量ＲＴ−ＰＣＲにより分析し比較した結果を示している。ＧＡＰＤＨのＲＮＡ転写物は、内部対照として使用した。ヒト成人の膵臓遺伝子の発現レベルを１００として算出した。結果は平均±ＳＥＭを表している（ｎ＝３）。スチューデントのｔ−試験は、２つの別個のデータセットとの間で行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。ＡＰは、大人の膵臓である。工程（５）の終わりの分化細胞における、ＩＮＳ（緑）、ＧＣＧ（シアン）、およびＳＳＴ（赤色）の発現パターンを示している。スケールバー＝１００μｍ。工程（５）の終わりの分化細胞における、ＩＮＳ、ＧＣＧ、およびＳＳＴ亜集団の相対的な割合を示した結果である。全ＤＡＰＩ陽性細胞中のそれぞれの膵内分泌細胞のパーセントを示している。左図は、工程（５）の終わりで作製した分化した細胞中の内因性Ｃ−ペプチド量を示している。右図は、工程（５）の終わりの分化した細胞のインビトロのグルコース刺激Ｃ−ペプチド分泌を示している。２０ｍＭのグルコース刺激下でのＣ−ペプチドの分泌レベルを、２．５ｍＭのグルコース処理下で検出されたレベルと比較した。結果は平均±ＳＥＭを表している（ｎ＝３）。スチューデントのｔ−試験は、２．５ｍＭグルコースの値に対して行った：＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１。ゼノフリー足場（xeno-free scaffolds）（Synthemax、CELLstartおよびrhVTN）を使用したゼノフリー条件下で分化させた、工程（３）の終わりの細胞培養イメージの明視野顕微鏡写真の結果である。矢印は、大きな塊を形成する細胞を示している。スケールバーは、５ｍｍである。工程（３）と（５）の終わりの分化細胞におけるマーカー遺伝子発現を示している。ＧＡＰＤＨのＲＮＡ転写物を内部対照として増幅させた。結果は平均±ＳＥＭで表している（ｎ＝３）。スチューデントのｔ−検定を、Synthemaxの値に対して行った。有意差は、＊Ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１であった。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下に記載の態様に限定されるものではない。
本明細書において用いられる用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味を有する。また、本明細書中で、「Ａ〜Ｂ」を言った場合は、下限としてＡを含み、上限としてＢを含む意味で用いられる。
本明細書において、「インスリン産生細胞」とは、インスリン分泌促進物質および高血糖に反応してインスリンを分泌する細胞であって、他の膵ホルモンに比べてインスリン発現能力が有意に優れている細胞を意味する。ここで他の膵ホルモンとしては、例えば、グルカゴンやソマトスタチンを上げることができる。
本明細書においてインスリン産生細胞の製造を意図して「製造」または「作製」という用語を用いる場合は、「分化（誘導）」と置き換えることもでき、また、特に断りがない限り、それらの用語は交換可能に用いられる。

本明細書において「多能性幹細胞」とは、自己複製能を有しインビトロにおいて培養することが可能で、かつ、個体を構成する細胞に分化しうる多分化能を有する細胞をいう。具体的には、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）、胎児の始原生殖細胞由来の多能性幹細胞（ＧＳ細胞）、体細胞由来の人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、体性幹細胞等をあげることができるが、本発明で好ましく用いられるのはｉＰＳ細胞またはＥＳ細胞であり、特に好ましくは、ヒトｉＰＳ細胞およびヒトＥＳ細胞である。

ＥＳ細胞は、哺乳類動物由来のＥＳ細胞であればよく、その種類や取得方法などは特に限定されない。哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ、ネコ、イヌ、ヒツジ、ウシ、ウマ、ヤギ、サルまたはヒト等をあげることができ、好ましくは、マウスまたはヒトであり、さらに好ましくはヒトである。
ＥＳ細胞は、一般的には、胚盤胞期の受精卵をフィーダー細胞と一緒に培養し、増殖した内部細胞塊由来の細胞をばらばらにして、さらに、植え継ぐ操作を繰り返し、最終的に細胞株として樹立することができる。このように、ＥＳ細胞は、受精卵から取得することが多いが、受精卵以外、例えば、脂肪組織、胎盤、精巣細胞から取得することもでき、いずれのＥＳ細胞も本発明の対象である。

また、ｉＰＳ細胞（人工多能性幹細胞）とは、分化多能性を獲得した細胞のことで、体細胞（例えば、線維芽細胞など）へ分化多能性を付与する数種類の転写因子（分化多能性因子）遺伝子を導入することにより、ＥＳ細胞と同等の分化多能性を獲得した細胞のことである。「分化多能性因子」としては、多くの因子が報告されており、特に限定しないが、例えば、Ｏｃｔファミリー（例えば、Ｏｃｔ３／４）、Ｓｏｘファミリー（例えば、Ｓｏｘ２、Ｓｏｘ１、Ｓｏｘ３、Ｓｏｘ１５およびＳｏｘ１７など）、Ｋｌｆファミリー（例えば、Ｋｌｆ４、Ｋｌｆ２など）、Ｍｙｃファミリー（例えば、ｃ−Ｍｙｃ、Ｎ−Ｍｙｃ、Ｌ−Ｍｙｃなど）、Ｎａｎｏｇ、ＬＩＮ２８などを挙げることができる。ｉＰＳ細胞の樹立方法については、多くの報告がなされており、それらを参考にすることができる（例えば、Ｔａｋａｈａｓｈｉら，Ｃｅｌｌ２００６，１２６：６６３−６７６；Ｏｋｉｔａら，Ｎａｔｕｒｅ２００７，４４８：３１３−３１７；Ｗｅｒｎｉｇら，Ｎａｔｕｒｅ２００７，４４８：３１８−３２４；Ｍａｈｅｒａｌｉら，ＣｅｌｌＳｔｅｍＣｅｌｌ２００７，１：５５−７０；Ｐａｒｋら，Ｎａｔｕｒｅ２００７，４５１：１４１−１４６；Ｎａｋａｇａｗａら，ＮａｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ２００８，２６：１０１−１０６；Ｗｅｒｎｉｇら，ＣｅｌｌＳｔｅｍＣｅｌｌ２００８，１０：１０−１２；Ｙｕら，Ｓｃｉｅｎｃｅ２００７，３１８：１９１７−１９２０；Ｔａｋａｈａｓｈｉら，Ｃｅｌｌ２００７，１３１：８６１−８７２；Ｓｔａｄｔｆｅｌｄら，Ｓｃｉｅｎｃｅ２００８３２２：９４５−９４９など）。

１．インスリン産生細胞の分化誘導方法
本発明の分化誘導方法は、幹細胞からインスリン産生細胞を分化誘導する方法である。本発明の分化誘導方法はまた、内胚葉細胞あるいは原腸管細胞や膵臓前駆細胞をインスリン産生細胞へと分化誘導する方法である。

本発明は、幹細胞を、以下の工程（１）〜（５）で培養することを特徴とする、インスリン産生細胞の分化誘導方法：
（１）幹細胞を、（１−１）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ３阻害剤を含む培地で培養し、次いで、（１−２）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤含む培地で培養する工程、
（２）前記工程（１）で得られた細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、
（３）前記工程（２）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）を含む培地で培養する工程、
（４）前記工程（３）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにプロテインキナーゼＣ活性化因子）を含む培地で培養する工程、
（５）前記工程（４）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤（、好ましくはさらに、ＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子のいずれか１以上、より好ましくは２以上、特に好ましくは全て）を含む培地で培養する工程、
である。

本発明の分化誘導方法（製造方法）において用いることができる幹細胞は、当該分野で通常用いられている方法にて培養・維持できる。
哺乳動物由来のＥＳ細胞の培養方法は常法により行うことができる。例えば、フィーダー細胞としてマウス胎児線維芽細胞（ＭＥＦ細胞）を用い、白血病阻害因子、ＫＳＲ（ノックアウト血清代替物）、ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、非必須アミノ酸、Ｌ−グルタミン、ピルビン酸、ペニシリン、ストレプトマイシン、β−メルカプトエタノールを加えた培地、例えばＤＭＥＭ培地を用いて維持することができる。
ｉＰＳ細胞の培養も定法により行うことができる。例えば、フィーダー細胞としてＭＥＦ細胞を用いて、ｂＦＧＦ、ＫＳＲ（ノックアウト血清代替物）、非必須アミノ酸、Ｌ−グルタミン、ペニシリン、ストレプトマイシン、β−メルカプトエタノールを加えた培地、例えばＤＭＥＭ/Ｆ１２培地を用いて維持することができる。
これらの幹細胞を原料として用いて、本発明の分化誘導方法により、インスリン産生細胞を製造することができる。さらには、ゼノフリー培養系で本発明の分化誘導方法を用いることにより、異種抗原汚染のないインスリン産生細胞を得ることができる。

１−１．本発明の工程（１）は、工程（１−１）および工程（１−２）の２つの工程からなり、（１−１）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ３阻害剤を含む培地で培養し、次いで、（１−２）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤含む培地で培養することを特徴とする。
好ましくは、本発明の工程（１）における（１−２）の培地は、実質的にＧＳＫ３阻害剤を含まない培地である。
この工程により、幹細胞を内胚葉細胞へと分化誘導できる。

本工程で使用されるアクチビン受容体様キナーゼ（ＡＬＫ）−４，７の活性化剤は、ＡＬＫ−４および／またはＡＬＫ−７に対し活性化作用を有する物質から選択される。本工程で使用されるアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤の例としては、アクチビン、Ｎｏｄａｌ、Ｍｙｏｓｔａｔｉｎが挙げられ、好ましくはアクチビンである。
本工程では、いずれのアクチビンを用いることができ、例えば、アクチビンは、アクチビンＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＡＢが知られているが、本工程においてはそのいずれのアクチビンも用いることができる。本工程に用いるアクチビンとしては、特に好ましくはアクチビンＡである。また、用いるアクチビンとしては、ヒト、マウス等いずれの哺乳動物由来のアクチビンをも使用することができるが、分化に用いる幹細胞と同一の動物種由来のアクチビンを用いることが好ましく、例えばヒト由来の幹細胞を出発原料とする場合、ヒト由来のアクチビン、特にはヒト由来のアクチビンＡを用いることが好ましい。これらのアクチビンは商業的に入手可能である。
本工程における培地中のアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤の濃度は、用いる種類によって適宜設定されるが、ヒトアクチビンＡを使用する場合の濃度は、通常０．１〜２００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは５〜１５０ｎｇ／ｍｌ、特に好ましくは１０〜１００ｎｇ／ｍｌである。
本発明の工程（１）の工程（１−１）および工程（１−２）において使用するアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤の種類および濃度は、同一であっても異なってもよいが、同じ種類が好ましく、また同じ濃度が好ましい。

本工程においては、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤とともにＧＳＫ３阻害剤を含む培地を用いることを特徴とする。
本工程で用いられるＧＳＫ３阻害剤は、ＧＳＫ３α阻害活性を有する物質、ＧＳＫ３β阻害活性を有する物質、およびＧＳＫ３α阻害活性とＧＳＫ３β阻害活性とを併せ持つ物質からなる群より選択される。本工程で用いるＧＳＫ３阻害剤としては、ＧＳＫ３β阻害活性を有する物質またはＧＳＫ３α阻害活性とＧＳＫ３β阻害活性とを併せ持つ物質が好ましい。
上記ＧＳＫ３阻害剤として、具体的にはＣＨＩＲ９８０１４、ＣＨＩＲ９９０２１、ケンパウロン（Ｋｅｎｐａｕｌｌｏｎｅ）、ＡＲ−ＡＯ１４４−１８、ＴＤＺＤ−８、ＳＢ２１６７６３、ＢＩＯ、ＴＷＳ−１１９およびＳＢ４１５２８６等が例示される。これらは市販品として購入可能である。また、市販品として入手できない場合であっても、当業者であれば既知文献に従って調製することもできる。
また、ＧＳＫ３のｍＲＮＡに対するアンチセンスオリゴヌクレオチドやｓｉＲＮＡ等もＧＳＫ３阻害剤として使用することができる。これらはいずれも商業的に入手可能であるか既知文献に従って合成することができる。
本工程で用いられるＧＳＫ３阻害剤は、好ましくはＣＨＩＲ９９０２１（６−［［２−［［４−（２，４−ジクロロフェニル）−５−（４−メチル−１Ｈ−イミダゾール−２−イル）−２−ピリミジニル］アミノ］エチル］アミノ］ニコチノニトリル）、ＳＢ２１６７６３（３−（２，３−ジクロロフェニル）−４−（１−メチル−１Ｈ−インドール−３−イル）−１Ｈ−ピロール−２，５−ジオン）、およびＳＢ４１５２８６（３−［（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）アミノ］−４−（２−ニトロフェニル）−１Ｈ−ピロール−２，５−ジオン）からなる群から選択され、特に好ましくはＣＨＩＲ９９０２１である。
ＧＳＫ３阻害剤の培地中の濃度は、用いるＧＳＫ３阻害剤の種類によって適宜設定されるが、ＧＳＫ３阻害剤としてＣＨＩＲ９９０２１を使用する場合の濃度は、通常０．１〜２０μＭ、好ましくは１〜５μＭである。ＧＳＫ３阻害剤としてＳＢ４１５２８６を使用する場合の濃度は、通常０．１〜２０μＭ、好ましくは１〜１０μＭである。ＧＳＫ３阻害剤としてＳＢ２１６７６３を使用する場合の濃度は、通常０．１〜３０μＭ、好ましくは０．５〜２０μＭである。

本工程においては、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤とともにＧＳＫ３阻害剤を含む培地、およびアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤を含む培地を用いることを特徴とする。好ましくは、後者のアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤を含む培地とは、実質的にＧＳＫ３阻害剤を含まない培地である。このような条件下に幹細胞を培養すれば、より好適に内胚葉細胞へと分化させることができる。
上記「実質的にＧＳＫ３阻害剤を含まない培地」とは、培地中にＧＳＫ３阻害剤を積極的に添加しないことを意味し、幹細胞を培養する培地中にＧＳＫ３阻害剤が微量に含まれることを排除する意味ではない。例えば、幹細胞をアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ３阻害剤を含む培地で培養した後、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤を添加しているがＧＳＫ３を添加していない培地に交換することにより、幹細胞をアクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤は含むが「実質的にＧＳＫ３阻害剤を含まない培地」で培養することができる。

本工程で用いる培地は、特に限定されず、通常、幹細胞を培養するのに用いられる培地（以下、基礎培地ということもある）に、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤または、アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ３阻害剤を添加してなる培地である。
上記基礎培地としては、例えば、ＢＭＥ培地、ＢＧｊＢ培地、ＣＭＲＬ１０６６培地、ＧｌａｓｇｏｗＭＥＭ培地、ＩｍｐｒｏｖｅｄＭＥＭ培地、ＩＭＤＭ培地、Ｍｅｄｉｕｍ１９９培地、ＥａｇｌｅｓＭＥＭ培地、αＭＥＭ培地、ＤＭＥＭ培地、ハム培地、ＲＰＭＩ１６４０培地、Ｆｉｓｃｈｅｒ’ｓ、およびこれらの混合培地等をあげることができるが、動物細胞の培養に用いることのできる培地であれば特に限定されない。これらの培地は市販されており入手可能である。
本発明で用いられる培地は、血清含有培地であっても無血清培地であってもよい。無血清培地とは、無調整または未精製の血清を含まない培地を意味し、精製された血液由来成分や動物組織由来成分（例えば、増殖因子）が混入している培地は無血清培地に該当するものとする。本工程で用いられる培地が血清含有培地である場合はウシ胎児血清などの哺乳動物の血清が使用できる。培地は、好ましくは無血清培地、さらに好ましくは化学的に定義されていない成分を含まない無血清培地である。

本工程で用いられる培地はまた、血清代替物を含んでいてもよい。血清代替物としては、例えば、アルブミン、トランスフェリン、脂肪酸、コラーゲン前駆体、微量元素（例えば亜鉛、セレン）、Ｂ−２７サプリメント、Ｎ２サプリメント、ノックアウトシーラムリプレースメント（ＫＳＲ）、２−メルカプトエタノール、３’−チオールグリセロール、またはこれらの均等物が挙げられる。これらの血清代替物は、市販されている。好ましくは、ゼノフリーＢ−２７サプリメントまたはゼノフリーノックアウトシーラムリプレースメント（ＫＳＲ）をあげることができ、例えば、０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１〜２．０重量％の濃度にて、培地中に添加できる。
本工程で用いられる培地はまた、他の添加物、例えば、脂質、アミノ酸（例えば、非必須アミノ酸）、ビタミン、増殖因子、サイトカイン、抗酸化剤、２−メルカプトエタノール、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類、抗生物質（例えばペニシリンやストレプトマイシン）または抗菌剤（例えばアンホテリシンＢ）等を含有してもよい。
本工程で用いられる培地は、特に好ましくは、無血清培地であり、かつ、化学的に定義された原材料のみを含む培地である。それにより、異種抗原汚染が軽減されたあるいは汚染がない分化した細胞を得ることができる。
本工程においては、Ｂ−２７サプリメントを添加したＤＭＥＭ培地が好適に用いられる。

本工程は、使用する幹細胞の培養に適した培養温度（通常３０〜４０℃、好ましくは３７℃程度）で、ＣＯ₂インキュベーター内にて培養することによって実施される。培養期間は、工程全体としては、２日〜１０日（好ましくは２日〜６日）であり、工程（１−１）は、１日〜３日（好ましくは１日〜２日）、工程（１−２）は、１日〜７日（好ましくは２日〜５日）である。

本工程において、幹細胞が内胚葉細胞に分化したことの確認は、内胚葉細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子（以下、内胚葉マーカーという場合がある）の発現変動を評価することによって行うことができる。上記内胚葉マーカーの発現変動の評価は、例えば、抗原抗体反応を利用したタンパク質の発現評価方法、定量ＲＴ−ＰＣＲを利用した遺伝子発現評価方法等によって行なうことができる。上記内胚葉マーカーの例としては、ＳＯＸ１７、ＦＯＸＡ２があげられる。

１−２．工程（２）は、前記工程（１）で得られた細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養することを特徴とする。この工程により、内胚葉細胞を原腸管細胞へと分化誘導できる。

本工程で用いられるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤は、ヘッジホッグシグナル伝達の阻害活性を有する物質であれば特に制限されず、天然に存在する物質であっても、化学的に合成された物質であってもよい。ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤の好ましい例としては、シクロパミン、ＫＡＡＤ−シクロパミン（２８−［２−［［６−［（３−フェニルプロパノイル）アミノ］ヘキサノイル］アミノ］エチル］−１７β，２３β−エポキシベラトラマン−３−オン）、ＫＡＡＤ−シクロパミンの類似体、ジェルビン（１７，２３β−エポキシ−３β−ヒドロキシベラトラマン−１１−オン）、ジェルビンの類似体、ＳＡＮＴ−１、ヘッジホッグ経路遮断抗体等が挙げられ、ＫＡＡＤ−シクロパミンが特に好ましい。
本工程における培地中のヘッジホッグシグナル伝達阻害剤の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜設定されるが、０．０１〜５μＭが好ましく、０．０２〜２μＭがより好ましく、０．１〜０．５μＭがさらに好ましい。

本工程における培地は、さらにＦＧＦを含む培地である。ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤とともにＦＧＦを培地に添加することにより、分化誘導効率を高めることができる。
本工程に用いることができるＦＧＦとしては、ＦＧＦ−１、ＦＧＦ−２（ｂＦＧＦ）、ＦＧＦ−３、ＦＧＦ−４、ＦＧＦ−５、ＦＧＦ−６、ＦＧＦ−７、ＦＧＦ−８、ＦＧＦ−９、ＦＧＦ−１０、ＦＧＦ−１１、ＦＧＦ−１２、ＦＧＦ−１３、ＦＧＦ−１４、ＦＧＦ−１５、ＦＧＦ−１６、ＦＧＦ−１７、ＦＧＦ−１８、ＦＧＦ−１９、ＦＧＦ−２０、ＦＧＦ−２１、ＦＧＦ−２２、ＦＧＦ−２３等をあげることができ、好ましくは、ＦＧＦ−２（ｂＦＧＦ）、ＦＧＦ−５、ＦＧＦ−７、ＦＧＦ−１０であり、さらに好ましくはＦＧＦ−１０である。これらは、天然型であってもよいしまた組換タンパクであってもよい。
本工程における培地中のＦＧＦの濃度は、５〜１５０ｎｇ／ｍＬが好ましく、１０〜１００ｎｇ／ｍＬがより好ましく、２０〜８０ｎｇ／ｍＬがさらに好ましい。
本工程において特に好ましい組合せは、ＫＡＡＤ−シクロパミンとＦＧＦ−１０である。

本工程で用いる培地は、前記工程（１）で例示した基礎培地（所望により、前記工程（１）で例示した各種添加物、血清または血清代替物を含有していてもよい）に、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、さらにＦＧＦを添加することにより調製される。本工程で用いる培地は、上記工程（１）と同種の基礎培地を用いて調製されたものであっても、異種の基礎培地を用いて調製されたものであってもよいが、好ましくは、Ｂ−２７サプリメントを添加したＲＰＭＩ１６４０培地である。なお、工程（２）においては、工程（１）よりも低い濃度のＢ−２７サプリメントを用いることが好ましい。

本工程は、使用する幹細胞の培養に適した培養温度（通常３０〜４０℃、好ましくは３７℃程度）で、ＣＯ₂インキュベーター内にて培養することによって実施される。培養期間は、１日〜５日（好ましくは１日〜３日、より好ましくは１日〜２日）である。

本工程において、内胚葉細胞が原腸管細胞に分化誘導されたことの確認は、原腸管細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子（以下、それらを原腸管細胞マーカーということがある）の発現変動を、例えば、抗原抗体反応を利用したタンパク質の発現評価方法や定量ＲＴ−ＰＣＲを利用した遺伝子発現評価方法等により評価することによって行うことができる。上記細胞マーカーとして、ＦＯＸＡ２、ＨＮＦ１ｂ、ＨＮＦ４ａ等があげられる。

１−３．工程（３）は、前記工程（２）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養することを特徴とする。好ましくは、さらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤を含む培地で培養することを特徴とする。この工程により、原腸管細胞が膵前駆細胞（pancreatic progenitor cells）へと分化誘導できる。

本工程で用いられるレチノイン酸受容体（ＲＡＲ）アゴニストは、天然に存在するレチノイドであっても、化学的に合成されたレチノイド、レチノイド骨格を持たないレチノイン酸受容体アゴニスト化合物やレチノイン酸受容体アゴニスト活性を有する天然物であってもよい。ＲＡＲアゴニストとしての活性をもつ天然レチノイドの例としては、レチノイン酸（異性体が存在するが、それらも包含する）をあげることができる。レチノイン酸の例としては、これに限定されないが、オール・トランス異性体（トレチノン）、９−シス−レチノイン酸（９−シスＲＡ）をあげることができる。また、化学的に合成されたレチノイドは当技術分野で公知である。レチノイド骨格を持たないレチノイン酸受容体アゴニスト化合物の例としては、Ａｍ８０、ＡＭ５８０、ＴＴＮＰＢ、ＡＣ５５６４９が挙げられる。レチノイン酸受容体アゴニスト活性を有する天然物の例としては、ホノキオール、マグノロールが挙げられる。本工程で用いられるＲＡＲアゴニストは、好ましくはレチノイン酸、ＡＭ５８０（４−［［５，６，７，８−テトラヒドロ−５，５，８，８−テトラメチル−２−ナフタレニル］カルボキシアミド］ベンゾイックアシッド）、ＴＴＮＰＢ（４−［［Ｅ］−２−［５，６，７，８−テトラヒドロ−５，５，８，８−テトラメチル−２−ナフタレニル］−１−プロペニル］ベンゾイックアシッド）、ＡＣ５５６４９（４’−オクチル−［１，１’−ビフェニル］−４−カルボキシリックアシッド）であり、さらに好ましくはレチノイン酸である。本工程で用いられるＲＡＲアゴニストの培地中の濃度は、用いるＲＡＲアゴニストの種類によって適宜選択されるが、ＲＡＲアゴニストとしてレチノイン酸を用いる場合の濃度は、通常０．１〜１００μＭ、好ましくは０．５〜１０μＭである。ＲＡＲアゴニストとしてＴＴＮＰＢを用いる場合の濃度は、通常０．０２〜２０μＭ、好ましくは０．０５〜１０μＭである。ＲＡＲアゴニストとしてＡＭ５８０を用いる場合の濃度は、通常０．０２〜２０μＭ、好ましくは０．０５〜１０μＭである。ＲＡＲアゴニストとしてＡＣ５５６４９を用いる場合の濃度は、通常０．０２〜２０μＭ、好ましくは０．１〜１０μＭである。

本工程で用いられるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤の例としては、工程（２）で例示したヘッジホッグシグナル伝達阻害剤があげられ、ＫＡＡＤ−シクロパミンが特に好ましい。本工程において用いるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤は、工程（２）で用いたものと同じであっても異なってもよい。本工程において用いられるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜設定されるが、０．０１〜５μＭが好ましく、０．０２〜２μＭがより好ましく、０．１〜０．５μＭがさらに好ましい。

本工程にもおいて用いられるＢＭＰシグナル伝達阻害剤とは、ＢＭＰとＢＭＰ受容体（Ｉ型またはＩＩ型）との結合を介するＢＭＰシグナル伝達の阻害活性を有する化合物を意味し、該阻害剤には、タンパク質性阻害剤および低分子阻害剤が包含される。タンパク質性阻害剤としては、天然の阻害剤であるＮＯＧＧＩＮ、ＣＨＯＲＤＩＮ、ＦＯＬＬＩＳＴＡＴＩＮ、ＣＥＲＢＥＲＵＳ、ＧＲＥＭＬＩＮ等を挙げることが出来る。ＮＯＧＧＩＮは、ＢＭＰ受容体へのＢＭＰ４の結合を阻害することによってＢＭＰシグナル伝達を阻害することが知られている。また、低分子阻害剤としては、転写因子ＳＭＡＤ１、ＳＭＡＤ５またはＳＭＡＤ８を活性化する能力をもつＢＭＰ２、ＢＭＰ４、ＢＭＰ６またはＢＭＰ７を阻害する化合物である、例えばＤＯＲＳＯＭＯＲＰＨＩＮ（６−［４−（２−ピペリジン−１−イルエトキシ）フェニル］−３−ピリジン−４−イルピラゾロ［１，５−ａ］ピリミジン）およびその誘導体をあげることができる。この他にも、ＢＭＰＩ受容体キナーゼ阻害剤としてＬＤＮ−１９３１８９（４−（６−（４−ピペラジン−１−イル）フェニル）ピラゾロ［１，５−ａ］ピリジン−３−イル）キノリン）およびその誘導体をあげることができる。これらの化合物は市販されており入手可能であるが、市販品として入手できない場合には、既知文献に従って調製することもできる。本工程において用いられるＢＭＰシグナル伝達阻害としては、上記のうち特にＮＯＧＧＩＮが好ましい。
ＢＭＰシグナル伝達阻害剤の培地中の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜選択されるが、ＮＯＧＧＩＮを用いる場合の濃度は、通常１０ｎｇ／ｍｌ〜１０００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは５０ｎｇ／ｍｌ〜５００ｎｇ／ｍｌ、さらに好ましくは１００ｎｇ／ｍｌ〜５００ｎｇ／ｍｌ、最も好ましくは２００ｎｇ／ｍｌ〜３００ｎｇ／ｍｌである。

本工程において任意に用いられるＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤は、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ（ＡＬＫ）−４、ＡＬＫ−５およびＡＬＫ−７からなる群より選択される少なくとも一種のＡＬＫに対し阻害活性を有する化合物から選択される。本工程で用いるＡＬＫ−４，５，７の阻害剤としては、ＳＢ−４３１５４２、ＳＢ−５０５１２４、ＳＢ−５２５３３４、Ａ−８３−０１、ＧＷ６６０４、ＬＹ５８０２７６、ＡＬＫ５阻害剤ＩＩ、ＴＧＦβＲＩキナーゼ阻害剤ＶＩＩＩおよびＳＤ−２０８等が挙げられる。これらは市販品として入手可能であるが、市販品として入手できない場合には、既知文献に従って調製することもできる。
また、ＡＬＫ−４，５，７のｍＲＮＡに対するアンチセンスオリゴヌクレオチドやｓｉＲＮＡ等もＡＬＫ−４，５，７の阻害剤として使用することができる。

本工程で用いるＡＬＫ−４，５，７の阻害剤としては、ＳＢ−４３１５４２（４−［４−（１，３−ベンゾジオキソール−５−イル）−５−（２−ピリジニル）−１Ｈ−イミダゾール−２−イル］−ベンズアミドまたはその水和物）、Ａ−８３−０１（３−［６−メチル−２−ピリジニル］−Ｎ−フェニル−４−［４−キノリニル］−１Ｈ−ピラゾル−１−カルボチオアミド）、ＡＬＫ５阻害剤ＩＩ（２−［３−［６−メチルピリジン−２−イル］−１Ｈ−ピラゾル−４−イル］−１，５−ナフチリジン）、ＴＧＦβＲＩキナーゼ阻害剤ＶＩＩＩ（６−［２−ｔｅｒｔ−ブチル−５−［６−メチル−ピリジン−２−イル］−１Ｈ−イミダゾル−４−イル］−キノキサリン）が好ましく、ＳＢ−４３１５４２（４−［４−（１，３−ベンゾジオキソール−５−イル）−５−（２−ピリジニル）−１Ｈ−イミダゾール−２−イル］−ベンズアミドまたはその水和物）がさらに好ましい。

ＡＬＫ−４，５，７の阻害剤の培地中の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜選択されるが、ＡＬＫ−４，５，７の阻害剤としてＳＢ−４３１５４２を用いる場合の濃度は、通常、０．１〜５０μＭ、好ましくは１〜２０μＭである。ＡＬＫ５阻害剤ＩＩを用いる場合の濃度は、通常０．０５〜５０μＭ、好ましくは０．２〜１０μＭである。Ａ−８３−０１を用いる場合の濃度は、通常０．０５〜５０μＭ、好ましくは０．１〜１０μＭである。ＴＧＦβＲＩキナーゼ阻害剤ＶＩＩＩを用いる場合の濃度は、通常０．０５〜５０μＭ、好ましくは０．１〜１０μＭである。

本工程で用いる培地は、前記工程（１）で例示した基礎培地（所望により、前記工程（１）で例示した各種添加物、血清または血清代替物を含有していてもよい）に、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）を添加することにより調製される。本工程で用いる培地は、上記工程（１）や工程（２）と同種の基礎培地を用いて調製されたものであっても、異種の基礎培地を用いて調製されたものであってもよいが、好ましくは、Ｂ−２７サプリメントを添加したＤＭＥＭ培地である。

本工程は、使用する幹細胞の培養に適した培養温度（通常３０〜４０℃、好ましくは３７℃程度）で、ＣＯ₂インキュベーター内にて培養することによって実施される。培養期間は、２日〜１０日（好ましくは３日〜９日、より好ましくは５日〜８日）である。

本工程において、原腸管細胞が膵前駆細胞に分化誘導されたことの確認は、膵前駆細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子（以下、それらを膵前駆細胞マーカーということがある）の発現変動を、例えば、抗原抗体反応を利用したタンパク質の発現評価方法や定量ＲＴ−ＰＣＲを利用した遺伝子発現評価方法等により評価することによって行うことができる。上記細胞マーカーとして、ＰＤＸ１、ＨＮＦ６、ＳＯＸ９等があげられる。

１−４．工程（４）は、前記工程（３）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養することを特徴とする。好ましくは、さらにプロテインキナーゼＣ活性化因子を含む培地で培養することを特徴とする。この工程により、膵前駆細胞が内分泌前駆細胞（endocrine progenitor）へと分化誘導できる。

本工程において用いられるＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤は、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ（ＡＬＫ）−４、ＡＬＫ−５およびＡＬＫ−７からなる群より選択される少なくとも一種のＡＬＫに対し阻害活性を有する化合物から選択される。本工程で用いるＡＬＫ−４，５，７の阻害剤としては、ＳＢ−４３１５４２、ＳＢ−５０５１２４、ＳＢ−５２５３３４、Ａ−８３−０１、ＧＷ６６０４、ＬＹ５８０２７６、ＡＬＫ５阻害剤ＩＩ、ＴＧＦβＲＩキナーゼ阻害剤ＶＩＩＩおよびＳＤ−２０８等が挙げられる。これらは市販品として入手可能であるが、市販品として入手できない場合には、既知文献に従って調製することもできる。
また、ＡＬＫ−４，５，７のｍＲＮＡに対するアンチセンスオリゴヌクレオチドやｓｉＲＮＡ等もＡＬＫ−４，５，７の阻害剤として使用することができる。

本工程で用いるＡＬＫ−４，５，７の阻害剤としては、ＳＢ−４３１５４２（４−［４−（１，３−ベンゾジオキソール−５−イル）−５−（２−ピリジニル）−１Ｈ−イミダゾール−２−イル］−ベンズアミドまたはその水和物）、Ａ−８３−０１（３−［６−メチル−２−ピリジニル］−Ｎ−フェニル−４−［４−キノリニル］−１Ｈ−ピラゾル−１−カルボチオアミド）、ＡＬＫ５阻害剤ＩＩ（２−［３−［６−メチルピリジン−２−イル］−１Ｈ−ピラゾル−４−イル］−１，５−ナフチリジン）、ＴＧＦβＲＩキナーゼ阻害剤ＶＩＩＩ（６−［２−ｔｅｒｔ−ブチル−５−［６−メチル−ピリジン−２−イル］−１Ｈ−イミダゾル−４−イル］−キノキサリン）が好ましく、ＡＬＫ５阻害剤ＩＩがさらに好ましい。

ＡＬＫ−４，５，７の阻害剤の培地中の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜選択されるが、ＡＬＫ−４，５，７の阻害剤としてＡＬＫ５阻害剤ＩＩを用いる場合の濃度は、通常０．０５〜５０μＭ、好ましくは０．２〜１０μＭである。ＳＢ−４３１５４２を用いる場合の濃度は、通常、０．１〜５０μＭ、好ましくは１〜２０μＭである。Ａ−８３−０１を用いる場合の濃度は、通常０．０５〜５０μＭ、好ましくは０．１〜１０μＭである。ＴＧＦβＲＩキナーゼ阻害剤ＶＩＩＩを用いる場合の濃度は、通常０．０５〜５０μＭ、好ましくは０．１〜１０μＭである。

本工程で用いられるＢＭＰシグナル伝達阻害剤の例としては、工程（３）で例示したＢＭＰシグナル伝達阻害剤があげられ、ＮＯＧＧＩＮが特に好ましい。本工程において用いるＢＭＰシグナル伝達阻害剤は、工程（３）で用いたものと同じであっても異なってもよい。本工程において用いられるＢＭＰシグナル伝達阻害剤の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜設定されるが、ＮＯＧＧＩＮを用いる場合の濃度は、通常１０ｎｇ／ｍｌ〜１０００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは５０ｎｇ／ｍｌ〜５００ｎｇ／ｍｌ、さらに好ましくは１００ｎｇ／ｍｌ〜５００ｎｇ／ｍｌ、最も好ましくは２００ｎｇ／ｍｌ〜３００ｎｇ／ｍｌである。

本工程において任意に用いられるプロテインキナーゼＣ活性化因子は、プロテインキナーゼＣシグナル伝達を活性化し、内胚葉系の細胞を膵臓特殊化に向かわせる活性を有していれば時に制限なく用いることができる。例えば、（−）−インドラクタムＶ（ＩＬＶ）、（２Ｓ，５Ｓ）-（Ｅ，Ｅ）-８-（５-（４-（トリフルオロメチル）フェニル）-２，４-ペンタジエノイルアミノ）ベンゾラクタム、ホルボール-１２-ミリステート-１３-アセテート、およびホルボール-１２，１３-ジブチレートをあげることができるが、好ましくは、ＩＬＶである。本工程で用いられるプロテインキナーゼＣ活性化因子の培地中の濃度は、用いる化合物の種類によって適宜選択されるが、ＩＬＶを用いる場合の濃度は、通常１〜１０００ｎＭ、好ましくは１０〜５００ｎＭである。

本工程で用いる培地は、前記工程（１）で例示した基礎培地（所望により、前記工程（１）で例示した各種添加物、血清または血清代替物を含有していてもよい）に、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにプロテインキナーゼＣ活性化因子）を添加することにより調製される。本工程で用いる培地は、上記工程（１）、工程（２）または工程（３）と同種の基礎培地を用いて調製されたものであっても、異種の基礎培地を用いて調製されたものであってもよいが、好ましくは、Ｂ−２７サプリメントを添加したＤＭＥＭ培地である。

本工程は、使用する幹細胞の培養に適した培養温度（通常３０〜４０℃、好ましくは３７℃程度）で、ＣＯ₂インキュベーター内にて培養することによって実施される。培養期間は、１日〜５日（好ましくは１日〜３日、より好ましくは２日〜３日）である。

本工程において、膵前駆細胞が内分泌前駆細胞に分化誘導されたことの確認は、内分泌前駆細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子（以下、それらを内分泌前駆細胞マーカーということがある）の発現変動を、例えば、抗原抗体反応を利用したタンパク質の発現評価方法や定量ＲＴ−ＰＣＲを利用した遺伝子発現評価方法等により評価することによって行うことができる。上記細胞マーカーとして、ＮＧＮ３、ＰＡＸ４、ＮＥＵＲＯＤ１等があげられる。

１−５．工程（５）は、前記工程（４）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤を含む培地で培養することを特徴とする。好ましくは、さらに、ＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子のいずれか１以上、より好ましくは２以上、特に好ましくは全てを含む培地で培養することを特徴とする。この工程により、内分泌前駆細胞が膵内分泌細胞へと分化誘導できる。

本工程で用いられるホスホジエステラーゼ阻害剤は、ホスホジエステラーゼ（ＰＤＥ）を阻害することにより、ｃＡＭＰあるいはｃＧＭＰの細胞内濃度を上昇させる化合物であり、当該活性を有する限り特に制限なく用いることができるが、例えば、ＩＢＭＸ（３−イソブチル−１−メチルキサンチン）、ジブチルｃＡＭＰ等が挙げられる。好ましくは、ＩＢＭＸである。ホスホジエステラーゼ阻害剤の濃度は、用いる阻害剤の種類によって適宜選択されるが、ＩＢＭＸを使用する場合の濃度は、通常５〜１０００μＭ、好ましくは５０〜５００μＭであり、ジブチルｃＡＭＰを使用する場合の濃度は、通常１０〜４０００μＭ、好ましくは１００〜１０００μＭである。

本工程で任意に用いられるＧＬＰ−１受容体アゴニストは、ＧＬＰ−１（グルカゴン様ペプチド−１）の受容体に対する作動薬としての活性を有する物質である。ＧＬＰ−１受容体アゴニストとしては、例えば、ＧＬＰ−１、ＧＬＰ−１ＭＲ剤、ＮＮ−２２１１、ＡＣ−２９９３（エキセンジン−４）、ＢＩＭ−５１０７７、Ａｉｂ（８，３５）ｈＧＬＰ−１（７，３７）ＮＨ₂、ＣＪＣ−１１３１等をあげることができるが、特に、エキセンジン−４が好ましい。これらの物質は市販されており入手可能でありが、市販品として入手できない場合には、既知文献に従って調製することもできる。他にも、多くのＧＬＰ−１受容体作動薬が市販されており、それらも本工程で用いることができる。ＧＬＰ−１受容体アゴニストの培地中の濃度は、用いるアゴニストの種類によって適宜選択されるが、エキセンジン−４を用いる場合の濃度は、通常１〜１０００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは１０〜５００ｎｇ／ｍｌ、より好ましくは２０〜２００ｎｇ／ｍｌである。

本工程では、ニコチンアミド（ナイアシンまたはニコチン酸アミドとも呼ばれる）をその培地中に添加することができる。ニコチンアミドは、そのポリＡＤＰリボース合成阻害剤としての機能により、膵β細胞の細胞死を抑制することが報告されている。当該ニコチンアミドの培地中の濃度は、通常０．１〜２０ｍＭ、好ましくは５〜２０ｍＭである。

本工程では、アデニル酸シクラーゼ活性化因子をその培地中に添加することができる。アデニル酸シクラーゼ活性化因子としては、例えば、フォルスコリンまたはその誘導体をあげることができる。アデニル酸シクラーゼ活性化因子の培地中の濃度は、用いる活性化因子の種類によって適宜選択されるが、フォルスコリンを用いる場合の濃度は、通常０．１〜１００μＭ、好ましくは２〜５０μである。

本工程で用いる培地は、前記工程（１）で例示した基礎培地（所望により、前記工程（１）で例示した各種添加物、血清または血清代替物を含有していてもよい）に、ホスホジエステラーゼ阻害剤（、好ましくはさらに、ＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子のいずれか１以上、より好ましくは２以上、特に好ましくは全て）を添加することにより調製される。本工程で用いる培地は、上記工程（１）〜（４）の何れかと同種の基礎培地を用いて調製されたものであっても、異種の基礎培地を用いて調製されたものであってもよいが、好ましくは、Ｂ−２７サプリメントを添加したＤＭＥＭ／Ｆ１２培地である。

本工程は、使用する幹細胞の培養に適した培養温度（通常３０〜４０℃、好ましくは３７℃程度）で、ＣＯ₂インキュベーター内にて培養することによって実施される。培養期間は、１日〜１５日（好ましくは２日〜１０日、より好ましくは５日〜１０日）である。

本工程において、内分泌前駆細胞が膵内分泌細胞に分化誘導されたことの確認は、膵内分泌細胞特異的に発現するタンパク質や遺伝子（以下、それらを膵内分泌細胞マーカーということがある）の発現変動を、例えば、抗原抗体反応を利用したタンパク質の発現評価方法や定量ＲＴ−ＰＣＲを利用した遺伝子発現評価方法等により評価することによって行うことができる。また、培地中に分泌される膵ホルモンの量を測定することにより評価することもできる。培地中に分泌される膵ホルモンの量の測定は、ウエスタンブロッティング解析、ＥＬＩＳＡ法などの方法またはそれに準じる方法等により行なうことができる。上記細胞マーカーとして、ＩＮＳ、ＧＣＧ、ＳＳＴ等があげられる。

上記のとおり本発明は、幹細胞からインスリン産生細胞の分化誘導方法を提供するが、本発明の工程（２）〜工程（５）を用いれば、本発明の工程（１）を経て得られた内胚葉細胞以外の内胚葉細胞を出発材料として膵生前駆細胞を効率良く分化誘導することもできる。従って、本発明はまた、内胚葉細胞を出発材料としたインスリン産生細胞の分化誘導方法であり、幹細胞由来の内胚葉細胞を、以下の工程（ａ）〜（ｄ）で培養することを特徴とする、インスリン産生細胞の分化誘導方法：
（ａ）内胚葉細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）を含む培地で培養する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤（、好ましくはさらにプロテインキナーゼＣ活性化因子）を含む培地で培養する工程、および
（ｄ）前記工程（ｃ）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤（、好ましくはさらに、ＧＬＰ−１受容体のアゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子のいずれか１以上、より好ましくは２以上、特に好ましくは全て）を含む培地で培養する工程、
でもある。
上記のそれぞれの工程で培地に添加される物質の例は、既に上記した通りである。

本発明の分化誘導方法を用いて、幹細胞をインスリン産生細胞へ効率的に分化誘導することができ、それにより、インスリンを特異的に産生する細胞（インスリン分泌促進物質および高血糖に反応してＣ−ペプチドを分泌する細胞であって、他の膵ホルモンに比べてインスリン発現能力が有意に優れている細胞）を大量に供給できる。このインスリン産生細胞は、医薬（特に細胞医療のための医薬）や、糖尿病治療薬を開発するためのツールとして用いることができる。

上記に本発明を説明したが、以下本発明の方法の好ましい態様について、いくつかの例を挙げて説明する。
本発明の方法の一つの好ましい態様における特徴は、高濃度のＮＯＧＧＩＮが、未分化幹細胞を、ＰＤＸ１陽性膵臓前駆細胞へ、次いでＮＧＮ３発現膵内分泌前駆細胞への分化を特異的に増強する一方、肝臓や腸の細胞への誘導を抑制するのに重要な役割を果たすことである。また、本発明の方法の他の好ましい態様における特徴は、機能的に成熟したβ細胞の様々なマーカーを発現するインスリンシングルポジティブ細胞（INSULIN-single positive cell）への分化のために、エキセンジン−４とニコチンアミドとともにＩＢＭＸが重要な役割を果たすことである。そして、このような好ましい態様を用いて分化誘導された細胞は、様々なインスリン分泌促進物質および高グルコースに応答して放出される内因性のＣ−ペプチドのプールを含んでいる。

本発明の方法の別の好ましい態様における特徴は、本明細書で示した５段階の分化誘導プロトコルに従い、ｈｉＰＳ細胞から、内因性インスリンプールを有しそしてグルコースに敏感な態様でインスリン分泌することができる機能的ＩＮＳ産生β細胞を作製することができ、成熟したＩＮＳシングルポジティブ膵臓β細胞への分化を誘導することができることである。
本発明の方法の一つの好ましい態様において、ステージ３で膵臓前駆細胞を誘導するために、ＲＡ、ＫＡＡＤ−シクロパミン、ＳＢ４３１５４２およびＮＯＧＧＩＮを組み合わせた処理が用いられる。ヘッジホッグシグナル伝達は、ゼブラフィッシュとマウスの胚発生期間中、膵臓内分泌細胞のＲＡが媒介する仕様（RA-mediated specification）に拮抗することが報告されている。それ故、このステージでのＫＡＡＤ−シクロパミンとＲＡの使用は、それらの既知の重要性と一致している。本発明の分化誘導系においては、ＡＦＰ陽性細胞は、高濃度のＮＯＧＧＩＮ（２００〜３００ｎｇ／ｍＬ）で減少するが、このことは、ＢＭＰが、膵臓分化に要求されるが、肝分化には阻害的であるということと一致している。ＢＭＰシグナル伝達はまた、ＳＭＡＤ４を介してＣＤＸ２の発現を増加させるが、このことは、ＮＯＧＧＩＮによるＣＤＸ２のダウンレギュレーションを説明できるかもしれない。

本発明の方法の他の一つの好ましい態様において、ステージ４で、Ａｌｋ５ｉ、ＩＬＶおよびＮＯＧＧＩＮの組み合わせを適用して、膵臓の前駆細胞からのＥＰ細胞の効率的な誘導が行われる。このようにして、そのほとんどがＮＥＵＲＯＤ１およびＰＡＸ４を共発現しているＮＧＮ３発現ＥＰ細胞を高い割合で誘導できる。
さらに、ＮＧＮ３転写物は、このステージで高発現し、そして、１または２日以上の日数以内に徐々に消失したが、このことは、インビボでのこの遺伝子の一過性発現と一致する。膵臓内分泌細胞、特にβ細胞の分化の重要な調節因子であるＮＫＸ６．１は、ステージ３とステージ４の細胞の両方で発現されており、このことは、本発明の培養系で誘導した前駆細胞が、膵β細胞へと分化する能力を有していることを示している。

本発明の方法の別の一つの好ましい態様において、ステージ５で、エキセンジン−４およびニコチンアミドに加えて、ＩＢＭＸおよびＦＲＫＬの両方が用いられ、Ｃ−ペプチド産生細胞の誘導を促進できる。ＩＢＭＸおよびＦＲＫＬは、細胞内ｃＡＭＰを増加させることが知られており、このことは、細胞内ｃＡＭＰレベルがＩＮＳ陽性細胞の分化を増強する重要な要因の一つであることを示唆している。
また、ＩＢＭＸとＦＲＫＬの組合せのすべての条件で、優勢なＣ−ペプチド／ＰＤＸ１ダブルポジティブ細胞を観察される。Ｃ−ペプチドを発現しなかったＰＤＸ１陽性細胞もまた存在していたが、これらの細胞は、高度にＰＤＸ１陽性であり、上皮前駆細胞またはその前駆体かもしれない。エキセンジン−４およびニコチンアミドに加えて、ＩＢＭＸおよびＦＲＫＬは、Ｃ−ペプチドポジティブ細胞への分化を同様に促進するが、エキセンジン−４、ニコチンアミドおよびＩＢＭＸの組合せは、以下の考察に基づくと、ＩＮＳ−発現細胞への内分泌前駆細胞の誘導のためのより良い条件であると考えることができる。まず、ＳＳＴ−シングルおよびＣＰ／ＳＳＴダブルポジティブ細胞の数は、ＩＢＭＸベースの条件よりも、ＦＰＫＬベースの条件の方が比較的高かったが、このことは、ＩＢＭＸとＦＲＫＬの両方が細胞内ｃＡＭＰを増加したものの、ＦＲＫＬが他の経路に作用することによりＳＳＴポジティブ細胞を促進した可能性があることを示唆している。第二に、ＰＤＸ１シングルポジティブ細胞の数もまた、ＩＢＭＸベースの条件よりもＦＲＫＬベースの条件で高かったことは、ＦＲＫＬはまた、他の細胞型を作製するために作用したことを反映している。第三に、β細胞特異的な遺伝子の発現が、ＦＲＫＬに誘導される細胞よりもＩＢＭＸ誘導細胞では比較的高かった。

ポリホルモン性（polyhormonal）細胞の存在は、げっ歯類およびヒトの両者で、初期の胎児の発達の主要な移行段階の間に報告されている。ポリホルモン性細胞が膵内分泌前駆細胞や膵臓の発達の胎児段階に属する未熟細胞型を表すかどうかは不明である。以前の研究では、移植後のポリホルモン性細胞が生体内でＧＣＧ発現細胞へと分化したこと、そして、ダイナミッククロマチンリモデリングが、この成熟した細胞型へのこの移行の間に起こることが報告されている。最近では、免疫不全マウスに移植したヒトＥＳ細胞由来の膵臓内胚葉細胞が、グルコース応答性ＩＮＳ分泌細胞へとさらに分化および成熟することが示されており、このことは、インビトロで得られた膵臓の前駆体が生体内で成熟しうることを示唆している。本発明者らは、本発明の分化誘導培養において、ＩＢＭＸの添加が効果的にポリホルモン性細胞を減少し、そしてＩＮＳシングルポジティブ細胞を増加させたことを示した。したがって、本発明の方法を用いて、インビトロで、正しいステージにおける正しいシグナル伝達経路の活性化によって、ＩＮＳシングルポジティブ細胞を誘導することが可能であることを示している。

本発明の方法における特徴として、ＮＯＧＧＩＮおよびＩＢＭＸの両方が、ｈｉＰＳ由来細胞からのＩＮＳシングルポジティブ細胞の作製において重要な役割を果たしている。本発明者らにより、本発明の一つの実施態様として、ＩＢＭＸに関わりなくＩＮＳポジティブ細胞を作製するためにステージ３および４においてＮＯＧＧＩＮの添加が不可欠である一方、ステージ３および４における高濃度のＮＯＧＧＩＮ（２００ｎｇ／ｍＬ）とともにステージ５のＩＢＭＸは協同して、ＩＮＳシングルポジティブ細胞の作製を促進しそして制御していることが確認された。従って、本発明の一つの態様としての、高濃度のＮＯＧＧＩＮおよびＩＢＭＸの組合せによるＮＯＧＧＩＮとＩＢＭＸの複合効果が、内因性Ｃ−ペプチド含有量とグルコース刺激性Ｃ−ペプチド分泌を改善し、さらに、機能的に成熟したβ細胞を作製するために重要である。

本発明の別の一つの好ましい態様として、ゼノフリーの分化誘導系が提供される。動物由来の物質は臨床用途には望ましくない。そのため、ｈｉＰＳ細胞は、将来の臨床用途におけるリスクを最少化するために、ゼノフリー培養系で作製され、維持され、そして分化されなければならない。本明細書の記載の方法は、幹細胞（例えば、ｈｉＰＳ細胞）の維持と分化の両方において、フィーダー細胞なしでゼノフリーの足場、補完物および因子を使用して、ｈｉＰＳ細胞をＩＮＳポジティブ細胞へと分化させることができる。

２．細胞を含む医薬
本発明は、上記した本発明の分化誘導方法により製造されたインスリン産生細胞を含む医薬を提供する。ここで、インスリン産生細胞とは、インスリン分泌促進物質または高血糖に反応してＣ−ペプチドを分泌する細胞であって、他の膵ホルモンに比べてインスリン発現能力が有意に優れている細胞である。
本発明の分化誘導方法は、ゼノフリーの培養系においても、効率よくインスリン産生細胞を分化誘導（製造）することができる。従って、本発明の医薬は、哺乳動物（例えば、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ブタ、サル）に投与した際に、異種抗原汚染がなく安全である。
本発明の医薬のヒトへの投与形態（移植方法）としては、例えば、ヒト患者の右下腹部に小切開を置き、腸間膜の細い血管を露出して直視下にカテーテルを挿入して細胞を移植する方法；エコーにて肝臓の門脈を同定して、カテーテルを穿刺して細胞を移植する方法；または腹部エコーガイド下に脾臓を直接穿刺することにより脾臓に移植する方法（ＮａｇａｔａＨ，ＩｔｏＭ，ＳｈｉｒｏｔａＣ，ＥｄｇｅＡ，ＭｃＣｏｗａｎＴＣ，ＦｏｘＩＪ：Ｒｏｕｔｅｏｆｈｅｐａｔｏｃｙｔｅｄｅｌｉｖｅｒｙａｆｆｅｃｔｓｈｅｐａｔｏｃｙｔｅｅｎｇｒａｆｔｍｅｎｔｉｎｔｈｅｓｐｌｅｅｎ．Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，７６（４）：７３２−４，２００３．参照）があげられる。なかでも、エコーを用いて細胞移植を行う方法の方が、侵襲が少ないため好ましく、このような方法の具体例として、腹部エコーガイド下に直接穿刺することにより脾臓や肝臓に移植する方法が挙げられる。本発明の医薬の投与量（移植量）は、例えば、１×１０⁸〜１×１０¹⁰細胞／個体、好ましくは、５×１０⁸〜１×１０¹⁰細胞／個体、さらに好ましくは、１×１０⁹〜１×１０¹⁰細胞／個体である。本発明の医薬において、患者本人の細胞あるいは組織適合型が許容範囲のドナーの細胞を用いて作成されたインスリン産生細胞、特にはゼノフリー培養系で分化誘導（製造）したインスリン産生細胞を用いることが好ましい。また、本発明の医薬の投与量（移植量）は、投与される患者の年齢、体重、症状などによって適宜変更することができる。

本発明の医薬のうち、インスリン産生細胞を含む医薬は、それ自体の投与（移植）により、患者の体内でインスリンの産生（分泌）が可能となり、インスリン産生（分泌）の低下に起因する疾患である糖尿病の治療に有用である。

３．スクリーニング方法
本発明はまた、上記した本発明のインスリン産生細胞の分化誘導方法により作製されたインスリン産生細胞を用いた糖尿病治療薬のスクリーニング方法である。
本発明のスクリーニング方法は、例えば、以下のようにして実施される。
本発明で分化誘導したインスリン産生細胞を用い、（ａ）試験化合物存在下でインスリン産生細胞を培養した場合と、（ｂ）試験化合物非存在下でインスリン産生細胞を培養した場合における、該細胞内のインスリン発現量または該細胞外へのインスリン分泌量をそれぞれ測定し、比較する方法が挙げられる。

インスリン発現量としては、インスリンの発現量、インスリンをコードするポリヌクレオチド（例、ｍＲＮＡなど）の発現量などが挙げられる。インスリンの発現量および分泌量は、公知の方法、例えば、インスリンを認識する抗体を用いて、細胞抽出液中や培地中などに存在するインスリンを、ウエスタンブロッティング解析、ＥＬＩＳＡ法などの方法またはそれに準じる方法等により測定することができる。
インスリンのｍＲＮＡ量の測定は、公知の方法、例えば、ノーザンハイブリダイゼーション、Ｓ１マッピング法、ＰＣＲ法、定量ＲＴ−ＰＣＲ法、ＤＮＡチップあるいはアレイ法またはそれに準じる方法に従って行うことができる。

インスリン産生細胞の培養は、インスリンが発現および／または分泌される条件下であれば特に限定されず公知の方法に従って行うことができる。培地としては、例えば、約１〜２０％の牛胎児血清を含む、ＭＥＭ培地、ＤＭＥＭ培地、ＲＰＭＩ１６４０培地、または１９９培地が用いられる。
試験化合物としては、特に制限がなく、例えば、合成化合物、天然化合物、低分子化合物、ペプチド、タンパク質、ならびに、動植物または生体由来の抽出物をあげることができる。
本発明のスクリーニング方法を用いて、インスリン産生を抑制（阻害）する物質および促進する物質のいずれも検出することができる。このようにしてスクリーニングされたインスリン産生を促進する物質は、糖尿病治療薬として有用である。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（Ａ）材料および方法
（１）セルライン
ヒトｉＰＳ（ｈｉＰＳ）セルラインを用いた。ｈｉＰＳセルラインは、国立成育医療研究センター（東京、日本）の豊田らによって確立された（Yamazoeら、J Cell Sci 26, 5391-5399, 2013）Ｔｏｅを、ＮＩＢＩＯ（日本）のセルバンクから得た。Ｔｏｅは、当初は、非特許文献１１に記載の異種混入条件下で増殖させ、未分化の状態で維持した。

（２）ゼノフリー（異種非含有）での未分化ｈｉＰＳ細胞の培養
凍結保存されたｈｉＰＳ細胞を溶解し、ゼノフリー条件下で、ゼノフリー合成足場（ＳｙｎｔｈｅｍａｘＩＩ −ＳＣ基板、Corning）でコーティングされたＣｅｌｌＢＩＮＤ細胞培養皿（Corning）上で、ｈｉＰＳ細胞維持培地で培養した。異種含有培養での維持培地は、ペニシリン−ストレプトマイシン（５０単位／ｍＬペニシリン、５０μｇ／ｍＬストレプトマイシン、ナカライテスク）、２ｍＭＬ−グルタミン（Ｌ−Ｇｌｎ、ナカライテスク）、１％非必須アミノ酸（ＮＥＡＡ、Life Technologies）、０．１ｍＭ２−メルカプトエタノール（２−ＭＥ、Sigma-Aldrich）、２０％（ｖ／ｖ）ノックアウト血清代替物（ＫｏｃｋｏｕｔＳＲ、Life Technologies）、および５ｎｇ／ｍＬの組換えヒトＦＧＦ２（ｒｈＦＧＦ２、Pepro Tech）を補充したＫｏｃｋｏｕｔＤＭＥＭ／Ｆ１２（Life Technologies）からなる。これに対し、ＫｎｏｃｋｏｕｔＳＲおよびｒｈＦＧＦ２をそれぞれ、ＫｏｃｋｏｕｔＳＲｘｅｎｏ−ｆｒｅｅＣｅｌｌＴｈｅｒａｐｙＳｙｓｔｅｍ（ＣＴＳ）（Life Technologies）およびｘｅｎｏ−ｆｒｅｅｒｈＦＧＦ２（Pepro Tech）に置き換え、１％ＫｎｏｃｋｏｕｔＳＲｇｒｏｗｔｈｆａｃｔｏｒｃｏｃｋｔａｉｌＣＴＳ（Life Technologies）を添加し、ゼノフリー培養のための、維持培地を調製した。未分化ｈｉＰＳ細胞は、手動で、細胞解離緩衝液（Life Technologies）を用いて細胞コロニーを解離させて、細胞スクレーパー（Asahi）を使用して小さなクラスタを回収することにより、３〜４日ごとに１：３の割合で継代した。細胞は、当初異種含有条件の下で拡張させ、次いで、分化に使用する前に、ゼノフリー条件下で連続して継代した。

（３）未分化ｈｉＰＳ細胞のインビトロでの分化
膵臓分化は、３代継代後、未分化ｈｉＰＳ細胞を、ＴｒｙｐＬＥＳｅｌｅｃｔＣＴＳ（Life Technologies）を用いて分離した後、セルスクレーパーを用いて回収し、ＳｙｎｔｈｅｍａｘＩＩ−ＳＣＳｕｂｓｔｒａｔｅでコーティングした９６ウェルのＣｅｌｌＢＩＮＤ細胞培養プレート上に１×１０⁵細胞／ウェルの密度で播種した。その後、細胞を、１０μＭＲｏｃｋ阻害剤（Ｙ−２７６３２、和光）を加えたゼノフリー維持培地を用いて１日間培養し、次いで、Ｒｏｃｋ阻害剤無しで、８０〜９０％コンフルエントになるまでさらに１〜２日間培養した。その後、細胞を、以下に示す膵臓分化のための主要なステージへと向けた：胚体内内胚葉細胞（ＤＥ、ステージ１）、原腸管細胞（ＰＧ、ステージ２）、膵臓前駆細胞（ＰＰ、ステージ３）、内分泌前駆細胞（ＥＰ、ステージ４）、およびホルモン発現内分泌細胞（ＥＣ、ステージ５）（図２参照）。

ステージ１では、分化を開始するために、細胞を最初にＣａ２⁺およびＭｇ２⁺（Sigma-Aldrich）を含まないＰＢＳでの軽く洗浄し、次いで、ペニシリン−ストレプトマイシン、２ｍＭＬ−Ｇｌｎ、１％ＮＥＡＡ、０．１ｍＭ２−ＭＥ、２％（ｖ／ｖ）Ｂ２７ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔＸｅｎｏＦｒｅｅＣＴＳ（Life Technologies）、１００ｎｇ／ｍＬ組換えヒトアクチビンＡ（Ａｃｔ、HumanZyme）、および３μＭＣＨＩＲ９９０２１（TOCRIS Bioscience）を添加したＤＭＥＭ高グルコース培地（Life Technologies）で２日間培養し、引き続きさらに３日間、ＣＨＩＲ９９０２１なしで培養した。培地は、１日毎に新しくした。

ステージ２では、細胞を、ペニシリン−ストレプトマイシン、２ｍＭＬ−Ｇｌｎ、１％ＮＥＡＡ、０．１ｍＭ２−ＭＥ、１％（ｖ／ｖ）Ｂ２７ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔＸｅｎｏＦｒｅｅＣＴＳ、０．２５ μＭＫＡＡＤ−シクロパミン（Ｃｙｃ、Stemgent）、および５０ｎｇ／ｍｌの組換えヒト線維芽細胞増殖因子１０（ＦＧＦ１０、Pepro Tech）を添加したＰＲＭＩ１６４０培地（Life Technolofgies）で培養した。

ステージ３では、細胞を、ペニシリン−ストレプトマイシン、２ｍＭＬ−Ｇｌｎ、１％ＮＥＡＡ、０．１ｍＭ２−ＭＥ、１％（ｖ／ｖ）Ｂ２７ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔＸｅｎｏＦｒｅｅＣＴＳ、２μＭオールトランスレチノイン酸（ＲＡ、Stemgent）、０．２５μＭＣｙｃ、１０μＭＳＢ４３１５４２（ＳＢ、ＴＧＦ−βＩアクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、ＣＡＬＢＩＯＣＨＥＭ）、および２００ｎｇ／ｍｌの組換えヒトＮＯＧＧＩＮ（Ｎｏｇ、ＢＭＰシグナル伝達阻害剤、R&D Systems）を添加したＤＭＥＭ高グルコース培地で６日間培養した。培地は２日毎に交換した。

ステージ４では、細胞を、ペニシリン−ストレプトマイシン、２ｍＭＬ−Ｇｌｎ、１％ＮＥＡＡ、０．１ｍＭ２−ＭＥ、１％（ｖ／ｖ）Ｂ２７ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔＸｅｎｏＦｒｅｅＣＴＳ、５μＭＡｌｋ５ｉ（ＴＧＦ−βＩアクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、CALBIOCHEM）、３００ｎＭ（−）インドラクタムＶ（ＩＬＶ、R&D Systems）、および２００ｎｇ／ｍＬＮｏｇを添加したＤＭＥＭ高グルコース培地で２日間培養した。

ステージ５では、細胞を、ペニシリン−ストレプトマイシン、２ｍＭＬ−Ｇｌｎ、１％ＮＥＡＡ、０．１ｍＭ２−ＭＥ、および１％（ｖ／ｖ）Ｂ２７ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔＸｅｎｏＦｒｅｅＣＴＳを添加したＤＭＥＭ／Ｆ１２培地を用いて、５０ｎｇ／ｍｌのエキセンジン−４（Ｅｘ−４、Cell Sciences）、１０ｍＭニコチンアミド（ＮＡ、Sigma-Aldrich）、および／または１００μＭ３−イソブチル−１−メチルキサンチン（ＩＢＭＸ、ホスホジエステラーゼ阻害剤、和光）、および／または１０μＭフォルスコリン（ＦＲＫＬ、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、和光）の条件にて８日間培養した。培地は２日毎に交換した。

ゼノフリー培養では、培地の成分／因子を、０．１％ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ、Sigma-Aldrich）、ＰＢＳ、またはＤＭＳＯを用いて再構成した。同様のゼノフリー培養技術を、他の２つの市販されているゼノフリー足場である、ＣＥＬＬｓｔａｒｔ（Life Technologies）および組換えヒトビトロネクチン（ｒｈＶＴＮ、Life Technologies）上でのｈｉＰＳ細胞の維持および分化にも用いた。

（４）フリーサイトメトリー
フローサイトメトリーは、Martinら（非特許文献１２）に記載の方法に若干の修正を加え、異種抗原性因子Ｎ−グリコリルノイラミン酸（Ｎｅｕ５Ｇｃ）に対して行った。簡単に述べると、細胞を１５分間３７℃で、細胞解離緩衝液で処理して解離し、マイクロピペットを用いて単一細胞懸濁液として回収した。次いで、細胞をＰＢＳで２回洗浄した後、０．５％（ｖ／ｖ）のブロッキング剤（ＢＡ、Sialix）を加えたＰＢＳ（０．５％ＢＡ／ＰＢＳ）を用いて１回洗浄した。染色は、全量５０μｌ中の１．０×１０⁶細胞を、０．５％ＢＡ／ＰＢＳ中、ニワトリ抗Ｎｅｕ５ＧｃＩｇＹ抗体（Ａｂ）（１：２００希釈、Sialix）、ニワトリＩｇＹネガティブコントロール（１：２００希釈、Sialix）とともに、あるいは一次抗体なしで、６０分間、４℃でインキュベートした。０．５％ＢＡ／ＰＢＳで３回洗浄した後、細胞を、０．５％ＢＡ／ＰＢＳ中で、１：５００希釈のＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ４８８ロバ抗ニワトリ抗体（Molecular Probes）とともに６０分間、４℃でインキュベートした。フローサイトメトリーは、ＢＤＦＡＣＳＣａｎｔｏフローサイトメーター（BD Biosciences）で実施し、ＦｌｏｗＪｏソフトソフトウェアバージョン７．６．５（Tree Star, Inc.）を用いて分析した。

（５）定量ＲＴ−ＰＣＲ分析
総ＲＮＡを、ＴＲＩ試薬（Sigma-Aldrich）を用いて各ステージの細胞から抽出し、ゲノムＤＮＡの混入は、デオキシリボヌクレアーゼＩ（Sigma-Aldrich）で消化することにより除去した。成人ヒト膵臓の総ＲＮＡは、市販品（Clontech）を購入した。ｃＤＮＡは、オリゴｄＴおよびＲｅｖｅｒＴｒａＡｃｅＲＴ−試薬キット（東洋紡）を用いて、２．０μｇのＲＮＡから調製した。リアルタイムＰＣＲに用いたプライマー配列を、その長さとともに下記の表１に示す（フォワードプライマーの配列を上から配列番号１〜３０、リバースプライマーの配列を上から配列番号３１〜６０とする）。リアルタイムＰＣＲは、７５００ＦＡＳＴリアルタイムＰＣＲシステム（Applied Biosystems）で行った。ＰＣＲ増幅は、１０μＬの２хＴｈｕｎｄｅｒｂｉｒｄＳｙｂｒｑＰＣＲＭｉｘ（東洋紡）、８．５μＬのミリＱ水、０．５μＬの０．２５μＭフォワードおよびリバースプライマー、および１．０μＬの鋳型ｃＤＮＡ、を含む全量２０μｌの反応混合物中で行い、４０サイクル（サイクル条件：５０℃で２分間、９５℃で１０分間、および、９５℃で１５秒間と６０℃で１分の４０サイクル）で停止した。各標的遺伝子の発現は、ハウスキーピング遺伝子であるグリセルアルデヒド−３−リン酸デヒドロゲナーゼ（ＧＡＰＤＨ）の発現レベルに対して標準化した。

（６）アルカリホスファターゼ（ＡＰ）染色
培養細胞は、４％（ｗ／ｖ）パラホルムアルデヒド（ナカライテスク）で固定し、ＰＢＳで洗浄し、次いでアルカリホスファターゼ緩衝液（１００ｍＭトリス−ＨＣｌ［ｐＨ９．５］、１００ｍＭＮａＣｌ、５０ｍＭＭｇＣｌ₂、および０．１％Ｔｗｅｅｎ−２０）とともに、室温で３０分間インキュベートした。次に、発色反応を、３５μｇ／ｍＬの４−ニトロブルーテトラゾリウムクロライドおよび１７．５μｇ／ｍＬの５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルリン酸（Roche Diagnostics）を用いて、暗所にて、室温で３０分間行った。その後、細胞を、１ｍＭＥＤＴＡ／ＰＢＳで洗浄し、４％パラホルムアルデヒドで固定し、最後に画像を取得した。

（７）免疫細胞化学分析
細胞を、４％パラホルムアルデヒドで固定し、１５分間ＰＢＳで洗浄し、次いで、１％トリトンＸ−１００（ナカライテスク）で１０分間処理して透過性処理した。ＰＢＳＴ（ＰＢＳ中、０．１％Ｔｗｅｅｎ−２０［ナカライテスク］）で洗浄した後、細胞を、２０％（ｖ／ｖ）ブロッキングワン（Blocking one）（ＢＯ：ナカライテスク）を添加したＰＢＳＴ（２０％ＢＯ／ＰＢＳＴ）で１時間ブロッキングし、次いで、一次抗体とともに４℃で一晩インキュベートした。以下の一次抗体を使用した：マウス抗ＯＣＴ３／４（１：１００、Santa Cruz Biotechnology、ｓｃ−５２７９）；ウサギ抗ＮＡＮＯＧ（１：１００、リプロセル、ＲＣＡＢ００３Ｐ）；マウス抗ＳＳＥＡ４（１：１００、R&D Systems、ＢＡＭ１４３５）；マウス抗ＴＲＡ１−８１（１：１００、ミリポア、ＭＡＢ４３８１）；ウサギ抗ＳＯＸ２（１：１００、ミリポア、ＡＢ５６０３）；マウス抗ＳＳＥＡ１（１：１００、BioLegend、１２５６０３）；ヤギ抗ＳＯＸ１７（１：１００、R&D Systems、ＡＦ１９２４）；ウサギ抗ＨＮＦ３β／ＦＯＸＡ２（１：３００、ミリポア、＃０７−６３３）；ヤギ抗ＨＮＦ４α（１：１００、Santa Cruz Biotechnology、ＳＣ− ６５５６）；ヤギ抗ＰＤＸ１（１：１００、R&D Systems、ＡＦ２４１９）；ウサギ抗ＨＮＦ６（１：１００、Santa Cruz Biotechnology、ｓｃ−１３０５０）；ウサギ抗ＳＯＸ９（１：２００、ミリポア、ＡＢ５５３５）；マウス抗ＣＤＸ２（１：５００、BioGenex、ＭＵ３９２−ＵＣ）；マウス抗ＡＦＰ（１：２００、MONOSAN、ＭＯＮ４０３５）；ヒツジ抗ＮＧＮ３（１：２００、R&D Systems、ＡＦ３４４４）；ウサギ抗ＰＡＸ４（１：２００、Abcam、ａｂ４２４５０）；ヤギ抗ＮＥＵＲＯＰＥＤ１（１：１００、R&D Systems、ＡＦ２７４６）；モルモット抗インスリン（１：５００、DAKO、Ａ０５６４）；ウサギ抗Ｃ−ペプチド（１：２００、Cell Signaling Technology、＃４５９３）；マウス抗グルカゴン（１：３００、Sigma-Aldrich、Ｇ２６５４）；ヤギ抗ソマトスタチン（１：５００、Santa Cruz Biotechnology、ｓｃ−７８１９）；ウサギ抗ソマトスタチン（１：５００、DAKO、Ａ０５６６）；ウサギ抗膵臓ＰＯＬＹＰＥＰＴＩＤＥ（１：３００、DAKO、Ａ０６１９）；マウス抗アミラーゼ（１：１００、Santa Cruz Biotechnology、ｓｃ−４６６５７）；ウサギ抗ＵＣＮ３（１：５００、Phoenix Pharmaceuiticals、Ｇ−０１９−２８）、ヤギ抗−ＩＳＬ１（１：１００、R&D Systems、ＡＦ１８３７）；およびウサギ抗ＩＡＰＰ（１：２００、Abacam、ａｂ１５１２５）。翌日、細胞を、ＰＢＳＴで洗浄後、１：１０００に希釈した二次抗体（ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ４８８−，５６８−，または６３３−を接合したロバまたはヤギの、抗マウス、抗ヤギ、抗ウサギ、抗ヒツジまたは抗モルモットＩｇＧ）（Molecular Probes）とともに、暗所で、室温で、２時間インキュベートした。一次および二次抗体は全て、２０％ＢＯ／ＰＢＳＴで希釈した。核は、４’、６−ジアミジノ−２−フェニルインドール二塩酸（ＤＡＰＩ、Roche Applied Science）で対比染色した。ＰＢＳＴで３回洗浄した後、最終的に画像を、ＩｍａｇｅＸｐｒｅｓｓＭｉｃｒｏスキャニングシステム（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｅｖｉｃｅｓ、日本）で取得し、ＭｅｔａＸｐｒｅｓｓ細胞画像解析ソフトウェア（Molecular Devices、日本）を用いて定量分析を行った。

（８）Ｃ−ペプチド（分泌および分泌量）分析
ステージ５の終わりの分化した細胞を、最初に、最小必須培地、２．５ｍＭグルコースおよび１％Ｂ２７ＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔＸｅｎｏＦｒｅｅＣＴＳを含有するＤＭＥＭ（Life Technologies）で３０分間、３７℃でインキュベートした。この最初のインキュベーションは洗浄として扱った。その後培地を捨て、次いで、ウェル当たり１００μｌの２．５ｍＭのグルコースを含有するＤＭＥＭで、３７℃で１時間インキュベートした。上清を回収し、同一の細胞をさらに、２０ｍＭグルコースを含有するＤＭＥＭまたは２．５ｍＭのグルコースを含有するＤＭＥＭに、さらに種々の刺激因子、例えば、２μＭの（−）−ＢａｙＫ８６４４（Sigma-Aldrich）、１００μＭのトルブタミド（和光）、２５０μＭのカルバコール（Sigma-Aldrich）、０．５ｍＭのＩＢＭＸ、または３０ｍＭの塩化カリウム（ＫＣｌ）（和光）を添加した培地にて、１時間培養した。上清を再度回収し、分析まで−２０℃で保存した。最後に、１％プロテアーゼインヒビターカクテル（ナカライテスク）を含有するＰＢＳ中の０．０１％トリトンＸ−１００を用いて細胞を溶解し、細胞内のＣ−ペプチドおよびタンパク質レベルを定量した。Ｃ−ペプチドレベルは、ヒトＣ−ペプチドＥＬＩＳＡキット（ALPCO Diagnostics）を用いて、製造者の指示に従って測定した。細胞溶解物中の全タンパク質は、ＢＩＯ−ＲＡＤ試薬キット（Bio-Rad Laboratories）を用いて定量した。Ｃ−ペプチドの量は、全タンパク質の対応する量に対して標準化した。

（Ｂ）実施例および比較例
実施例１：ゼノフリー条件での未分化ｈｉＰＳ細胞の自己複製および維持
（Ａ）（２）に従って、ゼノフリー条件下で、未分化ｈｉＰＳ細胞を継代した。その結果、ヒト多能性幹細胞培養物の異種汚染の指標であるＮ−グリコリルノイラミン酸（Ｎｅｕ５Ｇｃ）のレベルが、２継代（Ｐ２）後は、ゼノフリー条件で増殖したｈｉＰＳ細胞において検出できないレベルまで低下したことを見出した。ゼノフリー条件で増殖したｈｉＰＳ細胞（Ｐ３）は、アルカリホスファターゼ染色およびＯｃｔ４、ＮＡＮＯＧ、ＳＯＸ２、ＴＲＡ１−８１およびＳＳＥＡ−４の発現によって確認したところ、それらの指標は、異種含有条件（Ｐ０）で増殖したｈｉＰＳ細胞のそれと同様であり、自己複製および多能性を維持していることが確認された。ｈｉＰＳ細胞分化に関連したマーカーであるＳＳＥＡ１の発現は検出できず、このことは、ｈｉＰＳ細胞がゼノフリー条件で未分化状態に維持されていることを示唆している。図１に示すように、ゼノフリー条件で約３０継代まで増殖したｈｉＰＳ細胞は、シャープなエッジ、フラットそして密に詰まったコロニーの構造という多能性幹細胞の特徴である、独特の形態を示した。従って、本発明者らが見出したゼノフリー系は、ｈｉＰＳ細胞の多能性を維持しつつ、細胞を、非ヒト由来因子からの汚染なしの状態にするのに有効であることが判った。

実施例２：高濃度ＮＯＧＧＩＮ存在下での膵臓前駆細胞への分化
段階的にプロトコルを最適化することで、ゼノフリー条件下で、ｈｉＰＳ細胞を膵臓ホルモン発現細胞へと分化させる５段階のプロトコルの開発を試みた。上記（Ａ）（３）に記載の条件にて、未分化ｈｉＰＳ細胞から内分泌細胞への分化を行った。分化の５段階のプロトコルの概略を図２に示す。
最初に、ゼノフリー条件で、膵臓を生じる胚細胞層である胚体内内胚葉細胞を作製することにした。ステージ１では、ｈｉＰＳ細胞を、アクチビンＡ、およびＧＳＫ３β特異的阻害剤であるＣＨＩＲ９９０２１とともに２日間培養し、次いで、アクチビンＡのみで３日間培養して、胚体内内胚葉細胞（ＤＥ）への分化を誘導した。図３に示すように、ステージ１の終わりで、殆どの細胞はＳＯＸ１７／ＦＯＸＡ２二重陽性細胞（全細胞の７１．７±２．８％）に分化し、ＤＥマーカー遺伝子であるＳＯＸ１７の転写物を発現していたが、一方、未分化ｈｉＰＡ細胞マーカー遺伝子であるＯＣＴ４は著しく減少していた。

ステージ２では、ＦＧＦ１０およびヘッジホッグシグナル伝達阻害剤であるＫＡＡＤ−シクロパミンを添加するとともに、アクチビンＡを取り除き、原腸管（ＰＧ）への移行を可能にした。図４に示すように、ステージ２の終わりにて、ＨＮＦ４ａ／ＦＯＸＡ２二重陽性細胞の大きな割合（全細胞の７７．７±２．３％）およびの腸管マーカー遺伝子であるＦＯＸＡ２、ＨＮＦ１ｂおよびＨＮＦ４ａのアップレギュレーションを検出した。

ステージ３では、レチノイン酸（ＲＡ）、ＫＡＡＤ−シクロパミン、ＳＢ４３１５４２（ＳＢ、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤）、およびＮＯＧＧＩＮ（ＢＭＰシグナル伝達阻害剤）を用いた組合せ処理により、ＰＧ細胞のＰＤＸ１陽性膵臓前駆（ＰＰ）細胞への分化を誘導した。ＮＯＧＧＩＮを、培地に、１００、２００および３００ｎｇ／ｍＬ添加（Ｎｏｇ１００、Ｎｏｇ２００、Ｎｏｇ３００）して分化細胞を作製した。各遺伝子の発現を定量ＲＴ−ＰＣＲおよび免疫細胞化学分析により確認した。定量ＲＴ−ＰＣＲの結果を図５に、免疫細胞化学分析の結果を図６に示す。１００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮ処理で、培養細胞のかなりの割合がＡＦＰ陽性の肝細胞およびＣＤＸ２陽性（主にＰＤＸ１／ＣＤＸ２−二重陽性）の腸前駆細胞として出現したが、それらは、２００〜３００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮ処理で著しく減少した（図５、上パネル）。定量ＲＴＰＣＲ分析の結果も、高濃度のＮＯＧＧＩＮで、ＣＤＸ２およびＡＦＰ遺伝子発現が著しく減少し、一方、ＰＤＸ１および後部前腸遺伝子であるＨＮＦ６およびＮＫＸ６．１の発現は、著しくアップレギュレートされていることを示していた（図５、下パネル）。初期膵臓背側芽の遺伝子であるＨＬＸＢ９の発現も、著しくアップレギュレートされていた（図５、下パネル）。これらの結果は、ＢＭＰシグナル伝達が膵臓の運命への分化を阻害し、高濃度のＮＯＧＧＩＮが、高い割合の膵臓前駆細胞への分化をもたらすことを示唆している。
ステージ３の培地で２００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮを添加した場合は、ＰＤＸ１陽性細胞の約６２％がＨＮＦ６と共発現しており、約５９％がＳＯＸ９と共発現していた一方、全ＤＡＰＩ陽性細胞の、たった８％の細胞がＣＤＸ−２陽性であり、４％の細胞がＡＦＰ陽性であった（図５上パネル、図６）。これらの結果より、高濃度のＮＯＧＧＩＮは、膵臓への分化を誘導する一方、他の分家系等への分化を抑制した。このことは、高濃度のＮＯＧＧＩＮは、効率的に膵臓前駆細胞への分化を導いたことを示唆している。

実施例３：高割合での細胞のＮＧＮ３陽性膵内分泌前駆細胞への分化
Ａｌｋ５ｉ（ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体キナーゼ−４，５，７阻害剤）、ＮＯＧＧＩＮ、およびプロテインキナーゼＣ活性化因子の処理が、膵前駆細胞から内分泌前駆細胞（ＥＰ）への分化を促進することが報告されている（非特許文献５）。ゼノフリー系において、これらの因子を用いて膵前駆細胞からＮＧＮ３陽性内分泌前駆細胞への分化を試験した。各遺伝子の発現を定量ＲＴ−ＰＣＲおよび免疫細胞化学分析により確認した。定量ＲＴ−ＰＣＲの結果を図７に、免疫細胞化学分析の結果を図８および９に示す。ステージ４の培地に、Ａｌｋ５ｉ、２００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮ、およびＩＬＶ（プロテインキナーゼＣ活性化因子）を添加したときに、ＮＧＮ３転写産物が顕著にアップレギュレートされた一方、ＡＦＰおよびＣＤＸ２転写物がステージ３細胞と同レベルに維持されていた（図７）。しかしながら、ステージ４の培地において、ＮＯＧＧＩＮ無しまたは低濃度のＮＯＧＧＩＮを添加したときは、ＡＦＰおよびＣＤＸ２転写物はステージ３と比べて増加し、そしてＡＦＰおよびＣＤＸ２陽性細胞が表れた（図７、図８）。２００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮは、膵臓前駆細胞の内分泌前駆細胞への分化を案内しながらＡＦＰおよびＣＤＸ２陽性細胞の再出現を抑制するために必要であることが判った。

ステージ４では、ステージ３の細胞と比べ、分化した細胞では、ＮＥＵＲＯＤ１およびＰＡＸ４などの内分泌前駆細胞遺伝子の転写産物も顕著に増加した（図９）。免疫染色の結果は、Ａｌｋ５ｉ、２００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮ、およびＩＬＶで処理した場合に、７７．１（±２．２）％がＮＧＮ３を発現し、それらの殆どがＮＥＵＲＯＤ１およびＰＡＸ４を共発現していたことを示した（図９）。このことは、内分泌前駆系統への分化の確約を反映している。

実施例４：ＩＢＭＸによる内分泌前駆細胞からのインスリン陽性細胞への高割合での誘導
次に、内分泌前駆細胞からインスリン（ＩＮＳ）発現細胞への分化を行った。ステージ５において、培地に、エキセンジン−４（ＧＬＰ−１受容体のペプチドアゴニスト）、ニコチンアミド、ＩＢＭＸ（ホスホジエステラーゼ阻害剤）、およびフォルスコリン（ＦＲＫＬ、アデニル酸シクラーゼ活性化因子）を添加した。各遺伝子の発現を定量ＲＴ−ＰＣＲおよび免疫細胞化学分析により確認した。定量ＲＴ−ＰＣＲの結果を図１０に、免疫細胞化学分析の結果を図１１および図１２に示す。定量ＲＴ−ＰＣＲの結果は、分化した細胞が、ＩＮＳ、グルカゴン（ＧＣＧ）およびソマトスタチン（ＳＳＴ）転写物を発現したことを示したが、ＧＣＧの発現レベルは、ＩＮＳおよびＳＳＴと比較して、すべての条件において非常に低かった（図１０）。

ステージ５の基本培地（ＤＭＥＭ／Ｆ１２、１％Ｂ２７、エキセジン−４、およびニコチンアミド）にＩＢＭＸまたはＦＲＫＬあるいはその両方を添加した場合に、ＩＮＳ発現は有意にアップレギュレートされた。免疫染色の結果は、分化した細胞の５〜８％に及ぶ細胞が、新規（de novo）のインスリン合成の副産物であるＣ−ペプチド（ＣＰ）陽性であった（図１１、図１２）。全ての条件において、ＧＣＧ−シングルポジティブ細胞（〜０．３−０．６％）またはＣＰ／ＧＣＧ−ダブルポジティブ（〜０．３−１．４％）細胞の割合は非常に少なかった。ＳＳＴ−シングルポジティブ（〜０．７５−２．２５％）細胞またはＣＰ／ＳＳＴ−ダブルポジティブ細胞（〜１．２−２．４％）は、ＧＣＧ−ポジティブ細胞に比べて割合が高かった。ＩＢＭＸ、ＦＲＫＬまたは両方で処理した細胞のうちのＣＰシングルポジティブ細胞の割合は、それぞれ、〜６．５−６．７％、〜５．６−６．４％、〜５．１−５．６％であり、それらは対照ＤＭＳＯで処理したもの（〜３．２−３．６％）よりも有意に高かった（図１１、図１２）。ＣＰ／ＳＳＴ−ダブルポジティブ細胞およびＳＳＴ−シングルポジティブ細胞の割合は、ＫＦＲＬ処理およびＩＢＭＸ＋ＫＦＲＬ処理において、ＤＭＳＯ処理細胞より高かった。またＦＲＫＬ処理におけるＣＰ／ＳＳＴダブルポジティブ細胞の割合およびＩＢＭＸ＋ＦＲＫＬ処理細胞におけるＳＳＴシングルポジティブ細胞の割合は、ＩＢＭＸ処理細胞よりも有意に高かった（図１１、図１２）。

免疫染色の結果もまた、ＤＭＳＯ処理条件（〜１５％）に比べて、ＩＢＭＸ、ＦＲＫＬ、およびＩＢＭＸ＋ＦＲＫＬの条件において、それぞれ、〜２２％、〜２７％、〜２８％という有意に高い割合のＰＤＸ１ポジティブ／ＣＰネガティブ細胞を示した。これらは、殆ど単層で観察され、クラスタ化された構造中には観察されなかった。このことは、それらがまだ、膵臓前駆段階の未成熟な細胞である可能性を示している。これらの全ての培養条件において、各実験で、非常に少ないＰＡＮＣＲＥＡＴＩＣＰＯＬＹＰＥＰＴＩＤＥ−ポジティブおよびＡＭＹＬＡＳＥ−ポジティブ細胞が観察された。
また、定量ＲＴ−ＰＣＲを用いて、４つの全ての条件における細胞の、β細胞特異的マーカー、例えば、ＰＤＸ１、ＮＫＸ６．１、ＭＡＦ−Ａ、ＩＳＬ−１、ＵＲＯＣＯＲＴＩＮ−３（ＵＣＮ３）、ＧＬＵＫＯＫＩＮＡＳＥ（ＧＣＫ）、膵島アミロイドポリペプチド（ＩＡＰＰ）およびＳＬＣ３０Ａ８のｍＲＮＡ発現を評価した。結果を図１３に示す。ＤＭＳＯ−誘導細胞よりもＩＢＭＸ誘導分化細胞において、これらの全て条件でβ−細胞成熟遺伝子の発現レベルが有意に高かった。

グルコース応答における分化した細胞のＣ−ペプチドの分泌レベルを調べたところ、空腹状態を真似た２．５ｍＭの細胞外グルコースレベルでは、Ｃ−ペプチドシグナルの限界検出のみが確認された。結果を図１４左図に示す。これに対し、２０ｍＭのグルコースに応答して、全ての条件で、Ｃ−ペプチド分泌は有意に上昇した（ベースの２．１〜２．７倍）。また、４つの条件の全てで細胞内のＣ−ペプチド含有量を検出した。そのレベルは、ＤＭＳＯにより誘導された細胞（〜４６ｎｇ／ｍｇタンパク質）に比べ、ＩＢＭＸ誘導細胞（〜６６ｎｇ／ｍｇタンパク質）およびＦＲＫＬ誘導細胞（〜６２ｎｇ／ｍｇタンパク質）で有意に高かった。結果を図１４右図に示す。このことは、分化した細胞内にＣ−ペプチドプールが存在することを裏付けている。

実施例５：インビトロで作製されたＩＮＳ発現細胞の成熟特性
誘導されたＩＮＳ発現細胞の成熟β細胞特性を確認するために、様々なインスリン分泌促進物質に対して応答させた分化した細胞内のＣ−ペプチド分泌を試験した。結果を図１５に示す。塩化カリウム（ＫＣｌ）の添加による細胞の直接の脱分極は、１時間のインキュベーション中の分泌Ｃ−ペプチドを〜８．３倍に増加させた。細胞内の機能的ＫＡＴＰチャンネルの存在は、ＫＡＴＰチャネル遮断薬であるトルブタミドを添加した基準レベルに対してＣ−ペプチドの放出が〜３．０倍に増加したことから裏付けられる。Ｌ型ＶＤＣＣアゴニストである（−）ＢＡＹＫ８６４４の処理は、Ｃ−ペプチド放出を〜４．９倍び刺激し、このことは、ＶＤＣＣ（ｓ）の機能的な活性化を示唆している。さらに、インスリン分泌に影響を及ぼすｃＡＭＰに対する細胞応答性を評価した。ＩＢＭＸ（ホスホジエステラーゼ阻害剤）を用いたｃＡＭＰレベルの増加は、約４．９倍の増加を示し、そしてカルバコール（ムスカリン作動薬）処理は、分泌されたＣ−ペプチドレベルを約７．０倍に増加した。結果を図１５に示す。免疫細胞化学分析はまた、多くのＩＮＳポジティブまたはＣＰポジティブ細胞がβ細胞成熟マーカーである、ＵＲＯＣＯＲＴＩＮ−３（ＵＣＮ３）、ＩＡＰＰおよびＩＳＬ１を共発現していることを示した。結果を図１６に示す。これらの結果は、培養中に誘導されたＩＮＳ発現細胞は、機能的に成熟していたことを示唆している。

実施例６：ｈｉＰＳ由来細胞からＩＮＳ発現細胞への分化に対するＮＯＧＧＩＮとＩＢＭＸの効果
ｈｉＰＳ細胞由来の細胞を適切に導き、ＩＮＳシングルポジティブ細胞へと分化させるキーとなる因子を検討したところ、ＮＯＧＧＩＮとＩＢＭＸが協同して、ｈｉＰＳ由来細胞からＩＮＳ発現細胞への分化を高めることが判った。ステージ３と４で２００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮ（Ｎｏｇ２００）を添加し、そしてステージ５でＩＢＭＸを添加した場合のみ、ＩＮＳの転写物発現が有意にアップレギュレートされたが、ＮＯＧＧＩＮ不存在では、ｈｉＰＳ由来細胞は、非常に低いレベルのＩＮＳしか発現しなかった（図１７）。
免疫細胞化学分析の結果は、ＩＮＳポジティブ細胞は、ＮＯＧＧＩＮ不存在では殆ど検出されなかったが、ＮＯＧＧＩＮを２００ｎｇ／ｍＬ添加すると、ＮＯＧＧＩＮを１００ｎｇ／ｍＬ添加した場合に比べて高割合のＥＣ細胞をもたらすことを示した（図１８、図１９）。ＩＢＭＸと２００ｎｇ／ｍＬのＮＯＧＧＩＮの添加は、さらに、ＩＮＳ−シングルポジティブ細胞の割合を増加させた。分化誘導工程においてＩＢＭＸと高濃度のＮＯＧＧＩＮ（２００ｎｇ／ｍＬ）を用いた場合に、Ｃ−ペプチド含量およびＧＳＩＳ活性もまた有意に増加した（図２１）。上記の結果は、ＮＯＧＧＩＮとＩＢＭＸが協同して、ｈｉＰＳ由来細胞のＩＮＳ産生細胞への分化を促進し制御していることを支持している。

実施例７：インビトロで作製されたＩＮＳ発現細胞の異種汚染の確認
分化した細胞における非ヒト由来の汚染の程度を、Ｎｅｕ５Ｇｃの発現を検出することによって評価した。フローサイトメトリーの結果、ゼノフリー培養条件を用いた場合に、ステージ４およびステージ５の終わりにて、Ｎｅｕ５Ｇｃの発現は検出できなかった。このことは、本発明で用いた分化誘導系がゼノフリーであることを示している。また、他の市販のゼノフリー足場上で、膵臓分化を検討したところ、ＣＥＬＬｓｔａｒｔ（フィブロネクチンから成る）およびｒｈＶＴＮ基質から剥がした細胞は、大きな塊を形成することを見出した（図２１）。したがって、ＣＥＬＬｓｔａｒｔおよびｒｈＶＴＮは、長期の分化培養において、Ｓｙｎｔｈｅｍａｘほど適していなかった。さらに、膵臓系譜への分化効率も、ＣＥＬＬｓｔａｒｔまたはｒｈＶＴＮよりもＳｙｎｔｈｅｍａｘが優れていた。このことは、ＰＤＸ１、ＨＮＦ６、ＮＫＸ６．１、ＨＬＸＢ９およびＩＮＳの有意に高い発現、およびＡＦＰおよびＣＤＸ２遺伝子の有意に低い発現によって示された（図２２）。

上記したように、本発明者らは、ヒト化および／または組換えの補助物質および因子を含有する無血清培地と合成足場（synthetic scaffold）を使用して、初めてのｈｉＰＳ細胞からインスリン発現β細胞を誘導するための、定義されたゼノフリー培養系を確立した。そして、本発明者らは、ＢＭＰシグナル伝達阻害剤であるＮＯＧＧＩＮと、ホスホジエステラーゼ阻害剤であるＩＢＭＸが協同的に働くことにより、ｈｉＰＳ由来細胞が、様々なインスリン分泌促進物質および高血糖に反応してＣ−ペプチドの分泌を示し、また、機能的に成熟したβ細胞のいくつかのマーカーを発現する機能的に成熟したインスリン発現細胞に分化することを増強しそしてそのように導くことを示した。

上記の記載は、本発明の目的および対象を単に説明するものであり、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。添付の特許請求の範囲から離れることなしに、記載された実施態様に対しての、種々の変更および置換は、本明細書に記載された教示より当業者にとって明らかである。

本発明の分化誘導方法によれば、多能性幹細胞、例えばＥＳ細胞やｉＰＳ細胞をより効率よくインスリン産生細胞へと分化誘導できる。該分化誘導方法により得られたインスリン産生細胞は、糖尿病等の疾患の予防および／または治療に有用な化合物のスクリーニングに用いることができる。

Claims

幹細胞を、以下の工程（１）〜（５）で培養することを特徴とする、インスリン産生細胞の分化誘導方法：
（１）幹細胞を、（１−１）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤およびＧＳＫ３阻害剤を含む培地で培養し、次いで、（１−２）アクチビン受容体様キナーゼ−４，７の活性化剤を含む培地で培養する工程、
（２）前記工程（１）で得られた細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、
（３）前記工程（２）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養する工程、
（４）前記工程（３）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養する工程、
（５）前記工程（４）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤を含む培地で培養する工程。
前記工程（１−２）の培地が、実質的にＧＳＫ３阻害剤を含まない培地である、請求項１に記載の分化誘導方法。
前記工程（３）および（４）におけるＢＭＰシグナル伝達阻害剤がＮＯＧＧＩＮであり、工程（５）のホスホジエステラーゼ阻害剤がＩＢＭＸである、請求項１または２に記載の分化誘導方法。
工程（３）および工程（４）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、少なくとも１００ｎｇ／ｍＬ以上である、請求項３に記載の分化誘導方法。
工程（３）および工程（４）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、少なくとも２００〜５００ｎｇ／ｍＬである、請求項４に記載の分化誘導方法。
工程（３）が、さらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤を含み、工程（４）が、さらにプロテインキナーゼＣ活性化因子を含み、工程（５）が、さらにＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子を含む、請求項１〜５のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
工程（３）におけるレチノイン酸アゴニストがレチノイン酸であり、工程（２）および（３）におけるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤がＫＡＡＤ−シクロパミンである、請求項１〜６のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
工程（３）におけるＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤がＳＢ４３１５４２であり、工程（５）におけるＧＬＰ−１受容体アゴニストがエキセンジン−４である、請求項６または７に記載の分化誘導方法。
上記工程（１）〜（５）の全てを、ゼノフリー培養系で行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
幹細胞由来の内胚葉細胞を、以下の工程（ａ）〜（ｄ）で培養することを特徴とする、インスリン産生細胞の分化誘導方法：
（ａ）内胚葉細胞を、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤およびＦＧＦを含む培地で培養する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた細胞を、レチノイン酸受容体アゴニスト、ヘッジホッグシグナル伝達阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）で得られた細胞を、ＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤、およびＢＭＰシグナル伝達阻害剤を含む培地で培養する工程、
（ｄ）前記工程（ｃ）で得られた細胞を、ホスホジエステラーゼ阻害剤を含む培地で培養する工程。
前記工程（ｂ）および（ｃ）におけるＢＭＰシグナル伝達阻害剤がＮＯＧＧＩＮであり、工程（ｄ）のホスホジエステラーゼ阻害剤がＩＢＭＸである、請求項１０に記載の分化誘導方法。
工程（ｂ）および工程（ｃ）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、少なくとも１００ｎｇ／ｍＬ以上である、請求項１１に記載の分化誘導方法。
工程（ｃ）および工程（ｄ）におけるＮＯＧＧＩＮの濃度が、２００〜５００ｎｇ／ｍＬである、請求項１２に記載の分化誘導方法。
工程（ｂ）が、さらにＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤を含み、工程（ｃ）が、さらにプロテインキナーゼＣ活性化因子を含み、工程（ｄ）が、さらにＧＬＰ−１受容体アゴニスト、ニコチンアミド、およびアデニル酸シクラーゼ活性化因子を含む、請求項１０〜１３のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
工程（ｂ）におけるレチノイン酸アゴニストがレチノイン酸であり、工程（ａ）および（ｂ）におけるヘッジホッグシグナル伝達阻害剤がＫＡＡＤ−シクロパミンである、請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
工程（ｂ）におけるＴＧＦ−βＩ型アクチビン受容体様キナーゼ−４，５，７阻害剤がＳＢ４３１５４２であり、工程（ｄ）におけるＧＬＰ−１受容体アゴニストがエキセンジン−４である、請求項１４または１５に記載の分化誘導方法。
上記工程（ａ）〜（ｄ）の全てを、ゼノフリー培養系で行うことを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
幹細胞が、人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）またはヒトの体性幹細胞である請求項１〜１７のいずれか一つに記載の分化誘導方法。
請求項１〜１８のいずれか一つに記載の方法で得られたインスリン産生細胞。
請求項１９の細胞を含む医薬組成物。
請求項１〜１８のいずれか一つに記載の方法で得られたインスリン産生細胞を用いることを特徴とする糖尿病治療薬のスクリーニング方法。
インスリン産生細胞を被験物質とともに培養する工程を含む、請求項２１に記載のスクリーニング方法。
さらに細胞によるインスリン分泌を検出する工程を含む、請求項２２に記載のスクリーニング方法。