JPWO2016163374A1 - 幹細胞除去方法、分化細胞保護方法、及び培地組成物 - Google Patents

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Abstract

未分化の幹細胞を確実に除去する幹細胞除去方法を提供する。このため、幹細胞と、それらが分化誘導された体細胞とを含む細胞群を、光増感剤を含む培地組成物で培養する。この細胞群に、特定波長の光を照射し、幹細胞を選択的に除去する。幹細胞は、多能性幹細胞又は体性幹細胞である。多能性幹細胞は、ES細胞(Embryonic Stem Cell)及びiPS細胞(induced Pluripotent Stem Cell)のいずれかを含む。また、体性幹細胞は、生殖幹細胞、生殖細胞、多分化能の幹細胞、及び単分化能の幹細胞のいずれかを含む。

Description

本発明は、幹細胞除去方法、分化細胞保護方法、及び培地組成物に係り、特に多能性幹細胞を分化させる際における幹細胞除去方法、分化細胞保護方法、及び培地組成物に関する。
胚性幹細胞(Embryonic Stem Cells、ESCs)及び人工多能性幹細胞(Induced Pluripotent Stem Cells、iPSCs)は、多能性幹細胞(Pluripotent Stem Cell)と呼ばれる細胞の一種であり、未分化状態にあり、三胚葉全ての細胞に分化誘導可能な能力を持っている。このため、ヒトの多能性幹細胞は、各種疾患の再生医療に使用することが潜在的に期待されている。
多能性幹細胞を再生医療に用いる場合、特定の細胞、組織、又は臓器等の細胞群に分化誘導させた状態で体内に移植する必要がある。
たとえば、特許文献1を参照すると、軸索伸展した培養神経細胞により形成された神経細胞層を有する神経細胞シートと、前駆細胞を、ソニック・ヘッジホッグ阻害剤及び分化誘導剤を含む培養液中で培養して、該前駆細胞から神経細胞を誘導すること、神経細胞を、SDF1(Stromal cells−derived factor−1)及びMCP−1(Monocyte chemoattractant propein−1)の少なくとも一方を含む培養液中で培養して、神経細胞の軸索伸展を誘導し、軸索伸展した培養神経細胞により形成された神経細胞層を得ること、を含む、軸索伸展した神経細胞により形成された神経細胞層を有する神経細胞シートの製造方法が開示されている。
特開2014−23457号公報
しかしながら、特許文献1の技術のように、分化誘導された細胞群に、未分化の状態の多能性幹細胞が混入していると、生体内でテラトーマ(teratoma、奇形腫)を生じるため、分化した細胞のみを選択する必要があった。また、特定の細胞系列に分化する能力をもつ体性幹細胞を分化誘導して体細胞を製造する場合にも、未分化の体性幹細胞が残っていると、その他の腫瘍等の原因となることがあった(以下、多能性幹細胞と体性幹細胞とを含む各種幹細胞を、単に「幹細胞」という。)。
このため、分化誘導された細胞群から、効率的に幹細胞を除去するための技術が切望されていた。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の問題を解消することを目的とする。
本発明の幹細胞除去方法は、幹細胞と、幹細胞から分化誘導された体細胞とを含む細胞群を、光増感剤を含む培地組成物で培養し、前記光増感剤を含む培地組成物で培養された前記細胞群に、特定波長の光を照射し、前記細胞群から、前記幹細胞を除去することを特徴とする。
本発明の幹細胞除去方法は、前記幹細胞は、多能性幹細胞又は体性幹細胞であり、前記多能性幹細胞は、ES細胞(EmbryonicStemCell)及びiPS細胞(inducedPluripotentStemCell)のいずれかを含み、前記体性幹細胞は、生殖幹細胞、生殖細胞、多分化能の幹細胞、及び単分化能の幹細胞のいずれかを含むことを特徴とする。
本発明の幹細胞除去方法は、前記光増感剤は、アミノレブリン酸(Amino Levulinic Acid)、その誘導体、又はそれらの塩であることを特徴とする。
本発明の幹細胞除去方法は、前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩の濃度は、10μM〜2000μMであることを特徴とする。
本発明の幹細胞除去方法は、前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩を添加後に光照射されるまでの時間は、4時間以上であることを特徴とする。
本発明の幹細胞除去方法は、前記特定波長の光の波長は400nm〜750nmであり、照射照度は、1mW/cm2〜200mW/cm2であり、照射時間は、1分〜240分であることを特徴とする。
本発明の分化細胞保護方法は、前記幹細胞除去方法により除去される際に、分化誘導された前記体細胞を保護することを特徴とする。
本発明の分化細胞保護方法は、保護される前記体細胞が中胚葉系細胞であることを特徴とする。
本発明の分化細胞保護方法は、保護される前記体細胞が外胚葉系細胞であることを特徴とする。
本発明の分化細胞保護方法は、保護される前記体細胞が内胚葉系細胞であることを特徴とする。
本発明の培地組成物は、幹細胞と、幹細胞から分化誘導された体細胞とを含む細胞群を培養するための培地成分と、光増感剤とを含むことを特徴とする。
本発明の培地組成物は、特定波長の光を照射した場合、前記幹細胞を除去することを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記特定波長の光を照射した場合、分化誘導された前記体細胞を保護することを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記幹細胞は、多能性幹細胞又は体性幹細胞であり、前記多能性幹細胞は、ES細胞(EmbryonicStemCell)、及びiPS細胞(inducedPluripotentStemCell)のいずれかを含み、前記体性幹細胞は、多能性と自己複製能とを有する細胞であることを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記幹細胞から分化誘導される前記体細胞は、中胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び内胚葉系細胞からなる群のいずれか一種を含むことを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記幹細胞から前記体細胞を分化誘導するグロースファクター成分を更に含むことを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記培地成分は、細胞に栄養分を与えるための栄養成分を含むことを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記培地成分は、培養中の環境を一定に保つためのバッファー成分を含むことを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記培地成分は、前記体細胞の成育を促進する生育促進成分を含むことを特徴とする。
本発明の培地組成物は、アミノレブリン酸(Amino Levulinic Acid)、その誘導体、又はそれらの塩であることを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩の濃度は、10μM〜2000μMであることを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩を添加後に光照射されるまでの時間は、4時間以上であることを特徴とする。
本発明の培地組成物は、前記特定波長の光の波長は、400nm〜750nmであり、照射照度は、1mW/cm2〜200mW/cm2であり、照射時間は、1分〜240分であることを特徴とする。
本発明によれば、光増感剤を含む培地組成物で培養された細胞群に、特定波長の光を照射することで、幹細胞と分化誘導された体細胞とを含む細胞群から、容易に幹細胞を除去する技術を提供することができる。
本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALAの作用の評価における、添加時(0時間)のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALAの作用の評価における、ALA添加から4時間後のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALAの作用の評価における、ALA添加から24時間後のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALAの作用の評価における、ALA添加から48時間後のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、ALA及び/又はSFC添加時(0時間)のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、ALA及び/又はSFC添加後、48時間経過時のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、ALA及び/又はSFC添加し赤色LEDを照射後、24時間後のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1の図7の結果について、ALPの発現をキットで調べた際の写真を示す。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALA−PDTの光照射の波長による作用の比較における、ALA添加し青色LED又は赤色LEDを照射後、24時間後のiPS細胞を示す写真である。 本発明の実施例1の図9の結果について、ALPの発現をキットで調べた際の写真を示す。 本発明の実施例1に係るiPS細胞に対するALA−PDTのALAの濃度による作用の比較における、生存したiPS細胞のCCK8によるカウント数の結果を示すグラフである。 本発明の実施例1に係るHDFに対するALA−PDTのALAの濃度による作用の比較における、生存したHDFのCCK8によるカウント数の結果を示すグラフである。 本発明の実施例1に係るiPS細胞由来の神経細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、iPS細胞から分化誘導された神経細胞の写真である。 本発明の実施例1の図13の結果をまとめた表図である。 本発明の実施例1に係るiPS細胞由来の心筋細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、iPS細胞から分化誘導された心筋細胞の写真である。 本発明の実施例2に係るiPS細胞に対するALAの添加からの時間を変化させた場合のALA−PDT後の生存率を示すグラフである。 本発明の実施例2に係るiPS細胞由来の肝細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、iPS細胞から分化誘導された肝細胞の写真である。 本発明の実施例2に係るiPS細胞由来の肝細胞に対するALA−PDTの作用の評価における、iPS細胞から分化誘導された肝細胞の写真である。
<実施の形態>
本発明者らは、幹細胞と、幹細胞から分化誘導された体細胞とを含む細胞群から、未分化の状態の幹細胞を容易に除去する方法を実現するため、鋭意実験を行った。そして、アミノレブリン酸(Amino Levulinic Acid、以下「ALA」と呼ぶ。)のような光増感剤を利用した光線力学的療法(PhotoDynamic Therapy、以下、「PDT」と呼ぶ。また、以下、ALAを用いたPDTを「ALA−PDT」と称する。)において、幹細胞は、光感受性になるものの、分化誘導された体細胞は光感受性になり難いことを見いだした。つまり、幹細胞と分化誘導された体細胞とでは、光感受性の程度が異なっていた。本発明者らは、更に実験を進めて、当該多能性幹細胞にALA−PDTを適用することで、分化誘導された細胞群から未分化の幹細胞を容易に除去した上で、分化誘導された体細胞を保護する手法を確立し、本発明の幹細胞除去方法、細胞保護方法、及び培地組成物を完成するに至った。
なお、本実施形態において、幹細胞の除去とは、細胞死の誘導、剥離や分離、細胞の分裂停止、細胞を未分化状態に維持しなくする、未分化の維持能力の阻害、分化状態へ誘導する、テラトーマ形成能をなくす等の手段により実現される。また、本実施形態において、光感受性とは、光増感剤を使用したPDTで特定波長の光を照射された際に、細胞死、剥離や分離、細胞の分裂停止、若しくは細胞の能力等が変化することをいう。この細胞の能力等の変化は、未分化の維持能力の阻害、分化状態への誘導、テラトーマ形成能の変化等を含む。
以下、実施の形態により、本発明の幹細胞除去方法、細胞保護方法、及び培地組成物の詳細について記載する。
より具体的に説明すると、本実施形態において除去される幹細胞は、特に多能性幹細胞と体性幹細胞とを含む。
このうち、本実施形態の多能性幹細胞は、ヒトを含む霊長類、霊長類以外のほ乳類、その他の脊椎動物等の生物で各種細胞に分化可能な、多分化能を備える幹細胞(Stem Cell)を含む。また、本実施形態の多能性幹細胞は、継代可能であり、継代しても分化が進まない状態を保ち、核型等が変化しにくく、又はエピジェネティックな表現型が変化しにくい性質を有することが好適である。また、本実施形態の多能性幹細胞は、これに関連して、生体外又は生体内で十分な増殖能力を備えていることが好適である。このような本実施形態の多能性幹細胞の具体例としては、胚性幹細胞(Embryonic Stem Cell、ES細胞)、人工多能性幹細胞(induced Pluripotent Stem Cell、iPS細胞)、その他の人工的に生成され若しくは選択された多能性を備える幹細胞等が挙げられる。この人工的に作成された多能性幹細胞は、特定の遺伝子を含むレトロウィルスやアデノウィルスやプラズミド等の各種ベクター、RNA、低分子化合物等により、体細胞を再プログラミングして作成した多能性幹細胞であってもよい。
なお、本実施形態の多能性幹細胞としては、必ずしも全能性に近い多分化能を備えている細胞である必要はないものの、通常より多分化能が高いナイーブ(Naive)な細胞を用いることも可能である。また、本実施形態の多能性幹細胞は、染色体内の遺伝子の追加や修飾や削除、各種ベクターや人工染色体による遺伝子等の付加、エピジェネティック制御の変更、PNA等の人工遺伝物質の付加、その他の遺伝子組み換えがされていてもよい。
また、本実施形態の体性幹細胞は、生殖幹細胞、生殖細胞、多分化能の幹細胞、及び単分化能の幹細胞のいずれかを含む。
このような体性幹細胞のうち、多分化能の幹細胞及び単分化能の幹細胞の具体例としては、造血幹細胞、表皮幹細胞、腸組織幹細胞、間葉系幹細胞、及び神経幹細胞が含まれる。これに加えて、胚性幹細胞以外の体細胞であり、多能性と自己複製能を同時に保持する細胞であればよい。また、本実施形態の体性幹細胞は、特定の組織の幹細胞等であってもよい。
また、本実施形態の体性幹細胞は、体細胞を各種ベクター、RNA、低分子化合物等により、体細胞が直接再プログラミングして作成した幹細胞であってもよい。
また、本実施形態において幹細胞の除去時に保護される体細胞は、幹細胞から分化誘導された体細胞である。
このような体細胞は、上述の多能性幹細胞や体性幹細胞に特定の分化誘導用因子であるグロースファクター成分(後述)を特定の培養条件下で加えて、特定の段階まで分化誘導された細胞、及び分化の最終段階に到達した体細胞を含む。
また、本実施形態の体細胞は、特定の系列の細胞まで分化することが可能な特定の形質が固定されている細胞であってもよい。
また、本実施形態の特定の段階まで分化誘導された体細胞は、中胚葉系、外胚葉系、又は内胚葉系の細胞を含む。この中胚葉系、外胚葉系、又は内胚葉系の細胞は、特定の遺伝子マーカーを発現するまで分化した細胞、各種前駆細胞等を含む。この際、本実施形態の体細胞は、特定の種類の系列に分化誘導された細胞を、各種マーカーや目視等によりコロニー等の形式で選択したものであってもよい。また、本実施形態の体細胞は、分化誘導された各種体細胞を含む混合細胞集団、組織、臓器等(以下、「組織等」という。)であってもよい。この組織等の具体例としては、脳組織、眼胞、眼杯、水晶体胞、肝小葉等の三次元構造の組織、細胞融合された骨格筋組織、各種細胞シート、3Dプリンターにより細胞が積層された組織、担体に把持された組織等であってもよい。また、これらの組織等には、血管等の構造が形成されていてもよい。また、組織等から、後述するように、特定の種類の体細胞のみを、ALA−PDTにより、光感受性の有無又は程度に基づいて選別してもよい。
また、本実施形態において中胚葉系細胞の具体例としては、例えば、心筋細胞が挙げられる。しかしながら、これに限られず、その他の間葉系細胞(mesenchymal cell)であってもよい。また、その他の中胚葉系細胞の具体例としては、骨、結合組織、筋肉、血液、性腺等の細胞が挙げられる。
また、本実施形態において外胚葉系細胞の具体例としては、例えば、神経細胞が挙げられる。また、外胚葉系細胞の具体例として、中枢神経、末梢神経、神経細胞、軸索、髄鞘、皮膚、角膜、網膜、内耳、外耳等の細胞が挙げられる。
また、本実施形態において内胚葉系細胞の具体例としては、例えば、肝細胞が挙げられる。また、内胚葉系細胞の具体例として、その他の消化器系、呼吸器系の細胞が挙げられる。
また、本実施形態の光増感剤は、特定波長の光を吸収して、蛍光若しくは活性酸素を発生させる、PDT用の光増感剤である。
本実施形態において、このような光増感剤の具体例としては、ALAが好適に使用される。このALAは、ALA、その誘導体(以下、「ALA類」と称する。)、又はそれらの塩を用いることが可能である。ALAは、アミノ酸の一種であり、それ自身では可視光の光照射で蛍光も活性酸素も発生させない。しかしながら、ALAは、細胞に導入後、光増感物質であるプロトポルフィリンに代謝され、光増感剤として作用する。また、ALAは、細胞毒性が少なく、安全性が高い。
ALAやその誘導体は、下記式(I)で示される。式(I)中、R1は水素原子又はアシル基を表し、R2は水素原子、直鎖若しくは分岐状アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。
Figure 2016163374
本実施形態のALAとしては、式(I)のR1及びR2が共に水素原子であるALA又はその塩を好適に例示することができる。ALAは、δ−アミノレブリン酸とも呼ばれるアミノ酸の1種である。
また、ALA誘導体としては、式(I)のR1が水素原子又はアシル基であり、式(I)のR2が水素原子、直鎖若しくは分岐状アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基である、5−ALA以外の化合物が挙げられる。
式(I)におけるアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、イソバレリル、ピバロイル、ヘキサノイル、オクタノイル、ベンジルカルボニル基等の直鎖又は分岐状の炭素数1〜8のアルカノイル基や、ベンゾイル、1−ナフトイル、2−ナフトイル基等の炭素数7〜14のアロイル基が挙げられる。
式(I)におけるアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル基等の直鎖又は分岐状の炭素数1〜8のアルキル基が挙げられる。
式(I)におけるシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロドデシル、1−シクロヘキセニル基等の飽和、又は一部不飽和結合が存在してもよい、炭素数3〜8のシクロアルキル基が挙げられる。
式(I)におけるアリール基としては、フェニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル基等の炭素数6〜14のアリール基が挙げられる。
式(I)におけるアラルキル基としては、アリール部分は上記アリール基と同じ例示ができる。また、アルキル部分は上記アルキル基と同じ例示ができる。より具体的には、ベンジル、フェネチル、フェニルプロピル、フェニルブチル、ベンズヒドリル、トリチル、ナフチルメチル、ナフチルエチル基等の炭素数7〜15のアラルキル基が挙げられる。
上述のALA誘導体としては、R1が、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル基等である化合物や、上記R2が、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル基等である化合物が好ましい。また、上記R1とR2の組合せが、ホルミルとメチル、アセチルとメチル、プロピオニルとメチル、ブチリルとメチル、ホルミルとエチル、アセチルとエチル、プロピオニルとエチル、ブチリルとエチルの組合せ等についても、好適に例示できる。
ALA類は、生体内で式(I)のALA又はその誘導体の状態で有効成分として作用すればよく、投与する形態に応じて、溶解性を上げるための各種の塩、エステル、または生体内の酵素で分解されるプロドラッグ(前駆体)として投与可能である。例えば、ALA及びその誘導体の塩としては、薬理学的に許容される酸付加塩、金属塩、アンモニウム塩、有機アミン付加塩等を挙げることができる。酸付加塩としては、例えば塩酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩、リン酸塩、硝酸塩、硫酸塩等の各無機酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、トルエンスルホン酸塩、コハク酸塩、シュウ酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、グリコール酸塩、メタンスルホン酸塩、酪酸塩、吉草酸塩、クエン酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、リンゴ酸塩等の各有機酸付加塩を例示することができる。金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等の各アルカリ金属塩、マグネシウム、カルシウム塩等の各アルカリ土類金属塩、アルミニウム、亜鉛等の各金属塩を例示することができる。アンモニウム塩としては、アンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩等のアルキルアンモニウム塩等を例示することができる。有機アミン塩としては、トリエチルアミン塩、ピペリジン塩、モルホリン塩、トルイジン塩等の各塩を例示することができる。なお、これらの塩は使用時において溶液としても用いることができる。
以上のALA類のうち、望ましいものは、ALA、及びALAメチルエステル、ALAエチルエステル、ALAプロピルエステル、ALAブチルエステル、ALAペンチルエステル等の各種エステル類、若しくは、これらの塩酸塩、リン酸塩、硫酸塩である。このうち、ALA塩酸塩及びALAリン酸塩を特に好適に例示することができる。
また、ALA類は、水和物又は溶媒和物を形成していてもよく、またいずれかを単独で又は2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。また、ALA類は、化学合成、微生物による生産、酵素による生産のいずれの方法によって製造したものであってもよい。
また、ALA類を水溶液として調製する場合には、ALA類の分解を防ぐため、水溶液がアルカリ性とならないように留意する必要がある。アルカリ性となってしまう場合は、酸素を除去することによって分解を防ぐことができる。
また、本実施形態の光増感剤として、ALA類又はその塩の他に、可視光を吸収して蛍光を発し、また、活性酸素を発生することができる、光増感剤であればすべて使用することができる。本実施形態においては、特に、テトラピロール系化合物を好適に例示することができる。具体的には、フォトフリン、レザフリン、プロトポルフィリンIX、フォスキャン、クロリン、ウロポルフィリンI、ウロポルフィリンIII、ヘプタカルボキシルポルフィリンI、ヘプタカルボキシルポルフィリンIII、ヘキサカルボキシルポルフィリンI、ヘキサカルボキシルポルフィリンIII、ペンタカルボキシルポルフィリンI、ペンタカルボキシルポルフィリンIII、コプロポルフィリンI、コプロポルフィリンIII、イソコプロポルフィリン、ハルデロポルフィリン、イソハルデロポルフィリン、ヘマトポルフィリン、メソポルフィリン、エチオポルフィリン、ピロポルフィリン、デューテロポルフィリンIX、ペンプトポルフィリン、ATXs−10等を挙げることができる。また、投与量はALA−PDTで効果があった量と同等の量を用いることが好適である。
また、本実施形態の光増感剤として、クエン酸第一鉄ナトリウム(Sodium Ferrous Citrate、以下、「SFC」という。)等のALA−PDTの効果を高める化合物が、ALAに加えられてもよい。
本実施形態において、後述する培地組成物に光増感剤として加えられ、幹細胞除去方法又は分化細胞保護方法において使用される際のALA類又はそれらの塩の濃度は、10μM〜2000μMであることが好適であり、100μM〜1500μMであることが更に好適である。ALA類又はそれらの塩の濃度が10μM未満であると、ALA−PDTにより、多能性幹細胞又は体性幹細胞を除去する率が十分ではない。また、ALAの濃度が2000μM以上であっても、ALA−PDTにより、多能性幹細胞又は体性幹細胞を除去する効果が変化しない。
また、本実施形態において、ALA類又はそれらの塩の濃度は、多能性幹細胞又は体性幹細胞の種類、分化誘導された体細胞の種類、培養条件、特定波長の光の照射条件等により、適宜調整可能である。たとえば、後述の実施例で示すように、iPS細胞から分化誘導された神経細胞を含む細胞群について、250μM〜500μMのALA類又はそれらの塩を導入してPDTを行った場合、多能性幹細胞又は体性幹細胞を24時間で60%以上除去しつつ、分化誘導された神経細胞を保護することが可能である。これに対して、iPS細胞から分化誘導された心筋細胞を含むコロニーの場合には、ALA類又はそれらの塩の濃度が500μMでPDTを行うと、拍動が失われてコロニーも崩れる。このため、例えば、100〜400μM程度の濃度のALA類又はそれらの塩を導入してPDTを行うことが好適である。逆に、特定の濃度のALA類又はそれらの塩に対するPDTの効果が体細胞の種類により異なることを利用して、例えば、多能性幹細胞又は体性幹細胞と、神経細胞及び筋細胞とが含まれる混合細胞集団から、500μM〜1500μMのALA類又はそれらの塩の濃度でALA−PDTにより、神経細胞のみを保護して取得し、それ以外の細胞を除去するといった構成も可能である。
また、本実施形態において、ALA類又はそれらの塩を添加後に光照射されるまでの時間は4時間以上、より好ましくは24時間以上であることが好適である。
具体的には、ALA類又はそれらの塩を導入してから4時間以上経過してからPDTを行った場合、ALA導入していないものと比較して、より未分化の多能性幹細胞又は体性幹細胞を除去することが可能になる。さらに、ALA類又はそれらの塩を導入してから24時間以上経過してからPDTを行った場合、多能性幹細胞又は体性幹細胞を7%程度になるまで除去しつつ、分化誘導された細胞を保護することが可能である。この際に、下記の実施例2で示すように、ALA類又はそれらの塩の濃度は、250μM〜1000μMで十分な効果が得られる。
また、本実施形態で照射される特定波長の光の波長は、400nm〜750nmであり、照射照度は、1mW/cm2〜200mW/cm2であり、照射時間は、1分〜240分であることが好適である。より好適には、特定波長の光の照射照度は、10mW/cm2〜20mW/cm2であり、照射時間は、5分〜20分である。
具体的に、本実施形態において、ALA−PDTに使用する特定波長の光は、紫外光〜可視光〜近赤外光の波長として、波長400〜750nmの光を使用可能である。波長400nm未満の紫外線域では、分化誘導された体細胞のDNA等にダメージが大きく、750nm以上の赤外線領域では、ALAが細胞内で代謝されたプロトポルフィリンの光吸収領域から外れるためである。
また、本実施形態の特定波長の光の波長として、可視光線中の430nm〜480nmの青色光、及び580〜600nmの赤色光が、分化誘導された体細胞を保護する効果が高く、特に好適に使用可能である。
また、本実施形態の特定波長の光の照射照度としては、1mW/cm2〜200mW/cm2程度とすることが好適である。特定波長の光の照射照度は、より好適には、10mW/cm2〜20mW/cm2程度である。この際、一般的なLED(Light Emitting Diode)の照射装置や、レーザー等を用いた照射装置(図示せず)を使用して照射してもよい。
また、本実施形態の特定波長の光の照射時間は、1分〜240分程度であることが好適である。特定波長の光の照射時間は、より好適には、5分〜30分程度、更に好適には、10分〜20分程度である。1分よりも照射時間が短いと、多能性幹細胞又は体性幹細胞と分化誘導された体細胞とを含む細胞群から、十分に多能性幹細胞又は体性幹細胞を除去することができない。また、240分より長いと、細胞死する体細胞が増加するためである。また、本発明者の実験により、多能性幹細胞又は体性幹細胞は、ガン細胞よりもPDTの感度が低いことが、予備的な実験により分かっている。このため、本実施形態において、光増感剤を加えられたことにより光感受性を備えるようになった幹細胞を除去するための照射時間は、各種ガン細胞等へのPDTよりも長い時間、例えば、10分以上であることが好適である。また、体細胞への光照射によるダメージを抑えるためには、細胞種により適切な照射時間を選択する。この際、繊維芽細胞では30分より長くてもよく、逆に神経細胞では30分未満、特に20分未満であることが好適である。これにより、分化誘導の課程でガン化した細胞が万が一含まれていても、これを除去し、更に未分化の多能性幹細胞又は体性幹細胞の除去しつつ、分化誘導された体細胞を保護することも可能となる。
なお、このPDTで照射される光の波長及び照射時間についても、多能性幹細胞又は体性幹細胞の種類、分化誘導された体細胞の種類、培養条件、ALA類又はそれらの塩の濃度等の条件により、適宜調整可能である。
また、本実施形態の培地組成物は、幹細胞と、幹細胞から分化誘導された体細胞とを含む細胞群を培養するための培地成分と、光増感剤とを含む。
本実施形態の培地成分は、幹細胞又は体細胞用の培地としては、例えば、幹細胞又は体細胞に特化した特定成分を含む培地等を用いることが可能である。
また、本実施形態の培地組成物の培地成分は、幹細胞から体細胞を分化誘導するためのグロースファクター成分、培養中の環境を一定に保つためのバッファー成分、及び細胞に栄養分を与えるための栄養成分、分化誘導された体細胞の成育を促進する生育促進成分を含む。
このうち、本実施形態の培地成分に含まれるグロースファクター成分は、例えば、心筋細胞に分化誘導するための成分として低分子のKY02111(WNT pathway inhibitor、CAS Number:1118807−13−8)やBIO(BIO(GSK―3 inhibitor、CAS Number:667463―62―9)を使用してもよい。また、神経細胞に分化誘導するための成分として、DAPT(γ−Secretase Inhibitor IX)、レチノイン酸、LIF(leukemia inhibitory factor)、CNTF(ciliary neurotrophic factor)、NOGGIN等を使用してもよい。また、肝細胞に分化誘導するための成分として、Activin Aを添加しても良いし、SOX17及びHEX遺伝子産物等をそれぞれの体細胞の種類に対応して含ませてもよい。なお、このグロースファクター成分は、目的の体細胞に分化誘導するため、低分子の化合物の他に、各種ペプチド、タンパク質、マイクロRNA、ウィルスベクター、プラズミドベクター等を含んでいてもよい。このウィルスベクター、プラズミドベクター等の場合、分化誘導する体細胞に応じた遺伝子のmRNA、リボザイム、RNAi等用の配列を含んでいてもよい。
また、本実施形態の培地成分に含まれる栄養成分は、各種血清及び血清代替物、アミノ酸、ビタミン類、抗酸化剤、抗生物質、コラーゲン前駆体、微量金属イオンや錯体、各種塩等が加えられて使用されてもよい。このうち、各種血清代替物が含まれた培地は、異種由来成分不含有(Xeno−Free、XF、又はAnimal. Component−Free、ACF)の培養系で使用されてもよい。なお、本実施形態の培地成分には、各種血清を加えてもよい。
また、本実施形態の培地成分に含まれるバッファー成分は、培地成分のpHをCO2インキュベーター内で保つために、炭酸水素ナトリウム、リン酸塩、HEPES(N'−2 Hydroxyet hylpiperazine−N'−2 ethanesulphonic acid)、MOPS(3−Morpholinopropanesulfonic acid)、Tricine等を含む。また、バッファーのpHを目視するために、フェノール・レッド(Phenol Red)が加えられていてもよい。また、その他にも、培地成分の環境を維持するための成分が加えられていてもよい。
また、本実施形態の培地成分に含まれる体細胞の生育促進成分は、成長因子であるFGF(Fibroblast growth factors)やEGF(Epidermal Growth Factor)やHGF(hepatocyte growth factor)等の成分が、培養する幹細胞と、分化誘導された体細胞との種類等に対応した濃度で加えられていてもよい。
なお、本実施形態の培地成分には、その他必要な成分が加えられてもよい。
また、本実施形態の培地組成物は、幹細胞を培地成分のみで培養し、当該幹細胞を体細胞に分化誘導する際に、光増感剤が加えられてもよい。また、逆に、幹細胞を分化誘導する前に、光増感剤が加えられてもよい。また、この光増感剤をいつ加えるかについては、幹細胞の種類、分化誘導される体細胞の種類、分化誘導のプロトコル、ALA類又はそれらの塩の添加のタイミング、特定波長の光の照射のタイミング等により、適宜選択可能である。
また、本実施形態の多能性幹細胞又は体性幹細胞と、分化誘導された体細胞とを培養する際には、接着性細胞の場合は、フィーダー細胞上又はコラーゲン等の基底膜マトリックスをコーティングした細胞培養用プレート等で培養されてもよい。また、これらの細胞の継代培養の際に、培養された細胞を取得して単一細胞に解離してから、培地成分を加えてもよい。また、単一細胞への解離には、プロテアーゼやキレート剤等を含む幹細胞分離用の試薬を使用することができる。なお、接着性の多能性幹細胞又は体細胞の種類によっては、又は血液系等の浮遊性細胞の多能性幹細胞又は体細胞の場合には、細胞の解離処理をせずに継代を行ってもよい。
また、本実施形態において、ALA−PDTにより幹細胞が除去された体細胞は、そのまま治療等に用いても、更に各種遺伝子マーカー等により幹細胞が残留していないか検出されてから治療等に用いられてもよい。この際に、この体細胞は、特定期間培養したり、複数回、継代培養したりしてもよい。たとえば、ALA−PDT処理後の細胞群を、12時間(オーバーナイト)〜48時間程度培養することで、幹細胞を酸化ストレス等により死滅させ、更に、体細胞をALA−PDTによるダメージから回復させることが可能となる。また、その後、体細胞は、さらに最終的に分化した細胞へ分化誘導されてもよい。また、複数の種類の体細胞を混合して、組織や臓器を作成してもよい。
また、本実施形態の幹細胞除去方法及び体細胞保護方法により実現可能な治療等としては、例えば、心筋細胞の場合は疾病の心臓に注入、心筋シートや心筋組織の移植等の治療に用いることができる。また、神経細胞の場合は、パーキンソン病やアルツハイマー病のような脳の疾病、事故や脳梗塞や腫瘍等による脳損傷、脊椎損傷、その他の中枢神経や末梢神経の再生等の治療に用いることが可能である。また、肝細胞の場合は、肝硬変や肝ガン等による肝臓の機能向上の治療のため、脾臓や腹腔内への注入、担体に把持された肝臓の移植等により用いることが可能である。
また、本実施形態の幹細胞除去方法及び体細胞保護方法により体細胞を用いて製造した臓器は、例えば、ヌードマウス、遺伝子組み換えブタ等への異種移植の手法により成長させ、これを取得して治療目的でヒトに移植する用途に用いることも可能である。
以上のように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
近年、多能性幹細胞や体性幹細胞から各種の体細胞を分化誘導して、特に再生医療用に使用する技術が開発されつつあり、安全性を確保する必要があった。
また、従来、ガン細胞を光感受性にする光増感剤を投入し、悪性腫瘍内に光化学反応を起こさせて腫瘍組織を壊死させる方式として、PDTが提唱されていた(例えば、国際公開第2013/005379号等を参照)。しかしながら、PDTを、多能性幹細胞又は体性幹細胞を除去し、この際に分化誘導された体細胞を保護する目的で使用か否かは知られていなかった。
これに対して、本実施形態の幹細胞除去方法では、幹細胞と、分化誘導された体細胞とを含む細胞群を、ALA類又はそれらの塩を含む培地組成物で培養し、培養された細胞群に特定波長の光を照射し、細胞群から幹細胞を除去する。これにより、幹細胞から分化誘導させた体細胞から、移植時に残存させるべきでない幹細胞を容易に除去しつつ、目的の分化誘導された体細胞を保護することが可能である。
よって、本実施形態では、再生医療使用可能な分化誘導された体細胞を、安全且つ効果的に提供することが可能となる。また、本実施形態では、ALA類又はそれらの塩を加えて培養し、光照射を行うだけで、幹細胞を除去できるため、コストも安くできる。また、ALAは、食品添加物や医療用途にも使用されるアミノ酸であるため、残存しても安全性が高く、医療用途に容易に使用可能となる。
なお、本実施形態の幹細胞除去方法及び体細胞保護方法により取得された体細胞は、再生医療以外の用途、例えば、薬の副作用の検査、バイオリアクター、人工臓器の製造、クローン個体の作成等、各種用途に使用可能である。
次に図面に基づき本発明を実施例によりさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
〔実験材料及び方法〕
(多能性幹細胞の維持)
多能性幹細胞株として、リプロセル社で樹立され50回継代培養されたヒトiPS細胞株(iPSC)が使用された。多能性幹細胞の細胞株は、オンフィーダー培養の場合、マイトマイシンCで処理したマウス胎児線維芽細胞(MEF)フィーダー細胞(RCHEFC003、リプロセル社製)上で、従来の手法と同様に、多能性幹細胞用培地(Primate ES cell medium、RCHEMD001、リプロセル社)、ReproCoat(リプロセル社製)をコートした60mmポリスチレンプレート(ディッシュ)により維持された。ReproCoatは、プレートに0.2μg/cm2の濃度で使用し、4℃で一晩放置することでコーティングを行った。
(分化誘導された体細胞、その他の体細胞)
多能性幹細胞から分化誘導された体細胞について、中胚葉系細胞の一例として心筋細胞であるReproCardio 2(RCESD008、リプロセル社製)を、外胚葉系細胞の一例として神経細胞であるReproNeuro(RCESDN001、リプロセル社製)を、内胚葉系細胞の一例として肝細胞であるReproHepato Type 1(RCESDH001、リプロセル社製)を、それぞれ添付のプロトコルに従って培養して使用した。この際、神経細胞はニューロンを十分延ばすまで、心筋細胞は拍動する心筋細胞塊となるまで、肝細胞は三次元構造となるまで継代して培養した。
また、比較例用に、市販の正常ヒト皮膚線維芽細胞(CA106K05a、Cell Applications Inc社製、HDF)を用いた。
それぞれ、維持用の培地成分は、各細胞に添付の培地を用い、各細胞に添付の説明書のプロトコルに従って培養した。
(ALA溶液、SFC溶液の作成方法)
ALA塩酸塩(M.W.=167.6、SBIファーマ株式会社製)を34mg秤量し、PBS(−)(和光純薬工業製)を1000μL添加した。これにより、200mMのALA溶液を作成する。作成したALA塩酸塩の溶液(以下、単に「ALA溶液」と称する。)は、使用時まで−20℃の冷凍庫で保存した。
また、SFC(関東化学株式会社製)についても、同様の濃度の溶液を作成して保存した。
(ALA−PDT)
(以下は、60mmディッシュの場合の量を示す)冷凍庫からALA溶液(200mM)を取り出して、氷上にて溶解した。多能性幹細胞又は分化誘導された体細胞培養用の培地を4mL準備する。ALA溶液(200mM)を20μL添加した。これにより、ALAが1mMの培地となる。その後、ピペッティングで混合し、5%CO2インキュベーターから細胞を取り出し、培地を吸引等で除去し、ALAを含む培地を4mL添加した。なお、添加するALA溶液の量は、培地に含まれるALAの濃度により調整した。5%CO2インキュベーターに細胞を戻して、4時間〜各実験で特定される時間、培養した。細胞を取り出して、10分間、特定波長の光を、LED光源にて照射した。当該LED光源は、最大ワット数:1.0W、1.0W時照射パワー強度:35.4 mW/cm2(距離50mm)、赤色LEDのピーク波長:635nm、青色LEDのピーク波長:405nm、底面より約50mmの高さで照射したときφ6cmディッシュ底面をほぼ均一に照射可能である。この際、赤色LED又は青色LEDについて、照射パワー400mW(照射パワー強度14.1mW/cm2)で、10分間照射した。その後、ALAを含む培地を除去し、幹細胞又は体細胞用の培地を4mL添加した。24時間〜各実験で特定される時間後、顕微鏡で観察した。この際、生存している細胞数を、Cell Counting Kit−8(同仁化学社製、以下、「CCK8」という。)で評価した。また、Alkaline phosphatase(以下、「ALP」という。)の発現による未分化状態の評価を、Vector(商標)社製、Blue Alkaline Phosphatase Substrate Kit III(Cat.No.SK−5300)を使用して行った。
〔結果〕
(iPS細胞に対するALAの作用の評価)
まず、ALA及び/又はSFCをiPS細胞へ添加して、光照射を行わない場合に影響があるかどうか評価を行った。
具体的には、iPS細胞を継代播種して、60mmディッシュに播種し培養し、ALA及び/又はSFCを添加した培地に交換し、ALA及び/又はSFCを添加した培地に交換し、添加時(0時間)、4時間後、24時間後、48時間後の細胞形態を観察した。この実験では、PDTは行わなかった。
培養条件は、使用した細胞株:201B7、使用した培地:Primate ES Cell Medium、ALAの添加濃度:1000μM、SFCの添加濃度:500μMであった。
結果を、図1〜図4を参照して説明する。
図1は、ALA及び/又はSFC添加時(0時間)の細胞形態の写真を示す。図中の各写真は、ALA添加なし(−)又は添加あり(+)、SFC添加なし(−)又は添加あり(+)の各組み合わせによるiPS細胞のコロニーの形態を示す。また、各組み合わせにおいて、上の写真はスケールが500μm、下の写真は対応する上の写真を2倍に拡大したものである。
図2は、同様に、ALA添加から4時間後のiPS細胞のコロニーの形態を示す。図3は、24時間後のiPS細胞のコロニーの形態を示す。図4は、48時間後のiPS細胞のコロニーの形態を示す。
いずれにおいても、iPS細胞は形態から未分化維持された正常な状態を示していた。すなわち、iPS細胞に対する影響は観察されなかった。よって、ALAは、添加するだけで光照射を行わない場合は、iPSに対する毒性等はないと考えられる。
(iPS細胞に対するALA−PDTの作用の評価)
次に、ALA及び/又はSFCをiPS細胞へ添加して、光照射を行うことで、iPS細胞の除去作用があるかどうか評価を行った。
具体的には、iPS細胞を継代播種して、60mmディッシュに播種し培養し、ALA及び/又はSFCを添加した培地に交換し、48時間、そのまま培養した。その後、青色LED(波長405nm)を10分間照射し、24時間後に細胞形態を観察した。
培養条件は、使用した細胞株:201B7、使用した培地:Primate ES Cell Medium、ALAの添加濃度:1000μM、SFCの添加濃度:500μMであった。
結果を、図5〜図8を参照して説明する。
図5は、ALA及び/又はSFC添加時(0時間)の細胞形態の写真である。各写真は図1の場合と同様であり、iPS細胞は形態から未分化維持された正常な状態を示していた。
図6は、ALA及び/又はSFC添加から48時間後のiPS細胞の細胞形態の写真を示す。この時点でも、図4と同様に、ALA及び/又はSFC添加48時間による影響は特に観察されなかった。
図7は、ALA及び/又はSFC添加から48時間後に青色LEDを10分間照射し、その24時間後に撮影した写真を示す。ALAを添加したiPS細胞(ALA(+)/SFC(−)、ALA(+)/SFC(+))においては、iPS細胞のコロニーが崩れて一部は剥離していることが分かる。
図8は、図7の各コロニーについて、ALPの発現により未分化状態の評価を行った結果を示す。ALAを添加したiPS細胞(ALA(+)/SFC(−))、ALAとSFCを添加したiPS細胞(ALA(+)/SFC(+))においては、添加していないもの(ALA(−)/SFC(−))より色が薄く、ALPが陰性となったことが分かる。これは、未分化状態が維持できなくなったことを示している。また、SFC単独の添付(ALA(−)/SFC(+))では、添加していないものと同様に色が濃く、未分化状体を維持していた。
結論として、ALAを添加し、特定波長の光を照射した後、未分化のiPS細胞が観察されなくなった。すなわち、未分化のiPS細胞が除去された。
(iPS細胞に対するALA−PDTの光照射の波長による作用の比較)
次に、ヒトiPS細胞に対するALA−PDTの光照射の波長の差による作用の比較を行った。
上述の「iPS細胞に対するALA−PDTの作用の評価」と同様に、iPS細胞を継代播種して、60mmディッシュに播種し培養し、ALA(100μM又は1000μM)を添加した培地に交換し、4時間、そのまま培養した。その後、培養したiPS細胞に、赤色LED(波長635nm)又は青色LED(波長405nm)を10分間照射し、24時間後に細胞形態を観察した。
培養条件は、使用した細胞株:201B7、使用した培地:Primate ES Cell Mediumであった。
結果を、図9〜図10を参照して説明する。
図9は、ALAを添加して4時間後に10分間、青色LED又は赤色LEDの光照射の結果を撮影した写真を示す。図中の各写真は、それぞれ、ALAの添加量(100μM又は1000μM)、赤色LED(赤LED)、青色LED(青LED)の各組み合わせによるiPS細胞のコロニーの形態を示す。また、各組み合わせにおいて、上の写真はスケールが500μm、下の写真はこれを2倍に拡大したものである。青色LEDにおいても、図7の赤色LEDとほぼ同様に、ALA−PDTによるコロニーが崩れる作用が観察された。
図10は、図9の結果について、ALPの発現をキットで調べた際の写真を示す。各図において、上は顕微鏡写真、下はディッシュのALP発現を示す。それぞれ、青色が薄くなっており、未分化状態が維持できなくなっている。青色LEDの光照射によるALA−PDTの作用は、赤色LEDとほぼ同様であった。
(iPS細胞に対するALA−PDTのALAの濃度による作用の比較)
次に、ヒトiPS細胞に対するALA−PDTにおいて、ALAの濃度を変化させた際の作用の比較を行った。
上述の処理と同様に継代処理をしたiPS細胞を、2〜4分、37℃でCTK(コラゲナーゼ・トリプシンKSR)を用いてインキュベートし、その後、ピペット操作によって分離した。その分離したiPS細胞を、96ウェルプレートに、1ウェルあたり15,000細胞ずつ播種後、3日目の細胞にALA塩酸塩を添加して培養し、4時間後に、赤色LEDを10分間照射し、CCK8の溶液を添加した、その24時間後に450nmの吸光度をプレートリーダーで測定し、生存する細胞数をカウントした。
この結果を、図11を参照して説明する。
図11は、上述の実験で生存したiPS細胞のCCK8によるカウント数の結果を示すグラフである。縦軸は、ALAの濃度(0μM、125μM、250μM、500μM、1000μM)、横軸は、各細胞種におけるALA濃度が0μMの値を1.0(100%)としたときの細胞数の割合(変化率)を示す(n=3)。
他にも図示しない実験によると、およそ100μM以上の濃度で、ALA−PDTによる10%以上のiPS細胞の細胞死の誘導が観察された。また、250μM以上の濃度で、60%の割合以上のiPS細胞の細胞死が誘導されている。本発明者の実験等の結果(図示せず)によると、10%程度のiPS細胞の細胞死が起こるような培養状態では、iPS細胞の未分化能は失われている。また、特に、60%のiPS細胞の細胞死が起こるような培養状態では、iPS細胞の未分化能自体は確実に失われている。このため、ALA−PDTにより、iPS細胞を確実に除去することが可能である。
(HDFに対するALA−PDTのALAの濃度による作用の比較)
次に、多能性幹細胞又は体性幹細胞以外の体細胞を用いて、ALA−PDTの作用の比較を行った。
正常ヒト皮膚線維芽細胞(HDF)について、上述の「iPS細胞に対するALA塩酸塩の濃度とALA−PDTの光照射による作用の比較」と同様の条件によるALAの濃度とALA−PDTの作用の比較を行った。
この結果を、図12を参照して説明する。
図12は、上述の実験で生存したHDFのCCK8によるカウント数の結果を示すグラフである。縦軸はALAの濃度、横軸は各細胞種におけるALA濃度が0μMの値を1.0(100%)としたときの細胞数の割合(変化率)を示す(n=3)。
図12によると、HDFでは、ALA−PDTによる細胞死の誘導は、観察されなかった。すなわち、上述の結果と合わせると、ALA−PDTにより、HDFは細胞死させず、iPS細胞のみを除去することが可能である。
(iPS細胞由来の神経細胞に対するALA−PDTの作用の評価)
次に、ヒトiPS細胞から分化誘導された神経細胞(iPS細胞由来の神経細胞)へのALA−PDTによる作用の評価を行った。この神経細胞はReproNeuroを使用した。iPS細胞から分化誘導された神経細胞を60mmディッシュに播種し培養し、ALA(0μM、250μM、500μM)を添加した培地に交換し、4時間、そのまま培養した。その後、細胞形態を観察した。そして、培養した神経細胞に、赤色LED(波長635nm)を10分間照射し、12時間(オーバーナイト)経過後、細胞形態を観察した。その後、培地をALAが含まれないものに交換し、7日間、培地を交換しつつ培養した後、細胞形態を観察した。
この結果を、図13〜図14を参照して説明する。
図13の各写真は、ALAの濃度(0μM、250μM、500μM)、上はALA添加前、下はALA−PDT後7日間培養したものの写真をそれぞれ示す。
iPS細胞から分化誘導された神経細胞は、ALAの添加とLED照射によって、神経突起が一時的に短くなった(図示せず)。しかしながら、7日間、培養を継続したところ、死滅せずに生存し続け、ALA添加前と同様に回復した。
図14は、上述の結果をまとめたものである。iPS細胞から分化誘導された神経細胞は、ALA−PDTで神経突起の短縮はみられるが、生存し続けた。つまり、iPS細胞とは異なり、ALA−PDTによっても神経細胞は除去されず、保護された。
また、ALAの濃度を250μM、500μM添加した7日後においては、細胞接着を確認でき、いずれも神経突起が伸長してきた。すなわち、ヒトiPS細胞由来神経細胞は、ALA−PDTにより神経突起の短縮はみられるが、継続培養することで神経突起の再伸長が観察されて、生存し続けた。
(iPS細胞由来の心筋細胞に対するALA−PDTの作用の評価)
次に、ヒトiPS細胞から分化誘導された心筋細胞(iPS細胞由来の心筋細胞)へのALA−PDTによる作用の評価を行った。ここでは、iPS細胞から分化誘導された心筋細胞のコロニーを取得し、60mmディッシュに播種し培養し、ALA(500μM)を添加した培地に交換し、4時間培養し、その時点で細胞形態を観察した。その後、赤色LEDを10分間照射し、12時間(オーバーナイト)経過後、もう一度細胞形態を観察した。
この結果を、図15を参照して説明する。
図15の(a)はALA−PDT前(ALA暴露前)の心筋細胞のコロニーの状態、(b)はALA−PDT後(ALA暴露後、10分照射の後)の心筋細胞のコロニーの写真である。ALA−PDT後、本来拍動している心筋が止まり、心筋コロニーの形も崩れた。これにより、ALA濃度が500μMのALA−PDTでは、心筋細胞は保護されないことが分かる。
これに対して、図示しない予備実験では、250μM程度のALA濃度 のALA−PDTでは、心筋細胞は、ALA−PDT後、数日程度培養することで、神経細胞と同様に回復して拍動した。すなわち、250μM以下の濃度のALA−PDTで、心筋細胞は保護しつつ、上述の結果からいうと、iPS細胞は除去することが可能である。逆に、500μM以上のALA−PDTで、HDFや神経細胞を保護しつつ、心筋細胞とiPS細胞を除去するといった、細胞の種類による選択的な除去も可能となる。
また、予備的な実験から、iPS細胞から分化誘導された肝細胞(iPS細胞由来の肝細胞)に関しても、上記の神経細胞と同様に、250μM濃度のALAを添加しても保護されており、iPS細胞を選択的に除去することが可能である。
(他のiPS細胞株及び添加後時間に対するALA−PDTの作用の評価)
多能性幹細胞株として、別途、上述の実施例1と同様の201B7細胞株、リプロセル社製のRC001、RC010について、上述の実施例1と同様に維持した後、ALA作用の評価を行った。RC001は、Fibroblast由来で、上述の201B7細胞株と同様にレトロウィルスベクターによりiPS細胞化されたものである。また、RC010は、Endothelial progenitor cell(EPC)由来で、RNAの導入によりiPS細胞化されたものである。
これらの株について、96ウェルプレートに、1ウェルあたり20,000細胞ずつ播種後、3〜4日培養した。その後、ALA塩酸塩を各濃度(0、125、250、500、1000μM)添加した培地で培養した。上記培地で4時間培養後又は24時間培養後に赤色LEDを10分照射した。赤色LEDは、照射パワー400mW(照射パワー強度 14.1mW/cm2)で10分間照射した。CCK8の溶液を添加して、その24時間後に450nmの吸光度をプレートリーダーで測定して生存する細胞数をカウントし、24時間後の細胞生存率を算出した。
結果を、下記の表1に示す:
Figure 2016163374
いずれの細胞株においても、上述の実施例1と同様に、ALA−PDTにより各細胞株の生存、増殖が抑制された。すなわち、ALA−PDTは、複数の細胞株で共通して、iPS細胞への傷害作用があることが明らかであった。これにより、他のiPS細胞においても、一般的にALA−PDTの効果が期待できる。
次に、iPS細胞へのALA添加後に光照射されるまでの時間(添加後時間)の違いによる作用について比較した。すなわち、iPS細胞へのALA添加後に光照射する際の待ち時間について検討した。
図16は、上述の201B7細胞株を、96ウェルプレートに、1ウェルあたり20,000細胞ずつ播種後、3日目の細胞にALA塩酸塩を添加後、4時間又は24時間後に赤色LEDを10分作用させて、4日目にCCK8で評価した結果である。各濃度において、グラフのバーは各細胞種におけるALA添加0μM(コントロール)の値を100としたときの変化率(%)を示す。エラーバーは、標準偏差(n=96)を示す。
結果として、ALAの添加後時間が4時間で、コントロールと比べてiPS細胞の細胞生存率を減少させられた。実際に、図16(a)に示すように、250μMのALAを加えて光照射した場合、添加後時間が4時間では、光照射していないコントロールと比べて65%の細胞生存率となった。
また、ALAの添加後時間がより長い24時間で光照射を行うと、更に低い濃度でiPS細胞の細胞生存、増殖の抑制することが可能となった。図16(b)に示すように、添加後時間が24時間では、コントロールと比べて7%の細胞生存率となった。
なお、予備的な実験において、ALAの添加後時間を24時間より増やしても、24時間のものと比べて、細胞生存率に変化はなかった。
(iPS細胞由来の肝細胞に対するALA−PDTの作用の評価)
上述の実施例1と同様のヒトiPS細胞由来肝細胞について、ALA−PDTによる作用の評価を行った。本実施例では、培養条件は24ウェルプレートに、1ウェルあたり500,000細胞を播種後、7日目の細胞にALA塩酸塩を各濃度(0、250、500μM)添加後、24時間後に赤色LEDにより10分間光照射し、翌日以降に形態観察した。赤色LEDの照射パワーは、上述と同様である。
この結果を、図17及び図18に示す。
図17は、250μMのALA塩酸塩を添加して(a)24時間経過後で光照射前(LED照射前)、(b)光照射後24時間経過後(LED照射後24時間)、(c)光照射後48時間経過後(LED照射後48時間)のヒトiPS細胞由来肝細胞のプレートの写真である。図17(a)においては、肝細胞特異的な敷石状の形態と核が明瞭に確認できる。図17(b)の光照射後、24時間経過しても、敷石状の形態と核が明瞭な細胞が残存している。また、図17(c)の光照射後、48時間経過しても、敷石状の形態と核が明瞭な細胞が生存し続けた。これにより、分化したヒトiPS細胞由来肝細胞が残存することが確認できた。
また、図18は、ALA塩酸塩の濃度を0μM、250μM、500μMに変化させた際の、光照射前(LED照射前)、光照射後24時間経過後(LED照射後24時間)、(c)光照射後60時間経過後(LED照射後60時間)のヒトiPS細胞由来肝細胞のプレートの写真である。このうち、250μMの写真は、図17とは別のプレートの写真を示している。ALA−PDTの各条件下において、生存したヒトiPS細胞由来肝細胞が存在していることが分かった。また、目視によると、250μMの条件下の方が、500μMよりも生存している細胞の状態がよかった。
結果として、iPS細胞由来の肝細胞に関しても、実施例1の神経細胞と同様に、250μM濃度のALAを添加しても正常な細胞を残存させることができ、これ以外のiPS細胞を選択的に除去することが可能であった。
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。
本発明の幹細胞除去方法は、幹細胞を生体外で培養して、体細胞に分化誘導した後で幹細胞を容易に除去し、その後、分化誘導された体細胞のみを体内に導入する等の再生医療等に利用することができ、産業上に利用することができる。

Claims (23)

  1. 幹細胞と、幹細胞から分化誘導された体細胞とを含む細胞群を、光増感剤を含む培地組成物で培養し、
    前記光増感剤を含む培地組成物で培養された前記細胞群に、特定波長の光を照射し、
    前記細胞群から、前記幹細胞を除去する
    ことを特徴とする幹細胞除去方法。
  2. 前記幹細胞は、多能性幹細胞又は体性幹細胞であり、
    前記多能性幹細胞は、ES細胞(Embryonic Stem Cell)及びiPS細胞(induced Pluripotent Stem Cell)のいずれかを含み、
    前記体性幹細胞は、生殖幹細胞、生殖細胞、多分化能の幹細胞、及び単分化能の幹細胞のいずれかを含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の幹細胞除去方法。
  3. 前記光増感剤は、アミノレブリン酸(Amino Levulinic Acid)、その誘導体、又はそれらの塩である
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の幹細胞除去方法。
  4. 前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩の濃度は、10μM〜2000μMである
    ことを特徴とする請求項3に記載の幹細胞除去方法。
  5. 前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩を添加後に光照射されるまでの時間は、4時間以上である
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載の幹細胞除去方法。
  6. 前記特定波長の光の波長は400nm〜750nmであり、照射照度は、1mW/cm2〜200mW/cm2であり、照射時間は、1分〜240分である
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の幹細胞除去方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の幹細胞除去方法により除去される際に、分化誘導された前記体細胞を保護する
    ことを特徴とする分化細胞保護方法。
  8. 保護される前記体細胞が中胚葉系細胞である
    ことを特徴とする請求項7に記載の分化細胞保護方法。
  9. 保護される前記体細胞が外胚葉系細胞である
    ことを特徴とする請求項7に記載の分化細胞保護方法。
  10. 保護される前記体細胞が内胚葉系細胞である
    ことを特徴とする請求項7に記載の分化細胞保護方法。
  11. 幹細胞と、幹細胞から分化誘導された体細胞とを含む細胞群を培養するための培地成分と、光増感剤とを含む
    ことを特徴とする培地組成物。
  12. 特定波長の光を照射した場合、前記幹細胞を除去する
    ことを特徴とする請求項11に記載の培地組成物。
  13. 前記特定波長の光を照射した場合、分化誘導された前記体細胞を保護する
    ことを特徴とする請求項12に記載の培地組成物。
  14. 前記幹細胞は、多能性幹細胞又は体性幹細胞であり、
    前記多能性幹細胞は、ES細胞(Embryonic Stem Cell)、及びiPS細胞(induced Pluripotent Stem Cell)のいずれかを含み、
    前記体性幹細胞は、多能性と自己複製能とを有する細胞である
    ことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の培地組成物。
  15. 前記幹細胞から分化誘導される前記体細胞は、
    中胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び内胚葉系細胞からなる群のいずれか一種を含む
    ことを特徴とする請求項11乃至14のいずれか1項に記載の培地組成物。
  16. 前記幹細胞から前記体細胞を分化誘導するグロースファクター成分を更に含む
    ことを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載の培地組成物。
  17. 前記培地成分は、細胞に栄養分を与えるための栄養成分を含む
    ことを特徴とする請求項11乃至16のいずれか1項に記載の培地組成物。
  18. 前記培地成分は、培養中の環境を一定に保つためのバッファー成分を含む
    ことを特徴とする請求項11乃至17のいずれか1項に記載の培地組成物。
  19. 前記培地成分は、前記体細胞の成育を促進する生育促進成分を含む
    ことを特徴とする請求項11乃至18のいずれか1項に記載の培地組成物。
  20. 前記光増感剤は、アミノレブリン酸(Amino Levulinic Acid)、その誘導体、又はそれらの塩である
    ことを特徴とする請求項11乃至19のいずれか1項に記載の培地組成物。
  21. 前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩の濃度は、10μM〜2000μMである
    ことを特徴とする請求項20に記載の培地組成物。
  22. 前記アミノレブリン酸、その誘導体、又はそれらの塩を添加後に光照射されるまでの時間は、4時間以上である
    ことを特徴とする請求項20又は21に記載の培地組成物。
  23. 前記特定波長の光の波長は、400nm〜750nmであり、照射照度は、1mW/cm2〜200mW/cm2であり、照射時間は、1分〜240分である
    ことを特徴とする請求項12乃至22のいずれか1項に記載の培地組成物。
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