JPWO2017073794A1 - Method for producing three-dimensional myocardial tissue from pluripotent stem cells - Google Patents

Method for producing three-dimensional myocardial tissue from pluripotent stem cells Download PDF

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Abstract

以下の工程を含むことを特徴とする、心筋組織を製造する方法;
(a)多能性幹細胞から心筋細胞を製造する工程、
(b)多能性幹細胞から内皮細胞を製造する工程、
(c)多能性幹細胞から壁細胞を製造する工程、
(d)前記工程(c)で製造した壁細胞を30%未満の割合にて、前記工程(a)で製造した心筋細胞および前記工程(b)で製造した内皮細胞と混合する工程、および
(e)前記工程(d)で得られた細胞混合物を細胞外マトリックスの存在下で培養して、3次元構造体を形成させる工程。
A method for producing myocardial tissue, comprising the following steps;
(A) producing cardiomyocytes from pluripotent stem cells;
(B) producing endothelial cells from pluripotent stem cells,
(C) a step of producing mural cells from pluripotent stem cells,
(D) mixing the wall cells produced in the step (c) with the cardiomyocytes produced in the step (a) and the endothelial cells produced in the step (b) at a ratio of less than 30%; e) A step of culturing the cell mixture obtained in the step (d) in the presence of an extracellular matrix to form a three-dimensional structure.

Description

発明の分野Field of Invention

本発明は、多能性幹細胞から3次元の心筋組織を製造する方法および得られた心筋組織を含む心疾患治療剤に関する。   The present invention relates to a method for producing a three-dimensional myocardial tissue from pluripotent stem cells and a therapeutic agent for heart disease containing the obtained myocardial tissue.

成人の心筋細胞は、ほとんど増殖しないため、虚血性心疾患等で欠損した心筋細胞は不可逆的な損傷となる。現在、臨床的に使用されるどの薬剤の処置でも、機能性収縮組織で心筋瘢痕を置換する効力を示していない。そこで、正常な心筋細胞を再生するための新規な治療が所望されており、別途製造された心筋細胞を投与する補充療法が提案されている。   Since adult cardiomyocytes hardly proliferate, cardiomyocytes deficient due to ischemic heart disease or the like cause irreversible damage. Currently, no treatment of any drug used clinically has shown efficacy in replacing myocardial scars with functional contractile tissue. Therefore, a novel treatment for regenerating normal cardiomyocytes is desired, and replacement therapy for administering separately produced cardiomyocytes has been proposed.

このような補充療法において、心筋細胞はレシピエントの心臓へ生着させるためシート状にして投与する方法(非特許文献1)や紐状にして投与する方法(非特許文献2)が提案されている。   In such replacement therapy, there have been proposed a method of administering cardiomyocytes in a sheet form (Non-patent Document 1) and a method of administering in a string form (Non-patent Document 2) for engraftment in the recipient's heart. Yes.

このような、補充療法に用いる細胞としては、心筋細胞のみならず、血管系の細胞を同時に含んだ組織として投与した方が効果が高いことが示されている(非特許文献2、3、4および5ならびに特許文献1および2)。   Such cells used for replacement therapy have been shown to be more effective when administered not only as cardiac muscle cells but also as tissues containing vascular cells simultaneously (Non-Patent Documents 2, 3, 4). And 5 and patent documents 1 and 2).

しかし、移植に適した組織の製造にあたり、血管系の細胞、特に壁細胞の含有率について言及された報告はない。   However, in the production of tissue suitable for transplantation, there is no report that mentions the content of vascular cells, particularly wall cells.

WO2012/133945WO2012 / 133945 WO2013/137491WO2013 / 137491

Shimizu, T, et al, Biomaterials 24, 2309-2316, 2003Shimizu, T, et al, Biomaterials 24, 2309-2316, 2003 S Fujimoto KL et al., Tissue Eng Part A. 2011;17:585-96S Fujimoto KL et al., Tissue Eng Part A. 2011; 17: 585-96 Shimizu T, et al. FASEB J. 20: 708-10, 2006Shimizu T, et al. FASEB J. 20: 708-10, 2006 Caspi O, et al. Circ Res. 2007 Feb 2;100(2):263-72.Caspi O, et al. Circ Res. 2007 Feb 2; 100 (2): 263-72. Masumoto H et al., Stem Cells. 2012 Jun;30(6):1196-205.Masumoto H et al., Stem Cells. 2012 Jun; 30 (6): 1196-205.

本発明の目的は、多能性幹細胞由来の心筋細胞、内皮細胞および壁細胞を含む強固な心筋組織を製造する方法および得られた心筋組織を含む心疾患治療剤に関する。したがって、本発明の課題は、多能性幹細胞から誘導した心筋細胞、内皮細胞および壁細胞を組み合わせて、より強固で機能的な心筋組織を提供することである。   An object of the present invention relates to a method for producing a strong myocardial tissue containing pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells, and a therapeutic agent for heart disease containing the obtained myocardial tissue. Therefore, an object of the present invention is to provide a stronger and functional myocardial tissue by combining cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells derived from pluripotent stem cells.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、多能性幹細胞由来の壁細胞の含有率を30%未満にすることで、心筋細胞、内皮細胞および壁細胞を混合して作製される心筋組織の機能やその強度が高いことを見出した。さらに、この心筋組織を移植することで、心疾患モデルラットの心機能を改善できることを確認した。本発明はそのような知見に基づいて完成されたものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have mixed cardiomyocytes, endothelial cells, and mural cells by reducing the content of mural cells derived from pluripotent stem cells to less than 30%. It was found that the function and strength of the myocardial tissue produced in this way are high. Furthermore, it was confirmed that the cardiac function of heart disease model rats can be improved by transplanting this myocardial tissue. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明は、以下を提供するものである:
[1]以下の工程を含むことを特徴とする、心筋組織を製造する方法;
(a)多能性幹細胞から心筋細胞を製造する工程、
(b)多能性幹細胞から内皮細胞を製造する工程、
(c)多能性幹細胞から壁細胞を製造する工程、
(d)前記工程(c)で製造した壁細胞を30%未満の割合にて、前記工程(a)で製造した心筋細胞および前記工程(b)で製造した内皮細胞と混合する工程、および
(e)前記工程(d)で得られた細胞混合物を細胞外マトリックスの存在下で培養して、3次元構造体を形成させる工程。
[2]前記工程(d)で前記工程(c)で製造した壁細胞を5%以上、25%以下の割合で混合する、[1]に記載の方法。
[3]前記工程(d)で前記工程(c)で製造した壁細胞を15%の割合で混合する、[1]または[2]に記載の方法。
[4]前記工程(a)および(b)が、同一の多能性幹細胞を用いて同時に行われ、多能性幹細胞から心筋細胞および内皮細胞が製造される、[1]から[3]のいずれか1項に記載の方法。
[5]前記工程(a)および(b)が、以下の工程を含む、[4]に記載の方法;
(i)多能性幹細胞をアクチビンAおよびWnt3aの存在下で培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMP(Bone Morphogenetic Protein)およびbFGFの存在下で培養する工程、および
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をVEGF(Vascular Endothelial Growth Factor)の存在下で培養する工程。
[6]前記工程(c)が、以下の工程を含む、[1]から[5]のいずれか1項に記載の方法;
(i)多能性幹細胞をアクチビンAおよびWnt3aの存在下で培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMPおよびbFGFの存在下で培養する工程、および
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をVEGFの非存在下で培養する工程。
[7]前記BMPが、BMP4である、[5]または[6]に記載の方法。
[8]前記細胞外マトリックスが、I型コラーゲンを含む細胞外マトリックスである、[1]から[7]のいずれか1項に記載の方法。
[9]前記工程(e)における3次元構造体が円柱状構造体である、[1]から[8]のいずれか1項に記載の方法。
[10]前記多能性幹細胞が、ヒトiPS細胞である、[1]から[9]のいずれか1項に記載の方法。
[11][1]〜[10]に記載の方法で得られた心筋組織を含む、心疾患治療剤。
[12][1]〜[10]に記載の方法で得られた心筋組織を心臓の梗塞部位、損傷部位、または障害部位へ適用する、心疾患治療方法。
That is, the present invention provides the following:
[1] A method for producing myocardial tissue, comprising the following steps;
(A) producing cardiomyocytes from pluripotent stem cells;
(B) producing endothelial cells from pluripotent stem cells,
(C) a step of producing mural cells from pluripotent stem cells,
(D) mixing the wall cells produced in the step (c) with the cardiomyocytes produced in the step (a) and the endothelial cells produced in the step (b) at a ratio of less than 30%; e) A step of culturing the cell mixture obtained in the step (d) in the presence of an extracellular matrix to form a three-dimensional structure.
[2] The method according to [1], wherein the wall cells produced in the step (c) in the step (d) are mixed at a ratio of 5% to 25%.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the wall cells produced in the step (c) are mixed at a ratio of 15% in the step (d).
[4] The steps (a) and (b) are simultaneously performed using the same pluripotent stem cells, and cardiomyocytes and endothelial cells are produced from the pluripotent stem cells. The method according to any one of the above.
[5] The method according to [4], wherein the steps (a) and (b) include the following steps;
(I) culturing pluripotent stem cells in the presence of activin A and Wnt3a;
(Ii) a step of culturing the cells obtained in the step (i) in the presence of BMP (Bone Morphogenetic Protein) and bFGF; and (iii) a cell obtained in the step (ii) being VEGF (Vascular Endothelial Growth). Culturing in the presence of Factor).
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the step (c) includes the following steps;
(I) culturing pluripotent stem cells in the presence of activin A and Wnt3a;
(Ii) culturing the cells obtained in the step (i) in the presence of BMP and bFGF, and (iii) culturing the cells obtained in the step (ii) in the absence of VEGF.
[7] The method according to [5] or [6], wherein the BMP is BMP4.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the extracellular matrix is an extracellular matrix containing type I collagen.
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the three-dimensional structure in the step (e) is a cylindrical structure.
[10] The method according to any one of [1] to [9], wherein the pluripotent stem cell is a human iPS cell.
[11] A therapeutic agent for heart disease comprising the myocardial tissue obtained by the method according to [1] to [10].
[12] A method for treating heart disease, wherein the myocardial tissue obtained by the method according to [1] to [10] is applied to an infarcted site, damaged site, or damaged site of the heart.

図1aは、多能性幹細胞から心筋細胞(CM)および内皮細胞(EC)を作製するプロトコール(左図)および得られた細胞の含有率(右図)を示す。図1bは、多能性幹細胞から壁細胞(MC)を作製するプロトコール(左図)および得られた細胞の含有率(右図)を示す。FIG. 1a shows a protocol for producing cardiomyocytes (CM) and endothelial cells (EC) from pluripotent stem cells (left figure) and the obtained cell content (right figure). FIG. 1 b shows a protocol for producing mural cells (MC) from pluripotent stem cells (left figure) and the content ratio of the obtained cells (right figure). 図2は、心筋細胞および内皮細胞のみ(C+E)、心筋細胞および壁細胞のみ(C+M)、または心筋細胞、内皮細胞および壁細胞(C+E+M)を混合させて作製した心筋組織における各細胞の含有率を示す。FIG. 2 was prepared by mixing cardiomyocytes and endothelial cells only (C + E), cardiomyocytes and mural cells only (C + M), or cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells (C + E + M). The content rate of each cell in a myocardial tissue is shown. 図3は、心筋細胞および内皮細胞のみ(C+E)、心筋細胞および壁細胞のみ(C+M)、または心筋細胞、内皮細胞および壁細胞(C+E+M)を混合させて作製した心筋組織の機能を評価した結果を示す。図3aは、各心筋組織での最大追従周波数を示し、図3b左図は、3Hzおよび3.5Hzの周波数での収縮力の測定データを示し、右図は、2Hzから3.5Hzに対する各周波数での収縮力を測定した結果を示す。FIG. 3 was prepared by mixing cardiomyocytes and endothelial cells only (C + E), cardiomyocytes and mural cells only (C + M), or cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells (C + E + M). The result of having evaluated the function of the myocardial tissue is shown. 3a shows the maximum follow-up frequency in each myocardial tissue, the left figure in FIG. 3b shows the measurement data of contractile force at frequencies of 3 Hz and 3.5 Hz, and the right figure shows each frequency for 2 Hz to 3.5 Hz. The result of having measured the contraction force in is shown. 図4は、心筋細胞および内皮細胞のみ(C+E)、心筋細胞および壁細胞のみ(C+M)、または心筋細胞、内皮細胞および壁細胞(C+E+M)を混合させて作製した心筋組織の機能を評価した結果を示す。図4aは、各心筋組織での最小収縮閾値を示し、図4b左図は、5Vから1Vまでの収縮力の測定データを示し、右図は、5Vに対する3Vでの収縮力を測定した結果を示す。FIG. 4 was prepared by mixing cardiomyocytes and endothelial cells only (C + E), cardiomyocytes and mural cells only (C + M), or cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells (C + E + M). The result of having evaluated the function of the myocardial tissue is shown. 4a shows the minimum contraction threshold in each myocardial tissue, the left figure of FIG. 4b shows the measurement data of the contractile force from 5V to 1V, and the right figure shows the result of measuring the contractile force at 3V with respect to 5V. Show. 図5は、心筋細胞および内皮細胞のみ(C+E)、心筋細胞および壁細胞のみ(C+M)、または心筋細胞、内皮細胞および壁細胞(C+E+M)を混合させて作製した心筋組織の組織強度測定した結果を示す。左図は、各心筋組織の受動的張力の変移を測定した結果を示し、右図は、当該変移からYoung率を算出した結果を示す。FIG. 5 was prepared by mixing cardiomyocytes and endothelial cells only (C + E), cardiomyocytes and mural cells only (C + M), or cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells (C + E + M). The result of measuring the tissue strength of the myocardial tissue is shown. The left figure shows the result of measuring the transition of the passive tension of each myocardial tissue, and the right figure shows the result of calculating the Young's rate from the transition. 図6は、30%以上の壁細胞を混合して作製された心筋組織(High MC)または15%の壁細胞を混合して作製された心筋組織(Low MCの機能を評価した結果を示す。図6aは、心筋組織の収縮力(左図)および心筋細胞数あたりの収縮力(右図)を示す。図6bは、心筋組織の最大追従周波数(左図)および3.5Hzでの収縮力(右図)を示す。図6cは、心筋組織の最小収縮閾値(左図)および5Vに対する3Vでの収縮力(右図)を示す。FIG. 6 shows the results of evaluating the function of myocardial tissue (High MC) prepared by mixing 30% or more mural cells or myocardial tissue (Low MC) prepared by mixing 15% mural cells. Fig. 6a shows the contraction force of the myocardial tissue (left figure) and the contraction force per right number of myocardial cells (right figure) Fig. 6b shows the maximum follow-up frequency of the myocardial tissue (left figure) and the contraction force at 3.5 Hz. Figure 6c shows the minimum contraction threshold for myocardial tissue (left figure) and the contractile force at 3V versus 5V (right figure). 図7は、心筋細胞および内皮細胞のみ(C+E)、心筋細胞および壁細胞のみ(C+M)、または心筋細胞、内皮細胞および壁細胞(C+E+M)を混合させて作製した心筋組織の電子顕微鏡像を示す(写真)。FIG. 7 was prepared by mixing cardiomyocytes and endothelial cells only (C + E), cardiomyocytes and mural cells only (C + M), or cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells (C + E + M). An electron microscope image of myocardial tissue is shown (photograph). 図8は、心筋細胞および内皮細胞のみ(C+E)、心筋細胞および壁細胞のみ(C+M)、または心筋細胞、内皮細胞および壁細胞(C+E+M)を混合させて作製した心筋組織の心筋トロポニンTに対する免疫染色像(左図)(写真)、組織長軸方向に対する各心筋細胞軸の角度の分布(中央図)および前述の各心筋細胞軸の対組織長軸方向に対する角度のばらつき(右図)を測定した結果を示す。FIG. 8 was prepared by mixing cardiomyocytes and endothelial cells only (C + E), cardiomyocytes and mural cells only (C + M), or cardiomyocytes, endothelial cells and mural cells (C + E + M). Immunostaining image of myocardial tissue against myocardial troponin T (left) (photo), distribution of angle of each myocardial cell axis with respect to tissue long axis direction (middle view), and angle of each myocardial cell axis with respect to tissue long axis direction The result of measuring the dispersion (right figure) is shown. 図9aは、心筋梗塞モデルラットへの心筋組織の移植と評価の概要を示す。図9bは、移植前の心筋組織(左図)および移植後の心筋組織(右図)を示す(写真)。図9cは、移植後28日目の心臓を示す(写真)。FIG. 9a shows an outline of transplantation and evaluation of myocardial tissue to a myocardial infarction model rat. FIG. 9b shows myocardial tissue before transplantation (left) and myocardial tissue after transplantation (right) (photo). FIG. 9c shows the heart 28 days after transplantation (photo). 図10aは、心筋組織を移植しなかった群(左図)および心筋組織を移植した群(右図)における移植後28日目のエコー像を示す(写真)。図10bは、心筋組織を移植しなかった群(Sham)および心筋組織を移植した群(Tx)における移植前、移植後14日目および移植後28日目の毎分心拍出量(左図)および一回心拍出量(右図)の測定結果を示す。FIG. 10a shows an echo image on the 28th day after transplantation (photograph) in a group in which the myocardial tissue was not transplanted (left diagram) and a group in which the myocardial tissue was transplanted (right diagram). FIG. 10 b shows the cardiac output per minute (left figure) before transplantation, 14 days after transplantation, and 28 days after transplantation in the group not transplanted with myocardial tissue (Sham) and the group transplanted with myocardial tissue (Tx). ) And the measured cardiac output (right figure). 図11aは、心筋組織移植した群の心臓の染色像(左図:マッソン・トリクローム染色、右図:cTNT、HNAおよびDAPI染色像)を示す(写真)。図11bは、心筋組織を移植した群の移植部位での免疫染色像(cTNT、HNAおよびDAPI)を示す。図11cは、心筋組織移植した群の移植部位での免疫染色像(vWF(緑)、HNA(赤)およびDAPI(青))を示す。FIG. 11a shows a stained image (left figure: Masson trichrome stain, right figure: cTNT, HNA and DAPI stained images) of the heart transplanted group (photograph). FIG. 11 b shows immunostained images (cTNT, HNA and DAPI) at the transplant site of the group transplanted with myocardial tissue. FIG. 11 c shows immunostained images (vWF (green), HNA (red) and DAPI (blue)) at the transplantation site of the group transplanted with myocardial tissue.

本発明を以下において詳細に説明する。
本発明は、以下の工程を含むことを特徴とする、心筋組織を製造する方法を提供する;
(a)多能性幹細胞から心筋細胞を製造する工程、
(b)多能性幹細胞から内皮細胞を製造する工程、
(c)多能性幹細胞から壁細胞を製造する工程、
(d)前記工程(c)で製造した壁細胞を30%未満の割合にて、前記工程(a)で製造した心筋細胞および前記工程(b)で製造した内皮細胞と混合する工程、および
(e)前記工程(d)で得られた細胞混合物を細胞外マトリックスの存在下で培養して、3次元構造体を形成させる工程。
<多能性幹細胞>
多能性幹細胞は、特に限定されることはないが、例えば、下記のものが挙げられる。
The present invention is described in detail below.
The present invention provides a method for producing myocardial tissue, which comprises the following steps;
(A) producing cardiomyocytes from pluripotent stem cells;
(B) producing endothelial cells from pluripotent stem cells,
(C) a step of producing mural cells from pluripotent stem cells,
(D) mixing the wall cells produced in the step (c) with the cardiomyocytes produced in the step (a) and the endothelial cells produced in the step (b) at a ratio of less than 30%; e) A step of culturing the cell mixture obtained in the step (d) in the presence of an extracellular matrix to form a three-dimensional structure.
<Pluripotent stem cells>
Although a pluripotent stem cell is not specifically limited, For example, the following are mentioned.

(A) 胚性幹細胞
胚性幹細胞(ES細胞)は、ヒトやマウスなどの哺乳動物の初期胚(例えば胚盤胞)の内部細胞塊から樹立された、多能性と自己複製による増殖能を有する幹細胞である。
(A) Embryonic stem cells Embryonic stem cells (ES cells) are established from the inner cell mass of early embryos (eg, blastocysts) of mammals such as humans and mice, and have the ability to proliferate through self-replication. It has stem cells.

ES細胞は、受精卵の8細胞期、桑実胚後の胚である胚盤胞の内部細胞塊に由来する胚由来の幹細胞であり、成体を構成するあらゆる細胞に分化する能力、いわゆる分化多能性と、自己複製による増殖能とを有している。ES細胞は、マウスで1981年に発見され (M.J. Evans and M.H. Kaufman (1981), Nature 292:154-156)、その後、ヒト、サルなどの霊長類でもES細胞株が樹立された (J.A. Thomson et al. (1998), Science 282:1145-1147; J.A. Thomson et al. (1995), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92:7844-7848;J.A. Thomson et al. (1996), Biol. Reprod., 55:254-259; J.A. Thomson and V.S. Marshall (1998), Curr. Top. Dev. Biol., 38:133-165)。   ES cells are embryonic stem cells derived from the inner cell mass of the blastocyst, the embryo after the morula, in the 8-cell stage of a fertilized egg, and have the ability to differentiate into any cell that constitutes an adult, so-called differentiation. And ability to proliferate by self-replication. ES cells were discovered in mice in 1981 (MJ Evans and MH Kaufman (1981), Nature 292: 154-156), and then ES cell lines were also established in primates such as humans and monkeys (JA Thomson et al. al. (1998), Science 282: 1145-1147; JA Thomson et al. (1995), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92: 7844-7848; JA Thomson et al. (1996), Biol. Reprod ., 55: 254-259; JA Thomson and VS Marshall (1998), Curr. Top. Dev. Biol., 38: 133-165).

ES細胞は、対象動物の受精卵の胚盤胞から内部細胞塊を取出し、内部細胞塊を線維芽細胞のフィーダー上で培養することによって樹立することができる。また、継代培養による細胞の維持は、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor (LIF))、塩基性線維芽細胞成長因子(basic fibroblast growth factor (bFGF))などの物質を添加した培養液を用いて行うことができる。ヒトおよびサルのES細胞の樹立と維持の方法については、例えばUSP5,843,780; Thomson JA, et al. (1995), Proc Natl. Acad. Sci. U S A. 92:7844-7848; Thomson JA, et al. (1998), Science. 282:1145-1147; H. Suemori et al. (2006), Biochem. Biophys. Res. Commun., 345:926-932; M. Ueno et al. (2006), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103:9554-9559; H. Suemori et al. (2001), Dev. Dyn., 222:273-279;H. Kawasaki et al. (2002), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99:1580-1585;Klimanskaya I, et al. (2006), Nature. 444:481-485などに記載されている。   ES cells can be established by removing an inner cell mass from a blastocyst of a fertilized egg of a subject animal and culturing the inner cell mass on a fibroblast feeder. In addition, maintenance of cells by subculture is performed using a culture solution supplemented with substances such as leukemia inhibitory factor (LIF) and basic fibroblast growth factor (bFGF). It can be carried out. For methods of establishing and maintaining human and monkey ES cells, see, for example, USP 5,843,780; Thomson JA, et al. (1995), Proc Natl. Acad. Sci. US A. 92: 7844-7848; Thomson JA, et al. (1998), Science. 282: 1145-1147; H. Suemori et al. (2006), Biochem. Biophys. Res. Commun., 345: 926-932; M. Ueno et al. (2006), Proc Natl. Acad. Sci. USA, 103: 9554-9559; H. Suemori et al. (2001), Dev. Dyn., 222: 273-279; H. Kawasaki et al. (2002), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99: 1580-1585; Klimanskaya I, et al. (2006), Nature. 444: 481-485.

ES細胞作製のための培養液として、例えば0.1mM 2-メルカプトエタノール、0.1mM 非必須アミノ酸、2mM L-グルタミン酸、20% KSRおよび4ng/ml bFGFを補充したDMEM/F-12培養液を使用し、37℃、5% CO2、湿潤雰囲気下でヒトES細胞を維持することができる(H. Suemori et al. (2006), Biochem. Biophys. Res. Commun., 345:926-932)。また、ES細胞は、3〜4日おきに継代する必要があり、このとき、継代は、例えば1mM CaCl2および20% KSRを含有するPBS中の0.25% トリプシンおよび0.1mg/mlコラゲナーゼIVを用いて行うことができる。For example, DMEM / F-12 culture medium supplemented with 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 0.1 mM non-essential amino acid, 2 mM L-glutamic acid, 20% KSR and 4 ng / ml bFGF is used as the culture medium for ES cell production. Human ES cells can be maintained in a humid atmosphere at 37 ° C., 5% CO 2 (H. Suemori et al. (2006), Biochem. Biophys. Res. Commun., 345: 926-932). ES cells also need to be passaged every 3-4 days, where passage is eg 0.25% trypsin and 0.1 mg / ml collagenase IV in PBS containing 1 mM CaCl 2 and 20% KSR. Can be used.

ES細胞の選択は、一般に、アルカリホスファターゼ、Oct-3/4、Nanogなどの遺伝子マーカーの発現を指標にしてReal-Time PCR法で行うことができる。特に、ヒトES細胞の選択では、OCT-3/4、NANOG、ECADなどの遺伝子マーカーの発現を指標とすることができる(E. Kroon et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26:443-452)。   In general, ES cells can be selected by Real-Time PCR using the expression of gene markers such as alkaline phosphatase, Oct-3 / 4, Nanog as an index. In particular, in the selection of human ES cells, expression of gene markers such as OCT-3 / 4, NANOG, ECAD and the like can be used as an index (E. Kroon et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26: 443 -452).

ヒトES細胞株は、例えばWA01(H1)およびWA09(H9)は、WiCell Reserch Instituteから、KhES-1、KhES-2およびKhES-3は、京都大学再生医科学研究所(京都、日本)から入手可能である。   Human ES cell lines are obtained from, for example, WA01 (H1) and WA09 (H9) from the WiCell Research Institute, and KhES-1, KhES-2, and KhES-3 from Kyoto University Institute for Regenerative Medicine (Kyoto, Japan). Is possible.

(B) 精子幹細胞
精子幹細胞は、精巣由来の多能性幹細胞であり、精子形成のための起源となる細胞である。この細胞は、ES細胞と同様に、種々の系列の細胞に分化誘導可能であり、例えばマウス胚盤胞に移植するとキメラマウスを作出できるなどの性質をもつ(M. Kanatsu-Shinohara et al. (2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012)。神経膠細胞系由来神経栄養因子(glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF))を含む培養液で自己複製可能であるし、またES細胞と同様の培養条件下で継代を繰り返すことによって、精子幹細胞を得ることができる(竹林正則ら(2008),実験医学,26巻,5号(増刊),41〜46頁,羊土社(東京、日本))。
(B) Sperm stem cells Sperm stem cells are testis-derived pluripotent stem cells that are the origin of spermatogenesis. Like ES cells, these cells can be induced to differentiate into various types of cells, and have characteristics such as the ability to create chimeric mice when transplanted into mouse blastocysts (M. Kanatsu-Shinohara et al. ( 2003) Biol. Reprod., 69: 612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119: 1001-1012). It is capable of self-replication in a culture medium containing glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), and by repeating subculture under the same culture conditions as ES cells, Stem cells can be obtained (Masatake Takebayashi et al. (2008), Experimental Medicine, Vol. 26, No. 5 (extra number), 41-46, Yodosha (Tokyo, Japan)).

(C) 胚性生殖細胞
胚性生殖細胞は、胎生期の始原生殖細胞から樹立される、ES細胞と同様な多能性をもつ細胞であり、LIF、bFGF、幹細胞因子(stem cell factor)などの物質の存在下で始原生殖細胞を培養することによって樹立しうる(Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70:841-847; J.L. Resnick et al. (1992), Nature, 359:550-551)。
(C) Embryonic germ cells Embryonic germ cells are cells that are established from embryonic primordial germ cells and have the same pluripotency as ES cells, such as LIF, bFGF, stem cell factor, etc. It can be established by culturing primordial germ cells in the presence of these substances (Y. Matsui et al. (1992), Cell, 70: 841-847; JL Resnick et al. (1992), Nature, 359: 550 -551).

(D) 人工多能性幹細胞
人工多能性幹(iPS)細胞は、特定の初期化因子を、DNA、RNA又はタンパク質の形態で体細胞に導入することによって作製することができる、ES細胞とほぼ同等の特性、例えば分化多能性と自己複製による増殖能、を有する体細胞由来の人工の幹細胞である(K. Takahashi and S. Yamanaka (2006) Cell, 126:663-676; K. Takahashi et al. (2007), Cell, 131:861-872; J. Yu et al. (2007), Science, 318:1917-1920; Nakagawa, M.ら,Nat. Biotechnol. 26:101-106 (2008);国際公開WO 2007/069666)。初期化因子は、ES細胞に特異的に発現している遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-coding RNAまたはES細胞の未分化維持に重要な役割を果たす遺伝子、その遺伝子産物もしくはnon-coding RNA、あるいは低分子化合物によって構成されてもよい。初期化因子に含まれる遺伝子として、例えば、Oct3/4、Sox2、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Klf4、Klf2、c-Myc、N-Myc、L-Myc、Nanog、Lin28、Fbx15、ERas、ECAT15-2、Tcl1、beta-catenin、Lin28b、Sall1、Sall4、Esrrb、Nr5a2、Tbx3またはGlis1等が例示され、これらの初期化因子は、単独で用いても良く、組み合わせて用いても良い。初期化因子の組み合わせとしては、WO2007/069666、WO2008/118820、WO2009/007852、WO2009/032194、WO2009/058413、WO2009/057831、WO2009/075119、WO2009/079007、WO2009/091659、WO2009/101084、WO2009/101407、WO2009/102983、WO2009/114949、WO2009/117439、WO2009/126250、WO2009/126251、WO2009/126655、WO2009/157593、WO2010/009015、WO2010/033906、WO2010/033920、WO2010/042800、WO2010/050626、WO 2010/056831、WO2010/068955、WO2010/098419、WO2010/102267、WO 2010/111409、WO 2010/111422、WO2010/115050、WO2010/124290、WO2010/147395、WO2010/147612、Huangfu D, et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26: 795-797、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528、Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. 26:2467-2474、Huangfu D, et al. (2008), Nat Biotechnol. 26:1269-1275、Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574、Zhao Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3:475-479、Marson A, (2008), Cell Stem Cell, 3, 132-135、Feng B, et al. (2009), Nat Cell Biol. 11:197-203、R.L. Judson et al., (2009), Nat. Biotech., 27:459-461、Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:8912-8917、Kim JB, et al. (2009), Nature. 461:649-643、Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:491-503、Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. 6:167-74、Han J, et al. (2010), Nature. 463:1096-100、Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28:713-720、Maekawa M, et al. (2011), Nature. 474:225-9.に記載の組み合わせが例示される。
(D) Artificial pluripotent stem cellAn artificial pluripotent stem (iPS) cell is an ES cell that can be produced by introducing a specific reprogramming factor into a somatic cell in the form of DNA, RNA or protein. Artificial stem cells derived from somatic cells with almost the same characteristics, such as differentiation pluripotency and proliferation ability by self-replication (K. Takahashi and S. Yamanaka (2006) Cell, 126: 663-676; K. Takahashi et al. (2007), Cell, 131: 861-872; J. Yu et al. (2007), Science, 318: 1917-1920; Nakagawa, M. et al., Nat. Biotechnol. 26: 101-106 (2008 ); International Publication WO 2007/069666). The reprogramming factor is a gene that is specifically expressed in ES cells, its gene product or non-coding RNA, a gene that plays an important role in maintaining undifferentiation of ES cells, its gene product or non-coding RNA, or It may be constituted by a low molecular compound. Examples of genes included in the reprogramming factor include Oct3 / 4, Sox2, Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, Klf4, Klf2, c-Myc, N-Myc, L-Myc, Nanog, Lin28, Fbx15, ERas, ECAT15 -2, Tcl1, beta-catenin, Lin28b, Sall1, Sall4, Esrrb, Nr5a2, Tbx3 or Glis1 etc. are exemplified, and these reprogramming factors may be used alone or in combination. As combinations of reprogramming factors, WO2007 / 069666, WO2008 / 118820, WO2009 / 007852, WO2009 / 032194, WO2009 / 058413, WO2009 / 057831, WO2009 / 075119, WO2009 / 079007, WO2009 / 091659, WO2009 / 101084, WO2009 / 101407, WO2009 / 102983, WO2009 / 114949, WO2009 / 117439, WO2009 / 126250, WO2009 / 126251, WO2009 / 126655, WO2009 / 157593, WO2010 / 009015, WO2010 / 033906, WO2010 / 033920, WO2010 / 042800, WO2010 / 050626, WO 2010/056831, WO2010 / 068955, WO2010 / 098419, WO2010 / 102267, WO 2010/111409, WO 2010/111422, WO2010 / 115050, WO2010 / 124290, WO2010 / 147395, WO2010 / 147612, Huangfu D, et al. 2008), Nat. Biotechnol., 26: 795-797, Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 2: 525-528, Eminli S, et al. (2008), Stem Cells. 26: 2467 -2474, Huangfu D, et al. (2008), Nat Biotechnol. 26: 1269-1275, Shi Y, et al. (2008), Cell Stem Cell, 3, 568-574, Zhao Y, et al. (2008 ), Cell Stem Cell, 3: 475-479, Marson A, (2008), Cell Stem Cell, 3, 132-135, Feng B, et al. (2009), Nat Cell Biol. 11: 197-203, RL Judson et al., (2009), Nat. Biotech., 27: 459-461, Lyssiotis CA, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci US A. 106: 8912-8917, Kim JB, et al. 2009), Nature. 461: 649-643, Ichida JK, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5: 491-503, Heng JC, et al. (2010), Cell Stem Cell. 6: 167-74 , Han J, et al. (2010), Nature. 463: 1096-100, Mali P, et al. (2010), Stem Cells. 28: 713-720, Maekawa M, et al. (2011), Nature. 474: 225-9. Is exemplified.

上記初期化因子には、ヒストンデアセチラーゼ(HDAC)阻害剤[例えば、バルプロ酸 (VPA)、トリコスタチンA、酪酸ナトリウム、MC 1293、M344等の低分子阻害剤、HDACに対するsiRNAおよびshRNA(例、HDAC1 siRNA Smartpool(登録商標)(Millipore)、HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene)等)等の核酸性発現阻害剤など]、MEK阻害剤(例えば、PD184352、PD98059、U0126、SL327およびPD0325901)、Glycogen synthase kinase-3阻害剤(例えば、BioおよびCHIR99021)、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば、5-azacytidine)、ヒストンメチルトランスフェラーゼ阻害剤(例えば、BIX-01294 等の低分子阻害剤、Suv39hl、Suv39h2、SetDBlおよびG9aに対するsiRNAおよびshRNA等の核酸性発現阻害剤など)、L-channel calcium agonist (例えばBayk8644)、酪酸、TGFβ阻害剤またはALK5阻害剤(例えば、LY364947、SB431542、616453およびA-83-01)、p53阻害剤(例えばp53に対するsiRNAおよびshRNA)、ARID3A阻害剤(例えば、ARID3Aに対するsiRNAおよびshRNA)、miR-291-3p、miR-294、miR-295およびmir-302などのmiRNA、Wnt Signaling(例えばsoluble Wnt3a)、神経ペプチドY、プロスタグランジン類(例えば、プロスタグランジンE2およびプロスタグランジンJ2)、hTERT、SV40LT、UTF1、IRX6、GLISl、PITX2、DMRTBl等の樹立効率を高めることを目的として用いられる因子も含まれており、本明細書においては、これらの樹立効率の改善目的にて用いられた因子についても初期化因子と別段の区別をしないものとする。   The reprogramming factors include histone deacetylase (HDAC) inhibitors [eg small molecule inhibitors such as valproic acid (VPA), trichostatin A, sodium butyrate, MC 1293, M344, siRNA and shRNA against HDAC (eg Nucleic acid expression inhibitors such as HDAC1 siRNA Smartpool (registered trademark) (Millipore), HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene), etc.], MEK inhibitors (eg, PD184352, PD98059, U0126, SL327 and PD0325901), Glycogen synthase kinase-3 inhibitors (eg, Bio and CHIR99021), DNA methyltransferase inhibitors (eg, 5-azacytidine), histone methyltransferase inhibitors (eg, small molecule inhibitors such as BIX-01294, Suv39hl, Suv39h2, Nucleic acid expression inhibitors such as siRNA and shRNA against SetDBl and G9a), L-channel calcium agonist (eg Bayk8644), butyric acid, TGFβ inhibitor or ALK5 inhibitor (eg LY364947, SB431542) 616453 and A-83-01), p53 inhibitors (eg siRNA and shRNA against p53), ARID3A inhibitors (eg siRNA and shRNA against ARID3A), miR-291-3p, miR-294, miR-295 and mir- MiRNA such as 302, Wnt Signaling (eg soluble Wnt3a), neuropeptide Y, prostaglandins (eg prostaglandin E2 and prostaglandin J2), hTERT, SV40LT, UTF1, IRX6, GLISL, PITX2, DMRTBl, etc. Factors used for the purpose of improving establishment efficiency are also included. In this specification, factors used for the purpose of improving establishment efficiency are not distinguished from initialization factors. .

初期化因子は、タンパク質の形態の場合、例えばリポフェクション、細胞膜透過性ペプチド(例えば、HIV由来のTATおよびポリアルギニン)との融合、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入してもよい。   In the form of a protein, the reprogramming factor may be introduced into a somatic cell by a technique such as lipofection, fusion with a cell membrane-permeable peptide (for example, TAT and polyarginine derived from HIV), or microinjection.

一方、DNAの形態の場合、例えば、ウイルス、プラスミド、人工染色体などのベクター、リポフェクション、リポソーム、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入することができる。ウイルスベクターとしては、レトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター(以上、Cell, 126, pp.663-676, 2006; Cell, 131, pp.861-872, 2007; Science, 318, pp.1917-1920, 2007)、アデノウイルスベクター(Science, 322, 945-949, 2008)、アデノ随伴ウイルスベクター、センダイウイルスベクター(WO 2010/008054)などが例示される。また、人工染色体ベクターとしては、例えばヒト人工染色体(HAC)、酵母人工染色体(YAC)、細菌人工染色体(BAC、PAC)などが含まれる。プラスミドとしては、哺乳動物細胞用プラスミドを使用しうる(Science, 322:949-953, 2008)。ベクターには、核初期化物質が発現可能なように、プロモーター、エンハンサー、リボゾーム結合配列、ターミネーター、ポリアデニル化サイトなどの制御配列を含むことができるし、さらに、必要に応じて、薬剤耐性遺伝子(例えばカナマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ピューロマイシン耐性遺伝子など)、チミジンキナーゼ遺伝子、ジフテリアトキシン遺伝子などの選択マーカー配列、緑色蛍光タンパク質(GFP)、βグルクロニダーゼ(GUS)、FLAGなどのレポーター遺伝子配列などを含むことができる。また、上記ベクターには、体細胞への導入後、初期化因子をコードする遺伝子もしくはプロモーターとそれに結合する初期化因子をコードする遺伝子を共に切除するために、それらの前後にLoxP配列を有してもよい。   On the other hand, in the case of DNA, it can be introduced into somatic cells by techniques such as vectors such as viruses, plasmids, artificial chromosomes, lipofection, liposomes, and microinjection. Examples of viral vectors include retroviral vectors and lentiviral vectors (above, Cell, 126, pp.663-676, 2006; Cell, 131, pp.861-872, 2007; Science, 318, pp.1917-1920, 2007 ), Adenovirus vectors (Science, 322, 945-949, 2008), adeno-associated virus vectors, Sendai virus vectors (WO 2010/008054) and the like. Examples of artificial chromosome vectors include human artificial chromosomes (HAC), yeast artificial chromosomes (YAC), and bacterial artificial chromosomes (BAC, PAC). As a plasmid, a plasmid for mammalian cells can be used (Science, 322: 949-953, 2008). The vector can contain regulatory sequences such as a promoter, enhancer, ribosome binding sequence, terminator, polyadenylation site, etc. so that a nuclear reprogramming substance can be expressed. Selective marker sequences such as kanamycin resistance gene, ampicillin resistance gene, puromycin resistance gene, thymidine kinase gene, diphtheria toxin gene, reporter gene sequences such as green fluorescent protein (GFP), β-glucuronidase (GUS), FLAG, etc. Can be included. In addition, the above vector has a LoxP sequence before and after the introduction of the gene into a somatic cell in order to excise the gene or promoter encoding the reprogramming factor and the gene encoding the reprogramming factor that binds to it. May be.

また、RNAの形態の場合、例えばリポフェクション、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入してもよく、分解を抑制するため、5-メチルシチジンおよびpseudouridine (TriLink Biotechnologies)を取り込ませたRNAを用いてもよい(Warren L, (2010) Cell Stem Cell. 7:618-630)。   In the case of RNA, it may be introduced into somatic cells by techniques such as lipofection and microinjection, and RNA containing 5-methylcytidine and pseudoridine (TriLink Biotechnologies) is used to suppress degradation. (Warren L, (2010) Cell Stem Cell. 7: 618-630).

iPS細胞誘導のための培養液としては、例えば、10〜15%FBSを含有するDMEM、DMEM/F12又はDME培養液(これらの培養液にはさらに、LIF、penicillin/streptomycin、ピューロマイシン、L-グルタミン、非必須アミノ酸類、β-メルカプトエタノールなどを適宜含むことができる。)または市販の培養液[例えば、マウスES細胞培養用培養液(TX-WES培養液、トロンボX社)、霊長類ES細胞培養用培養液(霊長類ES/iPS細胞用培養液、リプロセル社)、無血清培地(mTeSR、Stemcell Technology社)]などが含まれる。   As a culture solution for iPS cell induction, for example, DMEM, DMEM / F12 or DME culture solution containing 10 to 15% FBS (in addition to LIF, penicillin / streptomycin, puromycin, L- Glutamine, non-essential amino acids, β-mercaptoethanol, etc. may be included as appropriate.) Or a commercially available culture medium (for example, a culture medium for mouse ES cell culture (TX-WES culture medium, Thrombo X), primate ES Cell culture medium (primate ES / iPS cell culture medium, Reprocell), serum-free medium (mTeSR, Stemcell Technology)] and the like.

培養法の例としては、たとえば、37℃、5%CO2存在下にて、10%FBS含有DMEM又はDMEM/F12培養液上で体細胞と初期化因子とを接触させ約4〜7日間培養し、その後、細胞をフィーダー細胞(たとえば、マイトマイシンC処理STO細胞、SNL細胞等)上にまきなおし、体細胞と初期化因子の接触から約10日後からbFGF含有霊長類ES細胞培養用培養液で培養し、該接触から約30〜約45日又はそれ以上ののちにiPS様コロニーを生じさせることができる。As an example of the culture method, for example, in the presence of 5% CO 2 at 37 ° C., the somatic cell and the reprogramming factor are brought into contact with DMEM or DMEM / F12 containing 10% FBS for about 4 to 7 days. Then, re-spread the cells on feeder cells (for example, mitomycin C-treated STO cells, SNL cells, etc.), and use bFGF-containing primate ES cell culture medium about 10 days after contact between the somatic cells and the reprogramming factor. Culturing and generating iPS-like colonies about 30 to about 45 days or more after the contact.

あるいは、37℃、5% CO2存在下にて、フィーダー細胞(たとえば、マイトマイシンC処理STO細胞、SNL細胞等)上で10%FBS含有DMEM培養液(これにはさらに、LIF、ペニシリン/ストレプトマイシン、ピューロマイシン、L-グルタミン、非必須アミノ酸類、β-メルカプトエタノールなどを適宜含むことができる。)で培養し、約25〜約30日又はそれ以上ののちにES様コロニーを生じさせることができる。望ましくは、フィーダー細胞の代わりに、初期化される体細胞そのものを用いる(Takahashi K, et al. (2009), PLoS One. 4:e8067またはWO2010/137746)、もしくは細胞外基質(例えば、Laminin-5(WO2009/123349)およびマトリゲル(BD社))を用いる方法が例示される。Alternatively, 10% FBS-containing DMEM medium (including LIF, penicillin / streptomycin, etc.) on feeder cells (eg, mitomycin C-treated STO cells, SNL cells, etc.) in the presence of 5% CO 2 at 37 ° C. Can be suitably included with puromycin, L-glutamine, non-essential amino acids, β-mercaptoethanol, etc.) and can generate ES-like colonies after about 25 to about 30 days or more . Desirably, instead of feeder cells, somatic cells to be reprogrammed themselves are used (Takahashi K, et al. (2009), PLoS One. 4: e8067 or WO2010 / 137746), or extracellular matrix (eg, Laminin- 5 (WO2009 / 123349) and Matrigel (BD)) are exemplified.

この他にも、血清を含有しない培地を用いて培養する方法も例示される(Sun N, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:15720-15725)。さらに、樹立効率を上げるため、低酸素条件(0.1%以上、15%以下の酸素濃度)によりiPS細胞を樹立しても良い(Yoshida Y, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:237-241またはWO2010/013845)。   In addition, a method of culturing using a medium not containing serum is also exemplified (Sun N, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci USA 106.15720-15725). Furthermore, in order to increase establishment efficiency, iPS cells may be established under hypoxic conditions (oxygen concentration of 0.1% or more and 15% or less) (Yoshida Y, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5: 237 -241 or WO2010 / 013845).

上記培養の間には、培養開始2日目以降から毎日1回新鮮な培養液と培養液交換を行う。また、核初期化に使用する体細胞の細胞数は、限定されないが、培養ディッシュ100cm2あたり、約5×103〜約5×106細胞の範囲である。During the culture, the culture medium is exchanged with a fresh culture medium once a day from the second day onward. The number of somatic cells used for nuclear reprogramming is not limited, but ranges from about 5 × 10 3 to about 5 × 10 6 cells per 100 cm 2 of culture dish.

iPS細胞は、形成したコロニーの形状により選択することが可能である。一方、体細胞が初期化された場合に発現する遺伝子(例えば、Oct3/4、Nanog)と連動して発現する薬剤耐性遺伝子をマーカー遺伝子として導入した場合は、対応する薬剤を含む培養液(選択培養液)で培養を行うことにより樹立したiPS細胞を選択することができる。また、マーカー遺伝子が蛍光タンパク質遺伝子の場合は蛍光顕微鏡で観察することによって、発光酵素遺伝子の場合は発光基質を加えることによって、また発色酵素遺伝子の場合は発色基質を加えることによって、iPS細胞を選択することができる。   iPS cells can be selected according to the shape of the formed colonies. On the other hand, when a drug resistance gene that is expressed in conjunction with a gene that is expressed when somatic cells are initialized (for example, Oct3 / 4, Nanog) is introduced as a marker gene, a culture solution containing the corresponding drug (selection The established iPS cells can be selected by culturing with the culture medium. In addition, if the marker gene is a fluorescent protein gene, iPS cells are selected by observing with a fluorescence microscope, in the case of a luminescent enzyme gene, by adding a luminescent substrate, and in the case of a chromogenic enzyme gene, by adding a chromogenic substrate can do.

本明細書中で使用する「体細胞」なる用語は、卵子、卵母細胞、ES細胞などの生殖系列細胞または分化全能性細胞を除くあらゆる動物細胞(好ましくは、ヒトを含む哺乳動物細胞)をいう。体細胞には、非限定的に、胎児(仔)の体細胞、新生児(仔)の体細胞、および成熟した健全なもしくは疾患性の体細胞のいずれも包含されるし、また、初代培養細胞、継代細胞、および株化細胞のいずれも包含される。具体的には、体細胞は、例えば(1)神経幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、歯髄幹細胞等の組織幹細胞(体性幹細胞)、(2)組織前駆細胞、(3)リンパ球、上皮細胞、内皮細胞、筋肉細胞、線維芽細胞(皮膚細胞等)、毛細胞、肝細胞、胃粘膜細胞、腸細胞、脾細胞、膵細胞(膵外分泌細胞等)、脳細胞、肺細胞、腎細胞および脂肪細胞等の分化した細胞などが例示される。   As used herein, the term “somatic cell” refers to any animal cell (preferably, a mammalian cell including a human) except a germ line cell such as an egg, oocyte, ES cell, or totipotent cell. Say. Somatic cells include, but are not limited to, fetal (pup) somatic cells, neonatal (pup) somatic cells, and mature healthy or diseased somatic cells. , Passage cells, and established cell lines. Specifically, somatic cells include, for example, (1) neural stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, tissue stem cells such as dental pulp stem cells (somatic stem cells), (2) tissue progenitor cells, (3) lymphocytes, epithelium Cells, endothelial cells, muscle cells, fibroblasts (skin cells, etc.), hair cells, hepatocytes, gastric mucosal cells, enterocytes, spleen cells, pancreatic cells (exocrine pancreas cells, etc.), brain cells, lung cells, kidney cells Examples thereof include differentiated cells such as fat cells.

また、iPS細胞を移植用細胞の材料として用いる場合、拒絶反応が起こらないという観点から、移植先の個体のHLA遺伝子型が同一もしくは実質的に同一である体細胞を用いることが望ましい。ここで、「実質的に同一」とは、移植した細胞に対して免疫抑制剤により免疫反応が抑制できる程度にHLA遺伝子型が一致していることであり、例えば、HLA-A、HLA-BおよびHLA-DRの3遺伝子座あるいはHLA-Cを加えた4遺伝子座が一致するHLA型を有する体細胞である。   When iPS cells are used as a material for transplantation cells, it is desirable to use somatic cells having the same or substantially the same HLA genotype of the transplant destination individual from the viewpoint of preventing rejection. Here, “substantially the same” means that the HLA genotype matches the transplanted cells to such an extent that an immune response can be suppressed by an immunosuppressive agent. For example, HLA-A, HLA-B And somatic cells having an HLA type in which 3 loci of HLA-DR or 4 loci plus HLA-C are matched.

(E) 核移植により得られたクローン胚由来のES細胞
核移植により得られたクローン胚由来のES細胞(nt ES細胞)は、核移植技術によって作製されたクローン胚由来のES細胞であり、受精卵由来のES細胞とほぼ同じ特性を有している(T. Wakayama et al. (2001), Science, 292:740-743; S. Wakayama et al. (2005), Biol. Reprod., 72:932-936; J. Byrne et al. (2007), Nature, 450:497-502)。すなわち、未受精卵の核を体細胞の核と置換することによって得られたクローン胚由来の胚盤胞の内部細胞塊から樹立されたES細胞がnt ES(nuclear transfer ES)細胞である。nt ES細胞の作製のためには、核移植技術(J.B. Cibelli et al. (1998), Nature Biotechnol., 16:642-646)とES細胞作製技術との組み合わせが利用される(若山清香ら(2008),実験医学,26巻,5号(増刊), 47〜52頁)。核移植においては、哺乳動物の除核した未受精卵に、体細胞の核を注入し、数時間培養することで初期化することができる。
(E) ES cell derived from a cloned embryo obtained by nuclear transfer An ES cell derived from a cloned embryo obtained by nuclear transfer (nt ES cell) is an ES cell derived from a cloned embryo produced by nuclear transfer technology, It has almost the same properties as ES cells derived from fertilized eggs (T. Wakayama et al. (2001), Science, 292: 740-743; S. Wakayama et al. (2005), Biol. Reprod., 72 : 932-936; J. Byrne et al. (2007), Nature, 450: 497-502). That is, an ES cell established from an inner cell mass of a clonal embryo-derived blastocyst obtained by replacing the nucleus of an unfertilized egg with the nucleus of a somatic cell is an nt ES (nuclear transfer ES) cell. For the production of nt ES cells, a combination of nuclear transfer technology (JB Cibelli et al. (1998), Nature Biotechnol., 16: 642-646) and ES cell production technology is used (Kiyaka Wakayama et al. ( 2008), Experimental Medicine, 26, No. 5 (extra number), 47-52). Nuclear transfer can be initialized by injecting a somatic cell nucleus into a mammal's enucleated unfertilized egg and culturing for several hours.

(F) Multilineage-differentiating Stress Enduring cells
Multilineage-differentiating Stress Enduring cells (Muse細胞)は、WO2011/007900に記載された方法にて製造された多能性幹細胞であり、詳細には、線維芽細胞または骨髄間質細胞を長時間トリプシン処理、好ましくは8時間または16時間トリプシン処理した後、浮遊培養することで得られる多能性を有した細胞であり、SSEA-3およびCD105が陽性である。
(F) Multilineage-differentiating Stress Enduring cells
Multilineage-differentiating Stress Enduring cells (Muse cells) are pluripotent stem cells produced by the method described in WO2011 / 007900. Specifically, fibroblasts or bone marrow stromal cells are treated with trypsin for a long time. Preferably, it is a pluripotent cell obtained by trypsin treatment for 8 hours or 16 hours and then suspension culture, and is positive for SSEA-3 and CD105.

本発明において、好ましい多能性幹細胞は、ヒトiPS細胞である。   In the present invention, preferred pluripotent stem cells are human iPS cells.

<心筋細胞製造方法>
本発明において心筋細胞とは、少なくとも心筋トロポニン(cTnT)またはαMHCを発現している細胞を意味する。cTnTは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_000364が例示され、マウスの場合、NM_001130174が例示される。αMHCは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_002471が例示され、マウスの場合、NM_001164171が例示される。
<Cardiomyocyte production method>
In the present invention, cardiomyocytes mean cells expressing at least cardiac troponin (cTnT) or αMHC. cTnT is exemplified by NCBI accession number NM_000364 for humans and NM_001130174 for mice. αMHC is exemplified by NCBI accession number NM_002471 for humans, and NM_001164171 for mice.

多能性幹細胞から心筋細胞を誘導する方法は、既知の方法であれば、特に限定されないが、例えば、(1)フィーダー細胞の非存在下で行う方法、および(2)フィーダー細胞の存在下で行う方法が例示される。
本発明において、(1)フィーダー細胞の非存在下で多能性幹細胞から心筋細胞を誘導する方法として、(i)人工多能性幹細胞を、Activin Aを含む培地で培養する工程、および(ii)工程(i)の後、さらに、BMP4とbFGFとを含む培地で培養する工程が例示される。
The method for inducing cardiomyocytes from pluripotent stem cells is not particularly limited as long as it is a known method. For example, (1) a method performed in the absence of feeder cells, and (2) in the presence of feeder cells The method of performing is illustrated.
In the present invention, (1) as a method for inducing cardiomyocytes from pluripotent stem cells in the absence of feeder cells, (i) a step of culturing induced pluripotent stem cells in a medium containing Activin A, and (ii) ) After step (i), a step of further culturing in a medium containing BMP4 and bFGF is exemplified.

(1)フィーダー細胞の非存在下で多能性幹細胞から心筋細胞を誘導する方法
(i) Activin Aを含む培地で培養する工程
本工程では、多能性幹細胞を任意の方法で分離し、浮遊培養により培養してもよく、コーティング処理された培養皿を用いて接着培養してもよい。好ましくは、接着培養である。ここで、分離の方法としては、力学的、プロテアーゼ活性とコラゲナーゼ活性を有する分離溶液(例えば、Accutase(TM)およびAccumax(TM)が挙げられる)またはコラゲナーゼ活性のみを有する分離液を用いてもよい。好ましくは、コラゲナーゼ活性のみを有する分離液を用いて解離し、力学的に細かく分離する方法である。ここで、用いる多能性幹細胞は、使用したディッシュに対して約80%コンフルエントになるまで培養されたコロニーを用いることが好ましい。
(1) A method for inducing cardiomyocytes from pluripotent stem cells in the absence of feeder cells
(i) Step of culturing in medium containing Activin A In this step, pluripotent stem cells may be isolated by any method and cultured by suspension culture, or adherently cultured using a coated culture dish. Also good. Preferably, it is an adhesion culture. Here, as a separation method, a separation solution having mechanical, protease activity and collagenase activity (for example, Accutase (TM) and Accumax (TM)) or a separation solution having only collagenase activity may be used. . Preferably, it is a method of dissociating using a separation solution having only collagenase activity and separating finely mechanically. Here, as the pluripotent stem cell to be used, it is preferable to use a colony cultured until it becomes about 80% confluent with respect to the used dish.

浮遊培養とは、細胞を培養皿へ非接着の状態で培養することであり、特に限定はされないが、細胞との接着性を向上させる目的で人工的に処理(例えば、細胞外マトリックス等によるコーティング処理)されていないもの、もしくは、人工的に接着を抑制する処理(例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリル酸(poly-HEMA)によるコーティング処理)したものを使用して行うことができる。   Suspension culture means culturing cells in a non-adherent state on a culture dish, and is not particularly limited, but is artificially treated (for example, coated with an extracellular matrix or the like) for the purpose of improving adhesion to cells. It can be carried out using a material that has not been treated) or a material that has been artificially inhibited from adhesion (for example, a coating treatment with polyhydroxyethyl methacrylic acid (poly-HEMA)).

接着培養とは、コーティング処理された培養皿にて、任意の培地中で行う培養方法である。コーティング剤としては、例えば、マトリゲル(BD)、コラーゲン、ゼラチン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、またはエンタクチン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、マトリゲルである。より好ましくは、マトリゲルでコーティング処理された培養皿へ人工多能性幹細胞を接着させ、さらに培地中へマトリゲルを添加することで、多能性幹細胞全体をマトリゲルでコーティングするマトリゲルサンドイッチ法による接着培養である。   Adhesion culture is a culture method performed in an arbitrary medium in a coated culture dish. Examples of the coating agent include matrigel (BD), collagen, gelatin, laminin, heparan sulfate proteoglycan, entactin, and combinations thereof. Matrigel is preferable. More preferably, in the adhesion culture by the Matrigel sandwich method in which the pluripotent stem cells are coated with Matrigel by adding the Matrigel to the culture dish coated with Matrigel and then adding Matrigel into the medium. is there.

本工程(i)における培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地へActivin Aを添加して調製することができる。   The medium in this step (i) can be prepared by adding Activin A to a basal medium that is used for culturing animal cells.

基礎培地としては、例えばIMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、RPMI 1640培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。本工程(i)で好ましい基礎培地として、L-グルタミン、およびB27サプリメントを含有するRPMI培地が例示される。   Examples of the basal medium include IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and mixed media thereof. Etc. are included. Preferably, RPMI 1640 medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. As a preferred basal medium in this step (i), RPMI medium containing L-glutamine and B27 supplement is exemplified.

本工程(i)における培地は、Activin Aに加えて、さらに、Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt7a、TGF-β、Nodal、BMP2、BMP4、BMP6、BMP7、GDF、bFGFおよびVEGFからなる増殖因子を一つまたはそれ以上を基礎培地に添加してもよい。好ましい増殖因子は、Wnt3aである。   In addition to Activin A, the medium in this step (i) is a growth factor comprising Wnt1, Wnt3, Wnt3a, Wnt4, Wnt7a, TGF-β, Nodal, BMP2, BMP4, BMP6, BMP7, GDF, bFGF and VEGF One or more may be added to the basal medium. A preferred growth factor is Wnt3a.

培地に添加されるActivin Aの濃度は、例えば、10ng/mL、25ng/mL、50ng/mL、60ng/mL、70ng/mL、80ng/mL、90ng/mL、100ng/mL、110ng/mL、120ng/mL、130ng/mL、140ng/mL、150ng/mL、175ng/mLまたは、200ng/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるActivin Aの濃度は、100ng/mLである。   The concentration of Activin A added to the medium is, for example, 10 ng / mL, 25 ng / mL, 50 ng / mL, 60 ng / mL, 70 ng / mL, 80 ng / mL, 90 ng / mL, 100 ng / mL, 110 ng / mL, 120 ng / mL, 130 ng / mL, 140 ng / mL, 150 ng / mL, 175 ng / mL or 200 ng / mL, but not limited thereto. Preferably, the concentration of Activin A added to the medium is 100 ng / mL.

培地に添加されるWnt3aの濃度は、例えば、10mg/mL、25mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL、80mg/mL、90mg/mL、100mg/mL、110mg/mL、120mg/mL、130mg/mL、140mg/mL、150mg/mL、175mg/mLまたは、200mg/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるWnt3aの濃度は、100mg/mLである。   The concentration of Wnt3a added to the medium is, for example, 10 mg / mL, 25 mg / mL, 50 mg / mL, 60 mg / mL, 70 mg / mL, 80 mg / mL, 90 mg / mL, 100 mg / mL, 110 mg / mL, 120 mg / mL. It is not limited to mL, 130 mg / mL, 140 mg / mL, 150 mg / mL, 175 mg / mL or 200 mg / mL. Preferably, the concentration of Wnt3a added to the medium is 100 mg / mL.

培養温度は、以下に限定されないが、約30〜40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われ、CO2濃度は、好ましくは約2〜5%である。培養時間は、例えば1日から5日間の培養であり、好ましくは1日である。The culture temperature is not limited to the following, but is about 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C. The culture is performed in an atmosphere of CO 2 -containing air, and the CO 2 concentration is preferably about 2 to 5%. is there. The culture time is, for example, 1 day to 5 days, preferably 1 day.

(ii) BMPおよびbFGFを含む培地で培養する工程
本工程(ii)では、前工程が浮遊培養で行われた場合、得られた細胞集団をそのままコーティング処理された培養皿にて、任意の培地中で培養してもよい。コーティング剤としては、例えば、マトリゲル(BD)、コラーゲン、ゼラチン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、またはエンタクチン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、マトリゲルである。または、前工程が接着培養で行われた場合、培地の交換により培養を続けてもよい。
(ii) Step of culturing in a medium containing BMP and bFGF In this step (ii), when the previous step was carried out in suspension culture, the obtained cell population was directly coated in a culture dish coated with any medium. You may culture in. Examples of the coating agent include matrigel (BD), collagen, gelatin, laminin, heparan sulfate proteoglycan, entactin, and combinations thereof. Matrigel is preferable. Alternatively, when the previous step is performed by adhesion culture, the culture may be continued by exchanging the medium.

本工程(ii)で用いる培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地へBMPおよびbFGFを添加して調製することができる。
基礎培地としては、上述した工程(i)と同じものを用いることができる。
The medium used in this step (ii) can be prepared by adding BMP and bFGF to a basal medium that is used for culturing animal cells.
As the basal medium, the same medium as in step (i) described above can be used.

本工程(ii)で用いるBMPとしては、TGFβスーパーファミリーに属するBMPが好ましく、BMP2、BMP4、およびBMP7が例示される。好ましいBMPは、BMP4である。   As the BMP used in this step (ii), BMP belonging to the TGFβ superfamily is preferable, and BMP2, BMP4, and BMP7 are exemplified. A preferred BMP is BMP4.

培地に添加されるBMP4の濃度は、例えば、0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、2.5ng/mL、5ng/mL、6ng/mL、7ng/mL、8ng/mL、9ng/mL、10ng/mL、11ng/mL、12ng/mL、13ng/mL、14ng/mL、15ng/mL、17.5ng/mL、20ng/mL、30ng/mL、40ng/mLまたは50ng/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるBMP4の濃度は、10ng/mLである。   The concentration of BMP4 added to the medium is, for example, 0.1 ng / mL, 0.5 ng / mL, 1 ng / mL, 2.5 ng / mL, 5 ng / mL, 6 ng / mL, 7 ng / mL, 8 ng / mL, 9 ng / mL , 10 ng / mL, 11 ng / mL, 12 ng / mL, 13 ng / mL, 14 ng / mL, 15 ng / mL, 17.5 ng / mL, 20 ng / mL, 30 ng / mL, 40 ng / mL or 50 ng / mL. It is not limited. Preferably, the concentration of BMP4 added to the medium is 10 ng / mL.

培地に添加されるbFGFの濃度は、例えば、0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、2.5ng/mL、5ng/mL、6ng/mL、7ng/mL、8ng/mL、9ng/mL、10ng/mL、11ng/mL、12ng/mL、13ng/mL、14ng/mL、15ng/mL、17.5ng/mL、20ng/mL、30ng/mL、40ng/mLまたは50ng/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるbFGFの濃度は、10ng/mLである。   The concentration of bFGF added to the medium is, for example, 0.1 ng / mL, 0.5 ng / mL, 1 ng / mL, 2.5 ng / mL, 5 ng / mL, 6 ng / mL, 7 ng / mL, 8 ng / mL, 9 ng / mL , 10 ng / mL, 11 ng / mL, 12 ng / mL, 13 ng / mL, 14 ng / mL, 15 ng / mL, 17.5 ng / mL, 20 ng / mL, 30 ng / mL, 40 ng / mL or 50 ng / mL. It is not limited. Preferably, the concentration of bFGF added to the medium is 10 ng / mL.

培養温度は、以下に限定されないが、約30〜40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われ、CO2濃度は、好ましくは約2〜5%である。培養時間は、例えば1日から10日間の培養であり、好ましくは4日である。The culture temperature is not limited to the following, but is about 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C. The culture is performed in an atmosphere of CO 2 -containing air, and the CO 2 concentration is preferably about 2 to 5%. is there. The culture time is, for example, 1 day to 10 days, preferably 4 days.

(2)フィーダー細胞の存在下で行う方法
本発明において、2)フィーダー細胞の存在下で多能性幹細胞から心筋細胞を誘導する方法として、OP9細胞(Nishikawa, S.I. et al, Development 125, 1747-1757 (1998))またはEND-2細胞(Mummery C, et al, Circulation. 107:2733-40 (2003))と多能性幹細胞または多能性幹細胞由来のFlk1陽性細胞と共培養する方法が例示される。
(2) Method Performed in the Presence of Feeder Cells In the present invention, as a method for inducing cardiomyocytes from 2) pluripotent stem cells in the presence of feeder cells, OP9 cells (Nishikawa, SI et al, Development 125, 1747- 1757 (1998)) or END-2 cells (Mummery C, et al, Circulation. 107: 2733-40 (2003)) and pluripotent stem cells or Fllk1-positive cells derived from pluripotent stem cells Is done.

フィーダー細胞との共培養における培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地として適宜添加物を添加して調製することができる。   A medium for co-culture with feeder cells can be prepared by appropriately adding additives using a medium used for culturing animal cells as a basal medium.

基礎培地としては、例えばIMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、RPMI 1640培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。好ましい基礎培地として、10%FBSを含有するαMEM培地、10%FBSを含有するαMEM培地、ならびに10%FBSを含有するDMEM培地が例示される。   Examples of the basal medium include IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and mixed media thereof. Etc. are included. Preferably, RPMI 1640 medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. Preferred basal media include αMEM medium containing 10% FBS, αMEM medium containing 10% FBS, and DMEM medium containing 10% FBS.

フィーダー細胞との共培養において基礎培地への添加剤として、1〜3μg/mLのシクロスポリンA、アクチビンAおよびBMP4が例示される。   Examples of additives to the basal medium in co-culture with feeder cells include 1 to 3 μg / mL of cyclosporin A, activin A and BMP4.

培養温度は、以下に限定されないが、約30〜40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われ、CO2濃度は、好ましくは約2〜5%である。培養時間は、心筋トロポニンおよび/またはαMHCが発現するために必要な日数であり、例えば10日から20日間である。The culture temperature is not limited to the following, but is about 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C. The culture is performed in an atmosphere of CO 2 -containing air, and the CO 2 concentration is preferably about 2 to 5%. is there. The culture time is the number of days required for cardiac troponin and / or αMHC to be expressed, for example, 10 to 20 days.

好ましい条件として、10%FBSを含有するαMEM培地で4日間培養後、Flk1陽性細胞を単離し、3μg/mLのシクロスポリンAおよび10%FBSを含有するαMEM培地を用いてOP9細胞と6日間共培養する条件、もしくは10%FBSを含有するDMEM培地を用いてEND-2細胞と16日間共培養する条件が挙げられる。   As a preferable condition, after culturing in αMEM medium containing 10% FBS for 4 days, Flk1-positive cells are isolated and co-cultured with OP9 cells for 6 days using αMEM medium containing 3 μg / mL cyclosporin A and 10% FBS. Or a condition of co-culturing with END-2 cells for 16 days using a DMEM medium containing 10% FBS.

本発明の心筋組織の作製に用いるため、得られた心筋細胞を、さらにVEGFを添加した基礎培地中で培養しても良い。   For use in producing the myocardial tissue of the present invention, the obtained cardiomyocytes may be further cultured in a basal medium supplemented with VEGF.

VEGFを添加する基礎培地としては、例えばIMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、RPMI 1640培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。本工程(i)で好ましい基礎培地として、L-グルタミン、およびB27サプリメントを含有するRPMI培地が例示される。   Basal media to which VEGF is added include, for example, IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and These mixed media are included. Preferably, RPMI 1640 medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. As a preferred basal medium in this step (i), RPMI medium containing L-glutamine and B27 supplement is exemplified.

培地に添加されるVEGFの濃度は、例えば、10ng/mL〜500ng/mL、25ng/mL〜300ng/mL、40ng/mL〜200ng/mL、50ng/mL〜100ng/mL、60ng/mL〜90ng/mLまたは65ng/mL〜85ng/mLの範囲内であり得る。好ましくは、培地に添加されるVEGFの濃度は、50ng/mL〜100ng/mLである。また、培地に添加されるVEGFの濃度は、10ng/mL、25ng/mL、50ng/mL、55ng/mL、 60ng/mL、65ng/mL、 70ng/mL、75ng/mL、80ng/mL、85ng/mL、 90ng/mL、95ng/mL、 100ng/mL、110ng/mL、120ng/mL、130ng/mL、140ng/mL、150ng/mLまたは200ng/mLであってもよいがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるVEGFの濃度は、75ng/mLである。   The concentration of VEGF added to the medium is, for example, 10 ng / mL to 500 ng / mL, 25 ng / mL to 300 ng / mL, 40 ng / mL to 200 ng / mL, 50 ng / mL to 100 ng / mL, 60 ng / mL to 90 ng / It can be in the range of mL or 65 ng / mL to 85 ng / mL. Preferably, the concentration of VEGF added to the medium is 50 ng / mL to 100 ng / mL. The concentration of VEGF added to the medium is 10 ng / mL, 25 ng / mL, 50 ng / mL, 55 ng / mL, 60 ng / mL, 65 ng / mL, 70 ng / mL, 75 ng / mL, 80 ng / mL, 85 ng / It may be, but is not limited to, mL, 90 ng / mL, 95 ng / mL, 100 ng / mL, 110 ng / mL, 120 ng / mL, 130 ng / mL, 140 ng / mL, 150 ng / mL or 200 ng / mL. Preferably, the concentration of VEGF added to the medium is 75 ng / mL.

培養温度は、以下に限定されないが、約30〜40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われ、CO2濃度は、好ましくは約2〜5%である。培養時間は、例えば4日から20日間の培養であり、好ましくは10日である。The culture temperature is not limited to the following, but is about 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C. The culture is performed in an atmosphere of CO 2 -containing air, and the CO 2 concentration is preferably about 2 to 5%. is there. The culture time is, for example, 4 days to 20 days, preferably 10 days.

<内皮細胞製造方法>
本発明において内皮細胞とは、PE-CAM、VE-cadherinおよびフォン-ウィルブラント因子(vWF)のいずれか一つを発現している細胞を意味する。PE-CAMは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_000442が例示され、マウスの場合、NM_001032378が例示される。VE-cadherinは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_001795が例示され、マウスの場合、NM_009868が例示される。vWFは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_000552が例示され、マウスの場合、NM_011708が例示される。
<Endothelial cell production method>
In the present invention, endothelial cells mean cells expressing any one of PE-CAM, VE-cadherin and von Willebrand factor (vWF). The PE-CAM is exemplified by NCBI accession number NM_000442 for humans, and NM_001032378 for mice. VE-cadherin is exemplified by NCBI accession number NM_001795 for humans and NM_009868 for mice. As for vWF, NCBI accession number NM_000552 is exemplified for humans, and NM_011708 is exemplified for mice.

多能性幹細胞から内皮細胞を誘導する方法は、既知の方法であれば、特に限定されないが、例えば、(a) 多能性幹細胞をActivin AおよびWnt3aを含む培地中で培養する工程、(b)工程(a)で得られた細胞をBMP、およびbFGFを含む培地中で培養する工程、(c) 工程(b)で得られた細胞をVEGFを含む培地中で培養する工程を含む方法が例示される。   The method for inducing endothelial cells from pluripotent stem cells is not particularly limited as long as it is a known method.For example, (a) a step of culturing pluripotent stem cells in a medium containing Activin A and Wnt3a, (b ) A method comprising culturing the cells obtained in step (a) in a medium containing BMP and bFGF, (c) culturing the cells obtained in step (b) in a medium containing VEGF. Illustrated.

工程(a)、(b)および(c)は、上述した心筋細胞を誘導する方法と同様の方法が用いられても良い。従って、本発明では、当該工程(a)、(b)および(c)を含む、心筋細胞および内皮細胞を同時に誘導する方法を用いることができる。   In steps (a), (b) and (c), the same method as the method for inducing cardiomyocytes described above may be used. Therefore, in the present invention, a method for simultaneously inducing cardiomyocytes and endothelial cells including the steps (a), (b) and (c) can be used.

本発明において、内皮細胞を誘導するcAMPを工程(c)において、さらに添加しても良い。cAMPの濃度は、例えば、0.5mMより高く2mM未満の範囲内であり、例えば、0.6mM 、0.7mM 、0.8mM 、0.9mM 、1mM 、1.1mM 、1.2mM 、1.3mM 、1.4mM 、1.5mM 、1.6mM 、1.7mM 、1.8mM 、1.9mMであるがこれらに限定されない。好ましくは、1mMである。cAMPを添加する期間は、特に限定されないが、好ましくは、1日から5日であり、特に好ましくは3日である。   In the present invention, cAMP for inducing endothelial cells may be further added in step (c). The concentration of cAMP is, for example, in the range of more than 0.5 mM and less than 2 mM, for example, 0.6 mM, 0.7 mM, 0.8 mM, 0.9 mM, 1 mM, 1.1 mM, 1.2 mM, 1.3 mM, 1.4 mM, 1.5 mM, Although it is 1.6mM, 1.7mM, 1.8mM, 1.9mM, it is not limited to these. Preferably, it is 1 mM. The period for adding cAMP is not particularly limited, but is preferably 1 to 5 days, and particularly preferably 3 days.

<壁細胞製造方法>
本発明において壁細胞とは、Smooth muscle actin(SMA)および/またはPDGFRBを発現している細胞を意味する。SMAは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_001141945が例示され、マウスの場合、NM_007392が例示される。PDGFRBは、ヒトの場合NCBIのaccession番号NM_002609が例示され、マウスの場合、NM_001146268が例示される。
<Wall cell manufacturing method>
In the present invention, the mural cell means a cell expressing Smooth muscle actin (SMA) and / or PDGFRB. SMA is exemplified by NCBI accession number NM_001141945 for humans and NM_007392 for mice. PDGFRB is exemplified by NCBI accession number NM_002609 for humans, and NM_001146268 for mice.

多能性幹細胞から内皮細胞を誘導する方法は、既知の方法であれば、特に限定されないが、例えば、(I) 多能性幹細胞をActivin Aを含む培地中で培養する工程、(II) 工程(I)で得られた細胞をBMPおよびbFGFを含む培地で培養する工程、(III) 工程(II)で得られた細胞をVEGFを含まない培地で培養する工程を含む方法が例示される。   The method of inducing endothelial cells from pluripotent stem cells is not particularly limited as long as it is a known method. For example, (I) a step of culturing pluripotent stem cells in a medium containing Activin A, step (II) Examples include a step of culturing the cells obtained in (I) in a medium containing BMP and bFGF, and (III) culturing the cells obtained in step (II) in a medium not containing VEGF.

(I) Activin Aを含む培地で培養する工程
本工程では、多能性幹細胞を任意の方法で分離し、浮遊培養により培養してもよく、コーティング処理された培養皿を用いて接着培養してもよい。好ましくは、接着培養である。ここで、分離の方法としては、力学的、プロテアーゼ活性とコラゲナーゼ活性を有する分離溶液(例えば、Accutase(TM)およびAccumax(TM)が挙げられる)またはコラゲナーゼ活性のみを有する分離液を用いてもよい。好ましくは、コラゲナーゼ活性のみを有する分離液を用いて解離し、力学的に細かく分離する方法である。ここで、用いる多能性幹細胞は、使用したディッシュに対して80%コンフルエントになるまで培養されたコロニーを用いることが好ましい。
(I) Step of culturing in a medium containing Activin A In this step, pluripotent stem cells may be isolated by any method and cultured by suspension culture, or adherently cultured using a coated culture dish. Also good. Preferably, it is an adhesion culture. Here, as a separation method, a separation solution having mechanical, protease activity and collagenase activity (for example, Accutase (TM) and Accumax (TM)) or a separation solution having only collagenase activity may be used. . Preferably, it is a method of dissociating using a separation solution having only collagenase activity and separating finely mechanically. Here, the pluripotent stem cell used is preferably a colony cultured until it becomes 80% confluent with respect to the used dish.

浮遊培養とは、細胞を培養皿へ非接着の状態で培養することであり、特に限定はされないが、細胞との接着性を向上させる目的で人工的に処理(例えば、細胞外マトリックス等によるコーティング処理)されていないもの、もしくは、人工的に接着を抑制する処理(例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリル酸(poly-HEMA)によるコーティング処理)したものを使用して行うことができる。   Suspension culture means culturing cells in a non-adherent state on a culture dish, and is not particularly limited, but is artificially treated (for example, coated with an extracellular matrix or the like) for the purpose of improving adhesion to cells. It can be carried out using a material that has not been treated) or a material that has been artificially inhibited from adhesion (for example, a coating treatment with polyhydroxyethyl methacrylic acid (poly-HEMA)).

接着培養とは、コーティング処理された培養皿にて、任意の培地中で行う培養方法である。コーティング剤としては、例えば、マトリゲル(BD)、コラーゲン、ゼラチン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、またはエンタクチン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、マトリゲルである。より好ましくは、マトリゲルでコーティング処理された培養皿へ人工多能性幹細胞を接着させ、さらに培地中へマトリゲルを添加することで、多能性幹細胞全体をマトリゲルでコーティングするマトリゲルサンドイッチ法による接着培養である。   Adhesion culture is a culture method performed in an arbitrary medium in a coated culture dish. Examples of the coating agent include matrigel (BD), collagen, gelatin, laminin, heparan sulfate proteoglycan, entactin, and combinations thereof. Matrigel is preferable. More preferably, in the adhesion culture by the Matrigel sandwich method in which the pluripotent stem cells are coated with Matrigel by adding the Matrigel to the culture dish coated with Matrigel and then adding Matrigel into the medium. is there.

本工程(I)における培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地へActivin Aを添加して調製することができる。   The medium in this step (I) can be prepared by adding Activin A to a basal medium that is used for culturing animal cells.

基礎培地としては、例えばIMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、RPMI 1640培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。本工程(I)で好ましい基礎培地として、L-グルタミン、およびB27サプリメントを含有するRPMI培地が例示される。   Examples of the basal medium include IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Dulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and mixed media thereof. Etc. are included. Preferably, RPMI 1640 medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. A preferable basal medium in this step (I) is exemplified by RPMI medium containing L-glutamine and B27 supplement.

本工程(I)における培地は、Activin Aに加えて、さらに、Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt7a、TGF-β、Nodal、BMP2、BMP4、BMP6、BMP7、GDF、bFGFおよびVEGFからなる増殖因子を一つまたはそれ以上を基礎培地に添加してもよい。好ましい増殖因子は、Wnt3aである。   In addition to Activin A, the medium in this step (I) is a growth factor comprising Wnt1, Wnt3, Wnt3a, Wnt4, Wnt7a, TGF-β, Nodal, BMP2, BMP4, BMP6, BMP7, GDF, bFGF and VEGF One or more may be added to the basal medium. A preferred growth factor is Wnt3a.

培地に添加されるActivin Aの濃度は、例えば、10ng/mL、25ng/mL、50ng/mL、60ng/mL、70ng/mL、80ng/mL、90ng/mL、100ng/mL、110ng/mL、120ng/mL、130ng/mL、140ng/mL、150ng/mL、175ng/mLまたは、200ng/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるActivin Aの濃度は、100ng/mLである。   The concentration of Activin A added to the medium is, for example, 10 ng / mL, 25 ng / mL, 50 ng / mL, 60 ng / mL, 70 ng / mL, 80 ng / mL, 90 ng / mL, 100 ng / mL, 110 ng / mL, 120 ng / mL, 130 ng / mL, 140 ng / mL, 150 ng / mL, 175 ng / mL or 200 ng / mL, but not limited thereto. Preferably, the concentration of Activin A added to the medium is 100 ng / mL.

培地に添加されるWnt3aの濃度は、例えば、10mg/mL、25mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL、80mg/mL、90mg/mL、100mg/mL、110mg/mL、120mg/mL、130mg/mL、140mg/mL、150mg/mL、175mg/mLまたは、200mg/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるWnt3aの濃度は、100mg/mLである。   The concentration of Wnt3a added to the medium is, for example, 10 mg / mL, 25 mg / mL, 50 mg / mL, 60 mg / mL, 70 mg / mL, 80 mg / mL, 90 mg / mL, 100 mg / mL, 110 mg / mL, 120 mg / mL. It is not limited to mL, 130 mg / mL, 140 mg / mL, 150 mg / mL, 175 mg / mL or 200 mg / mL. Preferably, the concentration of Wnt3a added to the medium is 100 mg / mL.

培養温度は、以下に限定されないが、約30〜40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われ、CO2濃度は、好ましくは約2〜5%である。培養時間は、例えば1日から5日間の培養であり、好ましくは1日である。The culture temperature is not limited to the following, but is about 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C. The culture is performed in an atmosphere of CO 2 -containing air, and the CO 2 concentration is preferably about 2 to 5%. is there. The culture time is, for example, 1 day to 5 days, preferably 1 day.

(II) BMPおよびbFGFを含む培地で培養する工程
本工程(II)では、前工程が浮遊培養で行われた場合、得られた細胞集団をそのままコーティング処理された培養皿にて、任意の培地中で培養してもよい。コーティング剤としては、例えば、マトリゲル(BD)、コラーゲン、ゼラチン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、またはエンタクチン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、マトリゲルである。または、前工程が接着培養で行われた場合、培地の交換により培養を続けてもよい。
(II) Step of culturing in a medium containing BMP and bFGF In this step (II), if the previous step was carried out in suspension culture, the obtained cell population was used as it was in a culture dish coated with any medium. You may culture in. Examples of the coating agent include matrigel (BD), collagen, gelatin, laminin, heparan sulfate proteoglycan, entactin, and combinations thereof. Matrigel is preferable. Alternatively, when the previous step is performed by adhesion culture, the culture may be continued by exchanging the medium.

本工程(II )で用いる培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地へBMPおよびbFGFを添加して調製することができる。
基礎培地としては、上述した工程(I)と同じものを用いることができる。
The medium used in this step (II) can be prepared by adding BMP and bFGF to a basal medium that is used for culturing animal cells.
As the basal medium, the same medium as in step (I) described above can be used.

本工程(ii)で用いるBMPとしては、TGFβスーパーファミリーに属するBMPが好ましく、BMP2、BMP4、およびBMP7が例示される。好ましいBMPは、BMP4である。   As the BMP used in this step (ii), BMP belonging to the TGFβ superfamily is preferable, and BMP2, BMP4, and BMP7 are exemplified. A preferred BMP is BMP4.

培地に添加されるBMP4の濃度は、例えば、0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、2.5ng/mL、5ng/mL、6ng/mL、7ng/mL、8ng/mL、9ng/mL、10ng/mL、11ng/mL、12ng/mL、13ng/mL、14ng/mL、15ng/mL、17.5ng/mL、20ng/mL、30ng/mL、40ng/mLまたは50ng/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるBMP4の濃度は、10ng/mLである。   The concentration of BMP4 added to the medium is, for example, 0.1 ng / mL, 0.5 ng / mL, 1 ng / mL, 2.5 ng / mL, 5 ng / mL, 6 ng / mL, 7 ng / mL, 8 ng / mL, 9 ng / mL , 10 ng / mL, 11 ng / mL, 12 ng / mL, 13 ng / mL, 14 ng / mL, 15 ng / mL, 17.5 ng / mL, 20 ng / mL, 30 ng / mL, 40 ng / mL or 50 ng / mL. It is not limited. Preferably, the concentration of BMP4 added to the medium is 10 ng / mL.

培地に添加されるbFGFの濃度は、例えば、0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、2.5ng/mL、5ng/mL、6ng/mL、7ng/mL、8ng/mL、9ng/mL、10ng/mL、11ng/mL、12ng/mL、13ng/mL、14ng/mL、15ng/mL、17.5ng/mL、20ng/mL、30ng/mL、40ng/mLまたは50ng/mLであるがこれらに限定されない。好ましくは、培地に添加されるbFGFの濃度は、10ng/mLである。   The concentration of bFGF added to the medium is, for example, 0.1 ng / mL, 0.5 ng / mL, 1 ng / mL, 2.5 ng / mL, 5 ng / mL, 6 ng / mL, 7 ng / mL, 8 ng / mL, 9 ng / mL , 10 ng / mL, 11 ng / mL, 12 ng / mL, 13 ng / mL, 14 ng / mL, 15 ng / mL, 17.5 ng / mL, 20 ng / mL, 30 ng / mL, 40 ng / mL or 50 ng / mL. It is not limited. Preferably, the concentration of bFGF added to the medium is 10 ng / mL.

培養温度は、以下に限定されないが、約30〜40℃、好ましくは約37℃であり、CO2含有空気の雰囲気下で培養が行われ、CO2濃度は、好ましくは約2〜5%である。培養時間は、例えば1日から10日間の培養であり、好ましくは2日である。The culture temperature is not limited to the following, but is about 30 to 40 ° C., preferably about 37 ° C. The culture is performed in an atmosphere of CO 2 -containing air, and the CO 2 concentration is preferably about 2 to 5%. is there. The culture time is, for example, 1 day to 10 days, preferably 2 days.

(III) VEGFを含まない培地で培養する工程
前記工程(II)で得られた細胞を、VEGFを含まない動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地で培養する。VEGFを含まない培地は、VEGFを実質的に含まない培地であればよく、例えば、VEGF濃度が1ng/mL未満、好ましくは0.1ng/mL未満、より好ましくは0の培地である。
(III) A step of culturing in a medium not containing VEGF The cells obtained in the above step (II) are cultured in a basal medium as a medium used for culturing animal cells not containing VEGF. The medium that does not contain VEGF may be a medium that does not substantially contain VEGF. For example, the medium has a VEGF concentration of less than 1 ng / mL, preferably less than 0.1 ng / mL, and more preferably 0.

本工程(III)で用いる基礎培地は、例えばIMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、RPMI 1640培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。本工程(III)で用いる好ましい基礎培地として、10%FBSを含有するRPMI培地が例示される。   The basal medium used in this step (III) is, for example, IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium , And mixed media thereof. Preferably, RPMI 1640 medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. As a preferred basal medium used in this step (III), an RPMI medium containing 10% FBS is exemplified.

<心筋組織の形成方法>
本発明において、心筋組織とは、心筋細胞、内皮細胞および壁細胞を含んで成る3次元構造物を意味し、当該3次元構造物は、収縮と拡張を繰り返す構造物である。
<Method of forming myocardial tissue>
In the present invention, the myocardial tissue means a three-dimensional structure including cardiomyocytes, endothelial cells, and wall cells, and the three-dimensional structure is a structure that repeatedly contracts and expands.

本発明において、上述した心筋細胞、内皮細胞および壁細胞を混合し、細胞外マトリックスの存在下で培養して、3次元構造体を形成させることによって心筋組織を得ることができる。壁細胞は、30%未満の含有率で混合することが好ましく、より好ましくは、壁細胞は、5%から25%の範囲で混合することであり、さらに好ましくは、壁細胞は、5%から15%で混合することであり、最も好ましくは、壁細胞は、15%で混合される。   In the present invention, the myocardial tissue can be obtained by mixing the above-described cardiomyocytes, endothelial cells and wall cells and culturing them in the presence of an extracellular matrix to form a three-dimensional structure. It is preferred that the wall cells are mixed at a content of less than 30%, more preferably the wall cells are mixed in the range of 5% to 25%, more preferably the wall cells are from 5%. Mix at 15%, most preferably the wall cells are mixed at 15%.

本発明において、細胞外マトリックスとは、細胞外に分泌されるタンパク質のことを意味し、細胞外マトリックスとして、コラーゲン、ゼラチン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクチン、これらの断片、またはこれらの組み合わせが例示される。心筋組織の形成にあたり、用いる細胞外マトリックスは、特に限定されないが、少なくともI型コラーゲンを含む細胞外マトリックスであり、より好ましくは、I型コラーゲンを含むマトリゲル(BD社から購入可能)である。   In the present invention, the extracellular matrix means a protein secreted extracellularly, and examples of the extracellular matrix include collagen, gelatin, laminin, heparan sulfate proteoglycan, entactin, fragments thereof, and combinations thereof. Is done. The extracellular matrix used in the formation of the myocardial tissue is not particularly limited, but is an extracellular matrix containing at least type I collagen, and more preferably Matrigel containing type I collagen (available for purchase from BD).

心筋組織の形成にあたり用いる培地は、例えば、IMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、DMEM培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。心筋組織の形成で用いる好ましい培地として、20%FBSを含有するDMEM培地が例示される。   The medium used for the formation of myocardial tissue is, for example, IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, And mixed media thereof and the like. Preferably, it is a DMEM medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. A preferable medium used for the formation of myocardial tissue is exemplified by a DMEM medium containing 20% FBS.

心筋組織の形成は、上述した混合細胞を懸濁させた培地と細胞外マトリックスを混合し、所望の形状の容器に入れ、一定時間経過させることで行うことができる。容器は、心筋組織を容易に取扱いやすいことから、細胞混合物との接触部分は、I型コラーゲンでコーティングされたシリコン膜で覆われていることが望ましく、このような容器は、Flexcell International社より購入できる。容器の形状は、形成された心筋組織の取扱いやすさから、柱状であることが好ましく、円柱状であることがより望ましい。   Formation of the myocardial tissue can be performed by mixing the above-described culture medium in which the mixed cells are suspended and the extracellular matrix, placing the mixture in a container having a desired shape, and allowing a certain period of time to pass. Since the container is easy to handle myocardial tissue, it is desirable that the contact area with the cell mixture is covered with a silicone film coated with type I collagen. Such containers are purchased from Flexcell International. it can. The shape of the container is preferably a columnar shape, and more preferably a cylindrical shape, from the viewpoint of ease of handling the formed myocardial tissue.

形成された心筋組織は、任意の培地中で保存することができ、このような培地として、例えば、IMDM培地、Medium 199培地、Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)培地、αMEM培地、Doulbecco's modified Eagle's Medium (DMEM)培地、Ham's F12培地、RPMI 1640培地、Fischer's培地、およびこれらの混合培地などが包含される。好ましくは、DMEM培地である。基礎培地には、血清が含有されていてもよいし、あるいは無血清でもよい。必要に応じて、血清代替物、例えば、アルブミン、トランスフェリン、Knockout Serum Replacement(KSR)(ES細胞培養時のFBSの血清代替物)、N2サプリメント(Invitrogen)、B27サプリメント(Invitrogen)、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3'-チオールグリセロールなどの1つ以上の血清代替物を含んでもよいし、脂質、アミノ酸、L-グルタミン、Glutamax(Invitrogen)、非必須アミノ酸、ビタミン、抗生物質、抗酸化剤、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類などの1つ以上の物質も含有しうる。心筋組織を培養する好ましい培地として、10%FBS、2-メルカプトエタノールおよび抗生物質を含有するαMEM培地が例示される。   The formed myocardial tissue can be stored in any medium. Examples of such a medium include IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) medium, αMEM medium, Doulbecco's modified Eagle's Medium ( DMEM) medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and mixed media thereof. Preferably, it is a DMEM medium. The basal medium may contain serum or may be serum-free. Serum substitutes such as albumin, transferrin, Knockout Serum Replacement (KSR) (FBS serum substitute for ES cell culture), N2 supplement (Invitrogen), B27 supplement (Invitrogen), fatty acids, insulin, It may contain one or more serum replacements such as collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thiolglycerol, lipids, amino acids, L-glutamine, Glutamax (Invitrogen), non-essential amino acids, vitamins It may also contain one or more substances such as antibiotics, antioxidants, pyruvate, buffers, inorganic salts. A preferable medium for culturing myocardial tissue is exemplified by αMEM medium containing 10% FBS, 2-mercaptoethanol and antibiotics.

心筋組織は、形成されてから、7日以上経過してから用いることが好ましく、より好ましくは14日以上経過してから用いる。   The myocardial tissue is preferably used after 7 days or more have passed since it is formed, and more preferably used after 14 days or more have passed.

<心疾患治療剤>
本発明は、上述した心筋組織を含む心疾患治療剤を提供する。本発明が適用される心疾患は、心筋細胞等が欠損した病態であれば特に限定されないが、例えば、心不全、虚血性心疾患、心筋梗塞、心筋症、心筋炎、肥大型心筋症、拡張相肥大型心筋症、拡張型心筋症などが挙げられる。
<Health disease treatment agent>
The present invention provides a therapeutic agent for heart disease comprising the above-described myocardial tissue. The heart disease to which the present invention is applied is not particularly limited as long as it is a disease state in which cardiomyocytes or the like are deficient. Examples include hypertrophic cardiomyopathy and dilated cardiomyopathy.

本発明の心筋組織は、心筋組織は、形成された形状にて、心筋細胞の欠損部位、梗塞部位、損傷部位または障害部位に直接縫着して用いてもよく、フィブリン糊など臓器の接着に用いる生体糊を用いて移植してもよい。   The myocardial tissue of the present invention may be used by directly sewing the myocardial tissue to the defective part, infarcted part, damaged part or damaged part of the myocardial cell in the formed shape, for adhesion of organs such as fibrin glue. You may transplant using the biological paste to be used.

心疾患治療に用いる心筋組織は、患部の大きさや体躯の大きさに合わせて適宜増減して調製されてもよい。   The myocardial tissue used for treating heart disease may be prepared by appropriately increasing or decreasing according to the size of the affected part or the size of the body.

本発明を以下の実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はそれら実施例に限定されないものとする。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.

ヒトiPS細胞の培養方法
ヒトiPS細胞(株名および樹立に関する文献)は、京都大学iPS細胞研究所より入手して用いた。
Human iPS cell culture method Human iPS cells (literature and establishment literature) were obtained from the iPS Cell Research Institute of Kyoto University and used.

ヒトiPS細胞の培養は、マトリゲル(growth factor reduced, 1:60希釈、Corning)コートのFALCON培養皿(10cm)にて、基礎培地中でMitomycin-C (MMC) (WAKO)にて2.5時間処理されたマウス胎児性線維芽細胞(MEF)を培養した上清(conditioned medium)(以下、MEF-CMという)に4ng/mLの組み換えヒトbFGF(rhbFGF, WAKO)を添加した培地を用いて培養した。基礎培地は、Knockout DMEM (Life technologies) 471mL, Knockout serum replacement (KSR) (Life technologies) 120mL, NEAA (Sigma-Aldrich) 6mL, 200mM L-Glutamine (Life technologies) 3mLおよび55mM 2-ME (メルカプトエタノール)(Life technologies)を混合して作製した。なお、ヒトiPS細胞は4-6日毎にsmall clumpにて継代した。継代は、CTK solution [0.1% Collagenase IV (Life technologies), 0.25% Trypsin (Life technologies), 20% KSR, および1 mM CaCl2 (Sigma-Aldrich) in Phosphate buffered saline (PBS) (Life technologies)]にて細胞コロニー周囲を剥離したのちセルストレーナーでsmall clumpの状態にして行われた。Human iPS cell culture is treated with Mitomycin-C (MMC) (WAKO) in basal medium for 2.5 hours in a FALCON culture dish (10 cm) coated with Matrigel (growth factor reduced, 1:60 dilution, Corning). Incubation was performed using a medium in which 4 ng / mL recombinant human bFGF (rhbFGF, WAKO) was added to a supernatant (hereinafter referred to as MEF-CM) in which mouse embryonic fibroblasts (MEF) were cultured. Basal medium is Knockout DMEM (Life technologies) 471 mL, Knockout serum replacement (KSR) (Life technologies) 120 mL, NEAA (Sigma-Aldrich) 6 mL, 200 mM L-Glutamine (Life technologies) 3 mL and 55 mM 2-ME (mercaptoethanol) Made by mixing (Life technologies). Human iPS cells were passaged by small clump every 4-6 days. Passage is CTK solution [0.1% Collagenase IV (Life technologies), 0.25% Trypsin (Life technologies), 20% KSR, and 1 mM CaCl 2 (Sigma-Aldrich) in Phosphate buffered saline (PBS) (Life technologies)] After peeling around the cell colony, the cell strainer was used to form a small clump.

心筋細胞・血管内皮細胞同時誘導方法(図1a)
コンフルエントになったヒトiPS細胞をVersene (Life technologies)での3-5分37℃でのincubationにて剥離した。Verseneを吸引したのちMEF-CMにてピペッティングし、single cellにて回収したのち、遠心して細胞数をカウントした。ヒトiPS細胞は、10cm dish一枚につき約3×106細胞程度回収できた。1×105細胞/cm2程度にてマトリゲルコートにまき直した。6well plateを使用した場合、1wellあたり1×106細胞を播種した。上述したMEF-CMに4ng/mLのrhbFGF添加した培地を使用した。
Cardiomyocyte / vascular endothelial cell simultaneous induction method (Figure 1a)
Confluent human iPS cells were detached by incubation at 37 ° C. for 3-5 minutes with Versene (Life technologies). After aspirating Versene, pipetting with MEF-CM, collecting with single cells, and then centrifuging to count the number of cells. About 3 × 10 6 human iPS cells were recovered per 10 cm dish. The matrigel coat was rewound at about 1 × 10 5 cells / cm 2 . When 6 well plate was used, 1 × 10 6 cells were seeded per well. A medium in which 4 ng / mL rhbFGF was added to the above-mentioned MEF-CM was used.

2-3日間培養後、コンフルエントになった段階で、マトリゲル(1:60希釈)および4ng/mL rhbFGFを含んだMEF-CMにて培地交換を行った(マトリゲルサンドイッチとも言う)(Day -1)。   After culturing for 2-3 days, the medium was changed with Matrigel (1:60 dilution) and MEF-CM containing 4 ng / mL rhbFGF (also called Matrigel sandwich) (Day -1) .

24時間後にRPMI+B27 medium [RPMI1640(Life technologies), 2 mM L-glutamine, x1 B27 supplement without insulin(Life technologies)] に100 ng/mL のActivin A (ActA; R&D)および100mg/mLのrhWnt3a (組み換えヒトWnt3a:R&D)を添加した培地に交換した(Day 0)。   After 24 hours, RPMI + B27 medium [RPMI1640 (Life technologies), 2 mM L-glutamine, x1 B27 supplement without insulin (Life technologies)] with 100 ng / mL of Activin A (ActA; R & D) and 100 mg / mL of rhWnt3a ( The medium was replaced with a medium supplemented with recombinant human Wnt3a (R & D) (Day 0).

24時間後に10 ng/ mL human Bone morphogenetic protein 4 (BMP4; R&D) と10 ng/mL のrhbFGF を含む培地(RPMI+B27 medium)に交換した(Day 1)。その後4日間培地交換なしに培養継続した。   After 24 hours, the medium was replaced with a medium (RPMI + B27 medium) containing 10 ng / mL human bone morphogenetic protein 4 (BMP4; R & D) and 10 ng / mL rhbFGF (Day 1). Thereafter, the culture was continued for 4 days without changing the medium.

VEGF(rhVEGF,Miltenyi)を50ng/mL含む培地(RPMI+B27 medium)に交換。その後2日おきに同様の培地にて培地交換した(Day 5)。Day9-11より拍動が観察された。   Replaced with a medium (RPMI + B27 medium) containing 50 ng / mL of VEGF (rhVEGF, Miltenyi). Thereafter, the medium was replaced with the same medium every two days (Day 5). The pulsation was observed from Day9-11.

細胞を回収し(Day 15)、一部をFACS解析に使用した。FACS解析の結果を図1aに示す。なお、細胞はAccuMax (Innovative Cell Technologies) を使用して脱接着させ、回収した。回収した細胞は、後述のバイオエンジニアリング心筋組織(engineering cardiac tissue、ECTと言う)の作製に用いた。   Cells were collected (Day 15) and a portion was used for FACS analysis. The result of FACS analysis is shown in FIG. The cells were detached and collected using AccuMax (Innovative Cell Technologies). The collected cells were used for the production of bioengineering cardiac tissue (referred to as ECT) described later.

血管壁細胞分化誘導方法(図1b)
コンフルエントになったヒトiPS細胞をVersene (Life technologies)での3-5分37℃でのincubationにて剥離した。Verseneを吸引したのちMEF-CMにてピペッティングし、single cellにて回収したのち、遠心して細胞数をカウントした。ヒトiPS細胞は、10cm dish一枚につき約3×106細胞程度回収できた。1×105細胞/cm2程度にてマトリゲルコートにまき直した。6well plateを使用した場合、1wellあたり1×106細胞を播種した。上述したMEF-CMに4ng/mLのrhbFGF添加した培地を使用した。
Vascular wall cell differentiation induction method (Fig. 1b)
Confluent human iPS cells were detached by incubation at 37 ° C. for 3-5 minutes with Versene (Life technologies). After aspirating Versene, pipetting with MEF-CM, collecting with single cells, and then centrifuging to count the number of cells. About 3 × 10 6 human iPS cells were recovered per 10 cm dish. The matrigel coat was rewound at about 1 × 10 5 cells / cm 2 . When 6 well plate was used, 1 × 10 6 cells were seeded per well. A medium in which 4 ng / mL rhbFGF was added to the above-mentioned MEF-CM was used.

2-3日間培養後、コンフルエントになった段階で、マトリゲル(1:60希釈)および4ng/mL rhbFGFを含んだMEF-CMにて培地交換を行った(マトリゲルサンドイッチとも言う)(Day -1)。   After culturing for 2-3 days, the medium was changed with Matrigel (1:60 dilution) and MEF-CM containing 4 ng / mL rhbFGF (also called Matrigel sandwich) (Day -1) .

24時間後にRPMI+B27 medium [RPMI1640(Life technologies), 2 mM L-glutamine, x1 B27 supplement without insulin(Life technologies)] に100 ng/mL のActivin A (ActA; R&D)および100mg/mLのrhWnt3a (R&D)を添加した培地に交換した(Day 0)。   After 24 hours, RPMI + B27 medium [RPMI1640 (Life technologies), 2 mM L-glutamine, x1 B27 supplement without insulin (Life technologies)] with 100 ng / mL of Activin A (ActA; R & D) and 100 mg / mL of rhWnt3a ( R & D) was added to the medium added (Day 0).

24時間後に10 ng/ mL human Bone morphogenetic protein 4 (BMP4; R&D) と10 ng/mL のrhbFGF を含む培地(RPMI+B27 medium)に交換した(Day 1)。その後2日間培地交換なしに培養継続した。   After 24 hours, the medium was replaced with a medium (RPMI + B27 medium) containing 10 ng / mL human bone morphogenetic protein 4 (BMP4; R & D) and 10 ng / mL rhbFGF (Day 1). Thereafter, the culture was continued for 2 days without changing the medium.

10%FBSを含む培地(RPMI+10%FBS)に交換した(Day 3)。その後2日おきに同様の培地にて培地交換した。   The medium was replaced with a medium containing 10% FBS (RPMI + 10% FBS) (Day 3). Thereafter, the medium was replaced with the same medium every two days.

細胞を回収し(Day 15)、一部をFACS解析に使用した。FACS解析の結果を図1bに示す。なお、細胞はAccuMax (Innovative Cell Technologies) を使用して脱接着させ、回収した。回収した細胞は、後述のECTの作製に用いた。   Cells were collected (Day 15) and a portion was used for FACS analysis. The result of FACS analysis is shown in FIG. The cells were detached and collected using AccuMax (Innovative Cell Technologies). The collected cells were used for the preparation of ECT described later.

ECT作製方法
上述の方法で得られた心筋細胞・血管内皮細胞(以下、CM+ECという)および血管壁細胞(以下、MCという)を、精製せずにMCを含む細胞群を15%およびCM+ECを含む細胞群を85%の割合で混合し(MCを4.5×105細胞およびCM+ECを2.55×106細胞で混合)、計3×106の混合細胞を培地(high glucose-modified Dulbecco's essential medium(Life technologies), 20% FBS(Life technologies))に懸濁した(細胞懸濁液という)。
ECT preparation method 15% of the cell group containing MC and CM without purifying the cardiomyocytes / vascular endothelial cells (hereinafter referred to as CM + EC) and vascular wall cells (hereinafter referred to as MC) obtained by the above-described method. Cells containing + EC were mixed at a ratio of 85% (MC was mixed with 4.5 × 10 5 cells and CM + EC was mixed with 2.55 × 10 6 cells), and a total of 3 × 10 6 mixed cells were added to the medium (high glucose- Modified Dulbecco's essential medium (Life technologies), 20% FBS (Life technologies)) was suspended (referred to as cell suspension).

acid-soluble rat-tail collagen type I (Sigma-Aldrich) を氷上でalkali buffer (0.2M NaHCO3, 0.2M HEPES, and 0.1M NaOH) を用いて中和し、Matrigel (15% of total volume) を混合した(ゲルマトリクスという)。collagen type I 濃度が、0.67 mg/mLとなるように、細胞懸濁液およびゲルマトリクスを混合した(cell/matrix 混合物という)。Neutralize acid-soluble rat-tail collagen type I (Sigma-Aldrich) with alkali buffer (0.2M NaHCO 3 , 0.2M HEPES, and 0.1M NaOH) on ice, and add Matrigel (15% of total volume). Mixed (referred to as gel matrix). The cell suspension and gel matrix were mixed so that the collagen type I concentration was 0.67 mg / mL (referred to as cell / matrix mixture).

製造者マニュアルに従って、cylindrical loading post (FX-4000TT; Flexcell International)をBioFlex culture plate(Flexcell International)に装着した。バキュームを用いて、culture plateのシリコン膜の中央を長さ20mm、幅2mmで凹ませ、200 μL のcell/matrix 混合物を注ぎ、CO2 インキュベータ (37℃, 5% CO2) で120分インキュベートし、円柱状の構造物を作製した(図2)。Pre-culture medium [alpha minimum essential medium (aMEM; Life technologies) , 10% FBS, 5×10-5M 2-mercaptoethanol, 100U/mL Penicillin-Streptomycin (Life technologies)]を加え、培養した。得られたECTを、一日ごと培地交換を行い、14日間培養し、以下の評価に用いた(当該ECTをC+E+Mという)。Cylindrical loading post (FX-4000TT; Flexcell International) was mounted on BioFlex culture plate (Flexcell International) according to the manufacturer's manual. Using a vacuum, indent the center of the silicon plate on the culture plate with a length of 20 mm and a width of 2 mm, pour 200 μL of the cell / matrix mixture, and incubate for 120 minutes in a CO 2 incubator (37 ° C, 5% CO 2 ). A cylindrical structure was produced (FIG. 2). Pre-culture medium [alpha minimum essential medium (aMEM; Life technologies), 10% FBS, 5 × 10 −5 M 2-mercaptoethanol, 100 U / mL Penicillin-Streptomycin (Life technologies)] was added and cultured. The obtained ECT was subjected to medium exchange every day, cultured for 14 days, and used for the following evaluation (the ECT is referred to as C + E + M).

対照として、CM+ECのみ(当該ECTをC+Eという)、Uosaki, PLoS One 2011の方法により得られたCMおよびMCの含有率が15%となるよう混合した細胞(当該ECTをC+ Mという)から同様に、ECTを作製した。   As a control, CM + EC alone (the ECT is called C + E), cells mixed by the method of Uosaki, PLoS One 2011 so that the CM and MC content is 15% (the ECT is called C + M) ECT was prepared in the same manner.

組織張力計測
上述の方法で得られたECTをオーロラサイエンティフィック社(Aurora, Canada)の組織張力計測システムを用いて、組織張力を測定した。詳細には、室温(25°C)および酸素化されたTyrode solution [(in mM) 119.8 NaCl, 5.4 KCl, 2.5 CaCl2, 1.05 MgCl2, 22.6 NaHCO3, 0.42 NaH2PO4, 0.05 Na2EDTA, 0.28 ascorbic acid, 5.0 glucose, 30 2,3-butanedione monoxime (BDM)] にECTを保存し、一端を10-0 nylon を用いてforce transducer (model 403A, Aurora Scientific)に固定した。もう一端をmicromanipulator に接続されたhigh-speed length controller (model 322C, Aurora Scientific)に固定した。ECTの固定されているPerfusion chamber をBDM-free warmed Tyrode solution (37°C)で満たし、20分 field-stimulation (2 Hz / 5V)を行い、各電圧・周波数で張力測定した。
Tissue Tension Measurement The tissue tension of the ECT obtained by the above method was measured using a tissue tension measurement system of Aurora Scientific (Aurora, Canada). Specifically, room temperature (25 ° C) and oxygenated Tyrode solution [(in mM) 119.8 NaCl, 5.4 KCl, 2.5 CaCl 2 , 1.05 MgCl 2 , 22.6 NaHCO 3 , 0.42 NaH 2 PO 4 , 0.05 Na 2 EDTA , 0.28 ascorbic acid, 5.0 glucose, 30 2,3-butanedione monoxime (BDM)], and one end was fixed to a force transducer (model 403A, Aurora Scientific) using 10-0 nylon. The other end was fixed to a high-speed length controller (model 322C, Aurora Scientific) connected to a micromanipulator. The perfusion chamber where the ECT was fixed was filled with BDM-free warmed Tyrode solution (37 ° C), field-stimulation (2 Hz / 5V) was performed for 20 minutes, and the tension was measured at each voltage and frequency.

その結果、最大追従周波数(外部からの刺激周波数(頻度)を増やした際に追従しうる最大の周波数)はC+E+Mで有意に最大となった。さらに周波数増加に対する収縮力の低下もC+E+Mで有意に少なかった。このことは移植後の多様な宿主心拍に対して、より効率的に強い収縮力で追従できることを示している(図3)。   As a result, the maximum follow-up frequency (the maximum frequency that can be followed when the external stimulation frequency (frequency) was increased) was significantly maximum at C + E + M. Furthermore, the decrease in contractile force with increasing frequency was significantly less with C + E + M. This indicates that it can follow the various host heartbeats after transplantation more efficiently with a strong contractile force (FIG. 3).

また、最小収縮閾値(外部からの収縮誘発に必要な最小の電圧)は、C+E+Mで最も少なかった。さらに、MCを含まないC+Eに比べ、MCを含むC+MまたはC+E+Mは、電圧低下に対しても有意に高い収縮力を保つことが出来た。このことは、MCを含むことにより、より低い宿主電圧に対しても強い収縮力で追従できることを示している(図4)。   In addition, the minimum contraction threshold (the minimum voltage required for external contraction induction) was the smallest for C + E + M. Furthermore, C + M or C + E + M containing MC was able to maintain a significantly higher contractile force against voltage drop than C + E containing no MC. This indicates that inclusion of MC can follow a lower host voltage with a strong contractile force (FIG. 4).

続いて、ゆるんだ状態から次第にECTを伸展させていくことによる受動的張力の変移を測定することにより、フックの法則におけるYoung率を測定した。その結果、MCを含まないC+Eに比べ、MCを含むC+MまたはC+E+Mは高い組織強度をもつことが示された(図5)。   Subsequently, Young's modulus in Hook's law was measured by measuring the transition of the passive tension caused by gradually extending the ECT from the loose state. As a result, it was shown that C + M or C + E + M containing MC had higher tissue strength than C + E containing no MC (FIG. 5).

さらに、MCの含有率がこれらの組織特性を高めるかどうかを調べるため、MCを30%以上含むECT (high MC)を作製し、上述の方法で得られたMC (low MC)と比較した結果、あらゆる項目においてhigh MCがlow MCに劣ることが示された(図6)。このことから、MC含有率は、少なくとも30%未満であることが心筋組織の機能の点から望ましいことが示された。   Furthermore, in order to investigate whether the content rate of MC enhances these tissue characteristics, ECT (high MC) containing 30% or more of MC was prepared and compared with MC (low MC) obtained by the above method. In all items, high MC was shown to be inferior to low MC (FIG. 6). This indicates that the MC content is preferably at least less than 30% from the viewpoint of myocardial tissue function.

電子顕微鏡検査
C+E+MのECTにおいて、構造的に最も成熟したサルコメア構造が認められた。このことは上述の組織張力検査における優れた特性を説明するひとつの要因と思われる(図7)。
Electron microscopy
The most mature sarcomere structure was found in the C + E + M ECT. This seems to be one factor explaining the superior characteristics in the tissue tension test described above (FIG. 7).

心筋細胞配列
MCを含むECTにおいて、組織内の心筋細胞の配列がより整列していた。このことも上述の組織張力検査における優れた特性を説明するひとつの要因と思われる(図8)。
Cardiomyocyte array
In the ECT containing MC, the array of cardiomyocytes in the tissue was more aligned. This also seems to be one factor explaining the excellent characteristics in the tissue tension test described above (FIG. 8).

ラット心筋梗塞モデルへの移植
ラット心筋梗塞モデルへ上述の方法で得られたECTを移植し、その治療効果および心筋再生効果を確認した。ラット心筋梗塞モデルは、詳細には、免疫不全ヌードラット(NTac:NIH-Foxn1rnu, Taconic Biosciences)の前下行枝を7-0 silk糸で結紮し心筋梗塞をさせて作製した。
Transplantation into a rat myocardial infarction model The ECT obtained by the above-described method was transplanted into a rat myocardial infarction model, and its therapeutic effect and myocardial regeneration effect were confirmed. Specifically, the rat myocardial infarction model was prepared by ligating the anterior descending branch of an immunodeficient nude rat (NTac: NIH- Foxn1rnu , Taconic Biosciences) with 7-0 silk thread to cause myocardial infarction.

移植は、当該結紮1週後のラット心筋梗塞モデルを再度開胸し、3本のhiPSC-ECT(C+E+M)を梗塞部に7-0 silkにて縫着することによって行われた(図9)。   Transplantation was performed by re-opening the rat myocardial infarction model one week after the ligation and sewing three hiPSC-ECT (C + E + M) to the infarct with 7-0 silk (FIG. 9).

心機能評価は、移植前日・移植後2,4週にエコー[Vevo2100 system (VisualSonics), 21-MHz imaging transducer (MS250; VisualSonics)]で行った。   Cardiac function evaluation was performed with an echo [Vevo2100 system (VisualSonics), 21-MHz imaging transducer (MS250; VisualSonics)] on the day before transplantation and 2-4 weeks after transplantation.

その結果、移植により、毎分心拍出量(cardiac output)および一回心拍出量(stroke volume)はともに改善し、偽治療(Sham)群と比較して有意に高値となることが確認された(図10)。   As a result, it was confirmed that transplantation improved both cardiac output and stroke volume per minute, and significantly increased compared to the sham treatment (Sham) group. (FIG. 10).

組織学的検査は、移植後4週に犠牲死させ、心臓摘出して行われた。その結果、移植後4週において、梗塞壁の1/2を上回る厚みの、hiPSC-ECT(グラフト)由来の再生心筋層(HNA;ヒト核抗原陽性)を認めた。生着心筋は明瞭なサルコメア構造を示した。さらに再生心筋層内には宿主由来および一部グラフト由来の血管網(vWF陽性)を認めた(図11)。   Histological examination was performed by sacrifice at 4 weeks after transplantation and removal of the heart. As a result, at 4 weeks after transplantation, a regenerated myocardium (HNA; positive for human nuclear antigen) derived from hiPSC-ECT (graft) having a thickness exceeding 1/2 of the infarct wall was observed. The engrafted myocardium showed a clear sarcomere structure. Furthermore, in the regenerated myocardium, host-derived and partly graft-derived vascular networks (vWF positive) were observed (FIG. 11).

Claims (12)

以下の工程を含むことを特徴とする、心筋組織を製造する方法;
(a)多能性幹細胞から心筋細胞を製造する工程、
(b)多能性幹細胞から内皮細胞を製造する工程、
(c)多能性幹細胞から壁細胞を製造する工程、
(d)前記工程(c)で製造した壁細胞を30%未満の割合にて、前記工程(a)で製造した心筋細胞および前記工程(b)で製造した内皮細胞と混合する工程、および
(e)前記工程(d)で得られた細胞混合物を細胞外マトリックスの存在下で培養して、3次元構造体を形成させる工程。
A method for producing myocardial tissue, comprising the following steps;
(A) producing cardiomyocytes from pluripotent stem cells;
(B) producing endothelial cells from pluripotent stem cells,
(C) a step of producing mural cells from pluripotent stem cells,
(D) mixing the wall cells produced in the step (c) with the cardiomyocytes produced in the step (a) and the endothelial cells produced in the step (b) at a ratio of less than 30%; e) A step of culturing the cell mixture obtained in the step (d) in the presence of an extracellular matrix to form a three-dimensional structure.
前記工程(d)で前記工程(c)で製造した壁細胞を5%以上、25%以下の割合で混合する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the wall cells produced in the step (c) are mixed in the step (d) at a ratio of 5% or more and 25% or less. 前記工程(d)で前記工程(c)で製造した壁細胞を15%の割合で混合する、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the wall cells produced in the step (c) are mixed at a ratio of 15% in the step (d). 前記工程(a)および(b)が、同一の多能性幹細胞を用いて同時に行われ、多能性幹細胞から心筋細胞および内皮細胞が製造される、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。   The steps (a) and (b) are simultaneously performed using the same pluripotent stem cells, and cardiomyocytes and endothelial cells are produced from the pluripotent stem cells. The method described. 前記工程(a)および(b)が、以下の工程を含む、請求項4に記載の方法;
(i)多能性幹細胞をアクチビンAおよびWnt3aの存在下で培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMPおよびbFGFの存在下で培養する工程、および
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をVEGFの存在下で培養する工程。
The method according to claim 4, wherein the steps (a) and (b) include the following steps;
(I) culturing pluripotent stem cells in the presence of activin A and Wnt3a;
(Ii) culturing the cells obtained in the step (i) in the presence of BMP and bFGF, and (iii) culturing the cells obtained in the step (ii) in the presence of VEGF.
前記工程(c)が、以下の工程を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法;
(i)多能性幹細胞をアクチビンAおよびWnt3aの存在下で培養する工程、
(ii)前記工程(i)で得られた細胞をBMPおよびbFGFの存在下で培養する工程、および
(iii)前記工程(ii)で得られた細胞をVEGFの非存在下で培養する工程。
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the step (c) includes the following steps;
(I) culturing pluripotent stem cells in the presence of activin A and Wnt3a;
(Ii) culturing the cells obtained in the step (i) in the presence of BMP and bFGF, and (iii) culturing the cells obtained in the step (ii) in the absence of VEGF.
前記BMPが、BMP4である、請求項5または6に記載の方法。   The method according to claim 5 or 6, wherein the BMP is BMP4. 前記細胞外マトリックスが、I型コラーゲンを含む細胞外マトリックスである、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the extracellular matrix is an extracellular matrix containing type I collagen. 前記工程(e)における3次元構造体が円柱状構造体である、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the three-dimensional structure in the step (e) is a cylindrical structure. 前記多能性幹細胞が、ヒトiPS細胞である、請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the pluripotent stem cell is a human iPS cell. 請求項1〜10に記載の方法で得られた心筋組織を含む、心疾患治療剤。   The therapeutic agent for heart diseases containing the myocardial tissue obtained by the method of Claims 1-10. 請求項1〜10に記載の方法で得られた心筋組織を心臓の梗塞部位、損傷部位または障害部位へ適用する、心疾患治療方法。   A cardiac disease treatment method, wherein the myocardial tissue obtained by the method according to claim 1 is applied to an infarcted site, a damaged site or a damaged site of the heart.
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