JPWO2017141900A1 - 多能性幹細胞の神経幹細胞への分化用培地及びその使用 - Google Patents

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Abstract

多能性幹細胞の由来に関わらず、前記多能性幹細胞の株間又はクローン間のばらつきを解消し、胚様体を形成させずに多能性幹細胞を均一に神経幹細胞に分化させる方法。

Description

本発明は、多能性幹細胞の神経幹細胞への分化用培地及びその使用に関する。より詳細には、多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる方法、多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率を向上させる方法、多能性幹細胞の神経幹細胞への分化用培地、神経幹細胞の製造方法及び神経幹細胞に関する。本願は、2016年2月16日に、日本に出願された特願2016−027324号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
神経疾患の研究は、患者の中枢神経を解析することが困難であることから、主に動物モデル及び不死化した神経細胞株を用いて研究されてきた。そして、近年の人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells、以下、「iPSC」という場合がある。)技術の進歩により、患者特異的な培養神経細胞を神経疾患モデルとして利用することが可能になりつつある。
患者特異的なiPSCは、従来、主に皮膚繊維芽細胞から作製されてきた。しかしながら、患者由来の皮膚繊維芽細胞株を得るためには皮膚の採取が必要であり、出血、感染、傷跡が残る等の問題を伴う。このため、患者特異的なiPSCは、より低侵襲な手法により作製することが好ましい。
そこで、低侵襲な手法により採取することができる末梢血細胞からiPSCを作製する技術が検討されている。例えば、CD3陽性T細胞は、センダイウイルスベクターを用いて効果的にiPSCにリプログラムすることができることが報告されている(例えば非特許文献1を参照。)。
Seki T., et al., Generation of induced pluripotent stem cells from human terminally differentiated circulating T cells., Cell Stem Cell, 7 (1), 11-14, 2010.
CD3陽性T細胞は、抗CD3モノクローナル抗体でコートしたプレート上で、組み換えインターロイキン(IL)−2の存在下で培養することができ、凍結保存することも可能である。このため、CD3陽性T細胞は、患者特異的なiPSCを作製する材料として理想的なもののひとつである。
しかしながら、発明者らは、T細胞由来のiPSCは、皮膚繊維芽細胞由来のiPSCと比較して、胚様体(embryoid body、EB)形成を介した従来の分化誘導法では、神経系に分化させにくいことを見出した。
また、iPS細胞の株によりEpigenetic memoryの残存の程度が異なっている。このため、従来の神経分化誘導方法では複数のiPS細胞株を同程度の効率で神経幹細胞、更には神経細胞に分化させることは困難であった。特にEpigenetic memoryの残存が神経分化抵抗性の主たる要因となっている、血球系細胞由来のiPS細胞においては、iPS細胞の株間の分化誘導効率を均一化させることは極めて困難な課題であった。
そこで、本発明は、多能性幹細胞の株間における誘導効率のばらつきを解消し、多能性幹細胞を胚様体を介することなく短期間で効率よく神経幹細胞に分化誘導させる技術を提供することを目的とする。さらに、本発明は、血球由来多能性幹細胞からも、胚様体を介することなく短期間で効率よく神経幹細胞に分化誘導させる技術を提供することを目的とする。
本発明は以下の態様を含む。
[1]多能性幹細胞の由来に関わらず、前記多能性幹細胞の株間又はクローン間のばらつきを解消し、胚様体を形成させずに多能性幹細胞を均一に神経幹細胞に分化させる方法。
[2]前記多能性幹細胞をFibroblast Growth Factor 2(FGF2)、Rho−associated protein kinase(ROCK)阻害剤及びLeukemia Inhibitory Factor(LIF)を有効成分として含有する培地中で培養する工程を備える、[1]に記載の方法。
[3]前記培養する工程を低酸素条件下で行う、[2]に記載の方法。
[4]前記培養する工程の前に、前記多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させる工程を更に備える、[2]又は[3]に記載の方法。
[5]前記多能性幹細胞が血球由来の人工多能性幹細胞である、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記人工多能性幹細胞がT細胞由来である、[5]に記載の方法。
[7][1]〜[6]のいずれかに記載の方法に使用するための、FGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地。
[8][1]〜[6]のいずれかに記載の方法で作製された神経幹細胞。
[9]前脳マーカー、及び前脳/中脳マーカーを発現している、[8]に記載の神経幹細胞。
[10]Homeobox B4(HOXB4)を実質的に発現していない、[8]又は[9]に記載の神経幹細胞。
[11]T細胞受容体遺伝子が再編成している、[8]〜[10]のいずれかに記載の神経幹細胞。
[12]多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率を向上させる方法であって、多能性幹細胞をFGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地中で培養する工程を備える、方法。
[13]前記多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる、向上された効率が、皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率と同等の効率である、[12]に記載の方法。
[14]前記培養する工程を低酸素条件下で行う、[12]又は[13]に記載の方法。
[15]前記培養する工程の前に、前記多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させる工程を更に備える、[12]〜[14]のいずれかに記載の方法。
[16]前記多能性幹細胞が血球由来の人工多能性幹細胞である、[12]〜[15]のいずれかに記載の方法。
[17]前記人工多能性幹細胞がT細胞由来である、[16]に記載の方法。
[18][12]〜[17]のいずれかに記載の方法に使用するための、FGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地。
[A1]FGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する、多能性幹細胞の神経幹細胞への分化用培地。
[A2]前記多能性幹細胞が人工多能性幹細胞である、[A1]に記載の分化用培地。
[A3]多能性幹細胞を[A1]又は[A2]に記載の培地中で培養する工程を備える、神経幹細胞の製造方法。
[A4]前記多能性幹細胞が人工多能性幹細胞である、[A3]に記載の製造方法。
[A5]前記培養する工程を低酸素環境下で行う、[A3]又は[A4]に記載の製造方法。
[A6]前記培養する工程の前に、前記多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させる工程を更に備える、[A3]〜[A5]のいずれかに記載の製造方法。
[A7]HOXB4を実質的に発現していない神経幹細胞。
[A8]T細胞受容体遺伝子が再編成している、[A7]に記載の神経幹細胞。
本発明により、多能性幹細胞を胚様体を介することなく、したがって簡便に効率よく短期間に神経幹細胞に分化誘導させる技術を提供することができる。
従来法によるiPSCの神経幹細胞への分化の手順を示す図である。 (a)は、実験例2において皮膚繊維芽細胞由来iPSC(aHDF−iPSC)から形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。(b)は、実験例2においてTiPSCから形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。 実験例2で形成された神経幹細胞隗の数を測定した結果を示すグラフである。 新たな方法によるiPSCの神経幹細胞への分化の手順を示す図である。 (a)は、実験例3においてaHDF−iPSCから形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。(b)は、実験例3においてT細胞由来iPSC(TiPSC)から形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。 実験例3で形成された神経幹細胞隗の数を測定した結果を示すグラフである。 実験例4で形成された神経幹細胞隗の数を測定した結果を示すグラフである。 (a)は、実験例5において、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、アストロサイトマーカーであるGFAPに対する抗体で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。(b)は、(a)と同視野の細胞を、ニューロンマーカーであるTuj1に対する抗体及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、Hoechst33342で染色された細胞に対する、抗Tuj1抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。(d)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、Hoechst33342で染色された細胞に対する、抗GFAP抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。 (a)は、実験例5において、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、ニューロンマーカーであるMAP2に対する抗体で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。(b)は、(a)と同視野の細胞を、別のニューロンマーカーであるTuj1に対する抗体及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗Tuj1抗体で染色された細胞に対する、抗MAP2抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。 (a)は、実験例5において、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、ドーパミン作動性ニューロンマーカーであるtyrosine hydroxylase(TH)に対する抗体で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。(b)は、(a)と同視野の細胞を、ニューロンマーカーであるMAP2に対する抗体及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗MAP2抗体で染色された細胞に対する、抗TH抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。 (a)は、実験例5において、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、γ−アミノ酪酸(GABA)に対する抗体で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。(b)は、(a)と同視野の細胞を、ニューロンマーカーであるMAP2に対する抗体及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗MAP2抗体で染色された細胞に対する、抗GABA抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。 (a)は、実験例5において、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、抗synaptophysin抗体、抗MAP2抗体及びHoechst33342で染色した結果を示す代表的な写真である。(b)は、(a)と同視野の細胞を、vesicular glutamate transporter 1(vGLUT1)に対する抗体、抗MAP2抗体及びHoechst33342で染色した結果を示す写真である。(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗MAP2抗体で染色された細胞に対する、抗vGLUT1抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。
[多能性幹細胞を直接神経幹細胞に分化させる方法]
1実施形態において、本発明は、多能性幹細胞の由来に関わらず、前記多能性幹細胞の株間又はクローン間のばらつきを解消し、胚様体を形成させずに多能性幹細胞を均一に神経幹細胞に分化させる方法を提供する。
本実施形態の方法において、多能性幹細胞は生体由来の多能性幹細胞であってもよく、人工多能性幹細胞であってもよい。本明細書において、「多能性幹細胞の由来に関わらず」とは、多能性幹細胞が由来する組織、人工多能性幹細胞の樹立方法、人工多能性幹細胞の樹立に用いるベクター、(人工)多能性幹細胞の培養方法等に関わらず、多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させることができることを意味する。
また、多能性幹細胞の株間又はクローン間のばらつきを解消し、均一に神経幹細胞に分化させるとは、多能性幹細胞の株間又はクローン間に、Epigenetic memoryの残存の程度等のばらつきが存在する場合であっても、同程度の効率で多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させることができることを意味する。
従来は、多能性幹細胞の由来によっては神経幹細胞への分化効率が低い場合があった。これに対し、実施例において後述するように、本実施形態の方法によれば、多能性幹細胞の由来に関わらず、株間又はクローン間のばらつきを解消して均一に多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させることができる。
後述するように、本実施形態の方法は、多能性幹細胞をFGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地中で培養する工程を備えることが好ましい。
[多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率を向上させる方法]
1実施形態において、本発明は、多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率を向上させる方法であって、多能性幹細胞をFGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地中で培養する工程を備える、方法を提供する。
皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞は神経幹細胞への分化効率が比較的高いことが知られている。これに対し、従来、多能性幹細胞の由来によっては神経幹細胞への分化効率が低い場合があった。
実施例において後述するように、本実施形態の方法によれば、多能性幹細胞が皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞以外の多能性幹細胞である場合であっても、多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率を、皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率と同程度の効率に向上させることができる。
また、本実施形態の方法によれば、従来の、胚様体を形成させて多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる方法と比較して、皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率も向上させることができる。
後述するように、本実施形態の方法は、多能性幹細胞をFGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地中で培養する工程を備えることが好ましい。
[分化用培地]
1実施形態において、本発明は、FGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する、多能性幹細胞の神経幹細胞への分化用培地を提供する。
実施例において後述するように、本実施形態の培地によれば、多能性幹細胞を効率よく神経幹細胞に分化させることができる。より具体的には、本実施形態の培地で培養することにより、従来法では神経系に分化させにくいT細胞由来iPSC(T−cell−derived iPSC、以下、「TiPSC」という場合がある。)を、皮膚繊維芽細胞由来iPSC(adult human dermal fibroblast−derived iPSC、以下、「aHDF−iPSC」という場合がある。)と同程度の効率で神経幹細胞に分化させることができる。また、本発明は不死化リンパ芽球様細胞株にも適用することができる。
このため、例えば、より低侵襲で採取することが可能な末梢血細胞から作製したiPSCを用いて神経系の細胞を作製し、神経疾患モデルとして利用することができる。
本実施形態の培地は、多能性幹細胞の由来に関わらず、胚様体を形成させずに多能性幹細胞を直接神経幹細胞に均一に分化させる用途に用いることができる。あるいは、本実施形態の培地は、多能性幹細胞(但し、皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞を除く。)を神経幹細胞に分化させる効率を向上させる用途に用いることができる。
本実施形態の培地において、分化させる対象の多能性幹細胞がヒト由来の細胞である場合には、FGF2及びLIFはヒト由来であることが好ましく、ROCK阻害剤もヒトROCKを対象とするものが好ましい。また、例えば分化させる対象の多能性幹細胞がマウス由来の細胞である場合には、FGF2及びLIFはマウス由来であることが好ましく、ROCK阻害剤もマウスROCKを対象とするものが好ましい。
なお、ヒトFGF2タンパク質のRefSeqIDはNP_001997であり、マウスFGF2タンパク質のRefSeqIDはNP_032032である。また、ヒトLIFタンパク質のRefSeqIDはNP_001244064であり、マウスLIFタンパク質のRefSeqIDはNP_001034626である。
ROCKの阻害剤としては、例えば、Y27632等が挙げられる。
本実施形態の培地において、分化させる対象の多能性幹細胞は、例えばES細胞であってもよく、例えば人工多能性幹細胞(iPSC)であってもよい。
本実施形態の培地で多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させた場合、神経幹細胞は神経幹細胞塊(ニューロスフェア)を形成する。形成された神経幹細胞塊は、細胞1個ずつに解離させて再び本実施形態の培地中で培養することにより、神経幹細胞の状態で継代することができる。
本実施形態の培地は液体で供給されてもよいし、粉末で供給されてもよい。また、FGF2、ROCK阻害剤又はLIFは、別の容器で供給され、使用時に培地に添加する形態であってもよい。
[神経幹細胞の製造方法]
1実施形態において、本発明は、多能性幹細胞を上述した培地中で培養する工程を備える、神経幹細胞の製造方法を提供する。
本実施形態の製造方法において、分化させる対象の多能性幹細胞は、例えばES細胞であってもよく、例えば人工多能性幹細胞(iPSC)であってもよい。
実施例において後述するように、多能性幹細胞を上述した培地中で培養することにより、神経幹細胞を製造することができる。多能性幹細胞から神経幹細胞を作製する場合、胚様体(embryoid body、EB)形成を介した従来の分化誘導法では約1.5ヶ月を要する。これに対し、本実施形態の製造方法によれば、多能性幹細胞から神経幹細胞への分化を約14日で行うことができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、従来法では神経系に分化させにくいTiPSCを、aHDF−iPSCと同程度の効率で神経幹細胞に分化させ、神経幹細胞の製造することができる。
本実施形態の製造方法において、多能性幹細胞を上述した培地中で培養する工程は、低酸素環境下で行うことが好ましい。低酸素環境下としては、酸素濃度が例えば1〜10%(v/v)、例えば1〜5%(v/v)である環境が挙げられる。実施例において後述するように、多能性幹細胞を上述した培地中で培養する工程を低酸素環境下で行うことにより、製造される多能性幹細胞の数を増加させることができる。
また、本実施形態の製造方法は、多能性幹細胞を上述した培地中で培養する工程の前に、多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させる工程を更に備えることが好ましい。多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させることにより、製造される多能性幹細胞の数を増加させることができる。
[神経幹細胞]
1実施形態において、本発明は、HOXB4を実質的に発現していない神経幹細胞を提供する。本実施形態の神経幹細胞は、上述した神経幹細胞の製造方法により製造することができる。
実施例において後述するように、上述した神経幹細胞の製造方法により製造した神経幹細胞は、髄脳及び脊髄で発現するマーカーであるHOXB4をほとんど発現していないことが明らかとなった。すなわち、HOXB4を実質的に発現していないことは、上述した神経幹細胞の製造方法により製造した神経幹細胞であることを示す。ここで、実質的に発現していないとは、蛍光免疫染色で確認した場合にHOXB4の発現をほとんど検出できないことを意味する。
なお、ヒトHOXB4タンパク質のRefSeqIDはNP_076920であり、マウスHOXB4タンパク質のRefSeqIDはNP_034589である。
1実施形態において、上記の神経幹細胞は、T細胞受容体遺伝子を再編成していてもよい。T細胞受容体遺伝子を再編成しているということは、当該神経幹細胞が成熟したT細胞由来であることを示す。
すなわち、成熟したT細胞から作製されたTiPSCを材料に用い、上述した神経幹細胞の製造方法により製造した神経幹細胞は、T細胞受容体遺伝子が再編成している。また、上述したように、この神経幹細胞はHOXB4を実質的に発現していないことを特徴とする。
次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実験例1]
(T細胞及び皮膚繊維芽細胞からのiPSCの作製)
健常人から採取したT細胞及び皮膚繊維芽細胞からiPSCを作製した。まず、健常人由来のCD3陽性リンパ球に、OCT4、SOX2、KLF4、L−MYC、LIN28、EBNA1、及びp53に対するshRNA又はドミナントネガティブp53を含むエピソームベクターを導入し、ヒトT細胞由来iPSC(T−cell−derived iPSC、以下、「TiPSC」という場合がある。)株であるeTKA4及びeTKA5を樹立した。
また、健常人由来のCD3陽性リンパ球に、OCT4、SOX2、KLF4及びc−MYCを4つのベクターにそれぞれ含むセンダイウイルスベクター(型式「Cytotune(商標)」、DNAVEC社)を導入し、TiPSC株であるTKA7及びTKA14を樹立した。
また、健常人由来のCD3陽性リンパ球に、OCT4、SOX2、KLF4及びc−MYCを1つのベクターに含むセンダイウイルスベクター(産業技術総合研究所(AIST)製)を導入し、TiPSC株であるTKA4及びTKA9を樹立した。
また、健常人由来の皮膚繊維芽細胞に、OCT4、SOX2、KLF4及びc−MYCを発現するレトロウイルスを導入し、皮膚繊維芽細胞由来iPSC(adult human dermal fibroblast−derived iPSC、以下、「aHDF−iPSC」という場合がある。)株であるKA11及びKA23を樹立した。
また、健常人由来の皮膚繊維芽細胞に、上述したエピソームベクターを導入し、aHDF−iPSC株であるeKA3及びeKA4を樹立した。
樹立した全てのTiPSC株は、多能性マーカーであるTRA−1−60及びstage−specific embryonic antigen 4(SSEA4)を、樹立したaHDF−iPSC株と同程度に発現することを免疫化学的な解析により確認した。また、リプログラミングに使用したトランスジーンはRT−PCRでは検出されなかった。また、比較ゲノムハイブリダイゼーションアレイを用いた解析の結果、TiPSCとaHDF−iPSCとの間でゲノム構造に顕著な違いは認められなかった。また、T細胞受容体遺伝子の再編成をPCRにより検討した結果、aHDF−iPSCでは再編成が認められなかったのに対し、TiPSCでは再編成していることが確認された。
<胚様体(EB)形成を介する従来法では、TiPSCは、aHDF−iPSCと比較して神経系に分化しにくかった>
[実験例2]
(従来法によるiPSCの神経幹細胞への分化)
発明者らは、複数種類のaHDF−iPSC株及び複数種類のTiPSC株を、従来法であるEB法及びDSi−EB法により神経幹細胞に分化させた。aHDF−iPSC株としては、上述したKA11、KA23、eKA3及びeKA4を使用した。また、TiPSCとしては、上述したeTKA4、eTKA5、TKA7、TKA14、TKA4及びTKA9を使用した。
EB法及びDSi−EB法は、胚様体(embryoid body、EB)形成を介して、iPSCを神経幹細胞に分化させる方法である。図1は、EB法及びDSi−EB法の手順を示す図である。EB法及びDSi−EB法では、iPSCから神経幹細胞塊を得るまでに40日以上を要する。
《EB法による分化誘導》
EB法においては、まず、細胞1個ずつに解離させた各iPSCを培養してEBを形成させた。続いて、EBを、神経幹細胞/神経前駆細胞に分化させた。
細胞1個ずつに解離させた各iPSCを浮遊状態で培養した結果、全てのaHDF−iPSC及びTiPSCにおいて、同程度の数のEBが形成された。続いて、各EBを細胞1個ずつに解離させ、FGF−2を含有する無血清培地で培養し、神経幹細胞塊(ニューロスフェア)を形成させた。
その結果、全てのTiPSC株は、神経幹細胞塊をほとんど形成しなかった。これに対し、全てのaHDF−iPSC株は、12日以内に神経幹細胞塊を形成した。図2(a)及び(b)は、形成された神経幹細胞隗の光学顕微鏡写真である。図2(a)はaHDF−iPSCから形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。図2(b)はTiPSCから形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。
《DSi−EB法による分化誘導》
続いて、SMADシグナル伝達経路の阻害剤である、SB431542及びNogginの存在下でEBを形成させるDSi−EB法による検討を行った。SB431542及びNogginは、デュアルSMAD阻害(dual SMAD inhibition、DSi)を誘導することが知られている(例えば、Chambers S. M., et al., Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMADsignaling, Nat. Biotechnol., 27 (3), 275-280, 2009.を参照。)
図3は、形成された神経幹細胞隗の数を測定した結果を示すグラフである。その結果、DSi−EB法は、EB法と比較してaHDF−iPSCから形成された神経幹細胞塊の数を増加させた。しかしながら、細胞株毎のばらつきが大きいことから有意な差ではなかった。これに対し、TiPSC株は、DSi−EB法を用いても神経幹細胞塊をほとんど形成しなかった。
<直接神経幹細胞塊を形成させる方法により、TiPSCは、aHDF−iPSCと同程度の効率で神経系に分化した>
[実験例3]
発明者らは、iPSCの神経幹細胞への分化において、EBの形成を含まない新たな方法(direct−neurosphere法、以下、「dNS法」という場合がある。
)を開発した。図4は、dNS法の手順を示す図である。dNS法では、細胞1個ずつに解離させたiPSCを、低酸素条件下において、FGF2、Y27632及びLIFを含有する無血清培地(以下、「NS培地」という場合がある。)で培養する。後述するように、dNS法によれば約14日でiPSCから神経幹細胞塊を形成することができる。具体的なNS培地の組成を下記表1に示す。
発明者らは、複数種類のaHDF−iPSC株及び複数種類のTiPSC株を、dNS法により神経幹細胞に分化させた。低酸素条件は4%酸素条件とした。aHDF−iPSC株としては、上述したKA11、KA23、eKA3及びeKA4を使用した。また、TiPSCとしては、上述したeTKA4、eTKA5、TKA7、TKA14、TKA4及びTKA9を使用した。
その結果、dNS法では、TiPSC株からも多数の神経幹細胞塊を形成できることが明らかとなった。図5(a)及び(b)は、形成された神経幹細胞隗の光学顕微鏡写真である。図5(a)はaHDF−iPSCから形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。図5(b)はTiPSCから形成された神経幹細胞塊の代表的な写真である。
また、図6は、形成された神経幹細胞隗の数を測定した結果を示すグラフである。図6に示すように、全てのTiPSC株及び全てのaHDF−iPSC株が、同程度の数の神経幹細胞塊を形成した。
続いて、dNS法により作製したTiPSC由来神経幹細胞塊と、aHDF−iPSC由来神経幹細胞塊の特性について免疫化学的解析により検討した。その結果、TiPSC由来神経幹細胞塊及びaHDF−iPSC由来神経幹細胞塊は、いずれも、前脳マーカーであるForkhead Box G1(FOXG1)及び前脳/中脳マーカーであるOrthodenticle Homeobox 2(OTX2)を発現していることが明らかとなった。
しかしながら、これらの神経幹細胞塊は、中脳及び後脳で発現するマーカーであるgrailed Homeobox 1(EN1)をほとんど発現していなかった。
また、これらの神経幹細胞塊は、髄脳及び脊髄で発現するマーカーであるHomeobox B4(HOXB4)もほとんど発現していなかった。すなわち、dNS法により作製した神経幹細胞隗はHOXB4を実質的に発現していないといえる。
以上の結果は、TiPSC及びaHDF−iPSCは、いずれも、dNS法により同じように前脳/中脳の周囲の前側の領域の神経幹細胞隗に分化したことを示す。
<dNS法におけるNS培地及び低酸素条件の影響の検討>
[実験例4]
dNS法において、NS培地の存在下又は非存在下、及び低酸素条件の存在下又は非存在下の条件で、複数種類のaHDF−iPSC株及び複数種類のTiPSC株を神経幹細胞に分化させ、dNS法におけるNS培地及び低酸素条件の影響を検討した。
aHDF−iPSC株としては、上述したKA11、KA23、eKA3及びeKA4を使用した。また、TiPSCとしては、上述したeTKA4、eTKA5、TKA7、TKA14、TKA4及びTKA9を使用した。
図7は、形成された神経幹細胞塊の数を測定した結果を示すグラフである。図7において、NS培地「+」は実験例3で使用したNS培地を使用したことを示す。また、NS培地「−」は、実験例3で使用したNS培地からROCK阻害剤(Y−27632)のみを除いた培地を使用したことを示す。また、低酸素条件「+」は、4%酸素条件で培養したことを示す。また、低酸素条件「−」は、通常の酸素条件(20%酸素条件)で培養したことを示す。
その結果、dNS法による神経幹細胞塊の形成には、NS培地が必須であることが明となった。また、低酸素条件は必須ではないが、低酸素条件で培養することにより、形成される神経幹細胞塊の数が顕著に増加することが明らかとなった。
<dNS法により、TiPSCをaHDF−iPSCと同程度に、機能的なニューロン及びにニューロンサブタイプに分化させることができた>
[実験例5]
続いて、発明者らは、TiPSC由来の神経幹細胞塊を、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊と同程度に機能的なニューロン及びニューロンサブタイプに分化することができるか否かについて検討した。
具体的には、神経幹細胞塊をフィブロネクチン及びポリL−オルニチンコートしたプレートに播種し、神経分化誘導培地で約70日間培養した。下記表2に、神経分化誘導培地の組成を示す。
60日後に、分化した細胞を、ニューロンマーカーであるβIII−tubulin(Tuj1)、別のニューロンマーカーであるmicrotubule−associated protein2(MAP2)、アストロサイトマーカーであるglial fibrillary acidic protein(GFAP)に対する抗体で蛍光免疫染色した。
図8(a)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、アストロサイトマーカーであるGFAPに対する抗体(DAKO社)で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。スケールバーは50μmを示す。図8(b)は、図8(a)と同視野の細胞を、ニューロンマーカーであるTuj1に対する抗体(シグマアルドリッチ社)及びHoechst33342(図中、「Ho」と示す。)で更に染色した結果を示す写真である。なお、Hoechst33342は核を染色する試薬である。図8(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、Hoechst33342で染色された細胞に対する、抗Tuj1抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。図8(d)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、Hoechst33342で染色された細胞に対する、抗GFAP抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。
その結果、これらのマーカーを発現する細胞の比率は、TiPSC由来の神経幹細胞塊と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊との間で同程度であった。この結果から、これらの細胞がニューロン及びアストロサイトに同程度に分化したことが明らかとなった。
図9(a)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、ニューロンマーカーであるMAP2に対する抗体(シグマアルドリッチ社)で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。スケールバーは50μmを示す。図9(b)は、図9(a)と同視野の細胞を、別のニューロンマーカーであるTuj1に対する抗体(シグマアルドリッチ社)及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。図9(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗Tuj1抗体で染色された細胞に対する、抗MAP2抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。
その結果、これらのマーカーを発現する細胞の比率は、TiPSC由来の神経幹細胞塊と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊との間で同程度であることが明らかとなった。
図10(a)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、ドーパミン作動性ニューロンマーカーであるtyrosine hydroxylase(TH)に対する抗体(ミリポア社)で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。スケールバーは50μmを示す。図10(b)は、図10(a)と同視野の細胞を、ニューロンマーカーであるMAP2に対する抗体(シグマアルドリッチ社)及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。図10(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗MAP2抗体で染色された細胞に対する、抗TH抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。
その結果、ドーパミン作動性ニューロンに分化した細胞の比率は、TiPSC由来の神経幹細胞塊と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊との間で同程度であることが明らかとなった。
図11(a)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、γ−アミノ酪酸(GABA)に対する抗体(シグマアルドリッチ社)で蛍光免疫染色した結果を示す代表的な写真である。スケールバーは50μmを示す。図11(b)は、図11(a)と同視野の細胞を、ニューロンマーカーであるMAP2に対する抗体(シグマアルドリッチ社)及びHoechst33342で更に染色した結果を示す写真である。図11(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗MAP2抗体で染色された細胞に対する、抗GABA抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。
その結果、GABA作動性ニューロンに分化した細胞の比率は、TiPSC由来の神経幹細胞塊と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊との間で同程度であることが明らかとなった。
図12(a)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させ、抗synaptophysin抗体(シグマアルドリッチ社)、抗MAP2抗体(シグマアルドリッチ社)及びHoechst33342で染色した結果を示す代表的な写真である。スケールバーは50μmを示す。図12(b)は、図12(a)と同視野の細胞を、vesicular glutamate transporter 1(vGLUT1)に対する抗体(シナプティックシステムズ社)、抗MAP2抗体(シグマアルドリッチ社)及びHoechst33342で染色した結果を示す写真である。図12(c)は、TiPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊を分化させた細胞において、抗MAP2抗体で染色された細胞に対する、抗vGLUT1抗体で染色された細胞の割合を測定した結果を示すグラフである。
その結果、synaptophysinを発現するグルタミン酸作動性ニューロンに分化した細胞の比率は、TiPSC由来の神経幹細胞塊と、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊との間で同程度であることが明らかとなった。
以上の結果から、TiPSC由来の神経幹細胞塊は、aHDF−iPSC由来の神経幹細胞塊と同程度に機能的なニューロン及びにニューロンサブタイプに分化することができることが明らかとなった。
本発明により、多能性幹細胞を効率よく神経幹細胞に分化誘導させる技術を提供することができる。

Claims (18)

  1. 多能性幹細胞の由来に関わらず、前記多能性幹細胞の株間又はクローン間のばらつきを解消し、胚様体を形成させずに多能性幹細胞を均一に神経幹細胞に分化させる方法。
  2. 前記多能性幹細胞をFibroblast Growth Factor 2(FGF2)、Rho−associated protein kinase(ROCK)阻害剤及びLeukemia Inhibitory Factor(LIF)を有効成分として含有する培地中で培養する工程を備える、請求項1に記載の方法。
  3. 前記培養する工程を低酸素条件下で行う、請求項2に記載の方法。
  4. 前記培養する工程の前に、前記多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させる工程を更に備える、請求項2又は3に記載の方法。
  5. 前記多能性幹細胞が血球由来の人工多能性幹細胞である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記人工多能性幹細胞がT細胞由来である、請求項5に記載の方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法に使用するための、FGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地。
  8. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法で作製された神経幹細胞。
  9. 前脳マーカー、及び前脳/中脳マーカーを発現している、請求項8に記載の神経幹細胞。
  10. Homeobox B4(HOXB4)を実質的に発現していない、請求項8又は9に記載の神経幹細胞。
  11. T細胞受容体遺伝子が再編成している、請求項8〜10のいずれか一項に記載の神経幹細胞。
  12. 多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率を向上させる方法であって、多能性幹細胞をFGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地中で培養する工程を備える、方法。
  13. 前記多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる、向上された効率が、皮膚繊維芽細胞由来の人工多能性幹細胞を神経幹細胞に分化させる効率と同等の効率である、請求項12に記載の方法。
  14. 前記培養する工程を低酸素条件下で行う、請求項12又は13に記載の方法。
  15. 前記培養する工程の前に、前記多能性幹細胞を細胞1個ずつに解離させる工程を更に備える、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記多能性幹細胞が血球由来の人工多能性幹細胞である、請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記人工多能性幹細胞がT細胞由来である、請求項16に記載の方法。
  18. 請求項12〜17のいずれか一項に記載の方法に使用するための、FGF2、ROCK阻害剤及びLIFを有効成分として含有する培地。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187416A1 (ja) * 2012-06-12 2013-12-19 学校法人 慶應義塾 神経系分化に適したiPS細胞の増幅方法、及び神経幹細胞の誘導方法
WO2016159179A1 (ja) * 2015-03-30 2016-10-06 味の素株式会社 ヒト血清アルブミンを含む神経幹細胞増殖培地

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2468292A1 (en) * 2001-11-26 2003-06-05 Advanced Cell Technology, Inc. Methods for making and using reprogrammed human somatic cell nuclei and autologous and isogenic human stem cells
JP2008099662A (ja) * 2006-09-22 2008-05-01 Institute Of Physical & Chemical Research 幹細胞の培養方法
CA2695590C (en) * 2008-06-27 2018-01-09 Kyoto University Method of efficiently establishing induced pluripotent stem cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187416A1 (ja) * 2012-06-12 2013-12-19 学校法人 慶應義塾 神経系分化に適したiPS細胞の増幅方法、及び神経幹細胞の誘導方法
WO2016159179A1 (ja) * 2015-03-30 2016-10-06 味の素株式会社 ヒト血清アルブミンを含む神経幹細胞増殖培地

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AYNUN N. BEGUM, ET AL.: "Rapid generation of sub-type, region specific neurons and neural networks from human pluripotent ste", STEM CELL RESEARCH, vol. 15, JPN6017011688, 2015, pages 731 - 741, ISSN: 0004600859 *
MAEKAWA M ET AL., INVESTIGATION OF THE FATTY ACID TRANSPORTER-ENCODING GENES SLC27A3 AND SLC27A4 IN, JPN6017047786, ISSN: 0004600860 *

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