JPWO2017142069A1 - 細胞培養培地、培養方法、及びオルガノイド - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年2月18日に、日本に出願された特願2016−029060号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
[1]Wntタンパク質とその安定化物質アファミンとの複合体及びR−スポンジン(R−spondin)からなるWntアゴニストと、分裂促進増殖因子、骨形成因子(bone morphogenetic protein;BMP)阻害剤、形質転換増殖因子−β(transforming growth factor−β;TGF−β)阻害剤、及びp38阻害剤からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含むことを特徴とする細胞培養培地。
[2]前記Wntタンパク質が、Wnt1、Wnt2、Wnt2b、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt6、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8a、Wnt8b、Wnt9a、Wnt9b、Wnt10a、Wnt10b、Wnt11、及びWnt16からなる群から選ばれる少なくとも一種である[1]に記載の細胞培養培地。
[3]前記R−スポンジンがR−スポンジン1、R−スポンジン2、R−スポンジン3、及びR−スポンジン4からなる群から選ばれる少なくとも一種である[1]又は[2]に記載の細胞培養培地。
[4]前記分裂促進増殖因子が上皮増殖因子(Epidermal Growth Factor;EGF)である[1]〜[3]のいずれか一つに記載の細胞培養培地。
[5]前記BMP阻害剤がノギン(Noggin)である[1]〜[4]のいずれか一つに記載の細胞培養培地。
[6]前記TGF−β阻害剤がA83−01である[1]〜[5]のいずれか一つに記載の細胞培養培地。
[7]無血清培地である[1]〜[6]のいずれか一つに記載の細胞培養培地。[8]上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織の培養方法であって、細胞外マトリクスを調製する細胞外マトリクス調製工程と、前記細胞外マトリクス上に上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織を接着させる接着工程と、前記接着工程後に、[1]〜[7]のいずれか一種に記載の細胞培養培地を添加し、前記上皮幹細胞、前記上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織を培養し、オルガノイドを形成させるオルガノイド形成工程と、を備えることを特徴とする培養方法。
[9]上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織の培養方法であって、細胞外マトリクスを調製する細胞外マトリクス調製工程と、前記細胞外マトリクス上に上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織を接着させる接着工程と、前記接着工程後に、[7]に記載の細胞培養培地を添加し、前記上皮幹細胞、又は前記上皮幹細胞を含む組織を培養し、オルガノイドを形成させるオルガノイド形成工程と、を備えることを特徴とする培養方法。
[10][8]又は[9]に記載の培養方法により得られることを特徴とするオルガノイド。
[11]再生医療用である[10]に記載のオルガノイド。
[12][9]に記載の培養方法により得られ、移植用であることを特徴とするオルガノイド。
一実施形態として、本発明は、Wntタンパク質とその安定化物質アファミンとの複合体及びR−スポンジン(R−spondin)からなるWntアゴニストと、分裂促進増殖因子、骨形成因子(bone morphogenetic protein;BMP)阻害剤、形質転換増殖因子−β(transforming growth factor−β;TGF−β)阻害剤、及びp38阻害剤からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を含む細胞培養培地を提供する。
また、本明細書において、「上皮癌細胞」とは、上述の上皮組織由来の細胞が癌化したものを意味する。
本実施形態の細胞培養培地には、あらゆる無血清の細胞培養基本培地が含まれる。本実施形態の細胞培養培地は、動物細胞用又はヒト細胞用であることが好ましい。係る無血清の細胞培養基本培地としては、例えば、炭酸系の緩衝液でpH7.2以上pH7.6以下に緩衝化されている規定の合成培地等が挙げられる。より具体的には、グルタミン、インスリン、ペニシリン又はストレプトマイシン、及びトランスフェリンが補充されたダルベッコ改変イーグル培地/ハムF−12混合培地(Dulbecco’s Modified Eagle Medium:Nutrient Mixture F−12;DMEM/F12)が挙げられる。また、グルタミン、インスリン、ペニシリン又はストレプトマイシン、及びトランスフェリンが補充されたRPMI1640培地(Roswell Park Memorial Institute 1640 medium)も挙げられる。また、グルタミン及びペニシリン又はストレプトマイシンが補充されたアドバンスト−DMEM/F12、並びに、グルタミン及びペニシリン又はストレプトマイシンが補充されたアドバンストRPMI培地等も挙げられる。
また、本実施形態の細胞培養培地における、無血清の細胞培養基本培地は、さらに、精製された、天然、半合成、又は合成の増殖因子が補充されていてもよい。増殖因子としては、例えば、B−27 Supplement(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)、N−アセチル−L−システイン(Sigma社製)、N−2 Supplement(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)等が挙げられる。これらの増殖因子は、一部の細胞の増殖を刺激することができる。なお、本実施形態の細胞培養培地は、ウシ胎仔血清(fetal bovine serum(FBS)又はfetal calf serum)等の不確定な成分を実質的に含まない。
なお、本明細書において、「不確定な成分を実質的に含まない」とは、本実施形態の細胞培養培地は血清等の不確定な成分を全く含まない、すなわち、本実施形態の細胞培養培地は無血清培地である、又は本実施形態の細胞培養培地は血清等の不確定な成分を細胞に影響を与えない程度の量しか含まない状態を意味する。中でも、本実施形態のの細胞培養培地は無血清培地であることが好ましい。
本明細書において、「Wntアゴニスト」とは、細胞内でT−cell factor(以下、TCFともいう。)/lymphoid enhancer factor(以下、LEFともいう。)介在性の転写を活性化する薬剤を意味する。よって、Wntアゴニストは、Wntファミリータンパク質に限定されず、Frizzled受容体ファミリーメンバーに結合して活性化するWntアゴニスト、細胞内β−カテニン分解の阻害剤、及びTCF/LEFの活性化物質を包含する。Wntアゴニストは、該Wntアゴニストの非存在下でのWnt活性のレベルと比較して、少なくとも1.1倍、好ましくは少なくとも1.2倍、より好ましくは少なくとも10倍、さらに好ましくは少なくとも50倍、特に好ましくは少なくとも100倍、最も好ましくは少なくとも300倍のWnt活性レベルとなるように、細胞においてWnt活性を刺激する。
Wnt活性は、当業者にとって公知の方法を用いて、例えばpTOPFLASH及びpFOPFLASH Tcfルシフェラーゼレポーターコンストラクトによって、Wntの転写活性を測定することにより調べることができる(参考文献:Korinek et al.,1997.Science 275:1784−1787)。
Wntアゴニストの一種であるWntタンパク質としては、由来は特に限定されず、各種生物由来のWntタンパク質を用いることができる。中でも、哺乳動物由来のWntタンパク質であることが好ましい。哺乳動物としては、例えば、ヒト、マウス、ラット、ウシ、ブタ、ウサギ等が挙げられる。哺乳動物のWntタンパク質としては、Wnt1、Wnt2、Wnt2b、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt6、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8a、Wnt8b、Wnt9a、Wnt9b、Wnt10a、Wnt10b、Wnt11、Wnt16等が挙げられる。本実施形態の細胞培養培地において、Wntタンパク質は複数種を組み合わせて用いてもよい。
Wntアゴニストの一種であるR−スポンジンとしては、R−スポンジン1、R−スポンジン2、R−スポンジン3、及びR−スポンジン4からなるR−スポンジンファミリーが挙げられる。R−スポンジンファミリーは、分泌タンパク質であり、Wntシグナル伝達経路の活性化及び制御に関わることが知られている。本実施形態の細胞培養培地において、R−スポンジンを複数種組み合わせて用いてもよい。
R−スポンジン活性を有する限り、R−スポンジンのフラグメントでもよく、R−スポンジンのアミノ酸配列以外のアミノ酸配列を含むものでもよい。
本実施形態の細胞培養培地に含まれるWntタンパク質の濃度は、50ng/mL以上であり、100ng/mL以上10μg/mL以下であることが好ましく、200ng/mL以上1μg/mL以下であることがより好ましく、300ng/mL以上1μg/mL以下であることがさらに好ましい。上皮幹細胞の培養中、好ましくは2日ごとにWntアゴニストを培養培地に添加し、好ましくは4日ごとに細胞培養培地を新鮮なものに交換する。
本明細書において、「アファミン」とは、アルブミンファミリーに属する糖タンパク質を意味し、血液又は体液中に存在することが知られている。細胞培養に用いる培地に通常添加される血清には、当該血清を採取した動物由来のアファミンが含まれている。血清中にはアファミン以外の不純物等を含むため、本実施形態の細胞培養培地においては、血清を用いずに、アファミンを単独で使用することが好ましい。
一方、この特定のセリン残基の脂肪酸による修飾は、Wntタンパク質の生理活性に必須であり、Frizzled受容体ファミリーメンバーとの結合に関与することが報告されている。本発明者らは、水溶液中において、Wntタンパク質がアファミンと1対1で結合し複合体を形成し、高い生理活性を保ちながら、可溶化することを見出した。
係る知見に基づき、Wntタンパク質及びアファミンの両方を発現する細胞を培養する方法により、Wntタンパク質−アファミン複合体を製造してもよく、Wntタンパク質発現細胞とアファミン発現細胞とを共培養する方法により、Wntタンパク質−アファミン複合体を製造してもよい。Wntタンパク質−アファミン複合体中のWntタンパク質の活性は、上述の[Wntタンパク質]と同様の方法を用いて、評価することができる。
本実施形態の細胞培養培地に含まれる分裂促進増殖因子としては、例えば、上皮増殖因子(Epidermal Growth Factor;EGF)、形質転換増殖因子−α(Transforming Growth Factor−α;TGF−α)、塩基性繊維芽細胞増殖因子(basic Fibroblast Growth Factor;bFGF)、脳由来神経栄養因子(brain derived neurotrophic factor;BDNF)、ケラチン生成細胞増殖因子(keratinocyte growth factor;KGF)等の増殖因子のファミリーが挙げられる。これらの分裂促進増殖因子は複数種類を組み合わせて用いてもよい。
EGFは、様々な培養外胚葉性細胞及び中胚葉性細胞に対する強力な分裂促進因子であり、一部の繊維芽細胞の、特異的細胞の分化に顕著な影響を有する。EGF前駆体は、タンパク質分解により切断されて、細胞を刺激する53−アミノ酸ペプチドホルモンを生成させる、膜結合分子として存在する。
本実施形態の細胞培養培地に含まれる分裂促進増殖因子としては、中でも、EGFが好ましい。本実施形態の細胞培養培地に含まれるEGFの濃度は、5ng/mL以上500ng/mL以下であることが好ましく、10ng/mL以上400ng/mL以下であることがより好ましく、50ng/mL以200ng/mL以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の細胞培養培地にbFGF(好ましくは、FGF10又はFGF7)を含む場合においても、EGFと同様の含有量であることが好ましい。複数のFGF、例えばFGF7及びFGF10を使用する場合は、FGFの総含有量が上記範囲であることが好ましい。幹細胞の培養中、2日ごとに分裂促進増殖因子を培養培地に添加することが好ましく、4日ごとに培養培地を新鮮なものに交換することが好ましい。
骨形成因子(bone morphogenetic protein;BMP)は、二量体リガンドとして二種類の異なる受容体セリン/スレオニンキナーゼ、I型及びII型受容体からなる受容体複合体に結合する。II型受容体はI型受容体をリン酸化し、その結果、この受容体キナーゼが活性化される。このI型受容体は、続いて特異的な受容体基質(SMAD)をリン酸化し、その結果、シグナル伝達経路によって転写活性が導かれる。一般的に、BMP阻害剤は、例えば、BMP受容体へのBMP分子の結合を阻止又は阻害するものであって、BMP活性を中和する複合体を形成するためにBMP分子に結合する薬剤である。また、BMP阻害剤は、例えば、BMP受容体と結合し、BMP分子の受容体への結合を阻止又は阻害するものであって、アンタゴニスト又は逆アゴニストとして作用する薬剤である。
形質転換増殖因子−β(transforming growth factor−β;TGF−β)は、増殖因子の一種であり、腎臓、骨髄、血小板等ほぼすべての細胞で産生される。TGF−βには、5種類のサブタイプ(β1〜β5)が存在する。また、TGF−βは、骨芽細胞の増殖、並びに、コラーゲンのような結合組織の合成及び増殖を促進し、上皮細胞の増殖や破骨細胞に対しては抑制的に作用することが知られている。一般的に、TGF−β阻害剤は、例えば、TGF−β受容体へのTGF−βの結合を阻止又は阻害するものであって、TGF−β活性を中和する複合体を形成するためにTGF−βに結合する薬剤である。また、TGF−β阻害剤は、例えば、TGF−β受容体と結合し、TGF−βの受容体への結合を阻止又は阻害するものであって、アンタゴニスト又は逆アゴニストとして作用する薬剤である。
本明細書において、「p38阻害剤」は、p38シグナル伝達を直接的又は間接的に負に調節する任意の阻害剤を意味する。一般的に、p38阻害剤は、例えば、p38に結合し、且つその活性を低減する。p38プロテインキナーゼは、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK)ファミリーの一部である。MAPKは、環境ストレス及び炎症サイトカイン等の細胞外刺激に応答し、遺伝子発現、有糸分裂、分化、増殖、及び細胞生存/アポトーシス等の様々な細胞活性を調節するセリン/スレオニン特異的プロテインキナーゼである。p38 MAPKは、α、β、β2、γ、及びδアイソフォームとして存在する。また、p38阻害剤は、例えば、少なくとも1つのp38アイソフォームに結合し、且つその活性を低減する薬剤でもある。
本実施形態の細胞培養培地は、さらに、Rock(Rho−キナーゼ)阻害剤を含んでいてもよい。Rock阻害剤としては、例えば、Y−27632((R)−(+)−トランス−4−(1−アミノエチル)−N−(4−ピリジル)シクロヘキサンカルボキサミド二塩酸塩一水和物)、ファスジル(HA1077)(5−(1,4−ジアゼパン−1−イルスルホニル)イソキノリン)、H−1152((S)−(+)−2−メチル−1−[(4−メチル−5−イソキノリニル)スルホニル]−ヘキサヒドロ−1H−1,4−ジアゼピン二塩酸塩)等が挙げられる。Rock阻害剤として、Y−27632を用いる場合は、単細胞に分散された幹細胞の培養の最初の2日間に添加することが好ましい。本実施形態の細胞培養培地に含まれるY−27632は、10μMであることが好ましい。
本実施形態の細胞培養培地に含まれるNotchアゴニストがDSLペプチドである場合、その濃度は、10ng/mL以上100ng/mL以下であることが好ましい。特に培養の第一週中にNotchアゴニストを添加すると、培養効率が2〜3倍上昇する。このNotchアゴニストは、好ましくは、この幹細胞の培養の最初の7日間、2日ごとに培養培地に添加される。
一実施形態として、本発明は、上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織の培養方法であって、細胞外マトリクスを調製する細胞外マトリクス調製工程と、前記細胞外マトリクス上に上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれらの細胞を含む組織を接着させる接着工程と、前記接着工程後に、上述の細胞培養培地を添加し、前記上皮幹細胞、前記上皮癌細胞、又は前記それらの細胞を含む組織を培養し、オルガノイドを形成させるオルガノイド形成工程と、を備える培養方法を提供する。
本実施形態の方法について、以下に詳細に説明する。
一般的に、「細胞外マトリクス(Extracellular Matrix;ECM)」とは、生物において細胞の外に存在する超分子構造を意味する。このECMは、上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれらを含む組織が増殖するための足場となる。
ECMは、様々な多糖、水、エラスチン、及び糖タンパク質を含む。糖タンパク質としては、例えば、コラーゲン、エンタクチン(ナイドジェン)、フィブロネクチン、ラミニン等が挙げられる。
続いて、上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織を準備する。本実施形態の培養法において用いられる、上皮幹細胞又は上皮癌細胞は上述の<<細胞培養培地>>と同様のものが挙げられる。
続いて、細胞播種後、細胞が乾かないうちに、上述の細胞培養培地を添加し、培養する。培養温度は30℃以上40℃以下が好ましく、37℃程度がより好ましい。培養時間は用いる細胞によって適宜調整することができる。培養開始からから1〜2週間程度後で、オルガノイドを形成させることができる。また、従来では2〜3ヶ月しか細胞維持培養することができなかった細胞に対し、本実施形態の培養方法では、3ヶ月以上の長期間(好ましくは、10ヶ月程度)においても、細胞を維持培養することができる。本実施形態の培養方法を用いて、上皮幹細胞を培養した場合は、分化能を維持でき、腫瘍発生頻度を極めて低い状態に抑えることができる。
一実施形態として、本発明は、上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織の培養方法であって、細胞外マトリクスを調製する細胞外マトリクス調製工程と、前記細胞外マトリクス上に上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織を接着させる接着工程と、前記接着工程後に、上述の無血清培地である細胞培養培地を添加し、前記上皮幹細胞、又は前記上皮幹細胞を含む組織を培養し、オルガノイドを形成させるオルガノイド形成工程と、を備える培養方法を提供する。
本実施形態の方法について、以下に詳細に説明する。
ECMとしては、上述の<<上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞を含む組織を培養するための方法>>の[細胞外マトリクス調製工程]において例示されたものと同様のものが挙げられる。
続いて、上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織を準備する。本実施形態の培養法において用いられる、上皮幹細胞は上述の<<細胞培養培地>>と同様のものが挙げられる。
続いて、細胞播種後、細胞が乾かないうちに、上述の無血清培地である細胞培養培地を添加し、培養する。培養温度は30℃以上40℃以下が好ましく、37℃程度がより好ましい。培養時間は用いる細胞によって適宜調整することができる。培養開始からから1〜2週間程度後で、オルガノイドを形成させることができる。また、従来では2〜3ヶ月しか細胞維持培養することができなかった細胞に対し、本実施形態の培養方法では、3ヶ月以上の長期間(好ましくは、10ヶ月程度)においても、細胞を維持培養することができる。本実施形態の培養方法を用いて、上皮幹細胞を培養した場合は、分化能を維持でき、腫瘍発生頻度を極めて低い状態に抑えることができる。
一実施形態として、本発明は、上述の培養方法により、得られる、オルガノイドを提供する。
一実施形態として、本発明は、薬物応答のスクリーニング、毒性アッセイ、又は再生医療のための上述のオルガノイドの使用を提供する。
さらに、本実施形態のオルガノイドは、現在のところ適切な組織培養又は動物モデルがないノロウイルスなどの病原体を培養するために使用することができる。
また、本実施形態のオルガノイドは、再生医療において、例えば、放射線照射後又は術後の腸上皮の修復において、クローン病及び潰瘍性大腸炎等の炎症性腸疾患に罹患している患者の腸上皮の修復において、又は短腸症候群に罹患している患者の腸上皮の修復において、有用である。さらに、本実施形態のオルガノイドは、小腸/結腸の遺伝性疾患の患者における腸上皮の修復において、有用である。また、本実施形態のオルガノイドは、再生医療において、例えば膵臓切除後の移植片又はその一部として、又はI型糖尿病及びII型糖尿病等の糖尿病の治療のために有用である。
(1)Wnt3a−アファミン複合体の調製
Wnt3a−アファミン複合体は、ウシ胎児血清にウシアファミンが含まれることを利用し、Wnt3aのみを遺伝子導入した細胞を血清含有培地で培養し、分泌されるWnt3aがアファミンと自動的に安定な複合体を形成することを利用して調製した。すなわち、N末端にタグ配列を有するWnt3aを発現する細胞(W−Wnt3a/HEK)を、10%ウシ胎児血清を含む培地中でディッシュ又は多層フラスコ等で5〜7日間培養し、培養上清を回収した。続いて、回収した培養上清は遠心分離し、フィルター(0.22μm)を通した。集めた培養上清のうち、220mLを使用した。続いて、回収した200mLの培養上清に3mLのP20.1抗体セファロースを加え、4℃で3時間回転混和した後、培地を空のカラムに通して、セファロースを集めた。なお、P20.1抗体はWnt3aのN末端のタグ配列を特異的に認識する抗体である。続いて、カラムに集めたセファロースを3mLのTris bufferd saline(20mM Tris−HCl、150mM NaCl、pH7.5)で洗浄し、洗浄操作を5回繰り返した。続いて、1回あたり3mLのペプチド溶液(0.2mg/mL PAR4−C8 peptide/TBS)を用いて溶出を行い、溶出液を回収した。溶出操作を10回繰り返して、Wnt3a−アファミン複合体を得た。Wnt3aの活性は、W−Wnt3a/HEKの細胞上清を用いたTCFレポーターアッセイにより確認し、市販のWnt3a(R&D systems社製)と比較して、10倍以上の高い活性を有することが確かめられた。
市販のAdvanced DMEM/F−12培地(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)に、最終濃度1μg/mLとなるようにヒト組換えR−スポンジン1(R&D systems社製)を添加し、最終濃度100ng/mLとなるようにノギン(Peprotech社製)を添加し、最終濃度500nMとなるようにA83−01(Tocris社製)を添加し、最終濃度50ng/mLとなるようにEGF(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)を添加し、更に最終濃度10μMとなるようにSB202190(Sigma Aldrich社製)を添加した(ENRAS培地)。さらに、最終濃度300ng/mL又は1,000ng/mLとなるように(1)で調製したWnt3a−アファミン複合体(以下、「rWnt」と呼ぶ。)、又は最終濃度300ng/mLとなるように市販のWnt3a(R&D systems社製)(以下、「R&D」と呼ぶ。)を添加した培地を用意した。さらに、コントロールとして、Wnt3aを含まない培地(以下、「Wnt(−)」と呼ぶ。)、及びWnt3aの最終濃度300ng/mLとなるように血清含有培地で培養したW−Wnt3a/HEK由来の培養上清を添加した培地(以下、「Wnt CM」と呼ぶ。)を用意した。
慶應義塾大学医学部倫理委員会で承認された倫理研究計画にも基づき、説明と同意を得られた大腸腫瘍患者より、大腸腫瘍から少なくとも5cm以上離れた部分を正常粘膜として採取し、また,大腸腫瘍より大腸癌組織を採取した。採取した組織はEDTA又はリベラーゼTHにより上皮細胞を抽出し、マトリゲル(登録商標)に包埋した。
上皮細胞(以下、「腸管幹細胞」と呼ぶ。)を含むマトリゲル(登録商標)は24、48、又は96ウェルプレートに播種し、培地とともに培養した。具体的には、下記の通りである。
培養した腸管幹細胞を、10μLのマトリゲル(登録商標)(BD Bioscience社製)と共に、96ウェルプレートに播種した。(2)で調製した6種類の培地(rWnt 300ng/mL、rWnt 1000ng/mL、R&D 300ng/mL、Wnt CM及びWnt(−))を各ウェルに100μLずつ添加し、37℃で培養した。培養から、2日毎に培地交換を行った。図1(A)は、初代培養(Passage0)の培養開始から6日後の様子を示す画像であり、図2(A)は1回目の継代(Passage1)の培養開始から6日後の様子を示す画像であり、図3(A)は2回目の継代(Passage2)の培養開始から5日後の様子を示す画像である。図1(B)、図2(B)、及び図3(B)は、各培地中の腸管幹細胞のオルガノイドがウェル中に占める面積を定量化したグラフである。
(1)細胞培養培地の調製
市販のAdvanced DMEM/F−12培地(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)に、最終濃度50ng/mLとなるようにEGF(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)を添加し、最終濃度100ng/mLとなるようにノギン(Peprotech社製)を添加し、最終濃度500nMとなるようにA83−01(Tocris社製)を添加した(以下、「ENA培地」と呼ぶ。)。
また、市販のAdvanced DMEM/F−12培地(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)に、最終濃度50ng/mLとなるようにEGF(Thermo Ficher SCIENTIFIC社製)を添加し、最終濃度100ng/mLとなるようにノギン(Peprotech社製)を添加し、最終濃度500nMとなるようにA83−01(Tocris社製)を添加し、最終濃度10μMとなるようにSB202190(Sigma Aldrich社製)を添加した(以下、「ENAS培地」と呼ぶ。)。
ENAS培地に、それぞれに最終濃度300ng/mLとなるように市販のWnt3a(R&D systems社製)を添加して、従来の方法で用いられる培地を調製した。
さらに、ENA培地及びENAS培地に、最終濃度300ng/mLとなるように実施例1の(1)で調製したWnt3a−アファミン複合体を添加して、本発明の細胞培養培地を調製した。なお、コントロールとして、Wnt3a−アファミン複合体を含まないENA培地及びENAS培地も用意した。
実施例1の(3)と同様の方法を用いて、ヒト腫瘍組織由来の上皮癌細胞を含む大腸を、リベラーゼTHを用いて、上皮癌細胞と残りの組織とに分けた。残りの組織については、トリプシンでさらにバラバラに分解した。続いて、上皮癌細胞、又は上皮細胞及びバラバラに分解した残りの組織を、10μLのマトリゲル(登録商標)(BD Bioscience社製)と共に、96ウェルプレートに播種した。上皮癌細胞を播種したウェルに、(2)で調製した市販のWnt3aを含むENAS培地(従来の方法で用いられる培地)を100μL添加した。また、上皮細胞及びバラバラに分解した残りの組織を播種したウェルに、(2)で調製したWnt3a−アファミン複合体を添加したENA培地及びENAS培地、Wnt3aを含まないENA培地及びENAS培地をそれぞれ100μLずつ添加した。
(1)細胞培養培地の調製
まず、実施例2の(1)と同様の方法を用いて、最終濃度300ng/mLとなるように実施例1の(1)で調製したWnt3a−アファミン複合体と最終濃度1μg/mLとなるようにヒト組換えR−スポンジン1(R&D systems社製)とを添加したENRAS+Wnt3a−AFM培地を調製した。
まず、先端にバルーンを貼付したゾンデを作製した(参考文献:Fukudaet al.,Genes and Development,28,1752−1757,2014)。次いで、超免疫不全マウスであるNOD/Shi−scid−IL2Rγnullマウス(NOGマウス)に対し、吸引麻酔下で、マウス肛門からゾンデを1〜2cm挿入し、バルーンを膨らませることで直腸の口側をクランプした。次いで、肛門との間にできた腸管管腔に加温したEDTAを注入して(図4の上左側の図参照)、2〜3分間かけて管腔を閉鎖した。次いで、バルーンを抜去し、ブラシを用いて直腸上皮の片側を擦過することで、EDTAにより剥離しやすくなった上皮を、陰窩底部を含めて剥脱した(図4の上右側の図及び下左右の図参照)。
次いで、(1)で調製したENRAS+Wnt3a−AFM培地を用いて、ヒト上皮幹細胞を培養し、ヒト大腸オルガノイドを作製し、さらに3〜4日間培養し、ヒト大腸オルガノイドを増殖させた。
次いで、約106〜108の細胞を50〜200μLの5〜20%マトリゲルを含むPBSに懸濁した。次いで、粘膜剥脱したNOGマウスの肛門から、1匹当たり約106〜108の細胞を含む懸濁液を注腸し、肛門を一時閉鎖した(図5の左側の図参照。)。なお、ヒト大腸オルガノイドは、予めGFP標識しておいた。移植から2週間後、及び16週間後のNOGマウスの移植部位を内視鏡を用いて明視野及び蛍光モードにて観察した。結果を図5に示す。
さらに、in situ ハイブリダイゼーション分析によるLgr5の検出結果から、移植したヒト大腸オルガノイドが生着し形成した陰窩底部には、腸管幹細胞マーカーであるLgr5が発現しており、マウスの間質にサポートされながら、ヒトの腸管上皮幹細胞(オルガノイド)が機能し、長期生着し得ることが明らかとなった。
Claims (12)
- Wntタンパク質とその安定化物質アファミンとの複合体及びR−スポンジン(R−spondin)からなるWntアゴニストと、
分裂促進増殖因子、骨形成因子(bone morphogenetic protein;BMP)阻害剤、形質転換増殖因子−β(transforming growth factor−β;TGF−β)阻害剤、及びp38阻害剤からなる群から選ばれる少なくとも一種と、
を含むことを特徴とする細胞培養培地。 - 前記Wntタンパク質が、Wnt1、Wnt2、Wnt2b、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt6、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8a、Wnt8b、Wnt9a、Wnt9b、Wnt10a、Wnt10b、Wnt11、及びWnt16からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項1に記載の細胞培養培地。
- 前記R−スポンジンがR−スポンジン1、R−スポンジン2、R−スポンジン3、及びR−スポンジン4からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項1又は2に記載の細胞培養培地。
- 前記分裂促進増殖因子が上皮増殖因子(Epidermal Growth Factor;EGF)である請求項1〜3のいずれか一項に記載の細胞培養培地。
- 前記BMP阻害剤がノギン(Noggin)である請求項1〜4のいずれか一項に記載の細胞培養培地。
- 前記TGF−β阻害剤がA83−01である請求項1〜5のいずれか一項に記載の細胞培養培地。
- 無血清培地である請求項1〜6のいずれか一項に記載の細胞培養培地。
- 上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織の培養方法であって、
細胞外マトリクスを調製する細胞外マトリクス調製工程と、
前記細胞外マトリクス上に上皮幹細胞、上皮癌細胞、又はそれら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織を接着させる接着工程と、
前記接着工程後に、請求項1〜7のいずれか一項に記載の細胞培養培地を添加し、前記上皮幹細胞、前記上皮癌細胞、又は前記それら細胞のうち少なくともいずれか一方を含む組織を培養し、オルガノイドを形成させるオルガノイド形成工程と、を備えることを特徴とする培養方法。 - 上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織の培養方法であって、
細胞外マトリクスを調製する細胞外マトリクス調製工程と、
前記細胞外マトリクス上に上皮幹細胞、又は上皮幹細胞を含む組織を接着させる接着工程と、
前記接着工程後に、請求項7に記載の細胞培養培地を添加し、前記上皮幹細胞、又は前記上皮幹細胞を含む組織を培養し、オルガノイドを形成させるオルガノイド形成工程と、を備えることを特徴とする培養方法。 - 請求項8又は9に記載の培養方法により、得られることを特徴とするオルガノイド。
- 再生医療用である、請求項10に記載のオルガノイド。
- 請求項9に記載の培養方法により得られ、移植用であることを特徴とするオルガノイド。
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