KR20180135918A - 도파민 생산 신경전구세포의 제조방법 - Google Patents

도파민 생산 신경전구세포의 제조방법 Download PDF

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KR20180135918A
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고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠
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Abstract

하기 공정 (1) 및 (2)에 의해 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 포함하는 세포 집단을 제조하고, 얻어진 세포 집단으로부터 Corin에 결합하는 물질 및/또는 Lrtm1에 결합하는 물질을 이용하여 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 수집하고, 해당 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 1 또는 복수의 신경 영양 인자를 포함하는 배양액 중에서 부유 배양함으로써 도파민 생산 신경전구세포를 제조한다. (1) 다능성 줄기세포를 피더세포(feeder cell) 비존재하, 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH) 시그널 자극제 및 미분화 유지 인자를 포함하는 미분화 유지 배지에서 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정, 및 (2) 공정 (1)에서 얻어진 세포 집단을 1 이상의 분화 유도 인자를 포함하는 배양액 중에서 배양하는 공정.

Description

도파민 생산 신경전구세포의 제조방법
본 발명은 도파민 생산 신경전구세포의 제조방법 및 도파민 생산 신경전구세포로 분화시킬 수 있는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성세포를 포함하는 세포집단의 제조방법에 관한 것이다.
파킨슨병은 중뇌 흑질의 도파민 생산 신경세포의 탈락에 의해 일어나는 신경변성 질환이며, 현재 세계적으로 약 400만 명의 이환자가 있다. 파킨슨병의 치료로서, L-DOPA 또는 도파민 작용제(agonist)에 의한 약품치료, 정위 뇌수술에 의한 응고술 또는 심부 전기자극 치료 및 태아 중뇌 이식 등이 행해지고 있다.
태아 중뇌 이식은 그 공급원 조직의 윤리적인 문제가 있고, 또한 감염의 위험성도 높다. 여기에서, 배아줄기세포(ES 세포)나 인공 다능성 줄기세포(iPS 세포) 등의 다능성 줄기세포로부터 분화유도된 신경세포를 사용한 치료법이 제안되어 있다(비특허문헌 1). 그러나, 분화유도된 신경세포를 이식했을 때, 양성종양을 형성할 가능성 및 목적으로 하는 도파민 생산 신경세포 이외의 세포가 일으킬 수 있는 이상 운동증(dyskinesia)이 지적되고 있어, 생착하는 한편 안전한 세포를 선택하여 이식하는 것이 요구되고 있다.
도파민 생산 신경전구세포의 제조방법으로서, 도파민 생산 신경세포 또는 도파민 생산 신경전구세포의 마커 유전자에 의해 이식에 적합한 세포를 선별하는 공정를 포함하는 방법이 제안되어 있으나(특허문헌 1), 생물 유래 성분의 함유에 의한 로트 차(lot difference)의 영향을 줄이고, 생산 효율을 높이기 위해 한층 더 개량이 요구되고 있다.
특허문헌 1: 국제공개 제2015/34012호 팜플렛
비특허문헌 1: Wernig M, et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 2008, 105: 5856-5861
본 발명의 목적은 파킨슨병 치료제로서 적합한 도파민 생산 신경전구세포를 제조하는 것이다. 따라서, 본 발명의 과제는 도파민 생산 신경전구세포의 제조방법 등을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 실시한 결과, 세포 표면막 단백질의 Corin 및/또는 Lrtm1에 주목하고, 이를 발현하는 세포를 포함하는 세포 집단을 효율적으로 제조하는 방법을 발견하였다. 또한, 상기 세포 집단으로부터 Corin 및/또는 Lrtm1을 지표로 세포를 추출하고, 배양을 계속한 후 도파민 생산 신경전구세포를 얻을 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 하기와 같다.
[1] 하기 공정 (1) 및 (2)를 포함하는, Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 포함하는 세포 집단의 제조방법;
(1) 다능성 줄기세포를 피더세포(feeder cell)의 비존재하, 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH) 시그널 자극제 및 미분화 유지 인자를 포함하는 미분화 유지 배지 중 세포외 기질의 존재하에서, 접착 배양하는 공정, 및
(2) 공정 (1)에서 얻어진 세포를 1 이상의 분화 유도 인자를 포함하는 배지 중에서 배양하는 공정.
[2] SHH 시그널 자극제가 SAG(N-Methyl-N'-(3-pyridinylbenzyl)-N'-(3-chlorobenzo[b]thiophene-2-carbonyl)-1,4-diaminocyclohexane), shh 단백질 혹은 이의 단편, 퍼모프아민(Purmorphamine) 또는 이들의 조합인, [1]에 기재된 제조방법.
[3] 공정 (1)의 미분화 유지 배지가 종양 증식 인자(Transforming growth factor, TGF)β 저해제 또는 골 형성 단백질(Bone Morphogenetic Protein, BMP) 저해제를 더 포함하는 배지인, [1] 또는 [2]에 기재된 제조방법.
[4] TGFβ 저해제가 A83-01이고, BMP 저해제가 LDN193189인, [3]에 기재된 제조방법.
[5] 미분화 유지 인자가 적어도 섬유아세포 성장 인자(Fibroblast growth factor, FGF) 시그널 전달경로 작용물질을 포함하는, [1] ~ [4] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[6] FGF 시그널 전달경로 작용물질이 bFGF인, [5]에 기재된 제조방법.
[7] 상기 공정 (1)에서, 다능성 줄기세포를 48시간을 초과하지 않는 기간 동안 배양하는, [1] ~ [6] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[8] 분화 유도 인자가 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 글리코겐 신타아제 키나아제(Glycogen synthase kinase, GSK)3β 저해제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 복수의 인자인, [1] ~ [7] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[9] 공정 (2)가 세포외 기질 상에서 접착 배양하는 공정인, [1] ~ [8] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[10] 세포외 기질이 라미닌 또는 이의 단편인, [9]에 기재된 제조방법.
[11] 세포외 기질이 라미닌 511E8인, [9]에 기재된 제조방법.
[12] 공정 (2)가 다음 공정를 포함하는, [1] ~ [11] 중 어느 하나에 기재된 제조방법;
(a) 공정 (1)에서 얻어진 세포를 세포외 기질의 존재하에서, BMP 저해제 및 TGFβ 저해제를 포함하는 배지 중에서 접착 배양하는 공정,
(b) 상기 공정 (a)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제 및 GFG8을 포함하는 배지 중에서, 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정,
(c) 상기 공정 (b)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 GSK3β 저해제를 포함하는 배지 중에서, 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정, 및
(d) 상기 공정 (c)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제 및 GSK3β 저해제를 포함하는 배지 중에서, 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정.
[13] 공정 (a)에서의 배지가 ROCK 저해제를 더 포함하는, [12]에 기재된 제조방법.
[14] ROCK 저해제가 Y-27632인, [13]에 기재된 제조방법.
[15] 공정 (2)에서의 BMP 저해제가 LDN193189인, [12] ~ [14] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[16] 공정 (2)에서의 TGFβ 저해제가 A83-01인, [12] ~ [15] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[17] 공정 (2)에서의 SHH 시그널 자극제가 퍼모프아민인, [12] ~ [16] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[18] GSK3β 저해제가 CHIR99021인, [12] ~ [17] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[19] 공정 (2)가 적어도 10일간 수행되는, [1] ~[18] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[20] 공정 (2)가 12일간 ~ 21일간 수행되는, [19]에 기재된 제조방법.
[21] 공정 (2)가 12일간 ~ 14일간 수행되는, [19]에 기재된 제조방법.
[22] 공정 (2)에서 얻어진 세포 집단 중에 포함되는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포의 비율이 10% 이상인, [1] ~ [21] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[23] 하기의 공정:
(3) [1] ~ [22] 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 세포 집단으로부터 Corin에 결합하는 물질 및/또는 Lrtm1에 결합하는 물질을 사용하여 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 수집하는 공정, 및
(4) 공정 (3)에서 얻어지는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 하나 또는 복수의 신경 영양 인자를 포함하는 배지 중에서 부유 배양하는 공정
을 포함하는, 도파민 생산 신경전구세포의 제조방법.
[24] Corin에 결합하는 물질 또는 Lrtm1에 결합하는 물질이 Corin 또는 Lrtm1에 결합하는 항체 또는 압타머인, [23]에 기재된 제조방법.
[25] 신경 영양 인자가 BDNF 및 GDNF인, [23] 또는 [24]에 기재된 제조방법.
[26] 신경 영양 인자를 포함하는 배지가 B27 서플리먼트(B27 supplement), 아스코르브산 및 cAMP 유사체를 더 포함하는, [23] ~ [25] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[27] cAMP 유사체가 디부티릴 고리형 AMP(Dibutyryl cyclic AMP)인, [26]에 기재된 제조방법.
[28] 공정 (4)에서의 배지가 ROCK 저해제를 더 포함하는, [23] ~ [27] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[29] ROCK 저해제가 Y-27632인, [28]에 기재된 제조방법.
[30] 공정 (4)가 적어도 7일간 수행되는, [23] ~ [29] 중 어느 하나에 기재된 제조방법.
[31] 공정 (4)가 14일간 ~ 30일간 수행되는, [30]에 기재된 제조방법.
[32] 공정 (4)가 14일간 ~ 16일간 수행되는, [30]에 기재된 제조방법.
[33] [1] ~ [22] 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는, Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포의 함유율이 10% 이상인 세포 집단.
[34] [23] ~ [32] 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 도파민 생산 신경전구세포.
[35] [23] ~ [32] 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 도파민 생산 신경전구세포를 포함하는 파킨슨병 치료제.
본 발명에 의하면, 파킨슨병 치료제 등에 유용한 도파민 생산 신경전구세포를 효과적으로 얻을 수 있다.
[도 1] 도 1은 도파민 생산 세포의 제조 프로토콜의 일례를 나타낸다. 도면에서 "Y"는 Y-27632를 나타낸다.
[도 2] 도 2는 실시예 1에서, SAG(300 nM)의 존재하 또는 비존재하에서 배양한 12일째(day12)의 세포에서의 유세포 분석 결과, 즉 Corin 양성 세포율(전체 세포수에서 차지하는 Corin 양성 세포의 비율)을 나타낸 그래프이다.
[도 3] 도 3은 실시예 1에서, 28일째(day28)의 세포에 대하여 FoxA2, Nurr1(어느 것도 중뇌 마커임) 염색을 수행하고, 도파민 신경전구세포로 분화하는지의 여부를 확인한 결과를 나타내는 도면(사진)이다. 핵의 존재를 나타내는 DAPI 양성 세포를 100%로 하여, FoxA2는 99.0%, Nurr1은 14.6%였다.
[도 4] 도 4는 실시예 3에서, SAG(300 nM)의 존재하 또는 비존재하에서 배양한 12일째(day12)의 세포에서의 유세포 분석 결과, 즉 Corin 양성 세포율을 나타낸 그래프이다.
[도 5] 도 5는 실시예 1에서, 28일째(day28)의 세포를 랫트(6-OHDA 투여 랫트)의 뇌내 이식 후 4주째의 이식편의 상태를 나타낸다. 이식편의 TH(중뇌 마커), HuNu(인간 세포핵) 염색을 수행하고, 도파민 신경전구세포로 분화하는지의 여부를 확인한 결과를 나타내는 도면(사진)이다. A는 SAG(300 nM) 존재하의 세포의 이식편이고, 이식세포(인간 세포핵)의 존재를 나타내는 HuNu 양성 세포를 100%으로 하여 TH는 평균 9.24%(개체 (1) 6.1%, 개체 (2) 12.37%)였다. B는 SAG 비존재하의 세포의 이식편이고, HuNu 양성 세포를 100%으로 하여 TH는 평균 9.7%(개체 (3) 6.27%, 개체 (4) 13.13%)였다.
Ⅰ. 정의
< 다능성 줄기세포 >
본 발명에서 사용 가능한 다능성 줄기세포는 생체에 존재하는 모든 세포로 분화 가능한 다능성을 가지며 증식능 또한 겸비한 줄기세포이며, 여기에는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 배아 줄기(ES)세포, 핵 이식에 의해 얻어지는 복제 배아 유래의 배아 줄기(ntES)세포, 정자 줄기세포("GS 세포"), 배아 생식세포("EG세포"), 인공 다능성 줄기(iPS)세포, 배양 섬유아세포나 골수 줄기세포 유래의 다능성 세포(Muse 세포) 등이 포함된다. 바람직하게는, 다능성 줄기세포는 ES 세포, ntES 세포 및 iPS 세포이다.
(A) 배아 줄기세포
ES 세포는 인간이나 마우스 등의 포유동물의 초기 배아(예를 들어, 배반포)의 내부 세포괴로부터 수립된, 다능성과 자기복제에 의한 증식능을 가지는 줄기세포이다.
ES 세포는 수정란의 8세포기, 상실배 후의 배아인 배반포의 내부 세포괴에서 유래하는 배아 유래의 줄기세포이며, 성체를 구성하는 모든 세포로 분화하는 능력, 이른바 분화 다능성과 자기 복제에 의한 증식능을 가지고 있다. ES 세포는 마우스에서 1981년에 발견되었고(M.J. Evans and M.H. Kaufman (1981), Nature 292:154-156), 그 후 인간, 원숭이 등의 영장류에서도 ES 세포주가 수립되었다(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 세포는 대상 동물의 수정란의 배반포로부터 내부 세포괴를 취출하고, 내부 세포괴를 섬유 아세포의 피더 상에서 배양함으로써 수립할 수 있다. 또한, 계대 배양에 의한 세포의 유지는 백혈병 억제인자(leukemia inhibitory factor, LIF), 염기성 섬유아세포 성장인자(basic fibroblast growth factor, bFGF) 등의 물질을 첨가한 배지를 사용하여 수행할 수 있다. 인간 및 원숭이의 ES 세포의 수립과 유지의 방법에 대해서는, 예를 들어 문헌[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] 등에 기재되어 있다.
ES 세포 제작을 위한 배지로는 예를 들어, 0.1 mM 2-머캅토에탄올, 0.1 mM 비필수 아미노산, 2 mM L-글루탐산, 20% KSR 및 4 ng/ml bFGF를 보충한 DMEM/F-12 배지를 사용하고, 37℃, 2% CO2/98% 공기의 습윤 분위기하에서 인간 ES 세포를 유지할 수 있다(O. Fumitaka et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26:215-224). 또한, ES 세포는 3-4일 간격으로 계대할 필요가 있고, 이 때 계대는 예를 들어, 1 mM CaCl2 및 20% KSR을 함유하는 PBS 중의 0.25% 트립신 및 0.1 mg/ml 콜라게나아제 IV를 사용하여 수행할 수 있다.
ES 세포의 선택은 일반적으로 알칼리포스파타아제, Oct-3/4, Nanog 등의 유전자 마커의 발현을 지표로 하여 실시간 PCR(Real-Time PCR) 법으로 할 수 있다. 특히, 인간 ES 세포의 선택에서는 OCT-3/4, NANOG, ECAD 등의 유전자 마커의 발현을 지표로 할 수 있다(E. Kroon et al. (2008), Nat. Biotechnol., 26:443-452).
인간 ES 세포주는 예를 들어, WA01(H1) 및 WA09(H9)는 위셀 리서치 인스티튜트(WiCell Reserch Institute)로부터, KhES-1, KhES-2 및 KhES-3은 교토대학 재생의과학 연구소(교토, 일본)으로부터 입수 가능하다.
(B) 정자 줄기세포
정자 줄기세포는 정소 유래의 다능성 줄기세포이며, 정자 형성을 위한 기원이 되는 세포이다. 이 세포는 ES 세포와 마찬가지로, 다양한 계열의 세포로 분화유도 가능하며, 예를 들어 마우스 배반포에 이식하면 키메라 마우스를 만들어낼 수 있는 등의 성질을 가진다(M. Kanatsu-Shinohara et al. (2003) Biol. Reprod., 69:612-616; K. Shinohara et al. (2004), Cell, 119:1001-1012). 신경교세포계 유래 신경 영양 인자(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)를 포함하는 배지에서 자기복제 가능하며, 또한 ES 세포와 동일한 배양조건하에서 계대를 반복함으로써 정자 줄기세포를 얻을 수 있다(타케바야시 마사노리 등(2008), 실험의학, 26권, 5호(증간), 41~46페이지, 요도샤(도쿄, 일본)).
(C) 배아 생식세포
배아 생식세포는 태생기의 원시 생식세포로부터 수립되는 ES 세포와 같은 다능성을 가지는 세포이며, LIF, bFGF, 줄기세포 인자(stem cell factor) 등의 물질의 존재하에서 원시 생식세포를 배양함으로써 수립할 수 있다(Y. Matsui et al., (1992), Cell, 70:841-847; J.L. Resnick et al. (1992), Nature, 359:550-551).
(D) 인공 다능성 줄기세포
인공 다능성 줄기(iPS)세포는 특정의 초기화 인자를 DNA 또는 단백질의 형태로 체세포에 도입함으로써 제작할 수 있는, ES 세포와 실질적으로 동등한 특성, 예를 들어 분화 다능성과 자기 복제에 의한 증식능을 가지는 체세포 유래의 인공 줄기세포이다(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. 들, Nat. Biotechnol. 26:101-106 (2008); 국제공개 WO 2007/069666; Okita, K., et al.Stem Cells 31, 458-66 (2013)). 초기화 인자는 ES 세포에 특이적으로 발현하는 유전자, 이의 유전자 산물 혹은 논-코딩(non-coding) RNA 또는 ES 세포의 미분화 유지에 중요한 역할을 하는 유전자, 이의 유전자 산물 혹은 논-코딩 RNA, 혹은 저분자 화합물로 구성되어도 된다. 초기화 인자에 포함되는 유전자로서, 예를 들어 Oct3/4, Sox2, Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, Klf4, Klf2, c-Myc, N-Myc, L-Myc, Nanog, Lin28, Fbx15, ERas, ECAT15-2, Tcl1, 베타-카테닌, Lin28b, Sall1, Sall4, Esrrb, Nr5a2, Tbx3, 우성 음성 돌연변이체(dominant-negative mutant) p53, shRNA 등의 p53 유전자의 억제 인자, EBNA1 또는 Glis1 등이 예시되어 있고, 이들 초기화 인자는 단독으로 사용하여도 되고, 조합하여 사용하여도 된다. 초기화 인자의 조합으로는 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, WO2010/056831, WO2010/068955, WO2010/098419, WO2010/102267, WO2010/111409, WO2010/111422, WO2010/115050, WO2010/124290, WO2010/147395, WO2010/147612, WO2011/16588, WO2013/176233, 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. 474:225-9에 기재된 조합이 예시된다.
상기 초기화 인자에는 히스톤 디아세틸라아제(HDAC) 저해제[예를 들어, 발프로산(VPA), 트리코스타틴 A, 부티르산 나트륨, MC 1293, M344 등의 저분자 저해제, HDAC에 대한 siRNA 및 shRNA(예, HDAC1 siRNA Smartpool (Millipore), HuSH 29mer shRNA Constructs against HDAC1 (OriGene) 등) 등의 핵산성 발현 저해제 등], MEK 저해제(예를 들어, PD184352, PD98059, U0126, SL327 및 PD0325901), 글리코겐 신타아제 키나아제-3 저해제(예를 들어, Bio 및 CHIR99021), DNA 메틸트란스퍼라아제 저해제(예를 들어, 5-아자시티딘(5-azacytidine)), 히스톤 메틸트란스퍼라아제 저해제(예를 들어, BIX-01294 등의 저분자 저해제, Suv39hl, Suv39h2, SetDBl 및 G9a에 대한 siRNA 및 shRNA 등의 핵산성 발현 저해제 등), L-채널 칼슘 작용제(예를 들어, Bayk8644), 부티르산, TGFβ 저해제 또는 ALK5 저해제(예를 들어, LY364947, SB431542, 616453 및 A83-01), p53 저해제(예를 들어, p53에 대한 우성 음성체, siRNA 및 shRNA), ARID3A 저해제(예를 들어, ARID3A에 대한 siRNA 및 shRNA), miR-291-3p, miR-294, miR-295 및 mir-302 등의 miRNA, Wnt 신호전달(예를 들어, 가용성 Wnt3a), 신경 펩티드 Y, 프로스타글란딘류(예를 들어, 프로스타글란딘 E2 및 프로스타글란딘 J2), hTERT, SV40LT, UTF1, IRX6, GLISl, PITX2, DMRTBl 등의 수립 효율을 높이는 것을 목적으로 사용되는 인자도 포함되며, 본 명세서에서는 이들 수립 효율의 개선목적으로 사용되었던 인자에 대해서도 초기화 인자와 특별히 구별하지 않는 것으로 한다. 또한, 이들 1종 또는 2동 이상을 적절히 선별하여 사용하여도 된다.
초기화 인자는 단백질의 형태인 경우, 예를 들어 리포펙션, 세포막 투과성 펩티드(예를 들어, HIV 유래의 TAT 및 폴리아르기닌)와의 융합, 미세주입 등의 수법에 의해 체세포 내로 도입하여도 된다.
한편, DNA의 형태인 경우, 예를 들어 바이러스, 플라스미드, 인공 염색체 등의 벡터, 리포펙션, 리포좀, 미세주입 등의 수법에 의해 체세포 내로 도입할 수 있다. 바이러스 벡터로는 레트로바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터(이상, Cell, 126, pp.663-676, 2006; Cell, 131, pp.861-872, 2007; Science, 318, pp.1917-1920, 2007), 아데노바이러스 벡터(Science, 322, 945-949, 2008), 아데노수반 바이러스 벡터, 센다이바이러스 벡터(WO 2010/008054) 등이 예시된다. 또한, 인공 염색체 벡터로는 예를 들어, 인간 인공 염색체(HAC), 효모 인공 염색체(YAC), 세균 인공 염색체(BAC, PAC) 등이 포함된다. 플라스미드로는 포유동물 세포용 플라스미드를 사용할 수 있다(Science, 322: 949-953, 2008). 벡터에는 핵 초기화 물질이 발현가능하도록 프로모터, 인핸서, 리포좀 결합서열, 터미네이터, 폴리아데닐화 부위 등의 제어서열을 포함할 수 있고, 또한 필요에 따라서 약제내성 유전자(예를 들어, 카나마이신 내성 유전자, 암피실린 내성 유전자, 퓨로마이신 내성 유전자 등), 티미딘 키나아제 유전자, 디프테리아독소 유전자 등의 선택 마커 서열, 녹색형광 단백질(GFP), β 글루쿠로니다아제(GUS), FLAG 등의 리포터 유전자 서열 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 벡터에는 체세포로의 도입 후, 초기화 인자를 코딩하는 유전자 혹은 프로모터와 그것에 결합하는 초기화 인자를 코딩하는 유전자를 함께 절제하기 위해 이것들의 전후로 LoxP 서열을 가져도 된다.
또한, RNA의 형태인 경우, 예를 들어 리포펙션, 미세주입 등의 수법에 의해 체세포 내로 도입하여도 되고, 분해를 억제하기 위해 5-메틸시티딘 및 슈도우리딘(pseudouridine, 트리링크 바이오테크놀로지사)을 삽입한 RNA를 사용하여도 된다(Warren L, (2010) Cell Stem Cell. 7:618-630).
iPS 세포 유도를 위한 배지로는 예를 들어, 10 - 15% FBS를 함유하는 DMEM, DMEM/F12 또는 DME 배지(이들 배지에는 LIF, 페니실린/스트렙토마이신, 퓨로마이신, L-글루타민, 비필수 아미노산류, 2-머캅토에탄올 등을 적절하게 더 포함할 수 있음) 또는 시판 배지[예를 들어, 마우스 ES 세포 배양용 배지(TX-WES 배지, 트롬보X사), 영장류 ES 세포 배양용 배지(영장류 ES/iPS 세포용 배지, 리프로셀사), 무혈청 배지(mTeSR, 스템셀 테크놀로지사) 등이 포함된다.
배양법의 예로는 예를 들어, 37℃, 5% CO2 존재하에서 10% FBS 함유 DMEM 또는 DMEM/F12 배지 상에서 체세포와 초기화 인자를 접촉시켜 약 4 - 7일간 배양하고, 그 후 세포를 피더 세포(예를 들어, 마이토마이신 C 처리 STO 세포, SNL 세포 등)상에 다시 씨딩하고, 체세포와 초기화 인자의 접촉으로부터 약 10일 후에 bFGF 함유 영장류 ES 세포 배양용 배지에서 배양하고, 해당 접촉으로부터 약 30 - 약 45일 또는 그 이상의 이후에 iPS 형태의 콜로니를 생기게 할 수 있다.
혹은, 37℃, 5% CO2 존재하에서 피더 세포(예를 들어, 마이토마이신 C 처리 STO 세포, SNL 세포 등) 상에서 10% FBS 함유 DMEM 배지(여기에는 LIF, 페니실린/스트렙토마이신, 퓨로마이신, L-글루타민, 비필수 아미노산류, 2-머캅토에탄올 등을 적절히 더 포함할 수 있음)에서 배양하고, 약 25 - 약 30일 또는 그 이상의 이후에 ES 형태의 콜로니를 생기게 할 수 있다. 바람직하게는, 피더 세포 대신에 초기화되는 체세포 그 자체를 사용하고(Takahashi K, et al. (2009), PLoS One. 4:e8067 또는 WO2010/137746), 또는 세포외 기질(예를 들어, 라미닌-5(WO2009/123349) 및 매트리겔(BD사))을 사용하는 방법이 예시된다.
그 외에도, 혈청을 함유하지 않은 배지를 사용하여 배양하는 방법도 예시된다(Sun N, et al. (2009), Proc Natl Acad Sci U S A. 106:15720-15725). 또한, 수립효율을 높이기 위해, 저산소 조건(0.1% 이상, 15% 이하의 산소 농도)에 의해 iPS 세포를 수립하여도 된다(Yoshida Y, et al. (2009), Cell Stem Cell. 5:237-241 또는 WO2010/013845).
상기 배양의 사이에는 배양 시작 2일째 이후부터 매일 1회 신선한 배지와 배지 교환을 한다. 또한, 핵 초기화에 사용하는 체세포의 세포수는 한정되지 않으나, 배양 디쉬 100 cm2 당 약 5 × 106 세포의 범위이다.
iPS 세포는 형성된 콜로니의 형상에 의해 선택하는 것이 가능하다. 한편, 체세포가 초기화된 경우에 발현하는 유전자(예를 들어, Oct3/4, Nanog)와 연동하여 발현하는 약제내성 유전자를 마커 유전자로서 도입한 경우는, 대응하는 약제를 포함하는 배지(선택 배지)에서 배양을 수행함으로써 수립된 iPS 세포를 선택할 수 있다. 또한, 마커 유전자가 형광 단백질 유전자인 경우는 형광 현미경으로 관찰함으로써, 발광효소 유전자인 경우는 발광 기질을 첨가함으로써, 또한 발색효소 유전자인 경우는 발색 기질을 첨가함으로써 iPS 세포를 선택할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 "체세포"라는 용어는 난자, 난모세포, ES 세포 등의 생식계열 세포 또는 분화 전능성 세포를 제외한 모든 동물세포(바람직하게는, 인간을 포함하는 포유동물 세포)를 말한다. 체세포에는 비제한적으로, 태아(새끼)의 체세포, 신생아(새끼)의 체세포 및 성숙한 건전한 혹은 질환성의 체세포 모두 포함되며, 또한 일차배양 세포, 계대세포 및 주화세포 모두 포함된다. 구체적으로는, 체세포는 예를 들어, (1) 신경 줄기세포, 조혈 줄기세포, 간엽 줄기세포, 치수 줄기세포 등의 조직 줄기세포(체성 줄기세포), (2) 조직 전구 세포, (3) 림파구, 상피 세포, 내피 세포, 근육 세포, 섬유아 세포(피부 세포 등), 모 세포, 간 세포, 위점막 세포, 장 세포, 비장 세포, 췌장 세포(췌외분비 세포 등), 뇌 세포, 폐 세포, 신장 세포 및 지방 세포 등의 분화된 세포 등이 예시된다.
또한, iPS 세포를 이식용 세포의 재료로서 사용하는 경우, 거절 반응이 일어나지 않는다는 관점으로부터 이식 전의 개체의 HLA 유전자형이 동일 혹은 실질적으로 동일한 체세포를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, "실질적으로 동일"이라는 것은 이식된 세포에 대하여 면역억제제에 의해 면역 반응이 억제될 수 있는 정도로 HLA 유전자형이 일치하는 것이며, 예를 들어 HLA-A, HLA-B 및 HLA-DR의 3개의 유전자좌 혹은 HLA-C를 추가한 4개의 유전자좌가 일치하는 HLA형을 가지는 체세포이다.
(E) 핵 이식에 의해 얻어진 복제 배아 유래의 ES 세포
nt ES 세포는 핵 이식 기술에 의해 제작된 복제 배아 유래의 ES 세포이며, 수정란 유래의 ES 세포와 실질적으로 동일한 특성을 가지고 있다(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). 즉, 미수정란의 핵을 체세포의 핵과 치환함으로써 얻어진 복제 배아 유래의 배반포의 내부 세포괴로부터 수립된 ES 세포가 nt ES(nuclear transfer ES) 세포이다. nt ES 세포의 제작을 위해서는 핵 이식 기술(J.B. Cibelli et al. (1998), Nature Biotechnol., 16:642-646)과 ES 세포 제작 기술(상기)의 조합이 이용된다(와카야마 사야카 등 (2008), 실험의학, 26권, 5호(증판), 47-52 페이지). 핵 이식에 있어서는, 포유동물의 핵을 제거한 미수정란에 체세포의 핵을 주입하고, 수 시간 배양함으로써 초기화할 수 있다.
(F) 다계통-분화 스트레스 내성 세포(multilineage-differentiating stress enduring cells, Muse 세포)
Muse 세포는 WO2011/007900에 기재된 방법에 의해 제조된 다능성 줄기세포이며, 상세하게는 섬유아세포 또는 골수간질세포를 장시간 트립신 처리, 바람직하게는 8시간 또는 16시간 트립신 처리한 후 부유 배양함으로써 얻어지는 다능성을 가진 세포이며, SSEA-3 및 CD105가 양성이다.
< 도파민 생산 신경 전구세포 >
본 발명에 있어서, 도파민 생산 신경 전구세포란 특별히 언급하지 않는 한 도파민 생산 신경세포 또는 도파민 작동성 뉴런 등을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 도파민 생산 신경 전구세포는 다른 세포종이 포함되어 있는 세포 집단이어도 되고, 바람직하게는 세로토닌 신경 세포를 포함하지 않는 세포 집단이다. 도파민 생산 신경 전구세포는 Foxa2, Nurr1, Lmx1a, Pitx3 및/또는 TH 양성 세포를 함유하는 세포 집단인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 인간 Foxa 2로는 NCBI 등록번호 NM_021784 또는 NM_153675로 나타내는 폴리뉴클레오티드 및 이들이 코딩하는 단백질을 들 수 있다. 본 발명에 있어서, 인간 Nurr1으로는 NCBI 등록번호 NM_006186으로 나타내는 폴리뉴클레오티드 및 이들이 코딩하는 단백질을 들 수 있다. 본 발명에 있어서, 인간 TH로는 NCBI 등록번호 NM_000360, NM_199292 또는 NM_199293으로 나타내는 폴리뉴클레오티드 및 이들이 코딩하는 단백질을 들 수 있다. 인간 Lmx1로는 NCBI 등록번호 NM_001174069 또는 NM_177398로 나타내는 폴리뉴클레오티드 및 이들이 코딩하는 단백질을 들 수 있다. 인간 Pitx3으로는 NCBI 등록번호 NM_005029로 나타내는 폴리뉴클레오티드 및 이들이 코딩하는 단백질을 들 수 있다.
< SHH 시그널 자극제 >
본 발명에 있어서, SHH(Sonic hedgehog; 소닉 헤지호그) 시그널 자극제는 SHH가 수용체인 패치드(patched, Ptch1)에 결합하여 발생하는 스무덴드(smoothened, Smo)의 탈억제 및 더 계속되는 Gli2의 활성화를 일으키는 물질로서 정의되며, 예를 들어 헤지호그 패밀리에 속하는 단백질, 구체적으로는 SHH 혹은 IHH(Indian Hedgehog; 인디언 헤지호그), SHH 수용체, SHH 수용체 작용제, Hh-Ag1.5(Li, X., et al., Nature Biotechnology, 23, 215~221 (2005).), 스무덴드 작용제, SAG(N-Methyl-N'-(3-pyridinylbenzyl)-N'-(3-chlorobenzo[b]thiophene-2-carbonyl)-1,4-diaminocyclohexane; N-Methyl-N'-(3-피리디닐벤질)-N'-(3-클로로벤조[b]티오펜-2-카보닐)-1,4-디아미노시클로헥산), 20a-히드록시콜레스테롤, 퍼모프아민(PMA; 9-시클로헥시닐-N-[4-(4-모폴리닐)페닐]-2-(1-나프탈레닐옥시)-9H-퓨린-6-아민) 및 이들의 유도체 등이 예시된다(Stanton BZ, Peng LF., Mol Biosyst. 6:44-54, 2010). SHH 시그널 자극제로서 이들 1종 또는 2종 이상을 적절하게 선택하여 사용하여도 된다.
본 발명에서 사용되는 SHH 시그널 자극제로서 바람직하게는, SHH 단백질(Genbank 등록번호: NM_000193, NP_000184), 퍼모프아민, SAG를 들 수 있다.
< 미분화 유지 인자 >
미분화 유지 인자는 다능성 줄기세포의 분화를 억제하는 작용을 가지는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 당업자에게 널리 사용되고 있는 미분화 유지 인자로는 프라임드 다능성 줄기세포(Primed pluripotent stem cells)(예를 들어, 인간 ES 세포나 인간 iPS 세포)의 경우, FGF 시그널 전달경로 작용물질, TGFβ 저해제, 인슐린 등을 들 수 있다. FGF 시그널 전달경로 작용물질로서 구체적으로는, 섬유아세포 증식인자(예를 들어, bFGF, FGF4나 FGF8)을 들 수 있다. 또한, TGFβ 저해제로는 TGFβ 시그널 전달경로 작용물질, Nodal/Activin 시그널 전달경로 작용물질을 들 수 있다. TGFβ 시그널 전달경로 작용물질로는 예를 들어, TGFβ1, TGFβ2를 들 수 있다. Nodal/Activin 시그널 전달경로 작용물질로는 예를 들어, Nodal, ActivinA, ActivinB를 들 수 있다. 미분화 유지 인자로서, 이들 1종 또는 2종 이상을 적절하게 선택하여 사용하여도 된다. 인간 다능성 줄기세포(인간 ES 세포, 인간 iPS 세포)를 배양하는 경우, 상기 공정 (1)에서의 배지는 바람직하게는 미분화 유지 인자로서 적어도 bFGF를 포함한다.
본 발명에 사용하는 미분화 유지 인자는 통상 포유동물의 미분화 유지 인자이다.
본 명세서에 있어서, 포유동물로는 설치류, 유제류, 고양이목, 영장류 등이 포함된다. 설치류에는 마우스, 랫트, 햄스터, 모르모트 등이 포함된다. 유제류에는 돼지, 소, 염소, 말, 양 등이 포함된다. 고양이목에는 개, 고양이 등이 포함된다. 본 발명에 있어서 "영장류"는 영장목에 속하는 포유동물을 말하며, 영장류로는 여우원숭이나 늘보원숭이, 투파이 등의 원원(原猿)아목과 원숭이, 유인원, 인간 등의 진원(眞猿)아목을 들 수 있다.
미분화 유지 인자는 포유동물의 종간에서 교차반응성을 가질 수 있으므로, 배양대상의 다능성 줄기세포의 미분화 상태를 유지 가능한 한 어느 포유동물의 미분화 유지 인자를 사용할 수 있으나, 적절하게는 배양하는 세포와 동일한 종의 포유동물의 미분화 유지 인자가 사용된다. 예를 들어, 인간 다능성 줄기세포의 배양에는 인간 미분화 유지 인자(예, bFGF, FGF4, FGF8, EGF, Nodal, ActivinA, ActivinB, TGFβ1, TGFβ2 등)이 사용된다. 여기에서, "인간 단백질 X"라고 하는 경우에는, 단백질 X가 인간 생체 내에서 자연적으로 발현하는 단백질 X의 아미노산 서열을 가지는 것을 의미한다.
본 발명에 사용하는 미분화 유지 인자는 바람직하게는 단리되어 있다. "단리"는 목적으로 하는 성분이나 세포 이외의 인자를 제거하는 조작이 이루어져 자연적으로 존재하는 상태를 벗어나 있다는 것을 의미한다. 따라서, "단리된 단백질 X"에는 배양 대상의 세포나 조직으로부터 생산되어 세포나 조직 및 배양 중에 포함되어 있는 내재성의 단백질 X는 포함되지 않는다. "단리된 단백질 X"의 순도(총 단백질 중량에 차지하는 단백질 X의 중량의 백분율)는 통상 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상, 더욱 바람직하게는 100%이다. 따라서, 일 양태에 있어서, 본 발명은 단리된 미분화 유지 인자를 제공하는 공정를 포함한다. 또한, 일 양태에 있어서, 공정 (1)에 사용하는 배지 중에 단리된 미분화 유지 인자를 외래성(또는 외인성)으로 첨가하는 공정를 포함한다. 혹은, 상기 공정 (1)에 사용하는 배지에 미리 미분화 유지 인자가 첨가될 수 있다.
공정 (1)에 있어서 사용되는 배지 중의 미분화 유지 인자의 농도는 배양하는 다능성 줄기세포의 미분화 상태를 유지 가능한 농도이며, 당업자라면 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 구체적으로는 미분화 유지 인자로서 피더 세포 비존재하에서 bFGF를 사용하는 경우, 그 농도는 통상 4 ng - 500 ng/mL 정도, 바람직하게는 10 ng - 200 ng/mL 정도, 보다 바람직하게는 30 ng - 150 ng/mL 정도이다.
< 배지 >
본 발명에 있어서 세포의 배양에 사용되는 배지는 동물세포의 배양에 통상 사용되는 배지를 기초배지로서 제조하거나 시판품으로서 구입할 수 있고, 기초배지로는 예를 들어, BME 배지, BGJb 배지, CMRL 1066 배지, Glasgow MEM(GMEM) 배지, Improved MEM Zinc Option 배지, IMDM 배지, Medium 199 배지, Eagle MEM 배지, αMEM 배지, DMEM 배지, F-12 배지, DMEM/F12 배지, IMDM/F12 배지, 햄 배지, RPMI 1640 배지, Fischer's 배지, Neurobasal 배지 또는 이들의 혼합배지 등, 동물세포의 배양에 사용할 수 있는 배지를 들 수 있다. 이들 기초배지로부터 본 발명의 제조방법의 각 공정에 있어서 사용되는 배지를 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서 "미분화 유지 인자를 포함하는 배지"(미분화 유지 배지)로서 사용되는 배지는 피더 프리의 무혈청이며, 예를 들어 기초배지에 미분화 유지 인자 및 후술하는 혈청 대체물 및 적절한 영양원 등을 첨가함으로써 조제할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 DMEM/F12 배지에 bFGF, KSR, 비필수 아미노산(non essential amino acid, NEAA), L-글루타민 및 2-머캅토에탄올을 첨가함으로써 조제할 수 있다.
또한, 미분화 유지에 적합한 배지로서 시판되고 있는 후술하는 미분화 유지 인자를 포함하는 피더 프리 배지를 미분화 유지 배지로서 사용할 수도 있다.
본 발명에 있어서의 "무혈청 배지"란 무조정 또는 미정제의 혈청을 포함하지 않는 배지를 의미한다. 본 발명에서는 정제된 혈액 유래 성분이나 동물 조직 유래 성분(예를 들어, 증식 인자)이 혼입하고 있는 배지도, 무조정 또는 미정제의 혈청을 포함하지 않는 한 무혈청 배지에 포함된다.
무혈청 배지는 혈청 대체물을 함유하고 있어도 된다. 혈청 대체물로서는 예를 들어, 알부민, 트랜스페린, 지방산, 콜라겐 전구체, 미량 원소, 2-머캅토에탄올 또는 3' 티올글리세롤 혹은 이들의 균등물 등을 적절히 함유하는 것을 들 수 있다. 이러한 혈청 대체물은 예를 들어, WO98/30679에 기재된 방법에 의해 조제할 수 있다. 혈청 대체물로서는 시판품을 이용해도 된다. 이러한 시판되는 혈청 대체물질로는 예를 들어 Knockout Serum Replacement(라이프 테크놀로지(Life Technologies, 현 ThermoFisher Scientific)사 제품; 이하 KSR이라 언급하는 경우도 있음), Chemically-defined Lipid concentrated(Life Technologies사 제품), GlutaMax(Life Technologies사 제품), B27(Life Technologies사 제품), N2 서플리먼트(Life Technologies사 제품), ITS 서플리먼트(Life Technologies사 제품)을 들 수 있다.
무혈청 배지는 적절하게 지방산 또는 지질, 아미노산(예를 들어, 비필수 아미노산), 비타민, 증식 인자, 사이토카인, 항산화제, 2-머캅토에탄올, 피루브산, 완충제, 무기 염류 등을 함유해도 된다.
조제의 번잡함을 피하기 위하여, 이러한 무혈청 배지로서 시판되는 KSR(Life Technologies사 제품)을 적당량(예를 들어, 약 0.5% 내지 약 30%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 20%) 첨가한 무혈청 배지(예를 들어, GMEM 배지에 약 8% KSR, Chemically-defined Lipid concentrated를 첨가한 배지), 또는 Neurobasal 배지에 시판되는 B27(Life Technologies사 제품)을 적당량(예를 들어, 약 0.1 - 5%) 첨가한 무혈청 배지를 사용해도 된다. 또한, KSR 동등품으로서 일본 특표2001-508302에 개시된 배지를 들 수 있다.
배양은 바람직하게는 무혈청 배지 중에서 행해진다. 무혈청 배지로서 바람직하게는 KSR 또는 B27을 포함하는 무혈청 배지, 또는 제노 프리(xeno-free) 조건의 배지 중에서 행해진다. 여기에서 "제노 프리"란 배양 대상의 세포의 생물종과는 다른 생물종 유래의 성분이 제외된 조건을 의미한다.
본 발명에 있어서, 피더 세포란 줄기세포를 배양할 때 공존시키는 해당 줄기세포 이외의 세포이다. 피더 세포로는 예를 들어, 마우스 섬유아세포(MEF 등), 인간 섬유아세포, SNL 세포, STO 세포 등을 들 수 있다. 피더 세포는 증식억제 처리된 피더 세포여도 되고, 여기에서 증식억제 처리로는 증식 억제제(예를 들어, 마이토마이신C) 처리 또는 감마선 조사 혹은 UV 조사 등에 의한 처리를 들 수 있다. 다만, 본 발명에서는 피더 세포 비존재하(피더 프리)에서 배양을 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 피더 세포 비존재하(피더 프리)란 피더 세포 비존재하에서 배양하는 것이다. 피더 세포 비존재하란 예를 들어, 상기와 같은 피더 세포를 첨가하지 않은 조건 또는 피더 세포를 실질적으로 포함하지 않는(예를 들어, 전체 세포수에 대한 피더 세포수의 비율이 3% 이하, 바람직하게는 0.5% 이하) 조건을 들 수 있다.
미분화 유지 배지로서 사용 가능한 피더 프리 배지로서 많은 합성 배지가 개발·시판되고 있고, 예를 들어 Essential 8(Life Technologies사 제품)을 들 수 있다. Essential 8 배지는 DMEM/F12 배지에 첨가제로서 L-아스코르브산-2-포스페이트 마그네슘(64 mg/l), 소디움 셀레늄(14 μg/l), 인슐린(19.4 mg/l), NaHCO3(543 mg/l), 트랜스페린(10.7 mg/l), bFGF(100 ng/mL) 및 TGFβ 저해제(TGFβ1(2 ng/mL) 또는 Nodal(100 ng/mL))를 포함한다(Nature Methods, 8, 424-429 (2011)). 시판되는 미분화 유지 인자를 포함하는 피더 프리 배지, 즉 미분화 유지 배지로서 사용 가능한 피더 프리 배지로서 S-medium(DS 파르마 바이오메디컬사 제품), StemPro(Life Technologies사 제품), hESF9(Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Sep 9; 105(36):13409-14), mTeSR1(STEMCELL Technoloties사 제품), mTeSR2(STEMCELL Technologies사 제품), TeSR-E8(STEM CELL Technologies사 제품), 또는 StemFit(아지노모토사 제품)를 들 수 있다. 상기 공정 (1)에서는 이것들을 사용함으로써 간편하게 본 발명을 실시할 수 있다.
< 세포외 기질 >
본 발명에 있어서, 세포외 기질이란 세포의 바깥에 존재하는 초분자 구조체이고, 천연 유래여도 인공물(재조합체)이어도 된다. 예를 들어, 콜라겐, 프로테오글리칸, 피브로넥틴, 히알루론산, 테나신, 엔탁틴, 엘라스틴, 피브릴린 및 라미닌과 같은 물질 또는 이들의 단편을 들 수 있다. 이들 세포외 기질은 조합하여 사용하여도 되고, 예를 들어 BD Matrigel(상표) 등의 세포로부터의 조제물이어도 된다. 바람직하게는, 라미닌 또는 그 단편이다. 본 발명에 있어서 라미닌이란 α 사슬, β 사슬, γ 사슬을 각각 1개씩 가지는 헤테로 삼량체 구조를 가지는 단백질이며, 서브유닛 사슬의 조성이 다른 동형 단백질(isoform)이 존재하는 세포외 매트릭스 단백질이다. 라미닌은 5종의 α 사슬, 4종의 β 사슬 및 3종의 γ 사슬의 헤테로 삼량체의 조합에서 약 15 종류의 동형 단백질을 가진다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 α 사슬은 α1, α2, α3, α4 또는 α5이고, β 사슬은 β1, β2, β3 또는 β4이고, 그리고 γ 사슬은 γ1, γ2 또는 γ3이 예시된다. 본 발명에서 사용되는 라미닌은 보다 바람직하게는 α5, β1 및 γ1로 이루어지는 라미닌 511이다(Nat Biotechnol 28, 611-615 (2010)).
본 발명에서는 라미닌은 단편이어도 되고, 인테그린 결합활성을 가지고 있는 단편이라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 엘라스타아제로 소화시켜 얻어지는 단편인 E8 단편(fragment)(EMBO J., 3:1463-1468, 1984, J. Cell Biol., 105:589-598, 1987)이어도 된다. 따라서, 본 발명에서는 바람직하게는 라미닌 511을 엘라스타아제로 소화시켜 얻어지는, WO2011/043405에 기재된 라미닌 511E8(바람직하게는, 인간 라미닌 511E8)이 예시된다. 또한, 본 발명에서 사용되는 라미닌 511E8 등의 라미닌 E8 단편은 라미닌의 엘라스타아제 소화 산물일 필요는 없으며 재조합이어도 된다. 또한, 라미닌 511E8은 시판되고 있고, 예를 들어 닛삐 주식회사 등으로부터 구입 가능하다.
미 동정 성분의 혼입을 회피하는 관점에서, 본 발명에 있어서 사용되는 라미닌 또는 라미닌 단편은 바람직하게는 단리되어 있다.
< 분화 유도 인자 >
분화 유도 인자로는 다능성 줄기세포로부터 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포, 또는 도파민 생산 신경전구세포로 분화 유도하는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 GSK3β 저해제를 예시할 수 있다.
< BMP 저해제 >
본 발명에 있어서, BMP 저해제란 BMP에 기인하는 시그널 전달을 저해하는 물질이라면 특별히 한정되지 않고, 핵산, 단백질, 저분자 유기 화합물 중 그 어느 것이어도 된다. 여기에서, BMP로는 BMP2, BMP4, BMP7 및 GDF7을 들 수 있다. BMP 저해제로서 BMP에 직접 작용하는 물질(예를 들어, 압타머 등), BMP를 코딩하는 유전자의 발현을 억제하는 물질(예를 들어, 안티센스 올리고뉴클레오티드, siRNA 등), BMP 수용체(BMPR)와 BMP의 결합을 저해하는 물질, BMP 수용체에 의한 신호전달에 기인하는 생리활성을 저해하는 물질을 들 수 있다. BMP로서 ALK2 또는 ALK3을 들 수 있다. BMP 신호전달경로 저해물질로서 당업자에게 주지의 화합물을 사용할 수 있으며, 코르딘(Chordin), 노긴(Noggin), 폴리스타틴(Follistatin) 등의 단백질성 저해제, 도르소모르핀(Dorsomorphin)(즉, 6-[4-(2-피페리딘-1-일-에톡시)페닐]-3-피리딘-4-일-피라졸로[1,5-a]피리미딘(6-[4-(2-piperidin-1-yl-ethoxy)phenyl]-3-pyridin-4-yl-pyrazolo[1,5-a]pyrimidine)), 이의 유도체(P. B. Yu et al. (2007), Circulation, 116:II_60; P.B. Yu et al. (2008), Nat. Chem. Biol., 4:33-41; J. Hao et al. (2008), PLoS ONE, 3(8):e2904) 및 LDN193189(즉, 4-(6-4-(피페라진-1-일)페닐)피라졸로[1,5-a]피리미딘-3-일)퀴놀린)이 예시된다. 여기에서, LDN193189는 BMPR(ALK2/3) 저해제(이하, BMPR 저해제)로서 주지되어 있고, 예를 들어 염산염의 형태로 시판되고 있다. 도르소모르핀 및 LDN193189는 각각 시그마-알드리치사(Sigma-Aldrich) 및 스템젠트사(Stemgent)로부터 입수 가능하다. BMP 저해제로서 이들 1종 또는 2종 이상을 적절히 선택하여 사용하여도 된다. 본 발명에서 사용되는 BMP 저해제는 바람직하게는 LDN193189일 수 있다.
배지 중에서 LDN193189의 농도는 BMP를 저해하는 농도라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 nM, 10 nM, 50 nM, 100 nM, 500 nM, 750 nM, 1 μM, 2 μM, 3 μM, 4 μM, 5 μM, 6 μM, 7 μM, 8 μM, 9 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM이지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 100 nM이다.
< TGF β 저해제 >
본 발명에 있어서, TGF β 저해제란 TGF β의 TGF β 수용체로의 결합으로부터 SMAD로 계속되는 신호전달을 저해하는 물질이며, 기인하는 신호전달경로를 저해하는 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 핵산, 단백질, 저분자 유기화합물 중 그 어느 것이어도 된다. 해당 물질로서 예를 들어, TGF β에 직접 작용하는 물질(예를 들어, 단백질, 항체, 압타머 등), TGF β를 코딩하는 유전자의 발현을 억제하는 물질(예를 들어, 안티센스 올리고뉴클레오티드, siRNA 등), TGF β 수용체와 TGF β의 결합을 저해하는 물질, TGF β 수용체에 의한 신호전달에 기인하는 생리활성을 저해하는 물질(예를 들어, TGF β 수용체의 저해제, Smad의 저해제 등)을 들 수 있다. 수용체인 ALK 패밀리로의 결합을 저해하는 물질 또는 ALK 패밀리에 의한 SMAD의 인산화를 저해하는 물질을 들 수 있고, 예를 들면 Lefty-1(NCBI Accession No.로서 마우스: NM_010094, 인간: NM_020997이 예시됨), Lefty-2(NCBI Accession No.로서 마우스: NM_177099, 인간: NM_003240 및 NM_001172425가 예시됨), SB431542, SB202190(이상, R.K.Lindemann et al., Mol. Cancer, 2003, 2:20), SB505124 (GlaxoSmithKline), NPC30345, SD093, SD908, SD208 (Scios), LY2109761, LY364947, LY580276 (Lilly Research Laboratories), A83-01(WO2009/146408) 및 이들의 유도체 등이 예시된다. 본 발명에서 사용되는 TGF β 저해제로서, 바람직하게는 SB431542(4-(5-벤졸[1,3]디옥솔-5-일-4-피리딘-2-일-1H-이미다졸-2-일)-벤즈아미드) 또는 A-83-01(3-(6-메틸-2-피리디닐)-N-페닐-4-(4-퀴놀리닐)-1H-피라졸-1-카보티오아미드)를 들 수 있고, 이는 TGF β 수용체(ALK5) 및 Activin 수용체(ALK4/7)의 저해제로서 공지되어 있다. TGF β 저해제로서 이들 1종 또는 2종 이상을 적절히 선택하여 사용하여도 된다. 본 발명에서 사용되는 TGF β 저해제는 더욱 바람직하게는 A83-01일 수 있다.
배지 중에서 A83-01의 농도는 ALK5를 저해하는 농도라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1 nM, 10 nM, 50 nM, 100 nM, 500 nM, 750 nM, 1 μM, 2 μM, 3 μM, 4 μM, 5 μM, 6 μM, 7 μM, 8 μM, 9 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 500 nM에서 5 μM이고, 보다 바람직하게는 500 nM이다.
또한, SB431542나 LDN193189 등의 TGF β 저해활성은 당업자에게 주지의 방법, 예를 들어 Smad의 인산화를 웨스턴 블롯팅법으로 검출함으로써 결정할 수 있다(Mol Cancer Ther. (2004) 3, 737-45.).
퍼모프아민, SAG 등의 SHH 자극제의 활성은 당업자에게 주지의 방법, 예를 들어 Gli1 유전자의 발현에 착안한 리포터 유전자 검정으로 결정할 수 있다(Oncogene (2007) 26, 5163-5168).
< GSK3 β 저해제 >
본 발명에 있어서, GSK3β 저해제란 GSK3β 단백질의 키나아제 활성(예를 들어, β 카테닌에 대한 인산화능)을 저해하는 물질로서 정의되며, 이미 다수의 것들이 알려져 있으나, 예를 들어 인디루빈 유도체인 BIO(다른 명칭, GSK3β 저해제 IX; 6-브로모인디루빈3'-옥심), 말레이미드 유도체인 SB216763(3-(2,4-디클로로페닐)-4-(1-메틸-1H-인돌-3-일)-1H-피롤-2,5-디온), 페닐 α 브로모메틸케톤 화합물인 GSK3β 저해제 VII(4-디브로모아세트페논), 세포막투과형의 인산화 펩티드인 L803-mts(다른 명칭, GSK3β 펩티드 저해제; Myr-N-GKEAPPAPPQpSP-NH2(서열번호 1)) 및 고선택성을 갖는 CHIR99021(6-[2-[4-(2,4-디클로로페닐)-5-(4-메틸-1H-이미다졸-2-일)피리미딘-2-일아미노]에틸아미노]피리딘-3-카보니트릴)을 들 수 있다. GSK3β 저해제로서 이들 1종 또는 2종 이상을 적절히 선택하여 사용하여도 된다. 이들 화합물은 예를 들어, 칼바이오켐사(Calbiochem)나 바이오몰사(Biomol) 등으로부터 시판되고 있어 용이하게 이용하는 것이 가능하지만 다른 입수처로부터 입수할 수 있고, 혹은 또한 스스로 제작할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 GSK3β 저해제는 바람직하게는 CHIR99021일 수 있다.
배지 중에서 CHIR99021의 농도는 예를 들어, 1 nM, 10 nM, 50 nM, 100 nM, 500 nM, 750 nM, 1 μM, 2 μM, 3 μM, 4 μM, 5 μM, 6 μM, 7 μM, 8 μM, 9 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 1 μM이다.
< FGF8 >
본 발명에 있어서, FGF8이란 특별히 한정되지 않지만 인간 FGF8의 경우, FGF8a, FGF8b, FGF8e 또는 FGF8f의 4개의 스플라이싱 형태가 예시되며, 보다 바람직하게는 FGF8b이다. FGF8은 예를 들어, 와코사(Wako)나 알앤디 시스템즈사(R&D systems) 등으로부터 시판되고 있어 용이하게 이용하는 것이 가능하지만, 당업자에게 공지의 방법에 의해 세포에 강제발현시킴으로써 얻을 수 있다.
배지 중에서 FGF8의 농도는 예를 들어, 1 ng/mL, 5 ng/mL, 10 ng/mL, 50 ng/mL, 100 ng/mL, 150 ng/mL, 200 ng/mL, 250 ng/mL, 500 ng/mL, 1000 ng/mL, 2000 ng/mL, 5000 ng/mL이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 100 ng/mL이다.
< Corin 양성세포 및/또는 Lrtm1 양성세포 >
Corin 양성세포 및/또는 Lrtm1 양성세포란 Corin 단백질 및/또는 Lrtm1 단백질이 항 Corin 항체 또는 항 Lrtm1 항체에 의해 인식될 수 있는 양을 발현하고 있는 세포이다. 즉, 하기의 "세포를 선택하는 방법"에서 세포를 인식 가능한 양의 Corin 단백질 또는 Lrtm1 단백질을 세포 표면상에 발현하고 있는 세포를 들 수 있다.
< 세포를 선택하는 방법 >
본 발명에 있어서, 세포 집단에 의해 Corin 양성세포 및/또는 Lrtm1 양성세포를 선택하기 위하여, Corin 또는 Lrtm1에 특이적으로 결합하는 물질을 사용하여 수행할 수 있다. Corin 또는 Lrtm1에 결합하는 물질은 항체, 압타머를 사용할 수 있고, 바람직하게는 항체 혹은 이의 항원결합 단편이다.
본 발명에 있어서, 항체는 폴리클로날 또는 모노클로날 항체일 수 있다. 이들 항체는 당업자에게 주지의 기술을 사용하여 만드는 것이 가능하다(Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al. (1987) Publish, John Wiley and Sons. Section 11. 12-11. 13). 구체적으로는, 항체가 폴리클로날 항체인 경우에는, 통법에 따라서 대장균 또는 포유류 세포주 등에서 발현시켜 정제한 Corin 또는 Lrtm1이 코딩하는 단백질, 부분 아미노산 서열을 가지는 올리고펩티드 혹은 당지질을 정제하여 집토끼 등의 비인간 동물에 면역시켜 해당 면역 동물의 혈청으로부터 통법에 따라 얻는 것이 가능하다. 한편, 모노클로날 항체의 경우에는, 상술한 면역된 비인간 동물로부터 얻어진 비장세포와 골수종세포를 세포융합시켜 제조된 하이브리도마 세포 중에서 얻을 수 있다(Current protocols in Molecular Biology edit. Ausubel et al.(1987) Publish.John Wiley and Sons.Section 11.4-11.11). 항체의 항원결합단편으로는 항체의 일부(예를 들어, Fab 단편) 또는 합성 항체단편(예를 들어, 단일쇄 Fv 단편 「ScFv」)이 예시된다. Fab 및 F(ab)2 단편 등의 항체의 단편도 또한 유전자 공학적으로 주지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, Corin에 대한 항체는 WO2004/065599, WO2006/009241에 기재된 제작법에 의해, Lrtm1에 대한 항체는 WO2013/015457에 기재된 제작법에 의해 얻을 수 있다.
인간 Corin은 NCBI의 등록번호 NM_006587에 의해 그 서열을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 인간 Lrtm1은 NM_020678에 의해 그 서열을 얻을 수 있다.
Corin 또는 Lrtm1을 발현하는 세포를 인식 또는 분리하는 것을 목적으로 하여 해당 결합하는 물질은 예를 들어 형광 표지, 방사성 표지, 화학발광 표지, 효소, 비오틴 또는 스트렙토아비딘 등의 검출 가능한 물질 또는 프로테인 A, 프로테인 G, 구슬 또는 자기구슬 등의 단리 추출을 가능하게 하는 물질과 결합 또는 접합되어 있어도 된다.
해당 결합하는 물질은 또한 간접적으로 표지하여도 된다. 당업자에게 공지의 다양한 방법을 사용하여 수행할 수 있지만, 예를 들어 해당 항체에 특이적으로 결합하는 미리 표지된 항체(이차항체)를 이용하는 방법을 들 수 있다.
도파민 생산 신경전구세포를 검출하는 방법으로서 플로사이토미터 또는 프로테인칩 등을 이용하는 것이 포함된다.
도파민 생산 신경전구세포를 추출하는 방법에는 해당 결합하는 물질에 입자를 접합시켜 침강시키는 방법, 자기구슬을 이용하여 자성에 의해 세포를 선별하는 방법(예를 들어, 자기활성화 세포분리(Magnetic-activated cell sorting, MACS), 형광 표지를 이용하여 셀소터를 이용하는 방법, 또는 항체 등이 고정화된 담체(예를 들어 세포농축 칼럼)를 이용하는 방법 등이 예시된다.
본 발명에 있어서 Corin 또는 Lrtm1에 특이적으로 결합하는 압타머는 당업자에게 주지의 기술을 이용하여 작성하는 것이 가능하다(SELEX(systematic evolution of Ligand by exponential enrichment)법: Ellington, A.D. & Szostak, J.W.(1990) Nature, 346, 818-822., Tuerk, C. & Gold, L.(1990) Science, 249, 505-510.).
< 신경 영양 인자 >
본 발명에 있어서 신경 영양 인자란 운동뉴런의 생존과 기능 유지에 중요한 역할을 하고 있는 막수용체에의 리간드이고, 예를 들어 신경 성장 인자(Nerve Growth Factor, NGF), 뇌유래 신경영양 인자(Brain-derived Neurotrophic Factor, BDNF), Neurotrophin 3(NT-3), 뉴로트로핀(Neurotrophin) 4/5(NT-4/5), Neurotrophin 6(NT-6), 섬유아세포 성장 인자(basic FGF), 산성 섬유아세포 성장인자(acidic FGF), FGF-5, 상피세포 성장 인자(Epidermal Growth Factor, EGF), 간세포 성장 인자(Hepatocyte Growth Factor, HGF), 인슐린(Insulin), 인슐린 유사 성장 인자 1(sulin Like Growth Factor 1, IGF 1), 인슐린 유사 성장 인자 2(Insulin Like Growth Factor 2, IGF 2), 신경아교세포주 유래 신경영양 인자(Glia cell line-derived Neurotrophic Factor, GDNF), TGF-β2, TGF-β3, 인터류킨(Interleukin) 6(IL-6), 섬모 신경영양 인자(Ciliary Neurotrophic Factor, CNTF) 및 LIF 등을 들 수 있다. 또한, 이들의 1종 또는 2종 이상을 적절히 선택하여 이용하여도 된다. 본 발명에 있어서, 바람직한 신경 영양 인자는 GDNF 및 BDNF로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 인자이다. 신경 영양 인자는 예를 들어, Wako사나 R&D systems사 등으로부터 시판되고 있어 용이하게 이용하는 것이 가능하지만, 당업자에게 공지의 방법에 의해 세포에 강제 발현시킴으로써 얻어도 된다.
배지 중에 있어서의 GDNF1의 농도는 예를 들어 0.1 ng/mL, 0.5 ng/mL, 1 ng/mL, 5 ng/mL, 10 ng/mL, 15 ng/mL, 20 ng/mL, 25 ng/mL, 30 ng/mL, 40 ng/mL, 50 ng/mL, 100 ng/mL, 200 ng/mL, 500 ng/mL이지만 이들에 한정되지 않는다. 바람직하게는 10 ng/mL이다. 배지 중에 있어서의 BDNF1의 농도는 예를 들어 0.1 ng/mL, 0.5 ng/mL, 1 ng/mL, 5 ng/mL, 10 ng/mL, 15 ng/mL, 20 ng/mL, 25 ng/mL, 30 ng/mL, 40 ng/mL, 50 ng/mL, 100 ng/mL, 200 ng/mL, 500 ng/mL이지만 이들에 한정되지 않는다. 바람직하게는 20 ng/mL이다.
< ROCK 저해제 >
본 발명에 있어서 ROCK 저해제란 Rho 키나아제(ROCK)의 기능을 억제할 수 있는 것인 한 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 Y-27632(예를 들어, Ishizaki et al., Mol. Pharmacol. 57, 976-983(2000); Narumiya et al., Methods Enzymol. 325, 273-284(2000) 참조), Fasudil/HA1077(예를 들어, Uenata et al., Nature 389: 990-994(1997) 참조), H-1152(예를 들어, Sasaki et al., Pharmacol. Ther. 93: 225-232(2002) 참조), Wf-536(예를 들어, Nakajima et al., Cancer Chemother Pharmacol. 52(4): 319-324(2003) 참조) 및 이들의 유도체, 및 ROCK에 대한 안티센스 핵산, RNA 간섭 유도성 핵산(예를 들어, siRNA), 도미넌트 네거티브 변이체 및 이들의 발현 벡터를 들 수 있다. 또한, ROCK 저해제로서는 다른 저분자 화합물도 알려져 있으므로, 본 발명에 있어서는 이와 같은 화합물 또는 이들의 유도체도 사용할 수 있다(예를 들어 미국 특허출원 공개 제20050209261호, 동 제20050192304호, 동 제20040014755호, 동 제20040002508호, 동 제20040002507호, 동 제20030125344호, 동 제20030087919호, 및 국제공개 제2003/062227호, 동 제2003/059913호, 동 제2003/062225호, 동 제2002/076976호, 동 제2004/039796호참조). 본 발명에서는 1종 또는 2종 이상의 ROCK 저해제가 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 ROCK 저해제는 바람직하게는 Y-27632일 수 있다.
Y-27632의 농도는 예를 들어 100 nM, 500 nM, 750 nM, 1 μM, 2 μM, 3 μM, 4 μM, 5 μM, 6 μM, 7 μM, 8 μM, 9 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM이지만 이들에 한정되지 않는다. 바람직하게는 10 μM이다.
또한, 본 명세서에 있어서 「물질 X를 포함하는 배지」, 「물질 X의 존재하」란 외래성(exogenous)의 물질 X가 첨가된 배지 또는 외래성의 물질 X를 포함하는 배지, 또는 외래성의 물질 X의 존재하를 의미한다. 즉, 해당 배지 중에 존재하는 세포 또는 조직이 해당 물질 X를 내재적(endogenous)으로 발현, 분비 혹은 생산하는 경우, 내재적인 물질 X는 외래성의 물질 X와는 구별되어 외래성의 물질 X를 포함하지 않는 배지는 내재적인 물질 X를 포함하고 있어도 「물질 X를 포함하는 배지」의 범주에는 해당하지 않는다고 해석한다.
Ⅱ. Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 포함하는 세포 집단의 제조방법
본 발명은 하기 공정 (1) 및 (2)를 포함하는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 포함하는 세포 집단의 제조방법을 제공한다;
(1) 다능성 줄기세포를 피더 세포 비존재하에서 SHH 시그널 자극제 및 미분화 유지 인자를 포함하는 미분화 유지 배지 중 접착 배양하는 공정, 및
(2) 공정 (1)에서 얻어진 세포 집단을 1 이상의 분화 유도 인자를 포함하는 배지 중에서 배양하는 공정.
< 공정 (1) >
상기 공정 (1)에 있어서의 바람직한 다능성 줄기세포로서 인공 다능성 줄기세포 또는 배성 줄기세포(ES 세포, iPS 세포), 보다 바람직하게는 인간 인공 다능성 줄기세포 또는 인간 배성 줄기세포(ES 세포, iPS 세포)를 들 수 있다. 여기서 인공 다능성 줄기세포의 제조방법에는 특별히 한정은 없고, 전술한 바와 같이 당업자에게 주지의 방법으로 제조할 수 있지만, 인공 다능성 줄기세포의 제작 공정 (즉, 체세포를 초기화하여 다능성 줄기세포를 수립하는 공정)도 피더 프리로 수행하는 것이 바람직하다. 여기서 배성 줄기세포(ES 세포, iPS 세포)를 취득하는 방법에는 특별히 한정은 없고, 전술한 바와 같이 당업자에게 주지의 방법으로 제조할 수 있지만, 배성 줄기세포(ES 세포, iPS 세포)의 제작 공정도 피더 프리로 수행하는 것이 바람직하다.
다능성 줄기세포의 유지 배양·확대 배양은 접착 배양으로도 부유 배양으로도 실시할 수 있지만, 바람직하게는 접착 배양으로 실시된다. 다능성 줄기세포의 유지 배양·확대 배양은 피더 존재하에서 실시해도 되고 피더 프리로 실시해도 되지만, 바람직하게는 피더 프리로 실시된다. 다능성 줄기세포의 유지 배양 및 확대 배양에 있어서의 피더 세포 비존재하(피더 프리)란 피더 세포를 실질적으로 포함하지 않는(예를 들어 전체 세포수에 대한 피더 세포수의 비율이 3% 이하인) 조건을 의미한다. 바람직하게는 피더 세포를 포함하지 않는 조건에서 다능성 줄기세포의 유지 배양 및 확대 배양이 실시된다. 다능성 줄기세포의 유지 배양·확대 배양을 수행할 때 ROCK 저해제의 존재하에서 실시할 수 있다.
공정 (1)에서 이용되는 다능성 줄기세포의 유지 배양·확대 배양은 미분화 유지 배지 중에서 당업자에게 주지의 방법으로 실시할 수 있다.
공정 (1)에서 이용되는 미분화 유지 배지는 기초 배지에 미분화 유지 인자가 첨가되고, 다능성 줄기세포가 다능성을 유지한 채로 생존 가능한 배지이면 특별히 한정은 없고, 해당 미분화 유지 인자 및 기초 배지에 대해서는 전술한 바와 같다. 공정 (1)에서 이용되는 미분화 유지 배지로서 구체적으로는 이미 미분화 유지 인자가 첨가된 시판의 다능성 줄기세포용 배지를 이용할 수 있고, 미분화 유지 인자로서 바람직하게는 bFGF 또는 TGFβ 등을 들 수 있다. 미분화 유지 배지로서는 예를 들어 Essential 8(Life Technologies사 제품), S-medium(DS 파르마 바이오메디컬사 제품), StemPro(Life Technologies사 제품), hESF9(Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Sep 9; 105(36): 13409-14), mTeSR1(STEMCELL Technologies사 제품), mTeSR2(STEMCELL Technologies사 제품), TeSR-E8(STEMCELL Technologies사 제품), StemFit(아지노모토사 제품)를 들 수 있고, 바람직하게는 Essential 8 또는 StemFit를 들 수 있다. 또한, 미분화 유지 배지에 전술한 ROCK 저해제를 적절히 첨가하여 이용할 수 있다.
공정 (1)에 있어서의 피더 세포 비존재하(피더 프리)란 피더 세포를 실질적으로 포함하지 않는(예를 들어 전체 세포수에 대한 피더 세포수의 비율이 3% 이하) 조건을 의미한다. 바람직하게는 피더 세포를 포함하지 않는 조건에서 공정 (1)이 실시된다.
공정 (1)에 있어서의 다능성 줄기세포의 배양은 부유 배양 및 접착 배양의 어느 조건으로 수행되어도 되지만, 바람직하게는 접착 배양에 의해 수행된다.
접착 배양을 수행할 때에 이용되는 배양기는 「접착 배양하는」 것이 가능한 것이면 특별히 한정되지 않지만, 세포 접착성의 배양기가 바람직하다. 세포 접착성의 배양기로서는 배양기의 표면이 세포와의 접착성을 향상시키는 목적으로 인공적으로 처리된 배양기를 들 수 있고, 구체적으로는 전술한 내부가 코팅제로 피복된 배양기를 들 수 있다. 코팅제로서는 예를 들어 라미닌[라미닌α5β1γ1(이하, 라미닌 511), 라미닌α1β1γ1(이하, 라미닌 111) 등 및 라미닌 단편(라미닌 511E8 등)을 포함함], 엔탁틴, 콜라겐, 젤라틴, 비트로넥틴(Vitronectin), Synthemax(코닝사), 마트리겔 등의 세포외 매트릭스 등, 또는 폴리리신, 폴리오르니틴 등의 고분자 등을 들 수 있다. 또한, 정전하 처리 등의 표면 가공된 배양용기를 사용할 수도 있다. 바람직하게는 라미닌을 들 수 있고, 보다 바람직하게는 라미닌 511E-8을 들 수 있다. 라미닌 511E-8은 시판품을 구입할 수 있다(예: iMatrix-511, 닛삐).
공정 (1)에서 이용되는 배지는 SHH 자극제를 포함한다. 공정 (1)에서 다능성 줄기세포를 SHH 자극제로 처리하고 나서, 공정 (2)에서 분화 유도 인자 존재하의 접착 배양에 제공함으로써 고효율로 Corin 발현 세포를 제조할 수 있다.
SHH 자극제의 농도는 전술한 효과를 달성 가능한 범위에서 적절히 설정하는 것이 가능하다. 예를 들어. Shh 단백질은 통상 20 ~ 1000 ng/ml, 바람직하게는 50 ~ 300 ng/ml의 농도로 사용된다. SAG는 통상 1 ~ 2000 nM, 바람직하게는 10 ~ 700 nM, 보다 바람직하게는 30 ~ 600 nM, 더욱 바람직하게는 30 ~ 300 nM의 농도로 사용된다. PMA는 통상 0.002 ~ 20 μM, 바람직하게는 0.02 ~ 2 μM의 농도로 사용된다. 또한, 일 양태에 있어서 SHH 자극제는 상기 농도의 SAG과 동등한 SHH 자극 작용을 갖는 양으로 적절히 사용할 수 있다.
공정 (1)에서 이용되는 배지는 혈청 배지여도 무혈청 배지여도 되지만, 화학적으로 미결정인 성분의 혼입을 회피하는 관점으로부터 바람직하게는 무혈청 배지이다.
공정 (1)에서 이용되는 배지는 화학적으로 미결정인 성분의 혼입을 회피하는 관점으로부터 함유 성분이 화학적으로 결정된 배지여도 된다.
공정 (1)에서의 피더 프리 조건에서의 다능성 줄기세포의 배양에 있어서, 피더 세포를 대신하는 기반을 다능성 줄기세포에 제공하기 위하여 적절한 매트릭스를 기반으로서 이용하여도 된다. 기반인 매트릭스에 의해 표면을 코팅한 세포 용기 중에서 다능성 줄기세포를 접착 배양한다.
기반으로서 이용할 수 있는 매트릭스로서는 라미닌(Nat Biotechnol 28, 611-615(2010)), 라미닌 단편(Nat Commun 3, 1236(2012)), 기저막 표품(Nat Biotechnol 19, 971-974(2001)), 젤라틴, 콜라겐, 헤파란황산프로테오글리칸, 엔탁틴, 비트로넥틴(Vitronectin) 등을 들 수 있다.
바람직하게는 공정 (1)에 있어서의 피더 프리 조건에서의 다능성 줄기세포의 배양에 있어서는 단리된 라미닌 511 또는 라미닌 511의 E8 단편(더욱 바람직하게는 라미닌 511의 E8 단편)에 의해 표면을 코팅한 세포 용기 중에서 다능성 줄기세포를 접착 배양한다.
공정 (1)에 있어서의 다능성 줄기세포의 배양 시간은 공정 (2)에서 형성되는 세포 집단의 질을 향상시키는 효과를 달성 가능한 범위이면 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.5 ~ 48시간이다. 공정 (1)에 있어서의 다능성 줄기세포의 배양 시간은 바람직하게는 1시간 이상, 2시간 이상, 6시간 이상, 12시간 이상, 18시간 이상 또는 24시간 이상이다. 공정 (1)에 있어서의 다능성 줄기세포의 배양 시간은 바람직하게는 36시간 이내 또는 28시간 이내이다. 일 양태에 있어서, 공정 (1)에 있어서의 다능성 줄기세포의 배양 시간의 범위는 바람직하게는 2 ~ 48시간, 보다 바람직하게는 6 ~ 48시간, 더욱 바람직하게는 12 ~ 36시간, 보다 더 바람직하게는 18 ~ 28시간(예, 24시간)이다. 즉, 공정 (2) 개시의 0.5 ~ 48시간(바람직하게는 18 ~ 28시간) 전에 제1 공정을 개시하고, 공정 (1)을 완료한 후 계속해서 공정 (2)가 수행된다. 다른 양태에 있어서, 공정 (1)에 있어서의 다능성 줄기세포의 배양 시간의 범위는 바람직하게는 18 ~ 48시간, 18 ~ 36시간, 18 ~ 28시간 또는 24 ~ 28시간이다. SHH 시그널 자극제로 세포를 처리한 후, 한편에서 계속해서 세포를 처리하는 경우, 각각의 처리 시간이 전술한 배양 시간의 범위 내가 되도록 할 수 있다. 통상 공정 (1)은 ROCK 저해제를 첨가하지 않고 수행된다.
공정 (1)에 있어서의 배양 온도, CO2 농도 등의 배양 조건은 적절히 설정할 수 있다. 배양 온도는 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 40℃, 바람직하게는 약 37℃이다. 또한, CO2 농도는 예를 들어, 약 1% 내지 약 10%, 바람직하게는 약 5%이다.
바람직한 일 양태에 있어서, 인간 다능성 줄기세포(예, 인간 iPS 세포)를 피더 세포 비존재하에서 bFGF 및 SHH 시그널 자극제를 함유하는 무혈청 배지 중에서 접착 배양한다. 해당 접착 배양은 바람직하게는 라미닌 511, 라미닌 511의 E8 단편 또는 비트로넥틴으로 표면을 코팅한 세포 용기 중에서 실시된다. 해당 접착 배양은 바람직하게는 피더 프리 배지로서 Essential 8, TeSR 배지, mTeSR 배지, mTeSR-E8 배지 또는 StemFit 배지, 더욱 바람직하게는 Essential 8 또는 StemFit 배지를 이용하여 실시된다.
바람직한 일 양태에 있어서, 인간 다능성 줄기세포(예, 인간 iPS 세포)를 피더 세포 비존재하에서 bFGF 및 SHH 시그널 자극제를 함유하는 무혈청 배지 중에서 부유 배양한다. 해당 부유 배양에서는 인간 다능성 줄기세포는 인간 다능성 줄기세포의 응집체를 형성해도 된다.
바람직한 양태에 있어서, 공정 (1)에 의해 얻어지는 세포는 다능성 유사 성질(pluripotent-like state)이 유지되는 세포이고, 공정 (1)을 통해 다능성 유사 성질이 유지된다. 다능성 유사 성질이란 다능성을 포함하는, 다능성 줄기세포에 공통되는 다능성 줄기세포에 특유의 형질의 적어도 일부를 유지하고 있는 상태를 의미한다. 다능성 유사 성질에는 엄밀한 다능성은 요구되지 않는다. 구체적으로는, 다능성 성질(pluripotent state)의 지표가 되는 마커의 모두 또는 일부를 발현하고 있는 상태가 「다능성 유사 성질」에 포함된다. 다능성 유사 성질의 마커로서는 Oct3/4 양성, 알칼리포스파타제 양성 등을 들 수 있다. 일 양태에 있어서, 다능성 유사 성질이 유지된 세포는 Oct3/4 양성이다. 나노그(Nanog)의 발현량이 ES 세포 혹은 iPS 세포에 비해 낮은 경우여도 「다능성 유사 성질을 나타내는 세포」에 해당한다.
일 양태에 있어서, 공정 (1)에 의해 얻어지는 세포는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포, 도파민 생산 신경전구세포 또는 도파민 신경세포로 분화하는 능력을 갖는 줄기세포이다. 일 양태에 있어서, 공정 (1)에 의해 얻어지는 세포는 적어도 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포, 도파민 생산 신경전구세포 또는 도파민 신경세포로 분화하는 능력을 갖는 Oct3/4 양성의 줄기세포이다.
바람직한 양태에 있어서, 인간 다능성 줄기세포(예, iPS 세포)를 피더 세포 비존재하에서 SHH 시그널 자극제 및 bFGF를 함유하는 무혈청 배지에서 접착 배양한다.
상기한 해당 접착 배양은 바람직하게는 라미닌 511 또는 라미닌 511의 E8 단편으로 표면을 코팅한 세포 용기 중에서 실시된다. SHH 시그널 자극제는 바람직하게는 Shh 단백질, SAG 또는 퍼모프아민(PMA), 보다 바람직하게는 SAG이다. TGFβ 저해제(예, Lefty, SB431542, A-83-01) 혹은 BMP 저해제(예, LDN193189)와 SHH 시그널 자극제(예, Shh 단백질, SAG, PMA)를 조합하여 이용해도 된다. 구체적으로는 SAG 및 A-83-01, SAG 및 LDN193189의 조합을 들 수 있다. 배양 시간은 0.5 ~ 48시간(바람직하게는 18 ~ 48시간, 18 ~ 36시간, 18 ~ 28시간 또는 24 ~ 28시간)이다.
공정 (1)은 예를 들어, 다능성 줄기세포를 피더 세포 비존재하에서 미분화 유지 인자를 포함하는 배지(미분화 유지 배지) 중에서 유지 배양해 두고, 이 배지 중에 SHH 시그널 자극제를 첨가하거나 또는 SHH 시그널 자극제를 포함하는 미분화 유지 배지로 배지 교환하여 배양을 계속함으로써 실시된다.
예를 들어, 인간 다능성 줄기세포(예, 인간 iPS 세포)를 피더 세포 비존재하에서 bFGF를 포함하는 무혈청 배지 중에서 유지 배양한다. 해당 유지 배양은 바람직하게는 접착 배양에 의해 수행된다. 해당 접착 배양은 바람직하게는 비트로넥틴, 라미닌 511 또는 라미닌 511의 E8 단편으로 표면을 코팅한 세포 용기 중에서 실시된다. 그리고 공정 (1)에 있어서 이 배지 중에 SHH 시그널 자극제를 첨가하고, 배양을 계속한다. SHH 시그널 자극제는 바람직하게는 Shh 단백질, SAG 또는 PMA이다. 여기서 TGFβ 저해제(예, Lefty, SB431542, A-83-01) 혹은 BMP 저해제(예, LDN193189)를 SHH 시그널 자극제(예, Shh 단백질, SAG, PMA)와 조합하여 이용해도 된다. 첨가후, 0.5 ~ 48시간(바람직하게는 18 ~ 48시간, 18 ~ 28시간 또는 약 24시간) 배양을 계속한다.
< 공정 (2) >
본 발명에 있어서 상기 공정 (2)는 다능성 줄기세포를 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포로 분화 유도할 수 있는 분화 유도 인자를 포함하는 배지를 이용하여 수행할 수 있지만, 다음의 다단계 공정에 의해 수행되는 것이 바람직하다;
(a) 다능성 줄기세포를 세포외 기질상에서 BMP 저해제 및 TGFβ 저해제를 포함하는 배지 중에서 접착 배양하는 공정,
(b) 상기 공정 (a)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제 및 FGF8을 포함하는 배지 중에서 세포외 기질상에서 접착 배양하는 공정,
(c) 상기 공정 (b)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 GSK3β 저해제를 포함하는 배지 중에서 세포외 기질상에서 접착 배양하는 공정,
(d) 상기 공정 (c)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제 및 GSK3β 저해제를 포함하는 배지 중에서 세포외 기질상에서 접착 배양하는 공정.
본 발명에 있어서 공정 (2)에서 이용하는 배지는 동물세포의 배양에 이용되는 배지, 구체적으로는 다능성 줄기세포 등의 미분화 세포로부터 세포를 분화시키는 경우에 사용하는 당업자에게 주지의 배지를 기초 배지로서 조제할 수 있다. 기초 배지로서는 예를 들어 Glasgow's Minimal Essential Medium(GMEM) 배지, IMDM 배지, Medium 199 배지, Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) 배지,αMEM 배지, Dulbecco's modified Eagle's Medium(DMEM) 배지, Ham's F12 배지, RPMI 1640 배지, Fischer's 배지, Neurobasal Medium(Life Technologies사 제품) 및 이들의 혼합 배지 등이 포함된다. 바람직하게는 GMEM 배지이다. 배지에는 혈청이 함유되어 있어도 되고 혹은 무혈청이어도 된다. 필요에 따라 배지는 예를 들어 알부민, 트랜스페린, Knockout Serum Replacement(KSR)(혈청 대체물), N2 서플리먼트(Invitrogen), B27 서플리먼트(Invitrogen), 지방산, 인슐린, 콜라겐 전구체, 미량 원소, 2-메르캅토에탄올, 3'-티올글리세롤 등의 1개 이상의 혈청 대체물을 포함해도 되고, 지질, 아미노산, L-글루타민, GlutaMax(Life Technologies사 제품), 비필수 아미노산, 비타민, 증식 인자, 저분자 화합물, 항생 물질, 항산화제, 피루브산, 완충제, 무기 염류 등의 1개 이상의 물질도 함유할 수 있다. 바람직한 배지는 KSR, 2-메르캅토에탄올, 비필수 아미노산 및 피루브산을 함유하는 GMEM 배지이다.
Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 포함하는 세포 집단으로 분화시키기 위해서 이들 배지에 전술한 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 GSK3β 저해제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 시약을 적절히 첨가하여 배양할 수 있다.
공정 (2), 예를 들어 공정 (2)가 상기 (a), (b), (c) 및 (d)의 공정에 의해 수행되는 경우에서는 공정 (2) 중 공정 (b) 및 공정 (c)에서 이용되는 SHH 시그널 자극제로서는 전술한 어느 SHH 시그널 자극제를 1종 또는 2종 이상 적절히 선택하여 이용해도 되지만, 바람직하게는 퍼모프아민이 이용된다.
배지 중에 있어서의 퍼모프아민의 농도는 Gli2를 활성화하는 농도이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1 nM, 10 nM, 50 nM, 100 nM, 500 nM, 750 nM, 1 μM, 2 μM, 3 μM, 4 μM, 5 μM, 6 μM, 7 μM, 8 μM, 9 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM이지만 이들에 한정되지 않는다. 바람직하게는 2 μM이다.
공정 (2)에 있어서 세포외 기질의 존재하, 바람직하게는 세포외 기질상에서 접착 배양한다는 것은 세포외 기질에 의해 코팅 처리된 배양용기를 이용하여 배양함으로써 수행할 수 있다. 코팅 처리는 세포외 기질을 함유하는 용액을 배양용기에 넣은 후, 해당 용액을 적절히 제거함으로써 수행할 수 있다.
통상은 공정 (2) 중 공정 (a)는 ROCK 저해제를 더 포함하는 배지에서 수행된다. 즉, 공정 (a)는 「다능성 줄기세포를 세포외 기질상에서 ROCK 저해제, BMP 저해제 및 TGFβ 저해제를 포함하는 배지 중에서 접착 배양하는 공정」이어도 된다.
배양 조건에 대하여 배양 온도는 특별히 한정되지 않지만, 약 30 ~ 40℃, 바람직하게는 약 37℃이고, CO2 함유 공기의 분위기하에서 배양이 수행되고, CO2 농도는 바람직하게는 약 2 ~ 5%이다.
배양 기간은 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포가 출현하는 기간이면 특별히 한정되지 않지만, 공정 (2)의 종료후에 얻어지는 세포 집단 중에 포함되는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포의 비율이 10% 이상이 되도록 배양을 수행하는 것이 바람직하고, 공정 (2)는 적어도 10일간 수행되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 12일간 내지 21일간이고, 더욱 바람직하게는 12일간 내지 14일간이다.
또한 공정 (2) 내의 공정 (a)에서는 1일 이상, 2일 이상, 3일 이상, 4일 이상, 5일 이상, 6일 이상, 7일 이상 또는 그 이상의 일수를 들 수 있다. 바람직하게는 1일이다. 마찬가지로 공정 (b)에서는 1일 이상, 2일 이상, 3일 이상, 4일 이상, 5일 이상, 6일 이상, 7일 이상 또는 그 이상의 일수를 들 수 있다. 바람직하게는 2일이다. 마찬가지로 공정 (c)에서는 1일 이상, 2일 이상, 3일 이상, 4일 이상, 5일 이상, 6일 이상, 7일 이상 또는 그 이상의 일수를 들 수 있다. 바람직하게는 4일이다. 마찬가지로 공정 (d)에서는 1일 이상, 2일 이상, 3일 이상, 4일 이상, 5일 이상, 6일 이상, 7일 이상 또는 그 이상의 일수를 들 수 있다. 바람직하게는 5일이다.
다능성 줄기세포는 세포를 해리시켜 이용해도 되고, 세포를 해리시키는 방법으로서는 예를 들어 역학적으로 해리하는 방법, 프로테아제 활성과 콜라게나제 활성을 갖는 해리 용액(예를 들어 Accutase(상표) 및 Accumax(상표) 등) 또는 콜라게나제 활성만을 갖는 해리 용액을 이용한 해리 방법을 들 수 있다. 바람직하게는 트립신 또는 그 대체물(TrypLE CTS(Life Technologies)가 예시된다)을 이용하여 인간 다능성 줄기세포를 해리하는 방법이 이용된다. 세포를 해리시킨 경우, ROCK 저해제를 적절히 해리후에 첨가하여 배양하는 것이 바람직하다. ROCK 저해제를 첨가하는 경우, 적어도 1일간 첨가하여 배양하면 되고, 보다 바람직하게는 1일간이다.
Ⅲ. 도파민 생산 신경전구세포의 제조방법
< 공정 (3) >
공정 (3)의 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 수집하는 공정은 전술한 < 세포를 선택하는 방법 >에 기초하여 수행할 수 있다.
< 공정 (4) >
공정 (4)에서 이용하는 배지는 동물세포의 배양에 이용되는 배지를 기초 배지로서 조제할 수 있다. 기초 배지로서는 예를 들어 Glasgow's Minimal Essential Medium(GMEM) 배지, IMDM 배지, Medium 199 배지, Eagle's Minimum Essential Medium(EMEM) 배지,αMEM 배지, Dulbecco's modified Eagle's Medium(DMEM) 배지, Ham's F12 배지, RPMI 1640 배지, Fischer's 배지, Neurobasal Medium(Life Technologies사 제품) 및 이들의 혼합 배지 등이 포함된다. 바람직하게는 Neurobasal Medium이다. 배지에는 혈청이 함유되어 있어도 되고 혹은 무혈청이어도 된다. 필요에 따라 배지는 예를 들어 알부민, 트랜스페린, Knockout Serum Replacement(KSR)(ES 세포 배양시의 FBS의 혈청 대체물), N2 서플리먼트(Invitrogen), B27 서플리먼트(Invitrogen), 지방산, 인슐린, 콜라겐 전구체, 미량 원소, 2-머캅토에탄올, 3'-티올글리세롤 등의 1개 이상의 혈청 대체물을 포함해도 되고, 지질, 아미노산, L-글루타민, GlutaMax(Life Technologies사 제품), 비필수 아미노산, 비타민, 증식 인자, 저분자 화합물, 항생 물질, 항산화제, 피루브산, 완충제, 무기 염류, 핵산(예를 들어 Dibutyryl cyclic AMP(dbcAMP)) 등의 1개 이상의 물질도 함유할 수 있다. 바람직한 배지는 B27 서플리먼트, 아스코르브산 및 dbcAMP를 함유하는 Neurobasal Medium이다. 이 배지에 적절히 신경 영양 인자를 첨가하여 배양할 수 있다.
공정 (4)에 있어서의 부유 배양이란 세포를 배양용기에 비접착 상태로 배양하는 것이고, 특별히 한정은 되지 않지만, 세포와의 접착성을 향상시키는 목적으로 인공적으로 처리(예를 들어 세포외 매트릭스 등에 의한 코팅 처리)되어 있지 않은 배양용기, 혹은 인공적으로 접착을 억제하는 처리(예를 들어 폴리히드록시에틸메타크릴산(poly-HEMA), 비이온성의 계면활성 폴리올(Pluronic F-127 등) 또는 인지질 유사 구조물(예를 들어 2-메타크릴로일옥시에틸포스포릴콜린을 구성단위로 하는 수용성 폴리머(Lipidure))에 의한 코팅 처리한 배양용기를 사용하여 수행할 수 있다.
배양 조건에 대하여 배양 온도는 특별히 한정되지 않지만, 약 30 ~ 40℃, 바람직하게는 약 37℃이고, CO2 함유 공기의 분위기하에서 배양이 수행되고, CO2 농도는 바람직하게는 약 2 ~ 5%이다.
배양 기간은 Nurr1 또는 Foxa2 양성 세포가 출현하는 기간이면 특별히 한정되지 않지만, 공정 (ⅲ)은 적어도 7일간 수행되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 7일간 내지 30일간이고, 더욱 바람직하게는 14일간 내지 21일간 또는 14일간 내지 16일간이고, 가장 바람직하게는 16일간이다.
공정 (3)에 이어서 공정 (4)를 수행하는 경우, ROCK 저해제를 적절히 첨가하여 배양하는 것이 바람직하다. ROCK 저해제를 첨가하는 경우, 적어도 1일간 첨가하여 배양하면 되고, 보다 바람직하게는 1일간이다.
Ⅳ. 의약
< 파킨슨병 치료제 >
본 발명에서 얻어진 도파민 생산 신경전구세포는 제제로서 파킨슨병 환자에게 투여할 수 있다. 얻어진 도파민 생산 신경전구세포를 생리 식염수 등에 현탁시켜 환자의 선조체 영역에 이식함으로써 수행된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 방법으로 다능성 줄기세포로부터 얻어진 도파민 생산 신경전구세포를 포함하는 파킨슨병 치료제를 제공한다.
본 발명에 있어서 파킨슨병 치료제에 포함되는 도파민 생산 신경전구세포의 세포수는 이식편이 투여후에 생착할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 15×104개 이상 포함될 수 있다. 또한, 증상이나 체구의 크기에 맞춰 적절히 증감하여 조제되어도 된다.
도파민 생산 신경전구세포의 질환부위에의 이식은 예를 들어 Nature Neuroscience, 2, 1137(1999) 혹은 N Engl J Med.; 344: 710-9(2001)에 기재되는 바와 같은 수법에 의해 수행할 수 있다.
< 키트 >
본 발명에서의 다른 실시형태에 있어서 다능성 줄기세포로부터 도파민 생산 신경전구세포를 제작하는 키트가 포함된다. 해당 키트에는 전술한 도파민 생산 신경전구세포를 제작하는 각 공정에 사용하는 배지, 첨가제 또는 배양용기 등이 포함된다. 예를 들어 항Corin 항체 및/또는 항Lrtm1 항체, 공정 (1)에 이용되는 SHH 시그널 자극제(예를 들어 SAG), 공정 (2)에 이용되는 BMP 저해제(예를 들어 LDN193189), TGFβ 저해제(예를 들어 A83-01), SHH 시그널 자극제(예를 들어 퍼모프아민), FGF8, GSK3β 저해제(예를 들어 CHIR99021), 세포외 기질(예를 들어 라미닌 511E8) 및 신경 영양 인자(예를 들어 BDNF 및 GDNF)를 포함하는 키트를 들 수 있다. 본 키트에는 제조공정의 순서를 기재한 서면이나 설명서를 더 포함해도 된다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.
실시예
실시예 1
세포 및 배양
도파민 생산 세포 제조의 프로토콜을 도 1에 나타냈다.
인간 iPS 세포인 QHJ-I01은 Oct3/4, Sox2, Klf4, L-MYC, LIN28 및 p53의 도미넌트 네거티브체(Okita, K., et al. Stem Cells 31, 458-66(2013); WO2013/176233)를 인간 말초혈액 단핵세포(peripheral blood mononuclear cell, PBMC에 에피소말 벡터(episomal vector)에 의해 도입하여 얻어진 세포로서 교토대학의 야마나카교수 등으로부터 수령하였다.
iPS 세포는 미야자키 T 등(Miyazaki T et al., Nat Commun. 3: 1236, 2012)의 기재에 준거한 방법으로 배양하였다. 즉, 간결하게는 라미닌511E8로 코팅된 6웰 플레이트 상에서 FGF2(bFGF)를 포함하는 미분화 유지 배지에 의해 유지 배양하였다.
분화 유도 개시, 즉 분화 배지로의 교환 24시간 전에 SHH 시그널 자극제인 SAG(Enzo Life Sciences, Inc, 300 nM)를 포함하는 미분화 유지 배지, StemFit: AK-03N(Ajinomoto)으로 교환하여 iPS 세포를 포함하는 세포 집단을 얻었다.
SAG 존재하에서 24시간 배양한 후의 상기 iPS 세포를 포함하는 세포 집단을 TrypLE CTS(Life Technologies)를 이용하여 해리하고, 별도로 준비한 라미닌511E8(iMatrix-511, Nippi)로 코팅한 6웰 플레이트에 하나의 웰 당 5×106개로 파종하고, 배지를 분화 배지[10 μM Y-27632(WAKO), 0.1 μM LDN193189(STEMGENT) 및 0.5 μM A83-01(WAKO)을 함유하는 기본 배지 A[8% KSR(Invitrogen), 1 mM 소디움 피루베이트(Invitrogen), 0.1 mM MEM 비필수 아미노산(Invitrogen) 및 0.1 mM 2-머캅토에탄올(WAKO)을 함유하는 GMEM(Invitrogen)]로 교환하였다. 다음날(day1) 0.1 μM LDN193189, 0.5 μM A83-01, 2 μM 퍼모프아민(WAKO) 및 100 ng/mL FGF8(WAKO)을 함유하는 기본 배지 A로 배지를 교환하였다. 2일 후(day3), 0.1 μM LDN193189, 0.5 μM A83-01, 2 μM 퍼모프아민, 100ng/mL FGF8 및 3 μM CHIR99021(WAKO)을 함유하는 기본 배지 A로 배지를 교환하였다. 4일 후(day7), 0.1 μM LDN193189 및 3 μM CHIR99021을 함유하는 기본 배지 A로 배지를 교환하였다. 0.1 μM LDN193189 및 3 μM CHIR99021을 함유하는 기본 배지 A로 배지를 교환하였다. 이들 기간 동안 배지 교환은 1일에 한 번 수행하였다. 분화 유도 개시후 12일째(day12)에 항Corin 항체를 이용한 플로사이토미트리 분석을 실시하였다(도 1).
또한, 항Corin 항체는 이하의 방법으로 제작하였다. 게잡이원숭이 Corin 유전자 중 세포 외 영역의 일부(79-453 아미노산)를 코딩하는 유전자 서열을 293E 세포에 도입하여 Corin 단백질의 세포 외 영역 단편을 발현시켜 회수하였다. 회수한 단백질을 마우스에 면역한 후, 림프구 세포를 꺼내 미엘로마 세포와 퓨전시켰다. 퓨전시킨 세포 집단으로부터 Corin에 반응성을 갖는 클론을 선택하였다. 이 클론의 배양 상청을 항Corin 모노클로날 항체로서 형광 라벨을 실시한 후에 이용하였다.
0.1 μM LDN193189 및 3 μM CHIR99021을 함유하는 기본 배지 A에서의 배양으로부터 5일후, 즉 분화 유도 개시후 12일째(day12) TrypLE CTS를 이용하여 세포를 해리하고, 2% FBS, 10 μM Y-27632(WAKO), 20 mM D-glucose 및 50 μg/ml 페니실린/스트렙토마이신을 함유하는 Ca2+Mg2 +-free HBSS(Invitrogen)에 현탁시켰다. 상기 항Corin 항체를 첨가하고, 4℃에서 20분간 배양하고, FACS(BD)를 이용해서 분류(sorting)를 수행하여 Corin 양성 세포를 회수하고, 세포수를 계측하였다. Corin 양성률을 측정한 결과를 도 2에 나타낸다. 좌측의 막대그래프는 SAG 비존재하에서 미분화 유지 배양(프리컨디셔닝)한 경우의 대상 세포를 나타내고, 우측의 막대그래프는 300nM의 SAG 존재하에서 미분화 유지 배양(프리컨디셔닝)한 경우의 Corin 양성률을 나타낸다.
그 결과, 분화 유도전에 미분화 유지 배지 중에서 SAG에 의한 처리를 수행함으로써 Corin 양성 세포 비율이 향상되는 것이 발견되었다.
회수한 Corin 양성 세포를 PrimeSurface 96U 플레이트(스미토모베이클라이트)에 20000개/well로 옮기고, 기본 배지 B(B27 Supplement without vitamin A(Invitrogen), 20 ng/mL BDNF, 10 ng/mL GDNF, 200 mM 아스코르브산 및 0.4 mM dbcAMP(Sigma)를 첨가한 신경세포배양용 배지(Neurobasal medium)(Invitrogen))를 이용하여 부유 배양하였다. 이때, 최초의 배지는 30 μM의 Y-27632를 첨가한 배지를 이용했지만, 3일에 한 번 반량씩 교환했을 때에는 Y-27632를 첨가하지 않은 배지를 이용하였다. 분류로부터 16일후(day28)까지 부유 배양을 실시하여 FoxA2, Nurr1(모두 중뇌 마커)의 염색을 수행하고, 도파민 신경전구세포로 분화되어 있는지의 여부를 확인하였다. 그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이 얻어진 세포는 FoxA2 및 Nurr1을 발현하고 있음을 알았다. 이때, 핵의 존재를 나타내는 DAPI 양성 세포를 100%로 하여 Foxa2는 99.0%, Nurr1은 14.6%였다.
실시예 2
실시예 1과 마찬가지로 첨가하는 SAG의 농도를 변경한 실험 및 SAG와 동시에 A83-01 혹은 LDN193189를 첨가한 실험을 수행하여 Corin 양성률을 측정하였다. 검토 조건 및 각각의 조건하에서의 Corin 양성률을 표 1에 나타냈다.
조건 첨가제 Corin 양성률(%)
조건 2 None(대조군) 11.7
조건 3 SAG(10nM) 22.7
조건 4 SAG(300nM) 32.1
조건 5 SAG(10nM), A83-01(500nM) 17.8
조건 6 SAG(300nM), A83-01(500nM) 40.5
조건 7 SAG(10nM), LDN193189(100nM) 26.9
조건 8 SAG(300nM), LDN193189(100nM) 38.7
조건 9 A83-01(500nM) 12.4
조건 10 LDN193189(100nM) 12.6
조건 11 A83-01(500nM), LDN193189(100nM) 7.9
이상의 결과로부터 SAG 또는 SAG에 더하여 A83-1 혹은 LDN193189를 첨가한 경우, 컨트롤과 비교하여 SAG의 첨가 농도에 의존적으로 Corin 양성률이 향상되는 것을 알았다. 한편, A83-1 및/또는 LDN193189만을 첨가한 경우에는 효과를 나타내지 않았다.
실시예 3
별도의 방법으로 조제한 iPS 세포에 의한 제조
인간 iPS 세포인 LPF11은 Oct3/4, Sox2, Klf4, L-MYC를 인간 PBMC에 센다이바이러스 벡터(Cytotune2.0L, ID Pharma사 제품)에 의해 도입하여 교토대학의 공개 프로토콜(인간 iPS 세포의 수립·유지 배양, CiRA_Ff-iPSC_protocol_JP_v140310, http://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/research/protocol.html)에 기재된 방법에 따라 StemFit 배지(아지노모토사 제품), 라미닌511-E8(닛삐사 제품)을 이용하여 수립하였다.
이 iPS 세포를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 배양 및 분화 유도를 수행하고, 12일째(day12)에 항Corin 항체를 이용하여 Corin 양성 세포의 전체 세포수에 대한 비율을 측정하였다. Corin 양성률을 측정한 결과를 도 4에 나타낸다. 좌측의 막대그래프는 SAG 비존재하에서 미분화 유지 배양(프리컨디셔닝)한 경우의 Corin 양성률을 나타내고, 우측의 막대그래프는 300nM의 SAG 존재하에서 미분화 유지 배양(프리컨디셔닝)한 경우의 Corin 양성률을 나타낸다.
그 결과, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 iPS 세포의 종류에 상관없이 분화 유도전에 미분화 유지 배지 중에서 SAG에 의한 처리를 수행함으로써 Corin 양성 세포의 비율이 향상되는 것이 발견되었다.
실시예 4
동물에의 세포 이식
실시예 1에서 조제한 세포(day28에 상당)가 이식에 적합한지 검토를 수행하였다. 이때, 배지는 3일에 한 번 반량씩 교환하였다.
Day28의 세포를 TH(도파민 생산 신경세포 마커), Foxa2 및 Nurr1(모두 중뇌 마커)에 대하여 면역 염색을 수행한 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이 얻어진 세포는 FoxA2 및 Nurr1을 발현하고 있음을 알았다. 이때, 핵의 존재를 나타내는 DAPI 양성 세포를 100%로 하여 Foxa2는 99.0%, Nurr1은 14.6%였다.
얻어진 세포 4×105개의 세포를 포함하는 복수의 세포괴를 2 μl(생리 식염수)에 현탁시켜 파킨슨병 모델 래트(6-OHDA 편측 투여 래트)의 선조체에 22게이지의 주사바늘을 이용하여 투여하고, 4주후의 이식편의 모습을 관찰했다(도 5). 이식편의 분석에서는 TH 양성의 섬유 및 세포체를 확인할 수 있었다(도 5 A 및 B). 이때, SAG 처리, 비처리의 세포 이식편에 있어서 HuNu 양성 세포수(인간 세포핵, 이식 세포의 생착수를 나타냄)당 TH 양성 세포수의 비율에 차이가 보이지 않고, 동등한 염색상을 나타냈다(도 5 A 및 B).
이상의 결과로부터 실시예 1에서 제조한 세포(day28)는 SAG 처리, 비처리 모두 이식편의 생착 및 도파민 생산 세포로의 성숙을 확인할 수 있고, 파킨슨병의 치료를 위해서 사용하는 세포로서 적합한 것이 시사되었다.
산업상 이용가능성
본 발명은 재생 의료, 특히 파킨슨병의 치료에 유용하다.
SEQUENCE LISTING <110> Kyoto University Sumitomo Dainippon Pharma Co., Ltd. <120> METHOD FOR PRODUCING DOPAMINERGIC NEURON PROGENITOR CELLS <130> OP-17069 <150> JP2016-086499 <151> 2016-04-22 <160> 1 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> L803-mts <220> <221> LIPID <222> (1)..(1) <223> MYRISTATE <220> <221> MOD_RES <222> (11)..(11) <223> PHOSPHORYLATION <220> <221> MOD_RES <222> (12)..(12) <223> AMIDATION <400> 1 Gly Lys Glu Ala Pro Pro Ala Pro Pro Gln Ser Pro 1 5 10

Claims (23)

  1. 하기 공정 (1) 및 (2)를 포함하는, Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 포함하는 세포 집단의 제조방법;
    (1) 다능성 줄기세포를 피더세포(feeder cell)의 비존재하, 소닉 헤지호그(sonic hedgehog, SHH) 시그널 자극제 및 미분화 유지 인자를 포함하는 미분화 유지 배지 중 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정, 및
    (2) 공정 (1)에서 얻어진 세포를 1 이상의 분화 유도 인자를 포함하는 배지 중에서 배양하는 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    SHH 시그널 자극제가 SAG(N-Methyl-N'-(3-pyridinylbenzyl)-N'-(3-chlorobenzo[b]thiophene-2-carbonyl)-1,4-diaminocyclohexane), shh 단백질 혹은 이의 단편, 퍼모프아민(Purmorphamine) 또는 이들의 조합인 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공정 (1)의 미분화 유지 배지가 종양 증식 인자(Transforming growth factor, TGF)β 저해제 또는 골 형성 단백질(Bone Morphogenetic Protein, BMP) 저해제를 더 포함하는 배지인 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    TGFβ 저해제가 A83-01이고, BMP 저해제가 LDN193189인 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    미분화 유지 인자가 적어도 섬유아세포 성장 인자(Fibroblast growth factor, FGF) 시그널 전달경로 작용물질을 포함하는 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    FGF 시그널 전달경로 작용물질이 bFGF인 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (1)에서 다능성 줄기세포를 48시간을 초과하지 않는 기간 동안 배양하는 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    분화 유도 인자가 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 글리코겐 신타아제 키나아제(Glycogen synthase kinase, GSK)3β 저해제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 복수의 인자인 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 (2)가 세포외 기질 상에서 접착 배양하는 공정인 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    세포외 기질이 라미닌 또는 이의 단편인 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    세포외 기질이 라미닌 511E8인 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 (2)가 다음 공정을 포함하는 제조방법;
    (a) 공정 (1)에서 얻어진 세포를 세포외 기질의 존재하에서, BMP 저해제 및 TGFβ 저해제를 포함하는 배지 중에서 접착 배양하는 공정,
    (b) 상기 공정 (a)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제 및 GFG8을 포함하는 배지 중에서, 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정,
    (c) 상기 공정 (b)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제, TGFβ 저해제, SHH 시그널 자극제, FGF8 및 GSK3β 저해제를 포함하는 배지 중에서, 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정, 및
    (d) 상기 공정 (c)에서 얻어진 세포를 BMP 저해제 및 GSK3β 저해제를 포함하는 배지 중에서, 세포외 기질의 존재하에서 접착 배양하는 공정.
  13. 제12항에 있어서,
    공정 (a)에서의 배지가 ROCK 저해제를 더 포함하는 제조방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 (2)에서 얻어진 세포 집단 중에 포함되는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포의 비율이 10% 이상인 제조방법.
  15. 하기의 공정:
    (3) 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 세포 집단으로부터 Corin에 결합하는 물질 및/또는 Lrtm1에 결합하는 물질을 이용하여 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 수집하는 공정, 및
    (4) 공정 (3)에서 얻어지는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포를 하나 또는 복수의 신경 영양 인자를 포함하는 배지 중에서 부유 배양하는 공정
    을 포함하는, 도파민 생산 신경전구세포의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    Corin에 결합하는 물질 또는 Lrtm1에 결합하는 물질이 Corin 또는 Lrtm1에 결합하는 항체 또는 압타머인 제조방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    신경 영양 인자가 BDNF 및 GDNF인 제조방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    신경 영양 인자를 포함하는 배지가 B27 서플리먼트(B27 supplement), 아스코르브산 및 cAMP 유사체를 더 포함하는 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    cAMP 유사체가 디부티릴 고리형 AMP(Dibutyryl cyclic AMP)인 제조방법.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    신경 영양 인자를 포함하는 배지 중에서의 부유 배양이 적어도 7일간 수행되는 제조방법.
  21. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 Corin 및/또는 Lrtm1 양성 세포의 함유율이 10% 이상인 세포 집단.
  22. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 도파민 생산 신경전구세포.
  23. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 도파민 생산 신경전구세포를 포함하는 파킨슨병 치료제.
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