WO2008056779A1

WO2008056779A1 - Procédé destiné à la culture et au passage d'une cellule souche embryonnaire de primate, et procédé destiné à induire la différenciation de la cellule souche embryonnaire

Info

Publication number: WO2008056779A1
Application number: PCT/JP2007/071811
Authority: WO
Inventors: Akira Yuo; Kumiko Tobe; Koichi Saeki; Masako Nakahara; Naoko Nakamura; Yoshiko Yogisashi; Satoko Matsuyama; Asako Yoneda
Original assignee: Japan As Represented By The President Of International Medical Center Of Japan; Mitsubishi Tanabe Pharma Corporation
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2008-05-15
Also published as: US20110151554A1; JPWO2008056779A1; EP2088190A4; EP2088190A1; JP5067949B2

Description

明細書

霊長類動物胚性幹細胞の培養及び継代方法、並びにその分化誘導方法

技術分野

[0001] 本発明は、霊長類動物胚性幹細胞を未分化状態に維持して培養し、継代するための方法、同細胞を血液細胞、血管内皮前駆細胞等の種々の細胞に分化誘導する方法、得られた細胞を拡大再生産する方法、並びに血球、血管内皮前駆細胞等に関する。

背景技術

[0002] さまざまな細胞へ分化しうる万能細胞としての胚性幹細胞は、マウスにおいて 1980 年代に樹立され、その培養及び継代方法は既知である。しかし、ヒトを含む霊長類由来の胚性幹細胞を、未分化状態に維持して持続的に培養、継代する方法は未だ確立されていない。

ヒト胚性幹細胞は、生物及び医学分野における研究、並びに臨床の分野で極めて重要である。とりわけ再生医療や移植医療の分野における臓器作成における基礎的材料として安定的な供給が求められている。例えば、ヒト胚性幹細胞から作成された臓器および組織は移植 ·再生医療における使用のみならず、これまで実施が限られていたヒト臓器を用いた前臨床試験を可能にするものと期待されている。また、ヒト胚性幹細胞から様々な臓器を産生することができれば、その産生過程にお!/、て薬理試験を実施することにより、胎児への薬剤の影響を推定することが可能となると考えられている。現在は、胎児 (妊娠母体）に対する薬物等の毒性試験は倫理的観点から行われておらず、偶発例の蓄積のみが唯一のドラッグ 'インフォメーションとなっているため、薬剤安全性に対する情報不足により危険な薬剤投与が見逃される恐れがある。しかしながら、ヒト胚性幹細胞から様々な臓器を産生することができれば、その産生過程において薬理試験を実施することにより、そのような危険性を回避することも可能となる。

このように、ヒト胚性幹細胞の樹立およびその安全な培養及び継代方法の確立は、臓器作成技術等の研究開発の進展を促し、移植 ·再生に関する医療の研究および応用、創薬等の医療産業並びに周産期医療の発展に大いに貢献することが期待される。

[0003] ヒト胚性幹細胞は、 1998年に米国の Thomsonらにより初めて樹立され、以後は培養方法や、様々な組織への分化誘導に関する研究が行われてきた。例えば、特許文献 1には、霊長類胚性幹細胞をマウス胚線維芽細胞（MEF)から調製される細胞外マトリックスを用いて培養することにより得られる、本質的にフィーダ細胞を含まない胚性幹細胞含有培養物が記載されている。し力もながら、上記の樹立されたヒト胚性幹細胞は短期間の継代後に染色体異常が誘発される（具体的には十数回以上の継代の後、染色体異常の蓄積が確認されるため、臨床応用における危険性が指摘されている (非特許文献 1) )。

[0004] しかし、ヒト胚性幹細胞の培養にマウス等の異種動物由来のフィーダ等を使用することは、ヒトへの臨床適用にとって好ましくない。そこで、 2006年にはノレードヴイツヒらにより、異種動物由来成分を限りなく除去した無フィーダ一培養方法が報告された。しかしながら、この方法は大量の合成サイト力インのカクテルに加えて、 4種類もの高価なヒト由来細胞外マトリックスを大用量で使用するため（非特許文献 2)経済的観点からも臨床応用には適さな!/、。

[0005] その後、オーストラリアやスウェーデンでもヒト胚性幹細胞株が樹立され、樹立後 1 年以上経過した後にも染色体異常は極めて稀であると報告されている（非特許文献 3)。これらのヒト胚性幹細胞は無フィーダ一で継代維持できる力 S、培養 ·継代 ·凍結保存に、特殊培養器具と特殊培養技能を要し、大量細胞の取扱 (ハンドリング）は実質的に困難である（非特許文献 3)。また、これらの異種動物由来細胞の馴化培地を用いない無フィーダ一培養では、大量の合成サイト力インの使用が必要であり、研究自体に大きな経済的負担が強いられる。したがって、ヒト胚性幹細胞に関しては、いまだ安定した無フィーダ一培養の技術は、確立されて!/、な!/、。

[0006] 以上の通り、ヒトを含む霊長類動物胚性幹細胞の培養、継代方法であって、異種動物由来細胞の馴化培地、フィーダ一細胞、および合成サイト力インを使用せずに、簡便な基本的培養手技により長期間染色体異常を惹起することなく安全に継代することができ、凍結融解が可能でありかつ解凍後の生存率が高い、安全、低コストかつ高フィージビリティな方法の開発が世界的に急務となっている。上記のような技術は、広範な研究の促進、移植 ·再生に関する臨床医療、周産期医療の発展等に大いに貢献することが期待される。

[0007] 霊長類動物胚性幹細胞を適切に分化誘導すれば、目的の前駆細胞や成熟細胞を大量に製造し、様々な用途に利用できることから、胚性幹細胞を効果的に分化誘導し、さらには継代する方法が検討されてきた。胚性幹細胞の分化系列の一つとして、血管や血球等の血液関連細胞への分化がある（図 1 1参照）。

[0008] 血管内皮細胞は血管を構築する基本的要素である。血管は軟骨や強膜など一部の組織を除くほぼ全ての生体組織に分布し、栄養分の供給と老廃物の除去に極めて重要な役割を果たしている。従って、血管内皮細胞は、近年、増加傾向にある生活習慣病の一疾病である動脈硬化に伴う閉塞性血管障害における血管新生療法に有用である。加えて、脳を含めた様々な組織の再生過程において、組織特異的幹細胞 (神経幹細胞など）の適正位置への移動に血管内皮細胞の方向指示が重要であることが知られている。また、血管内皮細胞は、胎生期より血管内皮細胞は血液細胞の前駆組織として機能し血球産生に重要な役割を担っており、成体においては造血幹細胞の二ッシェ (保持場所)としても重要な役割を担っている。即ち、血管内皮細胞は単なる血管構成因子としてのみならず、神経や血液細胞などを含めた、組織再生全般において極めて重要であり、再生医療全般を考える際に血管内皮細胞の産生制御は、重要な課題である。

[0009] 生体組織 (末梢血、骨髄血)から得られた血管内皮前駆細胞を用いた血管新生療法が試みられてきた力 S、移植細胞からの血管内皮細胞の再生を直接確認した例はない。また、生体から得られた成熟血管内皮細胞はすでに増殖能を喪失しており、大量検体の調製が難しい霊長類では、血管内皮細胞に関する基礎的研究が非常に遅れている。さらに、後述するように、ヒト生体から得られた初代培養血管内皮細胞（特に市販の凍結融解済みの初代培養血管内皮細胞）は、生体内で持っていた細胞本来の性質が体外での培養増幅の過程で喪失されることが多々あるので、生体内での血管内皮細胞の性質を正しく反映していない、という欠点がある。従って、研究および血管等の再生医療の発展のためには、ヒト胚性幹細胞から無フィーダ一培養により、安全に、かつ効率良く血管内皮前駆細胞および成熟血管内皮細胞を産生し、継代維持する方法が待望されて!/、る。

[0010] しかし、従来の方法の場合、マウス胚性幹細胞から血管内皮前駆細胞への分化効率は 90%以上であるのに対して、霊長類動物胚性幹細胞の血管内皮前駆細胞への分化効率は 2%以下と極端に低いという問題がある（非特許文献 4、および非特許文献 5)。また、霊長類胚性幹細胞のみならずマウスの胚性幹細胞でさえ、無フィーダー培養で継代培養が可能な血管内皮前駆細胞を作成する方法は確立されていない。

[0011] 以上の通り、霊長類動物胚性幹細胞から、無フィーダ一培養において、安定した継代培養および凍結融解が可能な、血管内皮前駆細胞および成熟血管内皮細胞を効率良く産生し、培養し、大量に生産する技術を確立することは、再生'移植医療の進歩、血管に関する基礎医学的研究、および前臨床治験の有効な手段となる新たな薬効/毒性試験の開発のために、世界的に急務となっている。また、そのような技術の開発は、基礎医学研究、臨床医療の発展および創薬等の医療産業において極めて有用である。

[0012] 一方、血液（血球）細胞は免疫系に重要な役割を果たしており、体内に侵入する異物に対する抵抗、癌等に対する効果 (NK細胞）、白血病等における効果（造血幹細胞等）等を有する。さらに、造血幹細胞はその組織可塑性 (tissue plasticity)からさまざまな疾患にて必要となる細胞への横分化（transdifferentiation)が可能であること、また白血球系前駆細胞は傷害を受けた組織の細胞と融合することで組織再生を促すこと等などから、医療上の重要性は多大なものがある。

しかしながら、生体から得られた造血幹細胞（骨髄血、臍帯血など）は体外培養で増幅させることはほとんど不可能であるため、移植医療における使用量が限られており（一人のドナーからの検体は一人の患者にしか投与できないなど）、培養実験を含む基礎医学研究における使用は実質的に不可能である。また成熟血球に関しても、マウスなどの実験動物に比べて、大量検体の調製が難しい霊長類では基礎的研究が非常に遅れている。 [0013] 従って、再生医療や疾患の治療等への応用のみならず、研究面でも、ヒト胚性幹細胞から無フィーダ一培養により、安全に、かつ効率良く血液細胞、造血幹細胞を産生し、継代維持する方法が待望されている。

そのようにして得られる赤血球等の血液細胞は、エイズや C型肝炎ウィルス等による汚染がなぐ治療の安全性向上に有用である。さらに癌等における化学療法等により機能低下した免疫系の強化に、胚性幹細胞由来の好中球等を含む白血球を輸血することにより、院内感染等の問題を解決することもできる。また、血液細胞は、自然治癒力の強化にもつながるために、胚性幹細胞からの血液細胞の製造は医療に多大な利益を提供すると考えられる。

さらに、造血幹細胞は、それ自体移植に利用できるほか、血液細胞の生産にも利用可能である。し力もながら、無フィーダ一における、ヒトを含む霊長類動物胚性幹細胞から血球細胞への分化誘導効率は充分に高くなぐ産生される血球量も限られている。特に、造血幹細胞の産生効率は非常に低い（造血幹細胞の産生効率は 5%程度）（非特許文献 6)。し力、も、充分量の血球細胞を確保するためには何十回、何百回とレ、う実験を繰り返して実施する必要がある力従来の方法による分化誘導は一過性であり、これらの方法を、再生 ·移植医療に実際に応用することは不可能といってもよい。

[0014] 即ち、霊長類動物胚性幹細胞から、血液細胞（造血幹細胞および成熟血球等）を安全に分化誘導し、維持し、大量生産する技術を確立することは、医療応用の観点のみならず、基礎医学研究、さらには薬効分析などの薬理学研究において重要な課題となっている。そのような技術の開発は、臨床医療への応用、基礎医学研究、および創薬等の医療産業において極めて有用である。

[0015] また、生体における造血にはストロマ細胞が不可欠である力 S、生体 (胎児肝、成体骨髄等）から得られた造血ストロマ細胞は継代や凍結融解により機能が速やかに消失するという問題があるので、移植 ·再生医療における使用が非常に限られているのみならず、インビトロでの培養は実質的に不可能である。従って、血液疾患における移植医療の発展、造血ストロマ細胞に関する基礎医学的研究の発展のためには、胚性幹細胞から造血ストロマ細胞を産生する技術を確立することが必須となっている。し力、し、マウスを含めた全ての胚性幹細胞からの造血ストロマ細胞の産生は!/、まだ成功例がない。

[0016] さらに、上記の血液関連細胞（血液細胞、造血幹細胞等）は、ヒトを含めた霊長類における「造血機構」の解明に有用である。現在でも、造血機構、特に発生における初期造血に関する知見は皆無である。例えば、マウスの発生過程において長い間示唆されてきた、血管内皮細胞と血液細胞の「共通前駆細胞（へマンジオブラスト）」の存在も、ごく最近（2006年、 9月 )になって魚類 (ゼブラフィッシュ）においてようやく実証されたに過ぎない（非特許文献 7)。ヒトにおいて唯一、生体での初期造血を正しく模倣 (ミミック）できる可能性を持つ、ヒト胚性幹細胞から、この「共通前駆細胞」を産生する技術が確立されれば、造血機能への理解を深め、研究、医療の発展に役立つと考 X_られる。

[0017] このように、ヒトを含む霊長類動物胚性幹細胞から、無フィーダ一培養において、高い効率で、安定した継代維持、拡大再生産、凍結融解が可能な、血液関連細胞（造血幹細胞、成熟血球、血管内皮細胞と血液細胞の「共通前駆細胞」、血管内皮細胞、造血ストロマ細胞等）を作成 ·製造する方法は、再生'移植医療の進歩、造血機構に関する基礎研究、および前臨床治験の有効手段となる新たな薬効/毒性試験の開発等のために、広く求められている。

特許文献 1：国際公開第 99/20741号パンフレット

非特許文献 1：ドラパー（Draper)ら、 Nature Biotechnology誌、第 22巻、第 53頁第 5 4頁、 (2004)

非特許文献 2 :ルードヴイツヒ（Ludwig)ら、 Nature Biotechnology誌、第 24巻、第 185頁第 187頁、 (2006)

非特許文献 3 :バザード（Buzzard)、 Nature Biotechnology誌、第 22巻、 381頁第 382 頁、 (2004)

非特許文献 4 :曾根ら、 Circulation誌、第 107巻、第 2085頁第 2088頁、（2003) 非特許文献 5：レーへンノヽーク (Levenbergノり、 Proceeding of National Academy of S cience, USA誌、第 99巻、第 4391頁第 4396頁、（2002)

非特許文献 6 :チャドウイック（Chadwick)ら、 Blood誌、第 102巻、第 906頁第 915頁、 ((22000033))

非非特特許許文文献献 77 ::ボボゲゲリリ（（VVooggeellii))らら、、 NNaattuurree誌誌、、第第 444433巻巻、、第第 333377頁頁第第 333399頁頁、、（（22000066)) 発発明明のの開開示示

発発明明がが解解決決ししょょううととすするる課課題題

[[00001188]] 本本発発明明はは、、霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞をを、、染染色色体体異異常常等等のの変変化化をを惹惹起起ささせせるるここととななぐぐ安安全全かかつつ長長期期的的にに未未分分化化状状態態をを維維持持ししてて、、継継代代すするる方方法法をを提提供供すするるここととをを目目的的ととししてていいるる。。

本本発発明明ははままたた、、霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞をを効効率率よよぐぐ安安全全にに血血管管内内皮皮細細胞胞、、血血管管内内皮皮前前駆駆細細胞胞、、血血液液細細胞胞、、骨骨髄髄系系細細胞胞、、造造血血幹幹細細胞胞等等にに分分化化誘誘導導すするる方方法法をを提提供供すするるここととをを目目白白勺勺ととししてていいるる。。

ささららにに、、本本発発明明はは、、上上記記のの方方法法でで得得らられれたた血血管管内内皮皮細細胞胞、、血血液液細細胞胞、、骨骨髄髄系系細細胞胞、、造造血血幹幹細細胞胞等等をを提提供供すするるここととをを目目的的ととししてて!!//、、るる。。

本本発発明明ののそそのの他他のの目目的的はは、、明明細細書書をを通通ししてて明明ららかかととななるるででああろろうう。。

課課題題をを解解決決すするるたためめのの手手段段

[[00001199]] 本本発発明明者者ららはは、、臨臨床床適適用用にに適適ししたた霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞をを十十分分量量適適用用すするるとと共共にに、、霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞かからら様様々々なな細細胞胞、、臓臓器器をを効効率率よよくく安安全全にに製製造造すするるたためめのの方方法法をを確確立立すするるたためめにに鋭鋭意意研研究究をを重重ねね、、一一定定のの条条件件下下でで、、霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞がが持持続続ししてて安安定定的的にに維維持持さされれるるこことと、、おおよよびび適適切切にに様様々々なな細細胞胞にに分分化化誘誘導導さされれるるここととをを見見出出しし、、本本発発明明をを完完成成すするるにに至至っったた。。

すすななわわちち、、本本発発明明のの要要旨旨はは、、以以下下をを含含むむ。。

〔〔11〕〕霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞のの培培養養おおよよびび継継代代方方法法ででああっってて、、

((AA))霊霊長長類類動動物物胚胚性性幹幹細細胞胞をを、、細細胞胞外外ママトトリリッッククススででココーートトさされれたた容容器器中中、、無無フフィィーーダダ一一おおよよびび無無ササイイトト力力イインン下下、、蛋蛋白白成成分分をを含含有有すするる培培地地でで培培養養すするるスステテッッププ、、

((BB))前前記記スステテッッププ ((AA))でで形形成成さされれたた胚胚性性幹幹細細胞胞ののココロロニニーーをを細細胞胞剥剥離離剤剤のの存存在在下下、、剥剥離離すするるスステテッッププ、、おおよよびび

((CC))前前記記スステテッッププ（（BB))でで得得らられれたた胚胚性性幹幹細細胞胞ののココロロニニーーをを細細胞胞外外ママトトリリッッククススででココーートトさされれたた容容器器中中、、無無フフィィーーダダ一一おおよよびび無無ササイイトト力力イインン下下、、蛋蛋白白成成分分をを含含有有すするる培培地地にに播播

〔2〕ステップ (A)において、霊長類動物胚性幹細胞のコロニーの大きさが約 2倍〜約 4倍となるまで培養する、前記〔1〕記載の培養および継代方法。

〔3〕ステップ (A)における蛋白成分が血清アルブミンである前記〔1〕又は〔2〕記載の培養および継代方法。

〔4〕ステップ (B)における細胞剥離剤が、トリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか 1項記載の培養および継代方法。

〔5〕ステップ (A)における細胞外マトリックス力ヒトコラーゲン、ヒトラミニン、ヒトビトロネクチン、ヒトフイブロネクチンおよびヒト血清、並びにこれらの分解物およびこれら合成ペプチドからなる群から選ばれた 1種類である、前記〔1〕〜〔4〕のいずれか 1項記載の培養および継代方法。

〔6〕（A)霊長類動物胚性幹細胞を、サイト力インの存在下、血清もしくは血清代替物を含むまたは無血清培地で浮遊培養し、胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製造するステップ、

(B)ステップ (A)で得られた胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を、サイト力インの存在下、接着培養して浮遊細胞と接着細胞とを含む特定前駆細胞を製造するステップ、および

(C)ステップ (B)で得られた特定前駆細胞から浮遊細胞と接着細胞を分離するステップ、を含む霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞および/または血管内皮前駆細胞の製造方法。

〔7〕ステップ (A)の培養を、胚葉体様細胞凝集体が形成されるまで行う、前記〔6〕に記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

〔8〕サイト力インが、血管内皮成長因子 (VEGF)、骨形成タンパク質 4 (BMP4)、幹細胞因子（SCF)、 Flt3—リガンド（FU、インターロイキン 6 (IL6)、インターロイキン 3 (IL3)、顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF)、巨核球増殖因子（TPO)、オンコスタチン M (OSM)、線維芽細胞成長因子 2 (FGF2)および顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM— CSF)からなる群より選ばれた少なくとも 1種類である、前記〔 6〕または〔7〕に記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

〔9〕ステップ (C)にお!/、て、特定細胞前駆細胞の接着細胞の分離に細胞剥離剤を用いる、前記〔6〕〜〔8〕の!/、ずれか 1項記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

〔10〕細胞剥離剤がトリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類である、前記〔9〕記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

[11] (A)霊長類動物胚性幹細胞を、サイト力インの存在下、血清もしくは血清代替物を含むまたは無血清培地で浮遊培養し、胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製造するステップ、

(B)ステップ (A)で得られた胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を、サイト力インの存在下、接着培養して浮遊細胞と接着細胞を含む特定前駆細胞を製造するステツプ、および

(C)ステップ (B)で得られた特定前駆細胞を、浮遊細胞を分離しながら培養するステツプ、を含む霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

〔12〕ステップ (A)の培養を、胚葉体が形成されるまで行う、前記〔11〕に記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

〔13〕サイト力インが、血管内皮成長因子 (VEGF)、骨形成タンパク質 4 (BMP4) 、幹細胞因子（SCF)、 Flt3—リガンド（FU、インターロイキン 6 (IL6)、インターロイキン 3 (IL3)、顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF)、巨核球増殖因子（TPO)、オンコスタチン M (OSM)、線維芽細胞成長因子 2 (FGF2)および顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM— CSF)からなる群より選ばれた少なくとも 1種類である、前記〔11〕または〔12〕に記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

〔14〕ステップ (C)において、特定細胞前駆細胞の接着細胞の分離に細胞剥離剤を用いる、前記〔 11〕〜〔； 13〕の!/、ずれか 1項記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

〔15〕細胞剥離剤がトリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類である、前記〔14〕記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

[16] 前記〔6〕〜〔； 10〕いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された血管内皮前駆細胞。

〔17〕前記〔6〕〜〔； 14〕いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された血液細胞。

〔18〕前記〔 11〕〜〔； 14〕レ、ずれ力、 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された造血ストロマ細胞。

〔19〕前記〔 11〕〜〔； 14〕レ、ずれ力、 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された造血幹細胞。

〔20〕前記〔11〕〜〔； 14〕いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された骨髄系細胞。

〔21〕前記〔16〕〜〔； 19〕いずれか 1項記載の実質的に単離された血管内皮前駆細胞、血液細胞、造血ストロマ細胞または造血幹細胞を含有する組成物。

発明の効果

本発明の霊長類動物胚性幹細胞の培養および継代方法によれば、染色体異常等の細胞障害を惹起することなぐ簡便な装置および方法により、安全に霊長類動物胚性幹細胞を未分化状態を維持して培養することができる。また、本発明方法によれば、霊長類動物胚性幹細胞を、低コストで未分化維持培養することができ、再生医療や研究分野での需要に広く応えることが可能となる。

本発明によれば、血管内皮細胞、血液細胞等の「共通前駆細胞」としての「特定細胞前駆細胞」を安全かつ高効率で産生することができる。

また、本発明によれば、再生産性が高く安定した継代培養と凍結融解が可能である血管内皮細胞、血液細胞、造血幹細胞や骨髄系細胞等を大量生産することが可能となる。さらに、本発明によれば、安全性の高い輸血用血液製剤（造血幹細胞移植、顆粒球輸血、骨髄系細胞投与などを含む）、血管損傷の治療や局所の血流の改善のための材料、他の様々な組織の再生促進を目的とした医療にお!/、て臨床使用目的に適した材料としての各種細胞を容易に供給することができる。

さらに、本発明によれば、霊長類、特にヒト生体組織を正しく模倣 (ミミック）した性質を持つ細胞群の大量提供を初めて可能するものである。これらの細胞は、薬剤効果判定試験や毒性試験にも適切に使用できるため、臨床医療のみならず医療産業の発展に大いに貢献しうる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、実施例 1に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて培養された力二クイザル胚性幹細胞のコロニーを示す写真である。 Aは 2 0継代め、 Bは 35継代の時点で凍結し、融解した後にさらに 1継代した細胞を示す。スケールバーは 100 を示す。

[図 2]図 2は、実施例 1に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて培養された 20継代めの力二クイザル胚性幹細胞における、未分化維持マーカーである SSEA-4および Oct-4の発現をフローサイトメトリーで測定した結果である。両者にぉレ、て非常に高!/、発現（〉 95%)が確認される。

[図 3]図 3は、実施例 1に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて培養された 20継代めの力二クイザル胚性幹細胞における、未分化維持マーカーである Tra-1_60、 Tra-l_81、および Nanogの発現を免疫染色で示した写真である。ほぼ全ての細胞でいずれのマーカーも発現が確認される。スケールバーは 1 00 〃mを示す。

[図 4]図 4は、実施例 1に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて培養された 21継代めの力二クイザル胚性幹細胞を 3匹の免疫不全マウス (SCIDマウス）の精巣皮膜下に移植した 2ヶ月後の精巣の写真である。図 4に示すように、 3匹全てにおいて腫瘍形成を確認した。

園 5]図 5は上記の腫瘍の組織標本 (へマトキシリン'ェォジン染色）である。記載のごとぐ神経上皮、歯、分泌腺、腸管様上皮、平滑筋などが認められる。

[図 6]図 6は、実施例 2に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて培養された 24継代めのヒト胚性幹細胞のコロニーの位相差顕微鏡写真を示す。スケールバーは 100 ^u mを示す。

[図 7]図 7は、実施例 2に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて、培養された 20継代めのヒト胚性幹細胞における未分化維持マーカーである SSEA-4および Oct-4の発現をフローサイトメトリーで測定した結果である。両者にぉレ、て非常に高レ、発現（〉 95%)が確認される。

[図 8]図 8は、実施例 2に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養皿を用いて培養された 25継代めのヒト胚性幹細胞における未分化維持マーカーである Oct-4 (A)と Nanog (B)の発現を免疫染色で示した写真である。ほぼ全ての細胞において、両者の蛋白が発現していることが確認される。スケールバーは 100 μ τηを示す。

[図 9]図 9は、ヒト胚性幹細胞の染色体分析図（Gバンド法）である。左は、樹立機関で推奨している従来の培養法 (胎仔マウス泉維芽細胞をフィーダ一細胞とする共培養法）で維持して!/、る状況、右は本発明による「無フィーダ一無サイト力インによる培養法」で 20回継代した状況における結果である。全く染色体異常が起きていないことが確認された。

[図 10A]図 10Aは、実施例 3に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、ヒト由来フイブロネクチン（5 H g/cm²)のみでコートされた培養皿を用いて培養された 4継代めでのヒト胚性幹細胞の位相差顕微鏡写真である。未分化な形態を保持してレ、ること力 S解る。 [図 10B]図 10Bは、図 10Aの細胞において未分化維持マーカーである SSEA-4と Oct -4の発現をフローサイトメトリーで測定した結果である。両マーカーの高発現が確認された。

園 10C]図 10Cは、実施例 3に示した、本発明の「無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法」により、ヒト AB型血清のみでコートされた培養皿、を用 V、て培養された 4継代めでのヒト胚性幹細胞の位相差顕微鏡写真である。未分化な形態を保持してレ、ること力 S解る。

[図 10D]図 10Dは、図 10Cの細胞において未分化維持マーカーである SSEA-4と Oc t-4の発現をフローサイトメトリーで測定した結果である。両マーカーの高発現が確認された。

[図 11]図 11は、造血幹細胞から血液細胞への分化系統図を示す。

[図 12]図 12は、実施例 4に示した、本発明の無フィーダ一での血管内皮細胞'血球の分化誘導と拡大再生産の技術による、力二クイザル胚性幹細胞から牛胎児血清存在下で作成した、血管内皮前駆細胞と血液細胞に共通の『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）を示す。スケールバーは 100 ^ mを示す。

[図 13]図 13は、上記『特定前駆細胞』のうち、球状細胞から産生された成熟血球細胞の Wright-Giemsa染色（A)と特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)とエステラーゼ二重染色（C) )を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。スケールバーは 20 mを示す。

[図 14]図 14は、上記『特定前駆細胞』のから産生された血管内皮細胞の、血管内皮細胞特異的マーカーである VE-cadherinと、血管内皮細胞マーカーの一つである N- cadherin発現を免疫染色で調べたものである。ほぼ全ての細胞にお!/、て VE_cadheri nと N-cadherinの発現が確認される。スケールバーは 50 mを示す。

[図 15]図 15は、上記『特定前駆細胞』から産生された血管内皮細胞の、成熟血管内皮細胞マーカーである PECAM1の発現を、汎血管内皮細胞マーカーかっ血管内皮特異的マーカーである VE-cadherinとの二重染色によるフローサイトメトリーで確認したものである。横軸は PECAM1を、縦軸は VE-cadherinの発現強度を表す。 4割以上の細胞で両者の発現が確認される。

[図 16]図 16は、上記『特定前駆細胞』から産生された血管内皮細胞の成熟機能の確認のために、コード形成能 (A)とァセチル化低比重リポ蛋白（AC-LDL)の取込能（B) を調べたものである。 V、ずれにお!/、ても高!/、効率で成熟機能の獲得が確認される。

[図 17]図 17は、実施例 4に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」による、力二クイザル胚性幹細胞から無血清培養条件（KNOCKOUT (登録商標） SRを使用）で作成された成熟血球細胞の Wright-Giems a染色 (A)と特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)とエステラーゼ二重染色（C) )を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。スケールバーは 20 を示す。

[図 18]図 18は、実施例 5に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」による、力二クイザル胚性幹細胞から無血清条件 (K NOCKOUT (登録商標） SRを使用）で作成された血管内皮細胞における VE-cadherin と PECAM1の発現をフローサイトメトリーで確認したものである。従来、無血清では内皮細胞の分化誘導はできないと信じれられていた力数％以上の効率で VE-cadheri nと PECAM1の細胞膜発現が確認される。

[図 19]図 19は、実施例 6に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」による、力二クイザル胚性幹細胞から牛胎児血清存在下で作成した胚葉体細胞の位相差顕微鏡写真 (A)と、胚葉体を接着培養して得られる血管内皮前駆細胞と血液細胞に共通の『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）（B)を示す。スケールバーは 100 を示す。

園 20]図 20は、上記『特定前駆細胞』を培養することで得られた、血液細胞の拡大再生産がなされている状況を示す位相差顕微鏡写真である。造血ストロマ細胞 (接着細胞）とそこから産生された血球（浮遊細胞）の両者が確認される。スケールバーは 10 0 u mを不す。

[図 21A-D]図 21A— Dは、上記した血球の拡大再生産過程において回収された血球細胞（浮遊細胞）の Wright-Giemsa染色像（A)と、特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)、エステラーゼ二重染色（C)、好中球性アルカリホスファターゼ染色（D) ) を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。スケールバーは 20 を示す。

[図 21E]図 21Eは、図 21A— Dの血球細胞（浮遊細胞）における造血幹細胞マーカ一である CD34の発現をフローサイトメトリーで確認した結果を示す。

[図 21F]図 21Fは、図 21A— Dの血球細胞（浮遊細胞）における汎血球細胞マーカ一である CD45 (F)の発現をフローサイトメトリーで確認した結果を示す。

園 22A]図 22Aは、上記した『特定前駆細胞』のから産生された、継代可能な「造血ストロマ細胞」の位相差顕微鏡写真（スケールバーは 100 mを示す）である。

園 22B]図 22Bは、上記した『特定前駆細胞』のから産生された、継代可能な「造血ストロマ細胞」の CD34、 CD45の発現をフローサイトメトリーで調べた結果、である。汎血球マーカーである CD45、造血幹細胞のマーカーである CD34はともにほぼ陰性である（少量の陽性細胞は造血ストロマ細胞に接着している造血幹細胞の混入と考えられる）。

園 23A]図 23Aは、上記した『特定前駆細胞』のから産生された、「継代可能な造血幹/前駆細胞」の長期間培養（〉 100日）により作成された「CD34陽性かつ CD45陽性細胞」の位相差顕微鏡写真である。浮遊細胞と接着細胞が混在しているが、両者は互いに移行可能であり、同等な細胞集団（即ち、造血幹細胞と対等物）と考えられる。スケールバーは 100 を示す。

園 23B]図 23Bは、上記した『特定前駆細胞』のから産生された、「継代可能な造血幹 /前駆細胞」の長期間培養（〉 100日）により作成された「CD34陽性かつ CD45陽性細胞」における浮遊細胞、および接着細胞に関する、 CD34、 CD45の発現をフローサイトメトリーで確認した結果を示す。

[図 24]図 24は、上記した「血液細胞の拡大再生産」が行われている状況における、浮遊細胞と接着細胞をそれぞれ凍結解凍して培養を再開した状況の位相差顕微鏡写真である。いずれにおいても、凍結前と全く同様に、造血ストロマ細胞 (接着細胞）とそこから産生される血球（浮遊細胞）の存在が確認された。スケールバーは 100 μ ΐη を示す。

[図 25]図 25は、実施例 7に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」により、力二クイザル胚性幹細胞から無血清条件 (K NOCKOUT (登録商標） SRを使用）で作成された血球細胞の Wright-Giemsa染色像（ A)と、特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)、エステラーゼ二重染色（C)を示す。様々な骨髄系細胞が観察される。スケールバーは 20 を示す

[図 26]図 26は、実施例 8に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」による、ヒト胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および血液細胞の『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）を示す。スケールバーは 100 ^u mを示す。

[図 27]図 27は、上記した『特定前駆細胞』のから産生された成熟血球細胞（浮遊細胞）の Wright-Giemsa染色像 (A)と、特殊染色（エステラーゼ二重染色（B)、好中球性アルカリホスファターゼ染色（C) )を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。スケ一ノレバーは 20 を示す。

[図 28]図 28は、実施例 8に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」により、ヒト胚性幹細胞から牛胎児血清存在下で作成された、浮遊細胞の CD34、 CD45の発現をフローサイトメトリーで確認したものである。ほぼ全ての細胞で汎血球マーカーである CD45が発現しており、非常に高い効率で血球細胞分化が誘導されていることが解る。また 1割程度の CD34陽性細胞が検出されることから、造血幹細胞も存在して!/、ること力 S確認される。

[図 29]図 29は、実施例 8に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」により産生された血球細胞から、リンホプレップ (登録商標）（第一化学薬品株式会社製)を用いた密度勾配遠心法により好中球を濃縮した結果である。ここでは好中球性アルカリホスファターゼ染色により好中球が青紫色に染色されている力濃縮前 (A)に比べて、濃縮後（B)ではほぼ全ての細胞が好中球となっている。

[図 30]図 30は、実施例 9に示した、本発明の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」により、ヒト胚性幹細胞から無血清条件（KNOCKOU T (登録商標） SRを使用）で作成された、浮遊細胞の CD45の発現をフローサイトメトリ一で確認したものである。ほぼ全ての細胞で汎血球マーカーである CD45が発現しており、非常に高い効率で血球細胞分化が誘導されていることが解る。

[図 31]図 31は、 3種類のヒト初代培養血管内皮細胞（ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVE C)、ヒト微小血管内皮細胞（HMVEC)、ヒト大動脈内皮細胞（HAEC) )における N-cad herinの細胞内発現様式を免疫染色で調べたものである。霊長類動物胚性幹細胞から作成された血管内皮細胞において明瞭な細胞膜局在を認めるのに対して（図 14 中）、ヒト初代培養血管内皮細胞では N-cadherinの細胞膜局在はすでに消失されていること力 S解る。スケールバーは 50 01を示す。

[図 32]図 32は、実施例 10に示した、腫瘍の組織標本 (へマトキシリン'ェォジン染色）である。記載のごとぐ外胚葉成分 (神経上皮細胞；図 a、歯エナメル上皮；図 d)、中胚葉成分 (平滑筋；図 b、歯象牙質；図 d)、内胚葉成分 (腸管上皮；図 b、分泌腺組織；図 c)の三胚葉成分が認められる。

[図 33]図 33は、実施例 11に示した、腫瘍の組織標本 (へマトキシリン'ェォジン染色）である。記載のごとぐ外胚葉成分 (神経上皮細胞；図 a、色素上皮；図 b、皮脂腺：図 h )、中胚葉成分 (骨；図 d、脂肪細胞；図 e、軟骨；図 f)、内胚葉成分 (分泌腺;図 cおよび図 g)の三胚葉成分が認められる。

[図 34]図 34は、実施例 12に示した、嚢状構造物をアセトン/メタノール混合液で固定し、免疫染色法で VE-cadherin発現を調べたものである。「嚢壁の細胞」とその周囲に広がる「近位の敷石細胞」では細胞間境界における VE-cadherinの局在が明瞭である。敷石細胞は、遠位になり運動性が増すとともに、 VE-cadherinの細胞膜局在は不明瞭になる。最も運動性の高い front領域では VE-cadherinは細胞内主体に発現する。これらの VE-cadherin陽性細胞では!/、ずれも増殖マーカーである PCNAが陽性である力 VE-cadherin陰性細胞の大型細胞（矢印）では PCNAは陰性であり、増殖して!/、ないことが解る。スケールバーは 100〃mを示す。

[図 35]図 35は、実施例 12に示した、図 34で示した構造物を一塊として剥離回収し、継代培養を行ったものにおいて免疫染色で VE-cadherinの発現を調べたものである。ここでも全ての細胞において、少なくとも細胞内での VE-cadherinの発現が確認される。スケールバーは 20 を示す。 [図 36]図 36は、実施例 12に示した、嚢状構造物と敷石細胞からなるものを継代培養し、時間経過を追って、 VE-cadherinおよび PECAM1の発現をフローサイトメーターで測定したものである。継代初期は;!〜 2割程度だが、継代回数が進むに従って、 VE- cadherin/PECAMl陽性率は上昇することが解る。

[図 37A]図 37Aは、実施例 12に示した、サル胚性幹細胞由来内皮細胞およびヒト大動脈平滑筋細胞を、抗平滑筋ァクチン (ACTA2)抗体またはコントロール IgGで免疫染色した（図 37A上段)ものである。図 37A下段は、細胞の微分干渉像を示す。サル胚性幹細胞由来内皮細胞の集団は ACTA2陰性であり、ペリサイトがコンタミネーションしていないことが確認された。スケールバーは 20 を示す。

[図 37B]図 37Bは、実施例 12に示した、サル胚性幹細胞由来内皮細胞およびヒト大動脈平滑筋細胞を、抗 platelet-derived growth factor receptor β (PDGFR β 抗体またはコントロール IgGで免疫染色した（図 37Β上段）。図 37B下段は、細胞の微分干渉像を示す。サル胚性幹細胞由来内皮細胞の集団は、 PDGFR β陰性であり、ペリサイトがコンタミネーシヨンしていないことが確認された。スケールバーは 20〃mを示す。

[図 38A]図 38Aは、実施例 12に示した、サル胚性幹細胞由来内皮細胞および未分化胚性幹細胞を抗ヒト Nanog抗体（リプロセル社）またはコントロール IgGで免疫染色した（図 38A上段）。図 38A下段は細胞の微分干渉像を示す。サル胚性幹細胞由来内皮細胞の集団は Nanog陰性であり、未分化胚性幹細胞がコンタミネーシヨンしていないことが確認された。スケールバーは 20 を示す。

園 38B]図 38Bは、実施例 12に示した、ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC)、サル胚性幹由来内皮細胞および未分化胚性幹細胞の溶解液を用いて、抗ヒト Nanog抗体 (左）および抗 β -tubulin抗体（右）で Western blottingを行った。サル胚性幹由来内皮細胞の集団は Nanog陰性であり、未分化胚性幹細胞がコンタミネーシヨンしていないことが確認された。

[図 39A-B]図 39Aは、実施例 12に示した、嚢状構造物を 1回継代した後に、 FACSAr ia(BD Bioscience社) ίこより JrL\ E—cadherinirL体 (Beckman Coulter社、 Clone TEA1.31 )を用いて、 VE-cadherin陽性分画と陰性分画にソーティングしたものである。 VE_ca dherin陽性分画（図 39A)を継代培養しても VE-cadherinの発現は安定に保持され（図 39B)、 5回の継代培養により約 160倍に細胞が増幅されたことが確認された。

[図 39C]図 39Cは、実施例 12に示した、 VE-cadherin陽性分画を継代培養したのち抗 VE-cadherin抗体（BD社、 clone75)を用いて VE-cadherinの発現を免疫染色で確認したものである。全ての細胞の細胞間接着部にお!/、て VE-cadherinの局在が確認された。スケールバーは 10 01を示す。

[図 40]図 40は、実施例 12に示した、嚢状構造物を 1回継代した後に、 FACSAria(BD Bioscience社）を用いて VE-cadherin陽性分画および陰性分画にソーティングしたものである。 VE-cadherin陰性分画は細胞表面に VE-cadherinを表出はしていないが（図 A)、細胞内には VE-cadherinは発現しており、コード形成能（図 B)、ァセチル化低比重リポ蛋白（Ac-LDL)取込能（Di卜 Ac-LDL;蛍光標識 Ac_LDL。 LDLは陰性コントロールとしての非標識 LDL) (図 C)を持しており、血管内皮細胞にコミットメントされた細胞であることが確認された。スケールバーは 100 を示す。

[図 41a]図 41aは、実施例 13に示した、マウスへ移植されたラットダリオ一マの腫瘍組織標本である。力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細胞を共移植したものでは、腫瘍が大きぐ血管に富み、易出血性であることが解る。

[図 41b]図 41bは、図 41aの腫瘍組織をホルマリン固定したのち、薄切切片を作成してへマトキシリン .ェォジン染色（HE染色）を施した後、組織学的検査を行ったものである。力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細胞を共移植したものでは、血管に富んだ構造を示すことが解る。図 41bのスケールバーは 100〃mを示す。

[図 41c]図 41cは、ラットダリオ一マ細胞と力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細胞を共移植して形成された腫瘍細胞の、抗ヒト HLA-A, B， C抗体を用いた免疫染色の結果である。腫瘍内新生血管を裏打ちする内皮細胞は、霊長類動物由来であること、即ち力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細胞に由来する。

園 42a]図 42aは、実施例 14に示した、ヒト胚性幹細胞から分化誘導した血管内皮細胞の、フローサイトメーターによる VE-cadherinおよび PECAM1の細胞表面における発現の解析結果である。継代初期には VE-cadherin/PECAMl二重陽性細胞の割合は 2割程度であるが、継代後期には 7割に達することが解る。 [図 42b]図 42bは、実施例 14に示した、ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞の in vitro での機能評価である。ァセチル化低比重リポ蛋白取込能およびコード形成能ともに陽性であることが解る。スケールバーは、 100〃 mを示す。

[図 42c]図 42cは、実施例 14に示した、ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞の in vivoでの機能評価を目的としたプラグアツセィの結果である。ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞を移植したコラーゲンプラグを回収し、ホルマリン固定したのちヒト HLA-A, B， C 抗体およびヒト PECAM1抗体を用いて免疫染色を行った。プラグ内に形成された新生血管は霊長類由来、即ち、ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞に由来することが解る。スケールバーは、 40 μ mを示す。

[図 43]図 43は、実施例 15に示した、好中球を中心とする血球マーカーの発現をフロ一サイトメトリーにより解析したものである。

[図 44]図 44は、実施例 16に示した、抗ヒト CD66b抗体を用いたフローサイトメトリーによりヒト由来好中球の陽性率を測定したものである。

符号の説明

0101 胚性幹細胞

0102 造血幹細胞

0103 樹状細胞

0104 Tリンパ球前駆細胞

0105 T細胞

0106 Bリンパ球前駆細胞

0107 B細胞

0108 形質細胞

0109 NK前駆細胞

0110 NK細胞

0111 樹状細胞系前駆細胞

0112 樹状細胞

0113 肥満細胞系前駆細胞

0114 肥満細胞 0115 好塩基球系前駆細胞

0116 好塩基球

0117 好酸球系前駆細胞

0118 好酸球

0119 顆粒球マクロファージ系前駆細胞

0120 マクロファージ前駆細胞

0121 単球

0122 マクロファージ

0123 破骨細胞前駆細胞

0124 破骨細胞

0125 好中球前駆細胞

0126 好中球

0127 巨核球系前駆細胞

0128 巨核球

0129 i小板

0130 前期赤芽球系前駆細胞

0131 後期赤芽球系前駆細胞

0132 赤 jfll球

0133 リンパ系幹細胞

0134 骨髄系幹細胞

0135 樹状細胞前駆細胞

発明を実施するための最良の形態

本発明は、基本的には、本発明者らが、霊長類胚性幹細胞の培養および継代に際して、細胞へのストレスを軽減し、細胞本来の制御された分化を達成する上で適切な条件を見出した結果、達成されたものである。具体的には、本発明者らは、後述するように、霊長類動物の胚性幹細胞、分化後の前駆細胞及び成熟細胞等へのストレスを軽減ないし解消するための条件を見出し、それにより胚性幹細胞の持続的で安定な維持を達成すると同時に、胚性幹細胞から効率良ぐ目的の細胞を安全に製造する方法を完成したのである。

[0024] I. 霊長穎動物胚性幹細胞の培着および継代方法

本発明の、第一の態様である霊長類動物胚性幹細胞を未分化状態に維持して培養、継代するための方法は、以下の工程からなる。

(A)霊長類動物胚性幹細胞を、細胞外マトリックスでコートされた容器中、無フィーダ一および無サイト力イン下、蛋白成分を含有する培地で培養するステップ、

(B)前記ステップ (A)で形成された胚性幹細胞のコロニーを細胞剥離剤の存在下、剥離するステップ、および

(C)前記ステップ（B)で得られた胚性幹細胞のコロニーを細胞外マトリックスでコートされた容器中、無フィーダ一および無サイト力イン下、蛋白成分を含有する培地に播本発明の上記方法は、本発明者らが、実験的に霊長類動物胚性幹細胞は、外部からの特定因子（フィーダ一細胞が分泌する因子、および合成サイト力イン等）の補充なしに、未分化状態に維持する能力を有するとの知見を得たことに基づいている。このような知見に基づいて、適切な培地を選択し適切な手技で培養、継代を行うことにより、従来困難または不可能であった霊長類動物胚性細胞を、無フィーダ一、無サイト力イン下で未分化状態に維持し、染色体異常等を引き起こすことなぐ数十回以上という長期間にわたって安定に継代し続けることが可能となった。

[0025] 本明細書、図面および特許請求の範囲を通して、本発明に係る「霊長類動物胚性幹細胞」は、任意の霊長類動物由来の胚性幹細胞を意味する。霊長類動物胚性幹細胞およびその調製方法は既知であり、例えば、力二クイザル胚性幹細胞〔末森博文（Suemori, Η·)ら、「IVF又は ICSIにより産生された力二クイザル胚盤胞由来胚性幹細胞の teTA bstablishment or embryonic stem cell lines from cynomolgus monkey blastocysts produced by IVF or ICSL)」、 Dev. Dynamic s 第 222巻、弟 273頁一第 279頁（2001)〕、ァカゲザル胚性幹細胞〔トムソン（Thomson, J.A.)ら、「霊長類動物胚性幹細胞株の単離 (Isolation of a primate embryonic stem cell line.)」、 Proc. N atl. Acad. Sci, USA,第 92巻，第 7844頁—第 7848頁（1995)〕、マーモセッ卜胚性幹細胞〔トムソン (Thomson, J.A.)ら、「コモンマーモセット胚盤胞由来の多能性細月包株 (Pluripotent cell lines derived from common marmoset blastocysts.) 、 Biolol. Reprod.、第 55頁、第 254頁第 259頁（1996)〕、ヒト胚性幹細胞〔トムソン（Thom son, J.A.)ら、「ヒト胚盤胞由来の胚性幹細胞株 (Embryonic stem cell lines derived fro m human blastocysts.)] , Science,第 282巻、第 1145頁—第 1147頁（1998)；ロイビノフ（Reubinoff, B.E.)ら、ヒト胚盤胞由来の胚性幹細胞：インビトロ体細胞分化 (Embry onic stem cell lines rrom human blastosysts: somatic differentiation in vitro.八 Nat. Biotech.、第 399頁第 404頁（2000)〕等を挙げることができる。

また、特記しない限り、本発明に関して「霊長類動物胚性幹細胞」という語句は、未分化状態の霊長類動物胚性幹細胞を意味する。

[0026] 霊長類動物胚性幹細胞が未分化状態であることの確認は、既知の評価方法で行うこと力 Sできる。例えば、分子マーカーの発現（SSEA-4, Oct-4などのフローサイトメトリ一による発現測定、 Oct_4、 Nanogなどの免疫染色、など）、インビトロ実験における多能性分化の確認、および免疫不全マウス等への移植によるテラトーマ形成の確認、等の当業者既知の方法によりなされる。

[0027] 前記霊長類動物胚性幹細胞の培養および継代方法には、霊長類動物胚性幹細胞を維持するために用いられてレ、る通常の培地（サイト力イン非添加）を使用すること力 ^sできる。具体的には、例えば、イスコフ改変ダルベッコ培地（IMDM/Ham' s F-12) 等が挙げられる。培地への胚性幹細胞の播種は後述の方法に従って行う。なお、一連の継代において用いる培地は必ずしも同一でなくてもよぐ胚性幹細胞を未分化状態に維持することができるかぎり、異なる培地であってもよい。具体的にはステップ (A)とステップ（C)の培地は同一でも、異なっていてもよい。

[0028] 前記「霊長類動物胚性幹細胞の未分化維持継代方法」に用いる蛋白成分としては、霊長類動物胚性幹細胞を維持するために用いられている「動物血清以外のもの」であればよぐ例えば、血清アルブミン、ヒト AB型血清等が挙げられる。また、 KNOCK OUT (登録商標） SR (インビトロジェン社製）等の、胚性幹細胞の維持と増殖に適した血清不含の市販されてレ、る添加物を用いることもできる。

[0029] 前記「細胞外マトリックス」としては、細胞が分泌する前記細胞外マトリックス成分（マトリゲル (登録商標）マトリック (BD社製）等）、その他の細胞外に分泌され細胞接着を増進する成分、ヒトを含む生体から得られたコラーゲン、ラミニン、フイブロネクチン、ビトロネクチン、ヒアルロン酸、およびこれらの蛋白や多糖体（分解物、断片化産物を含む）の人工合成物、ヒトを含む生体から得られた血清や血漿、およびこれらから分離または精製された産物等が挙げられる。また前記細胞外マトリックスによる培養容器のコーティングは、慣用の方法により行なうことができる。なお細胞外マトリックスはヒトを含む霊長類動物由来であることが好ましい。また、前記細胞外マトリックスが異種動物とヒトとの両方から得られ、効果にぉレ、て後者が前者に劣らな!/、場合は後者を用いるのが好ましい。

[0030] 細胞外マトリックスでコートされた培養容器からの霊長類動物胚性幹細胞の分離は、最大限に細胞ストレスを惹起しない方法で行うことが好ましぐ後述の方法が適当である。一例として、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートした培養皿を使用する際はデイスバーゼ等が好ましいが、細胞ストレスがないか、十分に低いことが確認されたものであればよぐこれに限定されない。

また、ピペッティング操作など、細胞傷害を惹起する危険性がある操作や処理は極力省くことが好ましい。

[0031] 霊長類動物胚性幹細胞の培養操作において、細胞が受けるストレスの判定は、死細胞数や細胞増殖速度により簡便になされるが、定期的（半年毎など）に染色体検查（Gバンド染色法による判定など）を実施し、染色体異常が惹起されてレ、な!/、ことを確認することが必要である。

[0032] 前記培養容器は、細胞の培養に通常用いられる容器であればよい。

霊長類動物胚性幹細胞を培養容器に播種する際の細胞密度は、細胞へのストレスを最小限にするよう、選択する。細胞密度の制御は、霊長類動物胚性幹細胞のコロニーの大きさと数を適切に選択することにより達成される。

霊長類動物胚性幹細胞の培養容器に播種する際のコロニーの大きさは、顕微鏡（倒立型位相差顕微鏡など）を用いた観察により確認するのが簡便であり実効性も高いが、他の方法（肉眼的観察、側方散乱光量の測定、溶液濁度の測定など)で確認してもよい。コロニーの大きさの最適値は個々の霊長類動物胚性幹細胞ごとに決定するものであるが、例えば、カクニイザル胚性幹細胞やヒト胚性幹細胞の場合は、直径が約 100 m〜約 2000 m、好ましくは約 300 m〜約 1000 m、より好ましくは 500 β m程度でめる。

[0033] 霊長類動物胚性幹細胞を培養容器に播種する際のコロニーの大きさの制御は、細胞剥離操作を適切に実施することで達成される。

細胞の剥離は、細胞に対するストレスをできるだけ少なくするような条件下で行うことが好ましい。剥離剤としては、トリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類が好ましぐデイスパーゼ単独またはデイスパーゼと他の剥離剤との組み合わせが好ましい。また、市販の細胞剥離剤（霊長類動物胚性幹細胞用細胞剥離液（リブロセル社) )等を使用することもできる。

好適な剥離方法（時間、温度、剥離剤の種類等）は個々の霊長類動物胚性幹細胞ごとに決定されるものである力例えば、後述の実施例 1に示した方法が推奨される。例えば、力二クイザル胚性幹細胞の無フィーダ一培養にお!/、て、継代時の細胞剥離においては、コラゲナーゼ液（細胞膜蛋白を分解する可能性がある）よりも、細胞外マトリックスのみを分解するデイスパーゼを使用すると、細胞ストレスが大幅に抑制でき、好ましいが、必ずしもこれに限定されない。

[0034] 霊長類動物胚性幹細胞の培養容器に播種する際のコロニーの数は、顕微鏡 (倒立型位相差顕微鏡など）を用いた観察により確認するのが簡便である力細胞数測定装置 (血球計算盤など)を用いてもよ!/、。

霊長類動物胚性幹細胞の培養容器に播種する際のコロニーの数 (密度）に関する最適値は、個々の霊長類動物胚性幹細胞ごとに決定するものであるが、培養期間中にコロニー同志が決して融合することがない密度以下にする必要がある。例えば、力クニィザル胚性幹細胞やヒト胚性幹細胞の場合は、後述の実施例（特に実施例;!〜 3 )に示した方法が推奨される。

[0035] 霊長類動物胚性幹細胞の継代頻度（タイミング）は、個々の霊長類動物胚性幹細胞ごとに決定するものである力コロニーの直径が播種時の約 2倍に達した時点が目安になる。例えば、カクニイザル胚性幹細胞やヒト胚性幹細胞の場合は、後述の実施例（特に実施例 1〜3)に示した方法が推奨される。即ち、コロニーの大きさが約 200 μ m〜約 4000 μ m、好ましくは約 600 μ m〜約 2000 μ m、より好ましくは約 1000 μ mに達すれば、剥離し、再度播種する。なお実施例 1〜3に示した方法に準じた剥離操作を実施すれば、コロニーは直径が平均 500 m程度の均一なコロニーに分散される。

[0036] 霊長類動物胚性幹細胞は、上記のコロニーの大きさを目安に培地交換することにより、未分化状態に維持される。具体的な頻度は、胚性幹細胞の起源、培養条件等により異なり、適宜調整される。例えば、カクニイザル胚性幹細胞やヒト胚性幹細胞の場合、 1週間（7日）に 4回以上、好ましくは 5回以上、より好ましくは 6回以上培地交換を行うことで良好な未分化状態が維持される。

[0037] 霊長類動物胚性幹細胞の培養条件は、胚性幹細胞に培養に適した条件であればよぐ例えば、 37°C、 5体積％じ〇の条件等が挙げられるが、適宜、酸素濃度を変更してもよい。

[0038] 本発明の、「1.霊長穎動物呸件榦細胞の培着および継代方法 Iにより未分化維持された霊長類動物胚性幹細胞は、慣例の方法で凍結保存が可能である。例えば、カクニイザル胚性幹細胞やヒト胚性幹細胞の場合は、後述の実施例 1に示した方法が推奨される。

[0039] 上記の本発明方法で霊長類動物胚性幹細胞を培養し、継代することにより得られる細胞は凍結融解後も正常であり、さらに継代することも可能である。また、後述の実施例に記載の通り、少なくとも 27継代後でも染色体異常は全く検出されていない（後述の実施例 2)。これは、従来技術 (十数回以上の継代に際して染色体異常が惹起される。非特許文献 1を参照）と比較して、本発明方法が格段に優れた培養技術であることを示している。

また、本発明方法によれば合成サイト力イン等の添加物が不要であるため培養系が簡素化（シンプリファイ）され、分子レベルでの解析が容易になり、基礎研究の発展にとって大きなメリットとなる。また、培養の費用も大幅に節減することができる。

また本発明方法における培養操作は至極簡便なものであり、特殊器具や特殊技能を要さないことから、世界中のあらゆる施設ですぐに実施が可能である。即ち、本発明による霊長類動物胚性幹細胞の未分化維持培養方法は、「臨床医療」、「医療産業」、「基礎医学生物学研究」という 3つの分野において、広範に実施可能であり、それらの発展に大いに寄与し得る。 [0040] 本発明の、霊長類動物胚性幹細胞を未分化状態に維持して培養、継代する方法に係る本発明は、霊長類動物胚性幹細胞のための、未分化維持用培地、培養器のコート法、継代時の細胞剥離法、培養時の細胞密度の制御方法、継代頻度（タイミング）の制御方法、凍結融解法を包含しており、培養技術の提供 (公開、指導）、培地等の作成のための情報の提供、および培地等の提供を含む。

[0041] II.霊長穎動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法

他の態様において、本発明は霊長類動物胚性幹細胞から、無フィーダ一で血液細胞、骨髄系細胞、血管内皮前駆細胞、ストロマ細胞、造血幹細胞等を製造する方法に関する。

( 1 )本発明の無フィーダ一で血液細胞および/または血管内皮前駆細胞を製造する方法は以下の工程からなる。

(A)霊長類動物胚性幹細胞を、サイト力インの存在下、血清もしくは血清代替物を含むまたは無血清培地で浮遊培養し、胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製造

(C)ステップ (B)で得られた特定前駆細胞から浮遊細胞と接着細胞を分離するステップ。

(2)また、本発明の無フィーダ一で血液細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞を製造する方法は、以下の工程からなる。

(A)霊長類動物胚性幹細胞を、サイト力インの存在下、血清もしくは血清代替物を含むまたは無血清培地で浮遊培養し、胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製造す

(C)ステップ (B)で得られた特定前駆細胞を、浮遊細胞を分離しながら培養するス [0042] 本発明の上記方法の「浮遊培養」とは、低吸着性培養容器等（low-attachment plat es ete.)を用いて、浮遊状態を保ったままで細胞を培養することである。また、本発明の上記方法の「接着培養」とは、通常の細胞培養専用容器を用いた培養により、細胞の培養容器への接着性が担保された状態で培養することである。

[0043] 本発明の上記方法（1)および（2)は、基本的には、本発明者らの、「胚性幹細胞から胚葉体またはそれに類似した細胞凝集体を形成し、無フィーダ一条件下、サイト力インを含有する適切な分化培地で適切な手技で接着培養を行うと、目的系列の細胞への分化制御が達成される、という知見に基づいている。このような知見により、従来困難または不可能であった霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、血管内皮前駆細胞、ストロマ細胞、造血幹細胞、骨髄系細胞等の製造及び拡大再生産が可能となつた。

[0044] 胚性幹細胞は、未分化中胚葉、血管内皮細胞/血液細胞の共通前駆細胞を経て、血管内皮細胞および血液細胞へと分化することが知られている（例えば、山下潤、炎症.再生 22巻、 509頁、 2002)。

本発明方法に関して、血液細胞とは、血液細胞全般を称する。前記血液細胞としては、具体的には、例えば、図 11に示される胚性幹細胞から血液細胞への分化系統図中における造血幹細胞 0102、リンパ球系幹細胞 0133、リンパ球系樹状細胞前駆細胞 0135、リンパ球系樹状細胞 0103、 Tリンパ球前駆細胞 0104、 T細胞 0105、 Bリンパ球前駆細胞 0106、 B細胞 0107、形質細胞 0108、 NK前駆細胞 0109、 NK 細胞 0110、骨髄系幹細胞 0134、骨髄系樹状細胞前駆細胞 0111、骨髄系樹状細胞 0112、肥満細胞系前駆細胞 0113、肥満細胞 0114、好塩基球系前駆細胞 0115 、好塩基球 0116、好酸球系前駆細胞 0117、好酸球 0118、顆粒球マクロファージ系前駆細胞 0119、マクロファージ前駆細胞 0120、単球 0121、マクロファージ 0122 、破骨細胞前駆細胞 0123、破骨細胞 0124、好中球前駆細胞 0125、好中球 0126 、巨核球系前駆細胞 0127、巨核球 0128、血小板 0129、前期赤芽球系前駆細胞 0 130、後期赤芽球系前駆細胞 0131、赤血球 0132等が挙げられる。

また、前記「血液細胞」には、造血幹細胞の前駆細胞；造血幹細胞から最終的に末梢血に分化するまでの全ての分化のプロセス上に存在する血液細胞の全ての形態が含まれる。

また、前記「骨髄系細胞」として、骨髄芽細胞、前骨髄球、骨髄球、後骨髄球、好中球、単球、マクロファージなどが挙げられる。

[0045] 本発明に係る「11.霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」において原料としての霊長類動物胚性幹細胞並びに該細胞および分化した前駆細胞や成熟細胞等の培養法は、原則として、霊長類動物胚性幹細胞を未分化で継代維持するための上記「1. 霊長類動物胚性幹細胞の培養および継代方法」において記載したものと同様である。即ち、培養容器、培地、蛋白成分等の添加物、細胞外マトリックス、培地からの細胞の剥離、継代の方法、時期等にかかる条件は、上記した条件に準ずる。

出発物質である霊長類胚性幹細胞の起源は特に限定されておらず、上記 Iに記載の方法に従って継代維持され、要すれば凍結保存されて!、る霊長類動物胚性幹細月包あ使用すること力でさる。

[0046] 前記「11.霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」における培養手技は、霊長類動物胚性幹細胞の浮遊培養による胚葉体または胚葉体類似の細胞凝集塊の形成に関するステップと、胚葉体または胚葉体類似の細胞凝集塊の接着培養に関するステップを含む。ここで、「胚葉体類似の細胞凝集塊」とは、胚性幹細胞から胚葉体が形成される途中の細胞凝集体を意味する。

胚葉体または胚葉体類似の細胞凝集塊を形成する方法としては、慣例のハンギング 'ドロップ法、慣例の非接着性培養皿を用いた培養、慣例の半固形培地を用いた培養などが挙げられるが、胚葉体または胚葉体類似の細胞凝集塊が形成される限り、これらに限定されない。

[0047] 胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製造するための浮遊培養の期間は、細胞や培養条件、目的の生成物により異なる力通常、 2日〜2週間程度である。期間が短いほど、胚葉体に対する細胞凝集塊の比率が増す。上記（1)の血液細胞および /または血管内皮細胞への分化誘導法の出発物質に用いる場合、充分に細胞凝集塊を形成するまで培養することが好ましい。具体的には、力二クイザル胚性幹細胞やヒト胚性幹細胞においては、実施例 4または 5に示した方法が推奨される。一方、上記（2)の血液細胞、造血ストロマ細胞、骨髄関連細胞、および/または造血幹細胞等への分化誘導法の出発物質に用いる場合、成熟血液細胞のみの分化誘導を目的とする際には細胞凝集体の形成が充分になさせて!/、ればよ!/、が（実施例 8および 9を参照）、造血ストロマ細胞、骨髄関連細胞、および/または造血幹細胞等の分化誘導を目的とする際には充分な胚葉体を形成するまで培養することが好ましレヽ（実施例 6および 7を参照）。

[0048] 前記「霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」において、肺葉体又は類似細胞凝集体は、くずさずにそのまま最適化された分化培地で接着培養する。これは、従来の、胚葉体またはそれに類似した細胞凝集体から酵素処理等により細胞レベルにほぐした後、好ましい方向に分化しつつある「前駆細胞集団」を精製分離する方法とは異なり、簡便かつ安全に高効率で分化誘導を達成できるとうい点で画期的である。

本発明方法に従い、胚葉体細胞をくずさずに、「最適化された分化培地」を用いてそのまま接着培養を行うと、極めて高い効率（血管内皮細胞、血球ともにほぼ 100%の効率）で目的系列への分化制御が達成される。これは、動物個体の発生過程における「制御された分化」の維持が達成されてレ、ることを示すものである。

[0049] 「分化培地」は、上記の霊長類動物胚性幹細胞を未分化状態で培養するための培地に、少なくとも一種のサイト力インを添加した培地を意味する。該培地は、所望により、細胞の維持および分化に悪影響を及ぼさない限り、適切な他の添加物を含有していてよい。

[0050] 前記「サイト力イン」は、目的に応じて適宜選択することができ、そのようなサイトカインは当業者にとって既知である。本発明に使用できるサイト力インは、胚性幹細胞を血液細胞および/又は血管内皮細胞に分化させるための因子であればよぐ特に限定されないが、例えば、幹細胞因子（SCF)、顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF)、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM— CSF)、マクロファージコロニー刺激因子（M— CSF)、エリスロポエチン（EPO)、トロンボポェチン（TPO)、 Flt3リガンド（ FL)、インターロイキン（IL) (例えば、インターロイキン 3、インターロイキン 6、ィンターロイキン— 15、インターロイキン— 11等）、血管内皮成長因子（VEGF)、骨形成タンパク質（BMP ;例えば、 BMP— 4等）、オンコスタチン M、酸性および塩基性線維芽細胞増殖因子（acidic FGF、 basic FGF)、アンギオボイエチンファミリー（例えば、 Angiopoietin-1および Angiopoietin-2)等が挙げられる。前記 G— CSFは、好中球の生産を強化する機能を有する。また、 EPO (エリスロポエチン）は、酸素運搬作用を有する赤血球の産生を誘導する。また、 TPO (トロンボポェチン）は、造血幹細胞の増幅、および止血作用（血液を固めて出血を止める作用）を有する巨核球、血小板の産生を誘導する。また、インターロイキン 15は、がん細胞などを攻撃するナチュラルキラー細胞（NK細胞）を誘導する。

[0051] 本発明の前記「11.霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」に用いる基本培養成分としては、上記の通り、霊長類動物胚性幹細胞から血管内皮細胞 '血球への分化を誘導するのに適した培地であればよぐ具体的には、例えば、ィスコフ改変ダルベッコ培地（MDM)等が挙げられる。

[0052] 前記「11.霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」に用いる基本培養成分に添加する蛋白成分としては、霊長類動物胚性幹細胞から血管内皮細胞 '血球への分化を誘導するに適したものであればよぐ具体的には、例えば、牛胎児血清、ヒト血清 (免疫拒絶反応を誘発する危険性の少なレ、AB型血清を使用することが好ましい）、 KNOCKOUT (登録商標） SR (インビトロジェン社製）等が挙げられる。

[0053] また、前記「11.霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」に用いる培養皿のコート成分としては、霊長類動物胚性幹細胞から血管内皮細胞 ·血球への分化を誘導するに適したものであればよぐ具体的には、例えば、ゼラチン等が挙げられる。

[0054] 前記培養容器は、細胞の培養に通常用いられる容器であればよい。

霊長類動物胚性幹細胞の培養条件は、胚性幹細胞に培養に適した条件であればよぐ例えば、 37°C、 5体積％じ〇の条件等が挙げられるが、適宜、酸素濃度の変更を fiつてもよい。

本発明の、前記「霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」における培養条件は、用いられる霊長類動物胚性幹細胞の種類により適宜設定することができる力 S、例えば、 37°C、 5体積％じ〇₂の条件等が挙げられる。

[0055] まず、「特定前駆細胞」が形成されるまで接着培養を行う。培地交換や剥離操作等は上記の「1.霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法」における記載に準じて行う。

「特定前駆細胞」とは、浮遊細胞 (培養液中に浮遊する性質を有する球状または球状に近!/、形状の細胞）と接着細胞 (培養容器に接着する細胞）を含む、胚葉体または胚葉体類似の細胞凝集塊から分化した前駆細胞を意味する。これは、浮遊細胞としての球状細胞集団と接着細胞を含む嚢状構造物（内部に球状細胞集団を含有する）を形成する場合があるが、嚢状構造物は必ずしも形成されない。後述の実施例に記載の通り、胚葉体または胚葉体類似の細胞凝集塊を血清の存在下または非存在下、適当な条件下で培養することにより、嚢状構造物を含む、又は含まない、特定前駆細胞を形成することができる。浮遊細胞（球状細胞）は嚢状構造物が形成される場合、該構造物中のみならず培養液中に放出されて存在する。また、嚢状構造物が形成されない場合は培養液中に浮遊した状態で存在する。従って、本明細書中、「球状細胞」または「浮遊細胞」という語句は、広義には、両形態の細胞を意味する。特定前駆細胞の浮遊細胞（球状細胞）から、主として血液細胞（骨髄系細胞にコミツトメントされた造血前駆細胞および成熟血球など）を誘導することができ、接着細胞から主として血管内皮前駆細胞および造血ストロマ細胞を誘導することができる。なお造血幹細胞は浮遊細胞と接着細胞の両者から誘導される。

[0056] 特定系列へ分化しつつある「前駆細胞集団」の選択は、位相差顕微鏡下、細胞の組織的形態の観察に基づいて行うことが好ましい。従来の、分子マーカーに対する特異抗体を使用し、セルソーター等の「細胞分離装置」によって細胞を選別する方法ではなぐ組織的形態に基づく方法により「正しく制御された効果的な分化誘導」を達成すること力 Sできる。即ち、従来の分子マーカーに基づく方法の場合は、特異性が必ずしも高くなぐ細胞分離装置の使用により細胞が傷害される等の問題がある。一方、組織的形態に基づく本発明の前駆細胞集団の選別法の場合、胚葉体を崩さずに新しい培養皿で接着培養を続けながら、位相差顕微鏡下で観察し、様々な組織的形態を判定し選別する。力、かる選別の結果、図 12、図 19、図 26に示すような「嚢状構造物」とその中に包含される球状細胞（浮遊細胞）が、おのおの血管内皮細胞と血液細胞の前駆体であることが明らかになった。

顕微鏡下での観察に基づく前駆細胞集団の同定は、（1)細胞に侵襲を与えることなくリアルタイムで細胞分化の状況をチェックすることができる、 (2)顕微鏡下でのマイク口ピペット操作により、目的とする前駆細胞集団に傷を与えることなく取り出す（マニピユレーシヨン)ことができるという利点に加えて、特殊な設備や高価な試薬を必要としないため、 feasibilityが高ぐ多くの施設ですぐに実施可能であるという優れた点を有する。

[0057] 本発明の、霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一での分化誘導方法に係る、（1 ) の無フィーダ一での血液細胞および/または血管内皮前駆細胞の製造方法では、浮遊細胞と接着細胞とを含む特定前駆細胞から、浮遊細胞と接着細胞を分離し、各々から血液細胞および血管内皮前駆細胞を調製する。

培養液中の浮遊細胞および嚢状構造物中の球状細胞を遠心等で分離する。嚢状構造物からの球状細胞の分離は、適当な方法で該嚢状構造物に開口部を設けて球状細胞を浮遊させることで行う。この操作は、嚢状構造物中に細胞が完全に充満する前に行うことが好ましい。なお、通常、嚢状構造物の開口部は培養により再度閉鎖され、その内部には球状細胞が充満してくる。

嚢状構造物が形成されない場合には、浮遊細胞と接着細胞を適宜分離する。

[0058] また、（2)の無フィーダ一での血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/ または造血幹細胞の製造方法は、培養液中に放出される浮遊細胞を適宜分離して血液細胞を得ると共に、浮遊細胞と接着細胞を含む嚢状構造の特定前駆細胞をそのまま継続的に培養することからなる。

浮遊細胞の分離は遠心等で行う。一方、嚢状構造物から球状細胞を分離することなぐ浮遊細胞を適宜放出させながら、嚢状構造物を含む接着細胞集団と浮遊細胞集団とを混合した状態で持続的に培養することにより、血液細胞とストロマ細胞を得ること力 Sできる。さらに継代を継続すると造血系幹細胞が得られる。生成されたストロマ細胞または造血系幹細胞の形成は、それぞれの細胞マーカーの検出により確認すること力 Sできる。そのようなマーカーは当業者にとって概ね既知である。 [0059] 上記のようにして胚葉体構成細胞から分離'精製された前駆細胞集団を接着培養することにより、血球を拡大再生産することができる。即ち、本発明方法には、胚葉体細胞の接着培養により産生された血球前駆細胞（嚢状構造物内の球状細胞等）を、さらに接着培養して継代する方法により、接着細胞（血球前駆細胞と造血ストロマ細胞）と浮遊細胞（血球）が混在する状況を保持したまま、この細胞集団を継代し増幅培養し、血球の拡大再生産のための培養方法も包含される。

本発明は、「造血ストロマ細胞」の胚性幹細胞からの産生方法を初めて提供するものである。また本発明により産生された造血幹細胞は浮遊細胞としての性質だけでなぐ接着細胞としての性質も併せ持つことも明らかとなった（図 23を参照）。

[0060] 本発明の血管内皮細胞、血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞、造血幹細胞等は、例えば、バンバンカー（日本ジェネティックス社製）などの細胞凍結保存専用液等の培地で、窒素ガス凍結条件下で、維持される。また少なくとも、血液細胞、造血ストロマ細胞に関しては、凍結融解ののちにも、凍結前と同様に、長期持続的に、優れた再生産性で血液細胞および造血ストロマ細胞を得ることができという優れた効果を発揮する。

[0061] かかる製造方法により得られた血管内皮細胞、血液細胞、骨髄系細胞、造血スト口マ細胞、造血幹細胞等は、実質上、異種動物細胞の混入、異種動物由来ウィルスの感染等がないという優れた性質を示す。また本発明による血管内皮細胞、血液細胞、および造血ストロマ細胞はいずれも高純度で均質な性質を示す。従って、本発明による血管内皮細胞は、血管損傷の治療や局所の血流の改善のための材料、移植材料、これらの材料の製造のための使用、および血管内皮細胞の発生'分化機構等に関する基礎研究における材料などに使用することができる。また、本発明による血液細胞は輸血用血液、輸血用血液の製造のための使用、および造血機構に関する基礎研究における材料等に使用することができる。さらに、本発明による造血ストロマ細胞は造血障害性疾患に対する移植医療、および造血機構に関する基礎研究における材料等に使用すること力できる。また、骨髄系細胞は骨髄損傷における治療に有用と考えられる。

[0062] 本発明の無フィーダ一での、血管内皮細胞の製造方法に従えば、血管内皮前駆細胞から、より成熟傾向のある細胞集団を、セルソーターやビーズ沈降法などにより細胞膜表面での VE-cadherin陽性 PECAM1陽性の二重陽性集団として分離すること力できる。具体的には、例えば、前記 VE-cadherin、 PECAM1等のマーカーに対する特異的抗体を用いたフローサイトメトリーによるセルソーティング、該抗体を保持した磁気ビーズを用いるセルソーティング等により血管内皮細胞を分離することができる。

[0063] また、本発明の血管内皮細胞を用いて、例えば、コラーゲンゲル等中で培養することにより、立体的な血管構造を得ることも可能である。また、そのようにして構築された血管構造物を動物に移植することで、新たな血管網を生体内で形成させることも可能である。

[0064] 本発明の無フィーダ一での血球細胞の製造方法により産生された血球（造血幹細胞から様々な系列の成熟血球を含む）を用いて、系列特異的マーカーに対する抗体を用いたフローサイトメトリーによるセルソーティング、該抗体を保持した磁気ビーズを用いたセルソーティング等適用することで、造血幹細胞、好中球、単球、リンパ球など、特定系列の血球細胞だけを分離濃縮することができる。具体的には、例えば、造血幹細胞は CD34抗体および CD45抗体を用いて、 CD34陽性 CD45陽性の二重陽性細胞分画を回収することで分離濃縮される。

[0065] 上記の血球（造血幹細胞から様々な系列の成熟血球を含む）の中から、細胞傷害を与えることなく特定系列を分離濃縮する手段として、密度勾配遠心法や、遠心対抗水流細胞分離法 (エルトリエータ（日立社製)等を使用）を用いた分離法が挙げられる。これらの方法により好中球、単球、リンパ球など、特定系列の血球細胞だけを分離すること力 Sできる。例えば、図 28に示すように、リンホプレップ (登録商標）（第一化学薬品株式会社製)を用いた密度勾配遠心法により、ヒト胚性幹細胞から産制された好中球を効果的に分離濃縮することが可能である。

[0066] 本発明の血液細胞の製造方法においては、目的とする血液細胞等の種類に応じて、造血幹/前駆細胞をさらに適切な条件下に分化させてもよぐ無フィーダ一分化用培地中のサイト力インを適宜変更してもよい。本発明の血液細胞の製造方法において、種々のサイト力インによる血液細胞の製造の例としては、 G— CSFおよび GM — CSFによる顆粒球への分化、 GM— CSFおよび M— CSFによる単球/マクロファージへの分化、 IL 15による NK細胞への分化、 EPOによる赤血球への分化、 TP Oによる巨核球/血小板への分化、 IL 4および GM— CSFによる樹状細胞への分化等が挙げられる。

[0067] また、本発明の、霊長類動物胚性幹細胞の無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持継代方法、および無フィーダ一での血管内皮細胞、血液細胞等への分化誘導方法は、胚性幹細胞に対する使用に限定されるものでなぐ培養条件に多少の改変を加えるなどの工夫により、さまざまな細胞（精巣幹細胞、成体幹細胞など、多能性分化能を保持する細胞群)への分化技術として応用展開が可能である。

[0068] 以上、本発明によれば、異種動物細胞の混入、異種動物由来ウィルスの感染等を実質的に伴わずに、単純な培養操作で、安価な培養器具のみの使用により、霊長類動物胚性幹細胞から、継代維持可能な血管内皮細胞、拡大再生産することが可能な血球（造血幹細胞から成熟血球までを含む）、造血ストロマ細胞等を、いずれも非常に高レ、効率（ほぼ 100%に近!/、）で作成することが可能である。

従って、本発明による、「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」は、非常に高い分化効率で、細胞損傷を伴わず、かつ高い feasibilityを持つものであることから、世界中で速やかに実施され、その利益は甚大である。

[0069] 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例 1

[0070] 力二クイザル胚性幹細胞の無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持培董

(1)未分化維持培養液の調製

力二クイザル胚性幹細胞は、未分化維持培養液 1 1 (組成： DMEM/H讓' S F-12 ( コージンバイオ製〕、 20体積％ KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジェン（Invit rogen Corp. )製〕、 ImM L グノレタミン〔インビトロジェン (Invitrogen Corp. ) 製〕、 2mM 非必須アミノ酸液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、 ImM ピルビン酸ナトリウム〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、終濃度 100U/ml ペニシリン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、終濃度 100 g/ml ストレプトマイシン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）で、 30倍希釈したマトリゲル (登録商標）マトリックス〔BD (BD Biosciences)社製〕を用いて室温で 15分から 30 分程度コートした 10 cm培養ディッシュ上、または 78 cm²培養ディッシュ上で、 COィンキュベータ一において、 37°C、 5体積⁰ /oCOで培養した。

[0071] (2)未分化維持培養の手技

力二クイザル胚性幹細胞は、コロニーの大きさとしては直径 500 mの比較的均一の大きさの状態で、位相差顕微鏡の対物レンズ 4倍 (接眼レンズ 10倍）の視野にぉレ、て；!〜 2個程度の密度で播種する。翌日には培地交換する。さらに翌日にはコロニーの大きさが 1000 程度になるので、デイスパーゼ©0 (80 Biosciences)製〕で剥離して、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた新しい培養容器に継代する。デイスパーゼ処理は、培養液を除去した力二クイザル胚性幹細胞にデイスパーゼ液を浸し入れて、すぐにこれを吸引して 37°Cで 5分間反応させたのち、 DMEM/Ham's F- 12を注ぎ入れ、ピペッティングを極力しないように注意しながら細胞を遠沈管に回収して、上清を遠心（1000 rpm、 5分、 4°C)して細胞を沈降させる。以上の操作により、力二クイザル胚性幹細胞のコロニーは直径 500 H mの比較的均一の大きさに分散されている。以上、継代操作を 2日毎に繰り返すことで、力二クイザル胚性幹細胞はコロニー同志が接合することなぐ無フィーダ一、かつ合成サイト力インを添加しない前記した培養液にぉレ、て、未分化状態を適切に保持したまま増幅培養することが可能である。

[0072] (3)細胞形態

少なくとも 43継代した後にも未分化維持状態は適切に保たれていた。具体的には、未分化状態として好ましい細胞形態（図 1を参照）と、未分化維持マーカーである SS EA-4, Oct-4, Nanog, Tra-1-60, Tra-1-81の高発現（図 2および図 3を参照）、免疫不全マウス（SCIDマウス）での腫瘍形成（図 4、図 5を参照）が確認された。

[0073] 図 1は、上記の方法で培養された力二クイザル胚性幹細胞のコロニーを示す。 Aは 2 0継代め、 Bは 35継代の時点で凍結し、融解した後にさらに 1継代した細胞を示す。図 2は、上記の方法で培養された培養された 20継代めの力二クイザル胚性幹細胞における、未分化維持マーカーである SSEA-4および Oct-4の発現をフローサイトメトリーで測定した結果である。両者にぉレ、て非常に高!/、発現（〉95%)が確認される。図 3は、上記の方法で培養された培養された 20継代めの力二クイザル胚性幹細胞における、未分化維持マーカーである Tra-1_60、 Tra-l_81、および Nanogの発現を免疫染色で示したものである。ほぼ全ての細胞でいずれのマーカーも発現が確認される。

図 4は、上記の方法で培養された培養された 21継代めの力二クイザル胚性幹細胞を 3匹の免疫不全マウス（SCIDマウス）の精巣皮膜下に移植した 2ヶ月後に精巣の写真である。 3匹全てにおいてテラトマ形成を確認した。図 5は上記の腫瘍の組織標本 (へマトキシリン .ェォジン染色）である。記載のごとぐ神経上皮、歯、分泌腺、腸管様上皮、平滑筋などが認められる。

なお、実施例 4 実施例 7に示すように、本発明により未分化維持した力二クイザル胚性幹細胞から、血管内皮細胞の産生と、血球および造血ストロマ細胞の拡大再生産が可能である。

[0074] (4)力二クイザル胚性幹細胞の凍結保存

前記した未分化維持培養方法で継代培養された力二クイザル胚性幹細胞は、凍結保存液 1 (2 M DMSO、 1 M Acetamide, 3 M Propylene glycol/ヒト ES細胞用培地）、または市販の霊長類動物胚性幹細胞用凍結保存液（リブロセル社)を用いて、液体窒素内での凍結保存が可能である。まず、以下の手順で細胞の凍結ストックを作成する。即ち、上記した方法で力二クイザル胚性幹細胞を沈降回収したのち、氷上で冷やした凍結保存液 200 1加え、穏やかに懸濁したのち、できる限り速やかに（15秒以内 )、予め準備した凍結保存用チューブに移して、液体窒素につける。液体窒素中で、 30秒から 1分間凍結して、内部まで完全に凍らせた後に、液体窒素保存容器に移す

〇

[0075] (5)凍結力二クイザル胚性幹細胞の解凍

凍結保存した細胞の解凍は以下の手順で行う。即ち、力二クイザル胚性幹細胞の凍結チューブに、あらかじめ 37°Cに温めた未分化維持用培地を 1 ml加え、ピぺッティングを行うことで急速解凍し、細胞懸濁液を 15 mlコニカルチューブへ移して細胞を沈降回収する（1000 rpm、 5分、 4°C)。未分化維持用培地で細胞を懸濁させた後、顕微鏡で細胞の状態を確認し、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた培養容器にて、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積⁰ /oCOで培養する。

以上の操作により、前記した未分化維持した力二クイザル胚性幹細胞は凍結融解後にも未分化維持状態を良好に保持したまま増殖している。

実施例 2

[0076] ヒト^个牛餘細胞の無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持接着 (マトリゲル (登標)マトリックスコート ^^ fflすろ去）

(1)未分化維持培養液の調製

ヒト胚性幹細胞は、未分化維持培養液 1 2 (組成： DMEM/Ham's F_12 (コージンバイオ製）、 20体積％ KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、 ImM L グルタミン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、 2m M 非必須アミノ酸液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、 0.1 M 2-merca ptethanol〔シグマ（Sigma Chemical Co.)製〕、終濃度 lOOU/ml ペニシリン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕、終濃度 100 g/ml ストレプトマイシン〔インビトロジヱン（Invitrogen Corp. )製〕）で、 30倍希釈したマトリゲル（登録商標）マトリツタス〔BD (BD Biosciences)社製〕を用いて室温で 15分から 30分程度コートした 10 cm 培養ディッシュ上、または 78 cm²培養ディッシュ上で、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積⁰ /oCOで培養した。

[0077] (2)未分化維持培養の手技

ヒト胚性幹細胞は、コロニーの大きさとしては直径 500 mの比較的均一の大きさの状態で、位相差顕微鏡の対物レンズ 4倍 (接眼レンズ 10倍）の視野にお!/、て 2〜3個程度の密度で播種し、以後は毎日培地交換を行う。 3〜4日後にはコロニーの大きさ力 S 1000 m程度になるので、剥離液 1 (組成： 0.25%トリプシン液〔インビトロジェン（I nvitrogen Corp. )製〕、 1 mg/mlコラゲナーゼ IV〔インビトロジェン (Invitrogen Corp. )製〕、 1 %KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジェン（Invitrogen Corp • )製〕、 1 mM塩化カルシウム〔シグマ（Sigma Chemical Co.)製〕をリン酸バッファーをベースに作成する）、または霊長類動物胚性幹細胞用細胞剥離液（リブロセル社)で剥離して、マトリゲル (登録商標）マトリックスでコートされた新しい培養容器に継代する。剥離の具体的手順は以下の通りである。培養液を除去したヒト胚性幹細胞に剥離液を浸し入れて 37°Cで 5分間反応させたのち、剥離液を吸引して DMEM/H讓' S F-12を添加してさらに 37°Cで 10分間反応させる。その後、培養容器をタッピングすることで細胞を剥離浮遊させてから 1000 H 1のピペットチップで 2回サスペンドしながら細胞を遠沈管に回収し、遠心操作（1000 rpm、 5分、 4°C)により細胞を沈降させる。以上の操作により、ヒト胚性幹細胞のコロニーは直径 500 mの比較的均一の大きさに分散されている。以上の操作を毎週 2回行うことで、ヒト胚性幹細胞は、無フィーダ一、かつ合成サイト力インを添加しない、上記した培養液内で、未分化状態を適切に保持したまま継代維持が可能である。

(3)細胞形態

25回継代した後にも未分化維持状態は適切に保たれていた。具体的には、未分化状態として好ましい細胞形態、未分化維持マーカーである SSEA-4, Oct-4, Nanog の高発現が確認された。また 27継代後における染色体分析において、正常染色体核型の維持が確認された（図 6、図 7、図 8、および図 9を参照）。

[0078] 図 6は、上記の方法で培養された 24継代めのヒト胚性幹細胞のコロニーの位相差顕微鏡写真を示す。

図 7は、上記の方法で培養された 20継代めのヒト胚性幹細胞における未分化維持マーカーである SSEA-4および Oct-4の発現をフローサイトメトリーで測定した結果である。両者にぉレ、て非常に高!/、発現（〉 95%)が確認される。

図 8は、上記の方法で培養された 25継代めのヒト胚性幹細胞における未分化維持マーカーである Oct-4 (A)と Nanog (B)の発現を免疫染色で示したものである。ほぼ全ての細胞にお!/、て、両者の蛋白が発現して!/、ること力 S確認される。

図 9は、ヒト胚性幹細胞の染色体分析図（Gバンド法）である。左は、樹立機関で推奨している従来の培養法 (胎仔マウス泉維芽細胞をフィーダ一細胞とする共培養法）で維持して!/、る状況、右は本発明による「無フィーダ一無サイト力インによる培養法」で 20回継代した状況における結果である。全く染色体異常が起きていないことが確認された。

[0079] (4)ヒト胚性幹細胞の凍結保存および解凍前記した未分化維持培養方法で継代培養されたヒト胚性幹細胞は、凍結保存液 1

、または市販の霊長類動物胚性幹細胞用凍結保存液（リブロセル社)を用いて、前記実施例 1に記載した方法により、液体窒素内での凍結保存および解凍が可能である。以上の操作により、実施例 2で未分化維持したヒト胚性幹細胞は凍結融解後にも未分化維持状態を良好に保持したまま増殖している。

実施例 3

[0080] ヒト^† ^細胞の無フィーダ一および無サイト力イン下での未分化維持接着（1禾重額のヒト ά成でコートした ^^^^ _fflすろ去）

(1)未分化維持培養液の調製

実施例 2に記載した培地を使用した。

[0081] (2)未分化維持培養の手技

ヒト胚性幹細胞は、コロニーの大きさとしては直径 500 mの比較的均一の大きさの状態で、位相差顕微鏡の対物レンズ 4倍 (接眼レンズ 10倍）の視野にお!/、て 2〜3個程度の密度で播種し、以後は毎日培地交換を行う。 3〜4日後にはコロニーの大きさ力 S 1000 m程度になるので、剥離液 1 (組成： 0.25%トリプシン液〔インビトロジェン（I nvitrogen Corp. )製〕、 1 mg/mlコラゲナーゼ IV〔インビトロジェン (Invitrogen Corp. )製〕、 1 %KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジェン（Invitrogen Corp • )製〕、 1 mM塩化カルシウム〔シグマ（Sigma Chemical Co.)製〕をリン酸バッファーをベースに作成する）、または霊長類動物胚性幹細胞用細胞剥離液（リブロセル社)で剥離して、ヒト血漿から得られたフイブロネクチン (BD社製）を 5 gん m²でコートした新しい培養容器、ヒト AB型血清を用いてコートした新しい培養容器、ヒト胎盤から得られたラミニン (シグマ社製）を 5 gん m²でコートした新しい培養容器、ヒト血漿から得られたビトロネクチン (BD社製）を 0.2 ^ gん m²でコートした新しい培養容器、またはヒト胎盤から得られた IV型コラーゲン (BD社製）を 5 a gん m²でコートした新しい培養容器、に継代する。剥離の具体的手順は以下の通りである。培養液を除去したヒト胚性幹細胞に剥離液を浸し入れて 37°Cで 5分間反応させたのち、剥離液を吸引して DMEM /Ham's F-12を添加してさらに 37°Cで 10分間反応させる。その後、培養容器をタツピングすることで細胞を剥離浮遊させてから 1000 a 1のピペットチップで 2回サスペンドしながら胞を遠沈管に回収し、遠心操作（1000 rpm、 5分、 4°C)により細胞を沈降させる。以上の操作により、ヒト胚性幹細胞のコロニーは直径 500 mの比較的均一の大きさに分散されている。以上の操作を毎週 2回行うことで、ヒト胚性幹細胞は、無フィーダ一、かつ合成サイト力インを添加しない、実施例 2に記載した培養液内で、未分化状態を適切に保持したまま継代維持が可能である。

[0082] 4回の継代後にも未分化維持状態は適切に保たれている。未分化状態として好ましい細胞形態と、未分化維持マーカーである SSEA-4, Oct-4の高発現が確認された。図 10参照。

図 10は、上記の方法により、ヒト由来フイブロネクチン（5 gん m²)のみでコートされた培養皿 (A)、ヒト AB型血清のみでコートされた培養皿（C)、を用いて培養された 4 継代めでのヒト胚性幹細胞の位相差顕微鏡写真である。 V、ずれも未分化な形態を保持していること力 S解る。またこれらの細胞において未分化維持マーカーである SSEA-4 と Oct-4の発現をフローサイトメトリーで測定したところ、いずれにおいても両マーカ一の高発現が確認された (B、 D)。

実施例 4

[0083] 力二クイザル胚性幹細胞力、らの無フィーダ一での血管内皮細胞/血液細胞への分化

( ^S台 i'清を fflする )

(1)分化培地の調製

力二クイザル胚性幹細胞は、分化培地 1 1 {組成：イスコフ改変ダルベッコ培地（Is cove s modified Dulbecco s medium； IMDM)〔シグマク^カノレ (Sigma Ch emical Co. )製〕、 15重量％熱不活化ゥシ胎仔血清〔ピーエーエーラボラトリーズグーエムベーノヽー (PAA Laboratories GmbH)〕、 lmM /3—メノレカプトェタノール〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕、 2mM L グルタミン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕 }に、終濃度 20ng/ml 血管内皮成長因子（VE GF)、終濃度 20ng/ml 骨形成タンパク質 4 (BMP— 4)、 20ng 幹細胞因子（S CF)、終濃度 10ng/ml Flt3 リガンド、終濃度 20ng/ml インターロイキン 3 (IL 3)、終濃度 10ng/ml インターロイキン 6 (IL6) }のサイト力インを添加した。

[0084] (2)分化誘導の手技分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）用いたハンギング 'ドロップ法により、胚葉体類似の細胞凝集塊細胞を作成する。具体的には、力二クイザル胚性幹細胞を剥離液で回収したのち、さらに 0.25 %トリプシン液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）で 37°C、 5分反応させることで 1個の細胞レベルに分散させる。 3000個の力二クイザル胚性幹細胞を 30 1の分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）に懸濁させて、マイクロピペットを用いて、直径 10 cmの培養皿の蓋の裏面にスポットしていく（1枚の培養皿において 2030個程度のスポッティングが可能である）。乾燥を防ぐために、培養さらに滅菌水を満たして、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積％COで 3日間浮遊培養した。 3日後には肉眼的に細胞凝集塊の形成が確認できるので、培養皿の蓋面を洗うようにしてこれを回収し、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemic al Co. )製〕でコートした培養皿（直径 10 cmまたは 6 cm)の上で、分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）を用いて、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。力二クイザル胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続け、約 2週間後には、もと凝集塊のあった領域の中央付近から、特定前駆細胞 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）が形成された（各凝集塊につき 1個形成された）（図 12参照）。図 12は、無フィーダ一での血管内皮細胞 ·血球の分化誘導と拡大再生産の技術による、力二クイザル胚性幹細胞から牛胎児血清存在下で作成した、血管内皮前駆細胞と血液細胞に共通の特定前駆細胞 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）を示す。

[0085] 嚢状構造物の中に球状細胞が完全に充満してしまう前に、マイクロナイフ（Stem eel 1 knife, SweMed社製等）を用いて、嚢状構造物そのもの構造を破壊することなぐ嚢状構造物の底面付近に少量の切れ込みを入れることで、内部の球状細胞を培養液中に緩除に放出させた。嚢状構造物内に球状細胞が完全に充満すると球状細胞の生存性が低下する。培養上清を回収して遠心することでこの球状細胞を沈降回収する一方、嚢状構造物とそこから広がる細胞はトリプシン/ EDTA液〔インビトロジェン (In vitrogen Corp. )製〕）を用いて 37°C、 5分反応させることで剥離回収した。

[0086] 回収した球状細胞を、メチルセルロースを含有した半固形培地によるコロニーアツセィ.キット（Methocult (登録商標） GF⁺H4535 (Stemcell Technologies In )を用いて造血コロニーアツセィを行うことにより血球産生の確認を行った（図 13参照）。図 13は、球状細胞力、ら産生された成熟血球細胞の Wright-Giemsa染色（A)、特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)およびエステラーゼ二重染色（C) )を示して!/、る。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。

[0087] 回収した嚢状構造物と周辺に広がる細胞は、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigm a Chemical Co. )製〕でコートした新しい培養皿（直径 10 cmまたは 6 cm)で、分化培地 1—1 (サイト力イン添加済）を用いて培養した。以後は 3〜4日ごとに細胞をトリプシン/ EDTA液を用いて剥離しながら、 1/3程度の希釈で 8回継代を行った（図 14〜図 16参照)。

図 14は、上記『特定前駆細胞』から産生された血管内皮細胞の、血管内皮細胞特異的マーカーである VE-cadherinと、血管内皮細胞マーカーの一つである N-cadheri nの発現を免疫染色検査で調べた結果である。図 14に示すように、 2継代後から血管内皮細胞特異的マーカーである VE-cadherinの発現がほぼ全ての細胞で確認された。さらにこの図で示すように、血管内皮細胞において発現していることが知られる接着因子である N-cadherinも、免疫染色にてほぼ全ての細胞において発現しており、かつ明瞭な細胞膜局在を認めることが示された。これは図 31に示すように、生体から得られた初代血管内皮細胞が喪失してしまっている性質であり、非常に興味深い知見である（図 14と図 31を比較参照のこと）。

図 31は、 3種類の市販のヒト初代培養血管内皮細胞 (ヒト臍帯静脈内皮細胞 (HUV EC)、ヒト微小血管内皮細胞（HMVEC)およびヒト大動脈内皮細胞（HAEC) )における N-cadherinの細胞内発現様式を免疫染色で調べた結果である。図 31から、市販のヒト初代培養血管内皮細胞ではすでに N-cadherinの細胞膜局在が消失してしまっていること力 S分力、る。一方、本発明方法によって産生された血管内皮細胞は、明瞭な細胞膜局在を示し、生体における血管内皮細胞の性質を正しく反映している。（図 14 中)。

[0088] 図 15は、上記『特定前駆細胞』から産生された血管内皮細胞の、成熟血管内皮細胞マーカーである PECAM1の発現を、汎血管内皮細胞マーカーかっ血管内皮特異的マーカーである VE-cadherinとの二重染色によるフローサイトメトリーで確認したものである。横軸は PECAM1を、縦軸は VE-cadherinの発現強度を表す。図 15に示すように、汎血管内皮細胞マーカーかっ血管内皮細胞特異的マーカーである VE-cadh erinと、成熟血管内皮細胞マーカーである PECAM1との両蛋白が細胞膜レベルで発現する細胞が 4割以上も存在することが確認された。

図 16は、上記『特定前駆細胞』から産生された血管内皮細胞の成熟機能の確認のために、コード形成能 (A)とァセチル化低比重リポ蛋白の取込能（B)を調べたものである。いずれにおいても高い効率で成熟機能の獲得が確認される。以上から、 8回の継代の後にも VE-cadherinと PECAM1の発現は保持され、かつ図 16に示すように、コード形成能、ァセチル化低比重リポプロテイン取込能などの、血管内皮細胞の機能的成熟も確認された。

[0089] 以上より、少なくとも 8回の継代操作の間、安定した増殖能と成熟機能を保持し、かつ生体内におけると同様の明瞭な N-cadherinの細胞膜局在を示す、血管内皮細胞力 S力二クイザル胚性幹細胞から作成された。実施例 5

[0090] 力二クイザル胚性幹細胞からの無フィーダ一での血管内皮細胞/血液細胞への分化

( i'清地,をする )

(1)分化培地の調製

力二クイザル胚性幹細胞は、分化培地 1 2 {組成：イスコフ改変ダルベッコ培地（Is cove s modified Dulbecco s medium； IMDM)〔シグマク^カノレ (Sigma Ch emical Co. )製〕、 15重量％ KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジヱン（Invit rogen Corp. )製〕、 ImM /3—メルカプトエタノール〔シグマケミカル（Sigma Ch emical Co. )製〕、 2mM L グルタミン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕 }に、終濃度 20ng/ml 血管内皮成長因子 (VEGF)、終濃度 20ng/ml 骨形成タンパク質 4 (BMP— 4)、 20ng 幹細胞因子（SCF)、終濃度 10ng/ml Flt3— リガンド、終濃度 20ng/ml インターロイキン 3 (IL3)、終濃度 10ng/ml インター口ィキン 6 (IL6) }のサイト力インを添加した培地を用いて分化誘導を行った。

[0091] (2)分化誘導の手技分化培地 1 2 (サイト力イン添加済）を用いたハンギング 'ドロップ法により、胚葉体類似の細胞凝集塊細胞を作成する。具体的には、力二クイザル胚性幹細胞を剥離液で回収したのち、さらに 0.25 %トリプシン液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）で 37°C、 5分反応させることで 1個の細胞レベルに分散させる。 3000個の力二クイザル胚性幹細胞を 30 1の分化培地 1—2 (サイト力イン添加済）に懸濁させて、マイクロピペットを用いて、直径 10 cmの培養皿の蓋の裏面にスポットしていく（1枚の培養皿において 2030個程度のスポッティングが可能である）。乾燥を防ぐために、培養さらに滅菌水を満たして、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積％COで 3日間浮遊培養した。 3日後には肉眼的に細胞凝集塊の形成が確認できるので、培養皿の蓋面を洗うようにしてこれを回収し、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemi cal Co. )製〕でコートした培養皿（直径 10 cmまたは 6 cm)の上で、分化培地 1 2 ( サイト力イン添加済）を用いて、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。力二クイザル胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続けた。牛胎児血清存在下での実験 (実施例 4)と異なり嚢状構造物の形成は見られな力、つた力 S、約 2週間後に接着細胞の増殖と浮遊細胞（球状細胞）の産生が確認された。培養上清を回収して遠心することで浮遊細胞（球状細胞）を沈降回収する一方、接着細胞はトリプシン/ EDTA液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）を用いて 37°C、 5分反応させることで剥離回収した。

[0092] 回収した浮遊細胞（球状細胞）に関しては、メチルセルロースを含有した半固形培地によるコロニーアツセィ ·キット（Methocult (登録商標） GF⁺H4535 (Stemcell Technol ogies Inc.)を用いて造血コロニーアツセィを行うことにより血球産生の確認を行った（図 17参照）。図 17は、力二クイザル胚性幹細胞から無血清培養条件（KNOCKOUT ( 登録商標） SRを使用）で作成された成熟血球細胞の Wright-Giemsa染色 (A)と特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)とエステラーゼ二重染色（C) )を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞の賛成が観察された。

[0093] 回収した接着細胞に関しては、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical

Co. )製〕でコートした新しい培養皿（直径 10 cmまたは 6 cm)で、分化培地 1 2 (サイト力イン添加済）を用いて接着培養を行った。以後は 3〜4日ごとに細胞をトリプシン /EDTA液を用いて剥離しながら、 1/2〜 1/3程度の希釈で継代を行った。 3継代めにおけるフローサイトメトリー検査の結果を図 18に示す。従来、無血清では内皮細胞の分化誘導はできないとされていた力 VE-cadherinおよび PECAM1が細胞膜で発現している細胞が数％以上存在することが確認された（図 18参照）。これは従来、無血清培養では霊長類動物胚性幹細胞から血管内皮細胞は産生されないと信じられてきたこと、また既存の報告では血清存在下でも霊長類動物胚性幹細胞から血管内皮細胞の産生効率が 2%以下であることを考えると、画期的な成果である。

実施例 6

[0094] 力二クイザル呸件榦細朐からの「血液細朐（造血榦細朐および成熟血球）への分化

^ i - 「スト pマ糸田朐'の¾ し「田朐 Ή告スト pマ糸田朐,の ¾ ι ( (υ培地調製

分化培地 1 3 {組成：ノックァゥト D- MEM (Knockout D-MEM〔インビトロジェン（Inv itrogen Corp. )、 20重量％熱不活化ゥシ胎仔血清〔ピーエーエーラボラトリーズグーエムベーノヽー (PAA Laboratories GmbH)〕、 0.1mM /3—メノレカプトェタノール〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕、 1 %非必須アミノ酸液〔インビトロジェン (Invitrogen Corp. )製〕、 ImM L グノレタミン〔インビトロジェン (Invitr ogen Corp. )製〕〕に、終濃度 50ng/ml 骨形成タンパク質 4 (BMP— 4)、 300 ng/ml 幹細胞因子（SCF)、終濃度 300ng/ml Flt3 リガンド、終濃度 10ng/ ml インターロイキン 3 (IL3)、終濃度 10ng/ml インターロイキン 6 (IL6)、濃度 50η g/ml 顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF) )のサイト力インを添加した。

[0095] (2)分化誘導の手技 1 (胚葉体形成のステップ）

実施例 1により未分化維持された力二クイザル胚性幹細胞を、コラゲナーゼ IV処理（室温、 20分）および、それに引き続いてキレート剤処理（non-enzymatic cell dissociati on buffer〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕で室温にて 20分反応）を行い、マトリゲル (登録商標）マトリックスコートした培養容器力剥離した。この操作により力二クイザル胚性幹細胞は個々の細胞レベルに近い状態でほぐれた。これを回収して、分化培地 1—3用いて、ポリヒドロキエチルメタタリレート（poly (2-hydoxyethyl metha crylate),シグマ社製)でコートした非接着性培養容器 (直径 6 cm培養皿等）、または Hydrocell (CellSeed社製）を用いて、一昼夜浮遊培養した。翌日、上記サイト力インを添加した分化培地 1—3 (サイト力イン非添加）に培地を交換し、さらに 2週間ほど浮遊培養を行うことで、胚葉体 (または胚葉体類似の細胞凝集塊）が作成された（図 19A を参照）。なお 2週間の培養期間中は 3〜4毎に培地交換を行った。この際に、培地中に浮遊して!/、る胚葉体ほたは胚葉体類似の細胞凝集塊）は培養上清を回収して細胞成分を遠心沈降させ、これを新しく調製した分化培地 1—3 (サイト力イン非添カロ )に懸濁し、新しく用意した非接着性培養容器に移し入れて浮遊培養を続行した。

[0096] (3)分化誘導の手技 2 (『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）の形成のステップ）

上記で形成された胚葉体を遠心沈降により培養上清から回収して、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕でコートした培養皿（24穴マルチゥェル皿）の上で、分化培地 1 3 (サイト力イン添加済み）を用いて、 COインキュベータ一内で、 37°C、 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。力二クイザル胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続け、約 2週間後には、もと凝集塊のあった領域の中央付近から、図 19Bに示すように『特定前駆細胞』 (嚢状構造物とそれに含有される球状細胞集団からなる構造物）が形成された（各凝集塊につき 1個形成された）。図 19は、上記の「無フィーダ一での血管内皮細胞および血液細胞への分化誘導方法」による、力二クイザル胚性幹細胞から牛胎児血清存在下で作成した胚葉体細胞の位相差顕微鏡写真 (A)と、胚葉体を接着培養して得られる血管内皮前駆細胞と血液細胞に共通の『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）（B)を示す。

[0097] (4)分化誘導の手技 3 (血球の拡大再生産のステップ）

上記手技 2で形成された『特定前駆細胞』を含む培養皿を、トリプシン/ EDTA液〔ィンビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）での処理を行うことで、培養皿にある細胞を全て剥離回収し、ゼラチンをコートした新しい培養皿（直径 6 cm)の上で、分化培地 1 3 (サイト力イン添加済み）を用いて接着培養を続行した。接着細胞は活発に増殖し、 2日後にはコンフルェントに達した。さらに 2日後には図 20に示すように、浮遊細胞の産生が明らかとなった。図 20は、血液細胞の拡大再生産がなされている状況を示す位相差顕微鏡写真である。造血ストロマ細胞 (接着細胞）とそこから産生された血球（浮遊細胞）の両者が確認される。

以後は週 2回のペースで、培地交換をしながら細胞培養を続行した。なお培地交換の際には浮遊細胞を遠心回収して培養皿に戻した。また接着細胞は週 1回のぺースで、トリプシン/ EDTA液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）を用いて剥離し、培養上清中の浮遊培養と混合した上で、 1/2〜1/3に希釈しながら継代培養を行った。

培養上清中力も回収された浮遊細胞については、（1)造血コロニーアツセィ（Meth ocult (登録商標） GF⁺H4535 (Stemcell Technologies Inc.)を使用）によるコロニー形成能、（2)Wright_Giemsa染色による形態観察、（3)ミエ口ペルォキシダーゼ染色 (POX 染色)、エステラーゼ二重染色、好中球性アルカリホスファターゼ染色（NAP染色）等の特殊染色による特異的酵素活性の有無、（4)フローサイトメトリーによる各種マーカー（じ034 045 01113等）の細胞表面での発現の確認することで、血液細胞としての評価を行った。結果を図 21A〜図 21Fに示す。

上記した血球の拡大再生産過程にお!/、て回収された血球細胞（浮遊細胞）の Wrig ht-Giemsa染色像（A)と、特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)、エステラーゼ二重染色（C)、好中球性アルカリホスファターゼ染色（D) )を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。さらに、これらの血球細胞（浮遊細胞）における造血幹細胞マ一力一である CD34 (E)と汎血球細胞マーカーである CD45 (F)の発現をフローサイトメトリーで確認した結果を示す。

図 21から、骨髄系細胞の様々な分化段階にある細胞（骨髄芽細胞、前骨髄球、骨髄球、後骨髄球、好中球、単球、マクロファージなどを含む）の産生が確認された。また汎血球細胞マーカーである CD45抗原の発現はほぼ 100%であり（図 21Fを参照）、血球分化効率は非常に高ぐほぼ血球細胞のみからなるほぼ純粋な集団が得られて V、ることが確認された。また CD34陽性（即ち、 CD34陽性 CD45陽性の二重陽性細胞）も数％存在しており（図 21E参照）、造血幹細胞（または造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）が産生されて!/、ることが確認された。

[0099] 継代に際しては、接着細胞だけを継代しても、浮遊細胞だけを継代しても、両者を混合して継代しても、いずれにおいても継代後には、接着細胞と浮遊細胞からなる、継代前と同様の状態が再現された。この状況は、約 80継代までの培養期間（約 3ヶ月 )において安定に保持され、造血幹細胞から成熟血球までの様々な血液細胞の産生が持続して確認された。また接着細胞だけを凍結しても、浮遊細胞だけを凍結しても、両者を混合して凍結しても、いずれにおいても融解して細胞を培養すると、凍結前と同様の状態が再現された（図 24を参照）。図 24は、血液細胞の拡大再生産における、浮遊細胞と接着細胞をそれぞれ凍結解凍して培養を再開した状況の位相差顕微鏡写真である。いずれにおいても、凍結前と全く同様に、造血ストロマ細胞 (接着細胞）とそこから産生される血球 (浮遊細胞）の存在が確認された。

[0100] (5)分化誘導の手技 4 (造血ストロマ細胞の拡大再生産のステップ）

図 22は、上記した方法で産生された、継代可能な「造血ストロマ細胞」の位相差顕微鏡写真 (A)と、 CD34、 CD45の発現をフローサイトメトリーで調べた結果 (B)、である。汎血球マーカーである CD45、造血幹細胞のマーカーである CD34はともにほぼ陰性であり、非血球系細胞であることが確認された（少量の陽性細胞は造血ストロマ細胞に接着して!/、る造血幹細胞の混入と考えられる）。

上記手技 3で形成された接着細胞は、汎血球マーカーである CD45抗原はほとんど発現しておらず（図 22を参照）、非血球系細胞であることが確認された。細胞形態は、どれも比較的扁平ではある力星型であったり、細長かったり、中には短い偽足をもつものや多核大型細胞も含まれており不均質であった。この状態は、骨髄血を培養して得られる接着細胞である「造血ストロマ」と呼ばれる、不均質な細胞集団に形態的に酷似していた。これらの細胞が存在する限り、上記手技 3に記載したように、骨髄系の様々な分化段階にある血球が持続的に産生されること、また後述のように、この細胞が消失すると、産生された血球は造血幹細胞（または造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）に限定される傾向を増すことから、機能的にも造血ストロマ細胞であると判断される。なおこの接着細胞は、上記したように、約 80継代（約 3ヶ月の培養）までは形態および機能が安定に保持され、拡大再生産が可能であった。

今後、この接着細胞を様々な角度から解析することで、今もって実体がほぼわかつて!/、な!/、造血ストロマ細胞につ!/、ての理解が大いに深まることが期待され、移植医療や造血機構に関する基礎研究において甚大な効果がある。

[0101] (6)分化誘導の手技 5 (造血幹細胞の拡大再生産のステップ）

図 23は、上記した方法で産生された、継代可能な「造血幹/前駆細胞」の長期間培養（〉 100日）により作成された「CD34陽性かつ CD45陽性細胞」の位相差顕微鏡写真である (A)。浮遊細胞と接着細胞が混在している力両者は互いに移行可能であり、同等な細胞集団（即ち、造血幹細胞と対等物）と考えられる。図 23Bに浮遊細胞、および接着細胞に関する、 CD34、 CD45の発現をフローサイトメトリーで確認した結果を示す。なお、ヒトでは造血幹細胞は「CD34陽性かつ CD45陽性細胞」であるとされ、造血幹細胞の移植医療では骨髄血や臍帯血から該細胞を分離精製して移植される

〇

前記手技 4で形成された接着細胞は、前述したように、約 80継代 (約 3ヶ月の培養）までは、その殆どが造血ストロマ細胞であった。しかし、それ以後の約 10継代の期間中に徐々に造血ストロマ細胞は減少し、総計約 100継代めには、接着細胞は「厚みのある紡錘形で、均一な細胞集団」に置換された（図 23Aを参照）。この細胞はフローサィトメトリーによる細胞表面マーカーの解析から、 CD34陽性かつ CD45陽性であり（図 23B、下段の 2つのパネルを参照）、造血幹細胞ほたは造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）であった。同時に、この段階では浮遊細胞のほとんどが CD34陽性かつ CD4 5陽性の造血幹細胞ほたは造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）になっていた（図 2 3B、上段の 2つのパネルを参照）。即ち、この段階では浮遊細胞と接着細胞はどちらもが造血幹細胞ほたは造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）という同一の細胞系列になっており、造血幹細胞（または造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）が浮遊細胞としての性質だけではなく接着細胞としての性質も併せ持つことが明らかとなった。

[0102] 上記の状態は、その後、 140回を超す継代ののちにも、安定して保持されている。また凍結融解後にも同様の状態が再現されている。即ち、この細胞を培養することで、安定した造血幹細胞（または造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）の拡大再生産が可能となった。

実施例 7

[0103] 無フィーダ一での力二クイザル呸件榦細朐からの「血液細胞への分化誘導 I (無血清

( υ培地調製

分化培地 1 3 {組成：ノックァゥト D- MEM (Knockout D-MEM〔インビトロジェン（Inv itrogen Corp. )、 20重量％ KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジェン（Invitr ogen Corp. )製〕、 O. lmM /3—メルカプトエタノール〔シグマケミカル（Sigma Ch emical Co. )製〕、 1 %非必須アミノ酸液〔インビトロジヱン（Invitrogen Corp. ) 製〕、 ImM L グルタミン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕〕に、終濃度 5 Ong/ml 骨形成タンパク質ー4 (8^ [?— 4)、 3001¾/1111 幹細胞因子（SCF)、終濃度 300ng/ml Flt3 リガンド、終濃度 10ng/ml インターロイキン 3 (IL3)、終濃度 10ng/ml インターロイキン 6 (IL6)、濃度 50ng/ml 顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF) )のサイト力インを添加した。

[0104] (2)分化誘導の手技 1 (胚葉体形成のステップ）

実施例 1により未分化維持された力二クイザル胚性幹細胞を、実施例 6に記載した方法に則ってマトリゲル (登録商標）マトリックスコートした培養容器から剥離したのち、分化培地 1—4用いて、ポリヒドロキエチルメタタリレート（poly (2-hydoxyethyl metha crylate),シグマ社製)でコートした非接着性培養容器 (直径 6 cm培養皿等）、または Hydrocell (CellSeed社製）を用いて、一昼夜浮遊培養した。翌日、上記したサイトカインを添加した分化培地 1—4 (サイト力イン非添加）に培地を交換し、さらに 2週間ほど浮遊培養を行うことで、胚葉体 (または胚葉体類似の細胞凝集塊）が作成された。なお 2週間の培養期間中は 3〜4毎に培地交換を行った。この際に、培地中に浮遊して V、る胚葉体ほたは胚葉体類似の細胞凝集塊）は培養上清を回収して細胞成分を遠心沈降させ、これを新しく調製した分化培地 1 3 (サイト力イン非添加）に懸濁し、新しく用意した非接着性培養容器に移し入れて培養を続行した。

[0105] (3)分化誘導の手技 2 (『特定前駆細胞』形成のステップ）

前記手技 1で形成された胚葉体を遠心沈降により培養上清から回収して、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕でコートした培養皿（24穴マルチウエル皿）の上で、分化培地 1 4 (サイト力イン添加済み）を用いて、 COインキュベータ一内で、 37°C, 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。力二クイザル胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続け、約 2 週間後には、もと凝集塊のあった領域の中央付近から、実施例 6で示したものと同様の『特定前駆細胞』 (嚢状構造物とそれに含有される球状細胞集団からなる構造物）が形成された。

[0106] (4)分化誘導の手技 3 (血球の拡大再生産のステップ）

前記手技 2で形成された『特定前駆細胞』を含む培養皿を、トリプシン/ EDTA液〔ィンビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）での処理を行うことで、培養皿にある細胞を全て剥離回収し、ゼラチンをコートした新しい培養皿（直径 6 cm)の上で、分化培地 1— 4 (サイト力イン添加済み）を用いて培養を続行した。接着細胞は徐々に増殖し、数日後にはコンフルェントに達した。さらに培養を続けると浮遊細胞の産生が明らかとなった。図 25は、上記の方法で力二クイザル胚性幹細胞から無血清条件下に作成された血球細胞の Wright-Giemsa染色像（A)と、特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)、エステラーゼ二重染色（C)を示す。様々な骨髄系細胞が観察される。図 2 5力、ら、浮遊細胞は、 Wright-Giemsa染色、ミエ口ペルォキシダーゼ染色 (POX染色)、エステラーゼ二重染色等により、骨髄系細胞の様々な分化段階にある細胞 (骨髄芽細胞、前骨髄球、骨髄球、後骨髄球、好中球、単球、マクロファージなどを含む）であることが確認された。

実施例 8

[0107] 無フィーダ一でのヒト胚性幹細胞力、らの、血液細胞（造血幹細胞および成熟血球）の

^iv . の (Φί¾台 . ^ m)

(1)分化用培地の調製

分化培地 1一; 1 {組成：イスコフ改変ダルベッコ培地（Iscove ' s modified Dulbec co ' s medium ; IMDM)〔シグマケミカノレ（Sigma Chemical Co. )製〕、 15重量 % 熱不活化ゥシ胎仔血清〔ピーエーエーラボラトリーズグーエムベーハー（PAA Laboratories GmbH)〕、 lmM /3—メノレカプトエタノーノレ〔シグマケミカノレ（Sigm a Chemical Co. )製〕、 2mM L—グルタミン〔インビトロジェン（Invitrogen Cor P. )製〕 }に、終濃度 20ng/ml 血管内皮成長因子 (VEGF)、終濃度 20ng/ml インスリン様増殖因子 2 (IGF2)、終濃度 10ng/ml 骨形成タンパク質— 4 (BMP— 4)、終濃度 5ng/ml オンコスタチン M (OSM)、終濃度 5ng/ml 線維芽細胞増殖因子（FGF2)、 50ng 幹細胞因子（SCF)、終濃度 50ng/ml Flt3—リガンド、濃度 50ng/ml 顆粒球コロユー刺激因子（G— CSF) ) }のサイト力インを添加した。

[0108] (2)分化誘導の手技 1 (胚葉体形成のステップ）

ヒト胚性幹細胞のコロニーを剥離液で回収したのち、ポリヒドロキシェチルメタクリレ一ト（poly (2-hydoxyethyl methacrylate)、シグマ社製）でコートした非接着性培養容器（直径 6 cm培養皿等）、または HydrocelKCellSeed社製）を用いて、上記した分化培地（サイト力イン添加済）を用いて、浮遊培養を行った。 3日〜 8日後には胚葉体（または胚葉体類似の細胞凝集塊）が形成された。

[0109] (3)分化誘導の手技 2 (『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）の形成のステップ）

前記手技 1で形成された胚葉体 (または胚葉体類似の細胞凝集塊)を遠心沈降により培養上清から回収して、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕でコートした培養皿（直径 6cmまたは 10cmの培養皿）の上で、上記した分化培地（サイト力イン添加済）を用いて、 COインキュベーター内で、 37°C、 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。ヒト胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続け、約 2週間後には、もと凝集塊のあった領域の中央付近から、図 26に示すように『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）が形成された (各凝集塊につき 1個形成された)。図 26は、上記の方法による、ヒト胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および血液細胞の『特定前駆細胞』（嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）の産生を示す。

[0110] (4)分化誘導の手技 3 (血球再生産のステップ）

前記手技 3で形成された『嚢状構造物』の中に球状細胞が完全に充満する前に、マイクロナイフ（Stem cell knife (Swemed社製）等）を用いて、嚢状構造物そのもの構造を破壊することなぐ嚢状構造物の底面付近に少量の切れ込みを入れることで、内部の球状細胞を培養液中に緩除に放出させた。嚢状構造物内に球状細胞が完全に充満すると球状細胞の生存性が低下する。培養上清を遠心沈降することで球状細胞を回収しつつ、 3〜4日毎に培地交換を行いながら培養を続けた。培養上清から回収された浮遊細胞については、適宜、（1)造血コロニーアツセィ (Methocult (登録商標） GF⁺H4535 (Stemcell Technologies In )を使用）によるコロニー形成能、（2)Wright_G iemsa染色による形態観察、（3)ミエ口ペルォキシダーゼ染色 (POX染色)、エステラーゼ二重染色、好中球性アルカリホスファターゼ染色（NAP染色）等の特殊染色による特異的酵素活性の有無、（4)フローサイトメトリーによる各種マーカー（CD34，CD45 等）の細胞表面での発現の確認することで、血液細胞としての評価を行った。結果を図 27, 28に示す。

[0111] 図 27は、上記の方法で産生された成熟血球細胞（浮遊細胞）の Wright-Giemsa染色像 (A)と、特殊染色（エステラーゼ二重染色（B)、好中球性アルカリホスファターゼ染色（C) )を示す。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察される。

図 28は、上記の方法で、ヒト胚性幹細胞から牛胎児血清存在下で作成された、浮遊細胞の CD34、 CD45の発現をフローサイトメトリーで確認した結果である。ほぼ全ての細胞で汎血球マーカーである CD45が発現しており、非常に高い効率で血球細胞分化が誘導されていることが解る。また 1割程度の CD34陽性細胞が検出されることから、造血幹細胞も存在していることが確認された。

即ち、骨髄系細胞の様々な分化段階にある細胞（骨髄芽細胞、前骨髄球、骨髄球、後骨髄球、好中球、単球、マクロファージなどを含む）の産生が確認された（図 27 参照）。また汎血球細胞マーカーである CD45抗原の発現はほぼ 100%であり（図 28を参照）、血球分化効率は非常に高ぐほぼ血球細胞のみからなるほぼ純粋な集団が得られていることが確認された。また CD34陽性（即ち、 CD34陽性 CD45陽性の二重陽性細胞)も 1割弱存在しており（図 28参照）、造血幹細胞ほたは造血幹細胞と同等の造血前駆細胞）が産生されて!/、ることが確認された。

[0112] なお『嚢状構造物』をマイクロナイフで微細切開することで球状細胞を放出させても、切開部は速やかに閉じ、培養を続けると数日程度で再び『嚢状構造物』に球状細胞が充満した。そこで球状細胞が完全に充満してしまう前に、再びマイクロナイフで『嚢状構造物』を微細切開して球状細胞を放出させた。この様な操作は繰り返して実施することが可能であり、即ち、浮遊細胞（血球細胞）は再生産され続けた。

[0113] (5)分化誘導の手技 4 (特定系列の血球細胞の分離濃縮のステップ）

前記手技 3に記載した方法により産生された血球細胞から、リンホプレップ (登録商標）（第一化学薬品株式会社製)を用いた密度勾配遠心法により好中球を濃縮した。好中球性アルカリホスファターゼ染色により好中球を青紫色に発色させて顕微鏡下で観察したところ、図 29に示すように、濃縮前 (A)に比べて、濃縮後（B)では、ほぼ全ての細胞が好中球からなることが確認された。

図 29は、上記の方法で産生された血球細胞から、リンホプレップ (登録商標）（第一化学薬品株式会社製)を用いた密度勾配遠心法により好中球を濃縮した結果である。ここでは好中球性アルカリホスファターゼ染色により好中球が青紫色に染色されているが、濃縮前 (A)に比べて、濃縮後（B)ではほぼ全ての細胞が好中球となっている実施例 9

[0114] 無フィーダ一でのヒト胚性幹細胞力、らの、血液細胞（造血幹細胞および成熟血球）の分化誘導血球の再生産（無血清培地を使用）

(1)分化用培地の調製

ヒト胚性幹細胞は、分化培地 1 2 {組成：イスコフ改変ダルベッコ培地（Iscove ' s modified Dulbecco s medium ; IMDM)〔シクマケカノレ (Sigma Chemical Co. )製〕、 15重量％ KNOCKOUT (登録商標） SR〔インビトロジヱン（Invitrogen Corp. )製〕、 ImM β メルカプトエタノール〔シグマケミカル（Sigma Chemical

Co. )製〕、 2mM L グルタミン〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕 }に、終濃度 20ng/ml 血管内皮成長因子（VEGF)、終濃度 20ng/ml インスリン様増殖因子 2 (IGF2)、終濃度 10ng/ml 骨形成タンパク質ー4 (BMP— 4)、終濃度 5ng/ml オンコスタチン M (OSM)、終濃度 5ng/ml 線維芽細胞増殖因子（FGF2 )、 50ng 幹細胞因子（SCF)、終濃度 50ng/ml Flt3 リガンド、濃度 50ng/ml 顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF) ) }のサイト力インを添加した。 [0115] (2)分化誘導の手技 1 (胚葉体形成のステップ）

ヒト胚性幹細胞のコロニーを剥離液で回収したのち、ポリヒドロキエチルメタクリレート（poly (2-hydoxyethyl methacrylate),シグマ社製）でコートした非接着性培養容器（直径 6 cm培養皿等）、または Hydrocell (CellSeed社製）を用いて、上記した分化培地 (サイト力イン添加済）を用いて、浮遊培養を行った。 3日〜 8日後には胚葉体（または胚葉体類似の細胞凝集塊）が形成された。

[0116] (3)分化誘導の手技 2 (『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）の形成のステップ）

前記手技 1で形成された胚葉体 (または胚葉体類似の細胞凝集塊)を遠心沈降により培養上清から回収して、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕でコートした培養皿（直径 6cmまたは 10cmの培養皿）の上で、上記した分化培地（サイト力イン添加済）を用いて、 COインキュベーター内で、 37°C、 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。ヒト胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続け、約 2週間後には、もと凝集塊のあった領域の中央付近から、『特定前駆細胞』 (嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）が形成され。

[0117] (5)分化誘導の手技 3 (血球再生産のステップ）

前記手技 2で形成された『嚢状構造物』の中に球状細胞が完全に充満する前に、マイクロナイフ（Stem cell knife (Swemed社製）等）を用いて、嚢状構造物の底面に少量の切れ込みを入れ、内部の球状細胞を培養上清中に放出させた。嚢状構造物内に球状細胞が完全に充満すると球状細胞の生存性が低下する。培養上清を遠心沈降することで球状細胞を回収しつつ、 3〜4日毎に培地交換を行いながら培養を続けた。培養上清から回収された浮遊細胞については、（1)造血コロニーアツセィ（Metho cult (登録商標） GF⁺H4535 (Stemcell Technologies Inc.)を使用）によるコロニー形成能、（2) Wright_Giemsa染色による形態観察、（3)ミエ口ペルォキシダーゼ染色 (POX 染色)、エステラーゼ二重染色、好中球性アルカリホスファターゼ染色（NAP染色）等の特殊染色による特異的酵素活性の有無、（4)フローサイトメトリーによる各種マーカ一（CD34，CD45等）の細胞表面での発現の確認することで、血液細胞としての評価を行った。結果を図 30に示す。

[0118] 図 30は、上記の方法で、ヒト胚性幹細胞から無血清条件（KNOCKOUT (登録商標 ) SRを使用）で作成された、浮遊細胞における CD45の発現をフローサイトメトリーで確認したものである。ほぼ全ての細胞で汎血球マーカーである CD45が発現しており、非常に高い効率で血球細胞分化が誘導されていることが解る。このように、汎血球細胞マーカーである CD45抗原の発現はほぼ 100%であり、無血清培養において、血球分化効率は非常に高ぐほぼ血球細胞のみからなるほぼ純粋な集団が得られた。実施例 10

[0119] カュクイザル 8不个牛糸田朐,の食牛 ,食平価

実施例 1の未分化維持培養方法にて、 22回継代した力二クイザル胚性幹細胞（IX 10⁶個）を免疫不全マウス（SICDマウス）の精巣皮膜下に移植した。 8週後に移植を行つた全てのマウスの精巣内で肉眼的な腫瘍形成が確認された。これらの腫瘍を取り出し、ホルマリン固定したのち、薄切切片を作成してへマトキシリン ·ェォジン染色（H E染色）を施した後、組織学的検査を行った。

その結果、図 32に示す通り、外胚葉成分 (神経上皮細胞；図 a、歯エナメル上皮；図 d)、中胚葉成分 (平滑筋；図 b、歯象牙質；図 d)、内胚葉成分 (腸管上皮；図 b、分泌腺組織；図 c)の三胚葉成分を持つことから、精巣内で形成された腫瘍はテラトマであることが確認された。

したがって、実施例 1の未分化維持培養方法にて継代維持した力二クイザル胚性幹細胞は、テラトマ形成能を持つことが確認され、多能性分化能が保持されていることが実証された。

実施例 11

[0120] ヒト 8不个牛》の食牛 ,食平

実施例 2の未分化維持培養方法にて 20回継代したヒト胚性幹細胞 (khES-1) (3X1 0⁶個）を免疫不全マウス（SICDマウス）の大腿四頭筋中に移植した。 8週後に移植を行った全てのマウスの大腿四頭筋内で肉眼的な腫瘍形成が確認された。これらの腫瘍を取り出してホルマリン固定したのち、薄切切片を作成してへマトキシリン ·ェォジン染色（HE染色）を施した後、組織学的検査を行った。その結果、図 33に示す通り、外胚葉成分 (神経上皮細胞；図 a、色素上皮；図 b、皮脂腺:図 h)、中胚葉成分 (骨；図 d、脂肪細胞；図 e、軟骨；図 f)、内胚葉成分 (分泌腺; 図 cおよび図 g)の三胚葉成分を持つことから、大腿四頭筋内で形成された腫瘍はテラトマであることが確認された。

したがって、実施例 2の未分化維持培養方法にて継代維持したヒト胚性幹細胞がテラトマ形成能と持つことが確認され、多能性分化能が保持されて!、ることが実証された。

実施例 12

[0121] 力二クイザル呸件榦細朐から無フィーダ一での血管内皮細朐 /血液細胞への分化

*¾ ( ^台 ^青》すろ

実施例 4の分化培地を用いた分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）用いたハンギング-ドロップ法により、胚葉体類似の細胞凝集塊を作成する。具体的には、力二クイザル胚性幹細胞を剥離液で回収したのち、さらに 0.25 %トリプシン液〔インビトロジェン (I nvitrogen Corp. )製〕）で 37°C、 5分反応させることで 1個の細胞レベルに分散させる。 3000個の力二クイザル胚性幹細胞を 30 1の分化培地 1—1 (サイト力イン添加済）に懸濁させて、マイクロピペットを用いて、直径 10 cmの培養皿の蓋の裏面にスポットして!/、く（1枚の培養皿にお!/、て 2030個程度のスポッティングが可能である）。乾燥を防ぐために、培養さらに滅菌水を満たして、 COインキュベーターにおいて、 3 7°C、 5体積％じ〇で 3日間浮遊培養した。 3日後には肉眼的に細胞凝集塊の形成が確認できるので、培養皿の蓋面を洗うようにしてこれを回収し、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕でコートした培養皿（直径 10 cmまたは 6 c m)の上で、分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）を用いて、 COインキュベーターにおいて、 37°C、 5体積％じ〇で接着培養した。以後は 3〜4日ごとに培地を交換した。力二クイザル胚性幹細胞の凝集塊は平面上に広がりながら生長を続け、約 2週間後には、図 12と同様に、もと凝集塊のあった領域の中央付近から、特定前駆細胞（嚢状構造物と球状細胞集団からなる構造物）が形成された (各凝集塊につき 1個形成された）。

[0122] 嚢状構造物の中に球状細胞が完全に充満する前に、マイクロナイフ（Stem cell knif e， SweMed社製等）を用いて、嚢状構造物そのものの構造を破壊することなぐ嚢状構造物の底面付近に少量の切れ込みを入れることで、内部の球状細胞を培養液中に緩除に放出させた。嚢状構造物内に球状細胞が完全に充満すると球状細胞の生存性が低下する。培養上清を回収して遠心することでこの球状細胞を沈降回収した

[0123] 回収した球状細胞を、メチルセルロースを含有した半固形培地によるコロニーアツセィ.キット（Methocult (登録商標） GF⁺H4535 (Stemcell Technologies In )を用いて造血コロニーアツセィを行うことにより血球産生の確認を行った。図 13と同様に、球状細胞から産生された成熟血球細胞の Wright-Giemsa染色（A)、特殊染色（ミエ口ペルォキシダーゼ染色（B)およびエステラーゼ二重染色（C) )を示した。様々な骨髄系細胞、即ち、骨髄芽球から成熟血球 (好中球およびマクロファージ）に至る各分化段階の細胞が観察された。

[0124] 嚢状構造物の「壁面」および「基幹部」を構成する細胞群は活発に増殖をするため、時間経過とともに嚢状構造物の周囲一面には敷石状の細胞群が広がった。これらの敷石細胞および嚢状構造物の壁面細胞では、図 34の上段に示すように「汎血管内皮細胞マーカー」かつ「血管内皮細胞特異的マーカー」として知られる細胞間接着分子である VE-cadherinが、全ての細胞の細胞間接合部において発現している。なお、 Lampugnaniらカ幸告して!/ヽるように（ Journal of Cell Biology, volume 129， p20 3-217， 1995)、細胞運動が盛んな「front領域」の細胞群では、 VE-cadherinの細胞膜局在は不明瞭になり、細胞質主体の発現パターンをとるようになった（図 34、右カラム）。そのさらに外側には、 VE-cadherinを発現していない大きく平たい細胞が散在した（図 34、右下図、矢印）。これらの少量の「非血管内皮細胞」は proliferating cell nu clear antigen (PCNA)陰性であり細胞増殖がおきていないことが解る。実際に時間経過とともにこれらの VE-cadherin陰性の「非血管内皮系細胞」は VE-cadherin陽性の「血管内皮細胞」である敷石細胞により速やかに駆逐された。

[0125] 以上、培地交換をしながら嚢状構造物の培養を続けると、数日程度で培養皿の中は「活発な増殖能を持つ血管内皮細胞」がドミネートした状態となった。そこで培養皿にある細胞を一塊として回収して継代培養を続けると、「血管内皮細胞の増幅培養」が可能となる。なお、具体的な継代培養の手順は以下の通りである。トリプシン/ EDT A液〔インビトロジェン（Invitrogen Corp. )製〕）を用いて 37°C、 5分反応させることで細胞を剥離回収し、 0.1 %ゼラチン〔シグマケミカル（Sigma Chemical Co. )製〕でコートした新しい培養皿（直径 10 cmまたは 6 cm)で、分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）を用いて培養した。以後は 3〜4日ごとに細胞をトリプシン/ EDTA液を用いて剥離しながら、 1/3程度の希釈しながら継代培養を行った。

[0126] 図 35に示すように、前記手順により継代培養した細胞では、その全てにおいて、少なくとも「細胞内」で VE-cadherinが発現していることが免疫染色から確認された。さらに図 35で示すように、血管内皮細胞で発現していることが知られる接着因子である N -cadherinも、免疫染色にてほぼ全ての細胞で発現しており、かつ明瞭な細胞膜局在を認めることが示された。これは図 31に示すように、生体から得られた初代血管内皮細胞が喪失してしまっている性質であり、非常に興味深い知見である（図 35と図 31を比較参照のこと）。

[0127] さらに「細胞膜」における VE-cadherinの局在を確認するために、フローサイトメトリーによる解析を施行した。図 36に示すように、 VE-cadherin、および成熟血管内皮細胞マーカーである PECAM1の両蛋白力 S「細胞膜」において発現する細胞は、継代培養初期には;!〜 2割程度である力中期には 4割程度、後期には 8割程度と、継代に伴つて著明に上昇した。即ち、「VE-cadherin/PECAMl陽性の成熟血管内皮細胞」は、いずれの段階でも従来法 (く 2%)よりも圧倒的に高濃度に存在するだけでなぐ従来法では継代培養に伴って VE-cadherin陽性血管内皮細胞が速やかに消失するため増幅培養ができな!/、と報告されて!/、たのとは対照的に、本法では VE-cadherin/PEC AMI陽性細胞は継代に伴って濃縮されて!/、くとレ、う、他に類を見な!/、際立った特長を持つことが明らかとなった。

[0128] なお、本法で分化誘導した血管内皮細胞の中には、従来法ではその大量のコンタミネーシヨンにより血管内皮細胞の増幅培養を不可能にしていたとされるペリサイトは全く存在しないことが確認されている。即ち、図 37に示すように、ペリサイトのマーカ一で、ある platelet— derived growth factor receptor β (PD FR βノねょ ~0、actin， alpna- 2， smooth muscle, aorta (ACTA2)の発現は検出されない。また、図 38に示すように、未分化胚性幹細胞のコンタミネーシヨンもないことは、未分化胚性幹細胞のマーカーである Nanog発現が認められないことから確認される。

[0129] 以上、本法により分化誘導された細胞集団は、その全てが少なくとも細胞内で VE-c adherinを発現するものであり、ペリサイトや未分化 ES細胞のコンタミネーシヨンない。また細胞膜に VE-cadherinと PECAM1を発現する「成熟血管内皮細胞」は、継代初期に少なくとも 1割以上、培養後期には 9割近くにも達する純度で産生される。

継代初期に VE-cadherin陽性細胞をセルソーターで回収することで、継代初期より高純度で血管内皮細胞を濃縮することが可能である。図 39および図 40は、嚢状構造物を 1回継代した後に、 FACSAria (BD Biosciences社）により VE-cadherin陽性細胞をソーティングした結果を示す。図 39に示すように、 VE-cadherin陽性分画の細胞は継代を繰り返しても安定に細胞膜に VE-cadherinを発現し続け、 5回の継代後には約 160倍に VE-cadherin陽性細胞が増幅されることが確認された（図 39B)。また免疫染色により、全ての細胞において、細胞間接着部での VE-cadherin蛋白の局在も確認された（図 39C)。

[0130] 一方、図 40に示すように、 VE-cadherin陰性分画の細胞は、細胞膜に VE-cadherin は表出していないものの、前述したように、細胞内において VE-cadherinを発現しており、かつコード形成能（図 40B)、ァセチル化低比重リポ蛋白取込能（図 40C)を持しており、血管内皮細胞にコミットメントされた細胞集団であることが確認された。

[0131] 以上より、少なくとも 8回の継代操作の間、安定した増殖能と成熟機能を保持し、かつ生体内におけると同様の明瞭な N-cadherinの細胞膜局在を示す、血管内皮細胞力 S力二クイザル胚性幹細胞から作成された。実施例 13

[0132] カュクイザル 8不个牛細細の移械験

C6 rat glioma cellsと力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細胞（5継代目）とを IX 10⁶個ずつ混合して一昼夜培養した。得られた混合細胞を免疫不全マウス（SICDマウス）の背部皮下に移植し、またコントロールとして C6 rat glioma cellsのみの移植を行つた。その結果、下記表 1の通り、 3週間後に移植を行った全てのマウスの皮下で肉眼的な腫瘍形成が確認された。これらの腫瘍を取り出し、腫瘍の計測（大きさ、重量）と外見の観察（図 41a)を行ったのち、ホルマリン固定したのち、薄切切片を作成してへマトキシリン ·ェォジン染色（HE染色）を施した後、組織学的検査（図 41b)を行った

〇

[0133] [表 1] 新規血管内皮細胞誘導法： in / びでの機能評価

[0134] 以上から、 C6 rat glioma cellsを単独で移植した場合に比して、 C6 rat glioma cells と力二クイザル ES細胞由来血管内皮細胞を混合培養して移植した場合は、形成された腫瘍は大きぐ色は喑紅色を帯び、周囲との癒着が強ぐかつ易出血性であるという特徴が見られた。また、組織学的にも、前者が血管成分に乏しい、ダリオ一マ細胞力なる充実性の腫瘍組織像を示したに対し（図 41b左）、後者は血管成分（内腔に赤血球の充填を認める）に富んだ腫瘍組織像を示すことが確認された（図 41b右)。さらに後者においては、霊長類に広く交差することが確認されている抗ヒト HLA-A, B ， Cモノクローナル抗体（クローン W6/32, BioLegend社）を用いた免疫染色により、血管内腔を裏打ちする血管内皮細胞が染色されることが確認された（図 41c)。即ち、グリオ一マ組織内の新生血管は力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細胞により形成されたことが確認された。

従って、力二クイザル胚性幹細胞から作成された血管内皮細胞は、マウスへの移植実験において腫瘍血管新生に寄与することが実証された。

実施例 14

[0135] ヒト呸件朐 i 皮田朐,の移植 ,験

実施例 2の方法により、無フィーダ一および無サイト力イン下で未分化維持培養中のヒト胚性幹細胞 (khES-3) (10 cm培養皿 1枚分）を、実施例 2に記載した剥離液 1または霊長類動物胚性幹細胞用細胞剥離液（リブロセル社）により剥離回収した。これを実施例 4の分化培地を用いた分化培地 1 1 (サイト力イン添加済）の中で、汎用の低吸着培養皿（ 6 cm培養皿 1枚）を用いて浮遊培養を行うことで胚葉体類似の細胞凝集塊を作成した。この細胞凝集塊を、実施例 4に記載した方法により、接着培養（1 0 cm培養皿 2枚に培養）、およびその後の継代培養を行うことで、血管内皮細胞の分化誘導を行った。実施例 4および実施例 12に記載した力二クイザル胚性幹細胞を用いた例と同様に、ヒト胚性幹細胞からも従来法よりも圧倒的に高効率に血管内皮細胞が産生されること（2— 7害 IJ)、および継代に伴い VE-cadherin/PECAMl二重陽性細胞の割合が増加することが確認された（図 42a参照）。また、力二クイザル胚性幹細胞由来血管内皮細と同様に、ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞も 8 10回程度の継代培養が可能であった。またコード形成能、ァセチル化低比重リポ蛋白取込能などの、血管内皮細胞の機能的成熟も確認された（図 42b参照）。次にこうして作成されたヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞の in vivoでの機能の評価を行った。即ち、ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞（4継代目）の浮遊液中にて数片の約 1 mm角の蜂巣状コラーゲンスポンジを複数回の圧縮弛緩を繰り返すことで、コラーゲンスポンジ内にヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞を充満させた。この細胞を 2日間培養した後、免疫不全マウス（SICDマウス）の腹腔に移植した (数片程度/匹）。約 1ヶ月後に FITCラベルした高分子デキストランを尾静脈より注射し、数分後に腹腔内からコラーゲンスポンジを回収した。ホルマリン固定したのち抗ヒト HLA-A, B, C抗体（クローン W6/32, BioLegend社）および抗ヒト PECAM1抗体（Santa Cruz社、 sc-8306)を用いて免疫染色を行った。

その結果、図 42cに示す通り、ヒト胚性細胞由来血管内皮細胞を移植したものでは、コラーゲンスポンジ内部に「内腔に FITCデキストランが充満した管腔構造」が確認された。この管腔構造は、マウス細胞と反応せずにヒトを含める霊長類動物を特異的に認識するヒト HLA-A, B， C抗体（図 42c左）、および血管内皮細胞マーカーであるヒト PECAM1抗体（図 42c中）、の両者により陽性に染色された。なお、ヒト PECAM1抗体はマウスの血管構造を染色しなかった（図 42c右)ことから、この管腔構造は体循環と繋がった「ヒト胚性幹細胞由来血管内皮細胞からなる新生血管」であることが確認され。

従って、新規血管内皮細胞分化誘導法によりヒト胚性幹細胞から作成された血管内皮細胞は、 in vivoにおいて「体循環と繋がった機能的な新生血管」の形成に直接的に関与する（新生血管に取り込まれる）ことが確認された。

実施例 15

[0137] 血球の表面マーカー角 ¾析

実施例 8の方法により、ヒト胚性幹細胞を分化誘導し、 30日目に培地中に浮遊する細胞を回収し、フローサイトメトリーにより好中球を中心とする血球マーカーの発現を解析した。

その結果、図 43に示す通り、造血幹/前駆細胞マーカーである CD34の発現は少なぐ汎血球マーカーである CD45および汎白血球マーカーである CD33、好中球/単球系細胞マーカーである CDl lbの発現は非常に高力、つた（〉9割）。また、顆粒球マーカーである CD66bや GPI-80も 6〜8割程度であり、好中球特異的マーカーである CD1 6bの発現も 3割以上であった。またさらに、好中球の三次顆粒中に含まれる lactoferri nが陽性の細胞も検出された。

従って、ヒト胚性幹細胞から作成された造血細胞は、好中球マーカーを高率に発現している。

実施例 16

[0138] ヒト牛糸田朐, Ψ の移械 ,験

実施例 8の方法により、ヒト胚性幹細胞を分化誘導し、 30日目に培地中に浮遊する血球（CD66b陽性率は 6〜8割程度）を回収した。約 1X10⁶個の細胞を、あらかじめ皮下に滅菌空気を注入することで空気嚢を作成しておいた NOD/SCID/ γ c^nu11 ( NOG) マウスに静注した。その直後に空気嚢内に zymosan A(l mg/ml)とヒ HL-1 β (10 ng/ ml)を投与し、 16時間後に空気嚢内から細胞を回収し、抗ヒト CD66b抗体（注:ヒト好中球とのみ反応し、マウス好中球とは反応しないことを確認済)を用いたフローサイトメトリーによりヒト由来好中球の陽性率を測定した。

その結果、図 44に示す通り、非移植群ではヒト CD66b陽性細胞は検出されなかつた力ヒト ES細胞由来血球の移植群ではヒト CD66b陽性率は 0.42土 0.13%であった。この値は、「ヒト臍帯血 CD34陽性細胞（造血幹細胞）をマウス OP9と共培養することで作成した白血球（CD66b=65%)」を用いて行った同様の実験における値（0.41 %)と同等（またはそれ以上）であった。

従って、ヒト胚性幹細胞から作成された好中球は、 in vivoにおいて遊走能を持つことが確認された。

産業上の利用可能性

本発明によれば、輸血用血液、移植用材料等に適した血液細胞、血管内皮細胞を安定的に工業的スケールで提供することが可能になる。さらに、本発明の血液細胞等は、自然治癒力の強化にもつながるために、その医療および医療産業へ及ぼすィンパクトは絶大なものがある。さらに、現在の献血に変わる安心安全な輸血用血液の製造も含めれば、巨大プラント産業に展開する可能性も考えられる。

Claims

請求の範囲

[1] 霊長類動物胚性幹細胞の培養および継代方法であって、

(C)前記ステップ（B)で得られた胚性幹細胞のコロニーを細胞外マトリックスでコートされた容器中、無フィーダ一および無サイト力イン下、蛋白成分を含有する培地に播種するステップを含む方法。

[2] ステップ (A)にお!/、て、霊長類動物胚性幹細胞のコロニーの大きさが約 2倍〜約 4 倍となるまで培養する、請求項 1記載の培養および継代方法。

[3] ステップ (A)における蛋白成分が血清アルブミンである請求項 1または 2記載の培養および継代方法。

[4] ステップ (B)における細胞剥離剤が、トリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類である、請求項 1〜3のいずれ力、 1項記載の培養および継代方法。

[5] ステップ (A)における細胞外マトリックス力ヒトコラーゲン、ヒトラミュン、ヒトビトロネクチン、ヒトフイブロネクチンおよびヒト血清、並びにこれらの分解物およびこれら合成ペプチドからなる群から選ばれた 1種類である、請求項;!〜 4のいずれか 1項記載の培養および継代方法。

[6] (A)霊長類動物胚性幹細胞を、サイト力インの存在下、血清もしくは血清代替物を含むまたは無血清培地で、浮遊培養し、胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製

(B)ステップ (A)で得られた胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を、サイト力インの存在下、接着培養して特定前駆細胞を製造するステップ、および

(C)ステップ (B)で得られた特定前駆細胞から浮遊細胞と接着細胞を分離するステップ、を含む霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞および/または血管内皮前駆細胞の製造方法。 [7] ステップ (A)の培養を、胚葉体様細胞凝集体が形成されるまで行う、請求項 6記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

[8] サイト力インが、血管内皮成長因子 (VEGF)、骨形成タンパク質 4 (BMP4)、幹細胞因子（SCF)、 Flt3—リガンド（FU、インターロイキン 6 (IL6)、インターロイキン 3 (I L3)、顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF)、巨核球増殖因子 (TPO)、オンコスタチン M (OSM)、泉維芽細胞成長因子 2 (FGF2)および顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM— CSF)からなる群より選ばれた少なくとも 1種類である、請求項 6または 7に記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

[9] ステップ（C)にお!/、て、特定細胞前駆細胞の接着細胞の分離に細胞剥離剤を用いる、請求項 6〜8のいずれ力、 1項記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

[10] 細胞剥離剤がトリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類である、請求項 9記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血管内皮前駆細胞および/または血液細胞の製造方法。

[11] (A)霊長類動物胚性幹細胞を、サイト力インの存在下、血清もしくは血清代替物を含むまたは無血清培地で浮遊培養し、胚葉体または胚葉体類似細胞凝集塊を製造

ステップ (A)の培養を、胚葉体が形成されるまで行う、請求項 11記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。 [13] サイト力インが、血管内皮成長因子 (VEGF)、骨形成タンパク質 4 (BMP4)、幹細胞因子（SCF)、 Flt3—リガンド（FU、インターロイキン 6 (IL6)、インターロイキン 3 (I L3)、顆粒球コロニー刺激因子（G— CSF)、巨核球増殖因子 (TPO)、オンコスタチン M (OSM)、泉維芽細胞成長因子 2 (FGF2)および顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM— CSF)からなる群より選ばれた少なくとも 1種類である、請求項 11または 12記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

[14] ステップ（C)にお!/、て、特定細胞前駆細胞の接着細胞の分離に細胞剥離剤を用いる、請求項 11〜； 13のいずれ力、 1項記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

[15] 細胞剥離剤がトリプシン、コラゲナーゼ、デイスパーゼからなる群から選ばれた少なくとも 1種類である、請求項 14記載の霊長類動物胚性幹細胞からの血液細胞、骨髄系細胞、造血ストロマ細胞および/または造血幹細胞の製造方法。

[16] 請求項 6〜； 10のいずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された血管内皮前駆細胞。

[17] 請求項 6〜； 14いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された血液細胞。

[18] 請求項 11〜； 14いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された造血ストロマ細胞。

[19] 請求項 11〜； 14いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された造血幹細胞。

[20] 請求項 11〜； 14いずれか 1項記載の製造方法により霊長類動物胚性幹細胞から分化誘導されてなる、実質的に単離された骨髄系細胞。

[21] 請求項 16〜； 19いずれ力、 1項記載の実質的に単離された血管内皮前駆細胞、血液細胞、造血ストロマ細胞または造血幹細胞を含有する組成物。