WO2020039732A1 - 嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊、及びその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a cell mass containing olfactory nerve cells or progenitor cells thereof in vitro, and a method for producing the same. Further, the present invention relates to a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, in which the cell mass contains both nervous system cells and non-neural epithelial tissue.
  • Non-Patent Document 1 co-culture of embryoid bodies formed from mouse iPS cells with olfactory epithelium or olfactory bulb primary culture cells collected from mice It has been reported that by doing so, differentiation of nerve cells expressing some olfactory nerve cell markers is induced.
  • An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof from pluripotent stem cells.
  • using a feeder-free cultured pluripotent stem cell as a starting material without using primary cultured cells of the olfactory epithelium or olfactory bulb separated from a living body, efficiently produce a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof. Is to provide an approach.
  • the present inventors have conducted repeated studies to solve the above-mentioned problems, and found that pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of a first Wnt signaling pathway inhibitor, and once a BMP signaling pathway agent was added. After culturing for a certain period of time, it was found that a cell mass containing olfactory nerve cells or progenitor cells thereof can be efficiently produced by further adding at least one of an FGF signaling pathway activator and a BMP signaling pathway inhibitor. .
  • the addition conditions of the BMP signaling pathway active substance, the FGF signaling pathway active substance and the BMP signaling pathway inhibitor are optimized, and the BMP signaling pathway active substance is added within 72 hours from the start of suspension culture of the pluripotent stem cells.
  • the olfactory nerve by pre-culturing pluripotent stem cells in the absence of feeder cells with at least one selected from the group consisting of a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist, the olfactory nerve It has been found that the production efficiency of a cell mass containing cells or their precursor cells can be improved. That is, the present invention relates to those exemplified below.
  • a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof comprising the following steps (1) to (3): (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; A step (2) of suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a substance acting on a BMP signaling pathway; A step (3) of suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (2) to obtain the cell mass, A step (3a) of suspension culture in the presence of an FGF signal transduction pathway agent, Step (3b) of suspension culture in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor, and Step (3c) of suspension culture in the presence of an FGF signaling pathway agonist and a BMP signaling pathway inhibitor (3) including at least one step selected from the group consisting of: [2] The method according to [1], wherein the step (3) includes the step (3a), and further includes the step (3c) after the step (3a).
  • the step (3) includes the step (3b) or the step (3c), and after the step (3b) or the step (3c), floats in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor.
  • an agent that acts on an EGF signaling pathway is further present.
  • the pluripotent stem cell is selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist in the absence of feeder cells.
  • the start time of the step (2) is a time when 10% or more of cells in the surface layer of the cell aggregate formed in the step (1) form tight junctions with each other, [1] The production method according to any one of to [7]. [9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the substance acting on the BMP signaling pathway includes at least one protein selected from the group consisting of BMP2, BMP4, BMP7, BMP13, and GDF7. [10] The method according to any one of [1] to [9], wherein the BMP signaling pathway acting substance comprises BMP4, and the culturing in the step (2) is started in a medium having a BMP4 concentration of 25 pM to 5 nM. The manufacturing method as described.
  • the step (3) includes at least one step selected from the group consisting of the step (3a) and the step (3c), wherein the FGF signal transduction pathway agent is FGF2 and FGF8, and The production method according to any one of [1] to [10], comprising at least one selected from the group consisting of variants of the above.
  • Method [13] The method according to any one of [1] to [12], wherein the first Wnt signaling pathway inhibitor is present in at least one step selected from the group consisting of the step (2) and the step (3).
  • the first Wnt signaling pathway inhibitor comprises a PORCN inhibitor.
  • the PORCN inhibitor is selected from the group consisting of IWP-2, IWP-3, IWP-4, IWP-L6, IWP-12, LGK-974, Wnt-C59, ETC-159 and GNF-6231.
  • the production method according to [15] including at least one.
  • the step (3) includes at least one step selected from the group consisting of the step (3b) and the step (3c), wherein the BMP signaling pathway inhibitor is a type I BMP receptor inhibitor
  • the BMP signaling pathway inhibitor is a type I BMP receptor inhibitor
  • a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor is further present [1] to [22].
  • the Alk5 / TGF ⁇ R1 inhibitor comprises at least one selected from the group consisting of SB431542, SB505124, SB525334, LY2157299, GW788388, LY364947, SD-208, EW-7197, A83-01, and RepSox.
  • the GSK3 inhibitor includes CHIR99021, CHIR98014, TWS119, SB216763, SB415286, BIO, AZD2858, AZD1080, AR-A014418, TDZD-8, LY2090314, IM-12, Indirubin, Bi1072a, 3kin72A, 3kinin2, Bikinin, 3kin72A, [33] or [34], including at least one selected from the group consisting of 10Z-Hymenialdisine, Indirubin-3'-oxime, NSC 696868, TC-G24, TCS2002, TCS21311, CP21R7, and derivatives of these compounds.
  • the TAK1 inhibitor comprises at least one selected from the group consisting of (5Z) -7-Oxoseaenol, N-Des (aminocarbonyl) AZ-TAK1 inhibitor, Takinib, NG25, and derivatives of these compounds. [38] ] The production method according to [1]. [40] The production according to [38] or [39], wherein the TAK1 inhibitor comprises (5Z) -7-Oxoseaenol, and the concentration of the (5Z) -7-Oxoseaenol in the medium is 10 nM to 50 ⁇ M. Method.
  • step (3) includes a step (3e) of culturing after the step (3a), the step (3b) or the step (3c).
  • the substance is selected from the group consisting of a BMP signaling pathway inhibitor, a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor, a Wnt signaling pathway acting substance, an FGF signaling pathway acting substance, and an EGF signaling pathway acting substance.
  • step (3e) a substance that acts on a retinoic acid transmission pathway is further present.
  • the retinoic acid transfer pathway acting substance is at least one selected from the group consisting of all-trans retinoic acid, isotretinoin, 9-cis retinoic acid, TTNPB, Ch55, EC19, EC23, Fenretinide, Acitretin, Trifarotene, and Adapalene.
  • the production method according to [43], comprising: [45] The production method according to [43] or [44], wherein the retinoic acid pathway pathway substance comprises EC23, and the concentration of the EC23 in the medium is 10 pM to 10 ⁇ M.
  • the thickener includes methyl cellulose, pectin, guar gum, xanthan gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, gellan gum, dextrin, diutan gum, starch, tara gum, alginic acid, curdlan, sodium casein, carob bean gum, chitin,
  • [62] The production method according to any one of [1] to [61], wherein in the step (3), a second Wnt signaling pathway inhibitor different from the first Wnt signaling pathway inhibitor is further present. .
  • the production method according to [62] or [63], wherein the second Wnt signaling pathway inhibitor comprises a tankyrase inhibitor.
  • the Tankyrase inhibitor comprises at least one selected from the group consisting of XAV939, IWR1-endo, MN-64, WIKI4, TC-E5001, JW55, and AZ6102. .
  • the neural cell or a precursor cell thereof includes a neural cell constituting a central nervous system or a precursor cell thereof, and at least a part of the surface of the neural tissue portion is coated with the non-neural epithelial tissue portion. mass.
  • the non-neural epithelial tissue portion further includes a basement membrane-like structure, wherein the basement membrane-like structure is formed between the non-neural epithelial tissue portion and the neural tissue portion, [70] or [71].
  • the cell mass according to 1. [73] The cell mass according to [70], wherein the non-neural epithelial tissue portion forms a multi-row epithelium or a stratified epithelium. [74] The method according to any one of [70] to [73], wherein the non-neural epithelial tissue portion includes an olfactory epithelium-like tissue, and the olfactory nerve cells or precursor cells thereof are contained in the olfactory epithelium-like tissue. Cell mass.
  • the cell mass according to [74], wherein the olfactory epithelium-like tissue further includes at least two types of cells selected from the group consisting of supporting cells, basal cells, Bowman's gland cells, and precursor cells thereof.
  • the olfactory epithelium-like tissue has a basal surface facing the nerve tissue portion, and a top end surface located on the opposite side to the basal surface, The basal plane faces the basement membrane,
  • the olfactory epithelium-like tissue includes an olfactory epithelium inner portion and an olfactory epithelium peripheral portion provided around the olfactory epithelium inner portion,
  • the olfactory epithelium contains Sox2, Tuj1 and Ascl1 positive cells,
  • the cell mass according to any one of [74] to [77], wherein the peripheral part of the olfactory epithelium includes Pax6 and Pbx-positive cells.
  • the cell mass according to any of [74] to [78], wherein the olfactory epithelium-like tissue further includes olfactory nerve sheath cells or precursor cells thereof.
  • the non-neural epithelial tissue portion further includes a non-neural epithelial tissue other than the olfactory epithelium-like tissue.
  • the non-neural epithelial tissue includes respiratory epithelial cells.
  • the nervous system cell or a precursor cell thereof further includes a cell constituting a retina or a precursor cell thereof.
  • a therapeutic agent for a disease based on impairment of the olfactory system comprising a cell or tissue contained in the cell mass according to any one of [69] to [86].
  • a therapeutic agent for a disease based on a nerve tissue disorder comprising a cell or a tissue contained in the cell mass according to any one of [69] to [86].
  • a kit for evaluating neurotoxicity or efficacy comprising a nerve cell or nerve tissue contained in the cell mass according to any one of [69] to [86].
  • a screening kit for olfactory receptors comprising olfactory nerve cells or olfactory epithelium-like tissue contained in the cell mass according to any one of [69] to [86].
  • a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof can be efficiently produced from pluripotent stem cells.
  • A is a diagram schematically showing the structure of a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells.
  • B is a schematic diagram in which a portion surrounded by a dotted line in A is enlarged.
  • FIGS. 7A to 7E are diagrams schematically showing another embodiment of the cell mass of the present invention.
  • the upper row shows the results of fluorescent immunostaining of the frozen section of the cell mass on day 28 of culture in Preliminary Experiment 1 using an anti-Lhx2 antibody.
  • the lower part is a graph that outputs a linear fluorescence intensity profile of the region of interest indicated by the line segment A-A 'in the upper part.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell aggregate containing nerve cells from human ES cells in Comparative Experiment 1.
  • the lower part A is a view showing a bright-field observation image of the cell aggregate 28 days after the start of the suspension culture in the comparative experiment 1 using an inverted microscope.
  • Lower panels BG show the results of examining the expression status of each cell marker in the aggregates 28 days after the start of suspension culture by fluorescent immunostaining.
  • B to E show Dlx5, Sox1, and PanCK stained images and their nuclear stained images, respectively.
  • F and G show the stained image of Tuj1 and its nuclear stained image, respectively.
  • the scale bar in A indicates 500 ⁇ m
  • the scale bar in B indicates 200 ⁇ m
  • the scale bar in F indicates 100 ⁇ m.
  • H is a diagram schematically showing the structure of the cell aggregate on day 28 of culture.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell aggregate including a neural tissue and a non-neural epithelial tissue from human ES cells in Comparative Experiment 2.
  • the lower row A is a view showing a bright field observation image of an inverted microscope of a cell mass 28 days after the start of suspension culture in Comparative Experiment 2.
  • the lower rows BM show the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of the suspension culture by fluorescent immunostaining.
  • B to E show the stained images of Tuj1, Sox2, and PanCK and the nuclear stained images, respectively.
  • FIGS. 4A to 4U are diagrams showing the results of investigating the expression status of each cell marker in the cell aggregate 28 days after the start of suspension culture in Comparative Experiment 2 by fluorescent immunostaining.
  • O and P indicate a stained image of Crystalline ⁇ A and a nuclear stained image, respectively.
  • Q and R show the staining image of Prox1 and its nuclear staining image, respectively.
  • the lower part V is a diagram schematically showing the structure of the cell aggregate on day 28 of culture.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof from human ES cells in Experiment 1.
  • the lower part A is a view showing a bright-field observation image of an inverted microscope of a cell mass 13 days after the start of suspension culture in Experiment 1.
  • B to L are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 13 days after the start of suspension culture in Experiment 1 by fluorescent immunostaining.
  • B to E show Dlx5, Sox1, and PanCK stained images and their nuclear stained images, respectively.
  • F to I show a stained image of Pax6, AP2 ⁇ , and E-Cadherin, and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • J to L show the stained images of Otx2 and Sox2 and the nucleus stained images, respectively.
  • the scale bar in A indicates 500 ⁇ m.
  • the scale bar in B indicates 100 ⁇ m, and the scale bar in F and J indicates 200 ⁇ m.
  • M to R show the results obtained by examining the expression status of each cell marker in the cell aggregate 13 days after the start of suspension culture in Experiment 1 by fluorescent immunostaining.
  • M to O show the stained images of Six1 and Sp8 and the nuclear stained images, respectively.
  • the lower stage S is a diagram schematically showing the structure of a cell aggregate containing a placode-derived tissue on day 13 of culture.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human ES cells in Experiment 2.
  • the lower part A is a view showing a bright-field observation image of an cell microscope on an inverted microscope 28 days after the start of suspension culture in Experiment 2.
  • B to M are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 2 by fluorescent immunostaining.
  • B to E show the stained images of Bf1, Sp8, and Sox2, and their nuclear stained images, respectively.
  • F to I show the stained images of Six1, Ebf2 and NCAM and the nuclear stained images, respectively.
  • J to M show the stained images of Otx2, NeuroD, and Tuj1, and their nuclear stained images, respectively.
  • the scale bar in A indicates 500 ⁇ m, and the scale bar in B, F and J indicates 100 ⁇ m.
  • N to AI show the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 2 by fluorescent immunostaining.
  • N to Q show the staining images of Pax6, Pbx1 / 2/3/4, and E-Cadherin, and the nuclear staining images thereof, respectively.
  • RU indicates a stained image of Dlx5, Emx2, and PanCK and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • V to X show the stained images of Chx10 and N-Cadherin and the nuclear stained images, respectively.
  • Y to AA show a stained image of Lhx2 and Calretin, and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • AB to AE show enlarged views of a part of FI of FIG. 8, respectively.
  • AF to AL respectively show partially enlarged views of J to M in FIG.
  • A is a diagram schematically showing the structure of a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells on day 28 of culture.
  • B is a schematic diagram in which a portion surrounded by a dotted line in A is enlarged.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells in Experiment 3.
  • Lower panels A and B are diagrams showing bright-field observation images of the cell mass 21 days after the start of suspension culture in Experiment 3 using an inverted microscope.
  • C to N are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 3 by fluorescent immunostaining.
  • C to F show the stained images of Tuj1, Sox2, and PanCK and the nuclear stained images, respectively.
  • G to J show the stained images of Six1, Sp8, and N-Cadherin and the nucleus stained images, respectively.
  • K to N show the stained images of Pax6, Chx10, and EpCAM and the nuclear stained images, respectively.
  • the scale bars in A and B indicate 500 ⁇ m, and the scale bars in C, G and K indicate 100 ⁇ m.
  • FIGS. 8A to 8Z are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 21 days after the start of suspension culture in Experiment 3 by fluorescent immunostaining.
  • O to R show the stained images of Otx2, NCAM, and E-Cadherin and the nuclear stained images, respectively.
  • SV show the stained images of Tuj1, Ebf1, and PanCK and the nuclear stained images thereof, respectively.
  • W to Z show a stained image of Six1, Ebf2, and NCAM and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • the scale bar in O indicates 100 ⁇ m
  • the scale bar in S and W indicates 50 ⁇ m.
  • the lower AA is a diagram schematically showing the structure of a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells on day 21 of culture.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells in Experiment 4.
  • Lower row A is a view showing a bright-field observation image of the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 3 using an inverted microscope.
  • BM are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 3 by fluorescent immunostaining.
  • B to E show the stained images of Dlx5, NeuroD1, and NCAM, and their nuclear stained images, respectively.
  • F to I show a stained image of p63, Sox2, and E-Cadherin and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • J to M show the stained images of Pax6, Chx10, and N-Cadherin and the nuclear stained images, respectively.
  • the scale bar in A indicates 500 ⁇ m
  • the scale bar in B and F indicates 100 ⁇ m
  • the scale bar in J indicates 50 ⁇ m.
  • NU are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 4 by fluorescent immunostaining.
  • N to Q show the stained images of Six1, Sp8 and EpCAM and the nucleus stained images, respectively.
  • RU indicate a stained image of Tuj1, Ebf2, and PanCK and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • Scale bars in N and R indicate 100 ⁇ m.
  • V is a diagram schematically showing the structure of a cell mass containing olfactory nerve cells or their progenitor cells on day 28 of culture produced by the method described in Experiment 4.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells in Experiment 5.
  • the lower part A is a view showing a bright-field observation image of an inverted microscope of a cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 5.
  • B to M are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 5 by fluorescent immunostaining.
  • B to E show the stained images of Dlx5, NeuroD1, and NCAM, and their nuclear stained images, respectively.
  • F to I show a stained image of p63, Sox2, and E-Cadherin and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • J to M show the stained images of Pax6, Chx10, and N-Cadherin and the nuclear stained images, respectively.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m, and the scale bar in B, F and J represents 100 ⁇ m.
  • NU are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 5 by fluorescent immunostaining.
  • N to Q show the stained images of Six1, Sp8 and EpCAM and the nucleus stained images, respectively.
  • RU indicate a stained image of Tuj1, Ebf2, and PanCK and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • Scale bars in N, R represent 100 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells in Experiment 6.
  • Lower row A is a view showing a bright-field observation image of an inverted microscope of a cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 6.
  • B to M are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 6 by fluorescent immunostaining.
  • B to E show the stained images of Dlx5, NeuroD1, and NCAM, and their nuclear stained images, respectively.
  • F to I show a stained image of p63, Sox2, and E-Cadherin and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • J to M show the stained images of Pax6, Chx10, and N-Cadherin and the nuclear stained images, respectively.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m, and the scale bar in B represents 100 ⁇ m.
  • N to AE are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 6 by fluorescent immunostaining.
  • N to Q show the stained images of Six1, Sp8 and EpCAM and the nucleus stained images, respectively.
  • RU indicate a stained image of Tuj1, Ebf2, and PanCK and a nuclear stained image thereof, respectively.
  • V to Y respectively show a stained image of Nestin, Islet, ⁇ -Catenin and a nuclear stained image thereof.
  • Z to AB show PKC ⁇ and Laminin staining images and nuclear staining images thereof, respectively.
  • AC to AE show the stained images of Lhx2 and Calretinin and the nuclear stained images, respectively. Scale bars in N, R, V, Z, AC represent 100 ⁇ m.
  • AF to AJ are diagrams showing the results of examining the expression status of each cell marker in the cell mass 28 days after the start of suspension culture in Experiment 6 by fluorescent immunostaining.
  • AF to AH show the staining images of Otx2 and CK8 and the nuclear staining images, respectively.
  • AI and AJ show the stained image of Eya2 and its nuclear stained image, respectively.
  • AK is a diagram schematically showing the structure of a cell mass containing olfactory nerve cells or their progenitors on day 28 of culture produced by the method described in Experiment 6. Scale bars in AF and AI represent 100 ⁇ m.
  • a to D in the upper row show the cell masses 28 days after the start of suspension culture when the added concentration of BMP4 was changed when cell masses containing olfactory nerve cells or their precursor cells were prepared from human ES cells in Experiment 7. It is a figure which shows the bright field observation image of the inverted microscope.
  • A is an example of a cell mass of Grade1
  • B is an example of a cell mass of Grade2
  • C is an example of a cell mass of Grade3 and Grade4.
  • E is a graph showing the quality evaluation results of the cell mass formed at each BMP4 concentration.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure in Experiment 8 for examining the effect of compound pretreatment of human iPS cells for differentiation induction in the production of a cell cluster containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells. .
  • Lower panels AG show bright field observation images of the aggregates 13 days after the start of suspension culture in Experiment 8 using an inverted microscope.
  • a to D are the controls to which only the solvent DMSO was added as a pretreatment
  • E to G were the inverted cell clusters 13 days after the start of suspension culture formed from human iPS cells pretreated under different conditions. It is a figure which shows the bright-field observation image of a microscope. Scale bars in A and E indicate 500 ⁇ m.
  • H is a graph of the quality evaluation result of the cell mass formed under each pretreatment condition. The upper part is a diagram schematically showing a procedure for examining the effect of each first Wnt signaling pathway inhibitor on the production of a cell mass containing olfactory nerve cells or its precursor cells from human iPS cells in Experiment 9.
  • FIG. 3 is a view showing a bright-field observation image of an inverted cell mass of the cell mass of FIG.
  • the scale bar in A indicates 500 ⁇ m.
  • G is a view showing the result of examining the expression status of each cell marker in the cell mass on day 28 after the start of suspension culture by fluorescent immunostaining in Experiment 9.
  • the rows of the panel show the conditions of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the columns of the panel show Six1, Sox2, pancytokeratin (PanCK) and their nuclear staining images, respectively, from left to right.
  • the scale bar in the upper left panel represents 100 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells using a three-dimensional incubator in Experiment 10.
  • Lower panels A and B are diagrams showing bright-field observation images of an aggregate on an inverted microscope 21 days after the start of suspension culture in Experiment 10.
  • the scale bar in A indicates 500 ⁇ m
  • the scale bar in B indicates 200 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure for examining the effect of the difference in the timing of adding the BMP signaling pathway activator in the production of a cell mass containing olfactory nerve cells or its precursor cells from human iPS cells in Experiment 11. .
  • Lower panels A to E show bright field observation images of the cell aggregate 13 days after the start of suspension culture in Experiment 11 using an inverted microscope. Scale bars in A and D indicate 500 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure in Experiment 12 for examining the optimal addition time of a substance acting on a BMP signaling pathway in the production of a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof from human iPS cells.
  • Lower panels A to D show bright field observation images of an aggregate obtained by an inverted microscope 2 to 6 days after the start of suspension culture in Experiment 12.
  • E to H show ZO-1 stained images of cell aggregates 2 to 6 days after the start of suspension culture, and IL show counterstained images of each nucleus.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m, and the scale bar in E and I represents 100 ⁇ m.
  • AP are the results of the experiment 13 in which coronal sections of rat embryonic day 14.5 embryos were prepared and the expression of each marker was analyzed by immunostaining.
  • A is a low magnification nuclear staining diagram.
  • B to S are high-magnification staining diagrams of serial sections in a region corresponding to the region indicated by the broken line in A.
  • B to E are staining images of Tuj1, Ebf2 and PanCK and their nuclear staining images
  • FI are staining images of Otx2
  • J to L are staining images of E-Cadherin and Sox2.
  • M and N are Dlx5 stained image and its nuclear stained image
  • O and P are PKC ⁇ stained image and its nuclear stained image
  • QS are laminin
  • FIG. The scale bar in A represents 500 ⁇ m
  • the scale bar in B, F, J, M, and Q represents 100 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing the combined conditions of a Wnt signaling pathway inhibitor and a Wnt signaling pathway acting substance in the production of a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells in Experiment 14. is there.
  • Lower panels A and B are images showing bright-field observation images of an cell microscope on day 21 after the start of suspension culture in Experiment 14 using an inverted microscope.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m
  • the scale bar in B represents 200 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing the use conditions of a TAK1 inhibitor in the production of a cell mass containing olfactory nerve cells or its precursor cells from human iPS cells in Experiment 15.
  • Lower panels A and B are diagrams showing bright-field observation images of an cell microscope on day 21 after the start of suspension culture in Experiment 15 using an inverted microscope.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m
  • the scale bar in B represents 200 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram showing a procedure in Experiment 16 in which a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof produced from human iPS cells was cultured in a viscous medium.
  • the lower section A is a view showing a bright-field observation image of an inverted microscope of the cell mass on Day 45 of the suspension culture in Experiment 16.
  • the scale bar in A represents 200 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing conditions for adding a basement membrane preparation in the production of a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells in Experiment 17.
  • Lower panels A to D show bright-field observation images of an cell microscope on day 21 after the start of suspension culture in Experiment 17 using an inverted microscope.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m.
  • the upper part is a diagram schematically showing a procedure in which a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof from human iPS cells was embedded and cultured in a basement membrane preparation in Experiment 18.
  • the lower section A is a view showing a bright-field observation image of an cell microscope on the 21st day from the start of suspension culture in Experiment 18 using an inverted microscope.
  • the scale bar in A represents 500 ⁇ m.
  • stem cell means an undifferentiated cell having a differentiation ability and a proliferation ability (in particular, a self-renewal ability).
  • the stem cells include subpopulations of pluripotent stem cells, multipotent stem cells, unipotent stem cells, and the like, depending on the differentiation ability.
  • Pluripotent stem cells are capable of being cultured in vitro and capable of differentiating into all cells (tissues derived from three germ layers (ectoderm, mesoderm, endoderm)) (multiple stem cells).
  • Pluripotency refer to stem cells that have the ability, but not all, to differentiate into multiple types of tissues and cells.
  • Unipotent stem cells refer to stem cells that have the ability to differentiate into specific tissues and cells.
  • Pluripotent stem cells can be derived from fertilized eggs, cloned embryos, germ stem cells, tissue stem cells, somatic cells, and the like.
  • pluripotent stem cells include embryonic stem cells (ES cells: Embroniconstem cell), EG cells (Embryonic germ cells), and artificial pluripotent stem cells (iPS cells: induced puripotent stem cell).
  • Muse cells Multi-lineage / differentiating / Stress / Enduring / cell obtained from mesenchymal stem cells (mesenchymal / stem / cell: MSC) and GS cells produced from germ cells (for example, testis) are also included in the pluripotent stem cells.
  • Embryonic stem cells were first established in 1981 and have been applied to the production of knockout mice since 1989. Human embryonic stem cells were established in 1998 and are being used in regenerative medicine. ES cells can be produced by culturing the inner cell mass on feeder cells or in a medium containing leukemia @ inhibitory @ factor (LIF). Methods for producing ES cells are described, for example, in WO 96/22362, WO 02/101057, US Pat. No. 5,843,780, US Pat. No. 6,200,806, and US Pat. No. 6,280,718. Embryonic stem cells can be obtained from a predetermined organization, or a commercially available product can be purchased.
  • LIF leukemia @ inhibitory @ factor
  • KhES-1, KhES-2, and KhES-3 which are human embryonic stem cells
  • EB5 cells which are mouse embryonic stem cells
  • D3 strain is available from the ATCC.
  • a method for providing a human embryonic stem cell culture (cell line) without destroying a human embryo is described in, for example, Cell ⁇ Stem ⁇ Cell, 2008: 2 (2): 113-117, and WO 03/046141. I have.
  • Nuclear transplanted ES cells which are one of the ES cells, can be established from cloned embryos produced by transplanting somatic cell nuclei into eggs from which cell lines have been removed.
  • EG cells can be produced by culturing primordial germ cells in a medium containing mSCF, LIF and bFGF (Cell, 70: 841-847, 1992).
  • “Induced pluripotent stem cells” are cells that have induced pluripotency by reprogramming somatic cells by a known method or the like. Specifically, differentiated somatic cells such as fibroblasts and peripheral blood mononuclear cells were isolated from Oct3 / 4, Sox2, Klf4, Myc (c-Myc, N-Myc, L-Myc), Glis1, Nanog, Sall4, lin28. , Esrrb, and the like, and cells that have been reprogrammed by expression of any of a combination of a plurality of genes selected from the reprogramming gene group and induced pluripotency. In 2006, Yamanaka et al.
  • an induced pluripotent stem cell in a mouse cell (Cell, 2006, 126 (4) pp. 663-676). Induced pluripotent stem cells were also established in human fibroblasts in 2007 and have pluripotency and self-renewal ability like embryonic stem cells (Cell, 2007, 131 (5) pp. 861-872; Science, 2007, 318 (5858) ⁇ pp. 1917-1920; Nat. ⁇ Biotechnol., 2008, 26 (1) ⁇ pp. 101-106). As an induced pluripotent stem cell, besides the method of producing by direct reprogramming by gene expression, an induced pluripotent stem cell can be induced from a somatic cell by adding a compound or the like (Science, 2013, 341 @ pp. 651-654). ).
  • the somatic cells used for producing the induced pluripotent stem cells are not particularly limited, but include tissue-derived fibroblasts, blood cells (eg, peripheral blood mononuclear cells and T cells), hepatocytes, and pancreatic cells. , Intestinal epithelial cells, smooth muscle cells, and the like.
  • the means for expressing the genes is not particularly limited.
  • an infection method using a virus vector for example, retrovirus vector, lentivirus vector, Sendai virus vector, adenovirus vector, adeno-associated virus vector
  • a plasmid vector for example, plasmid vector, episomal vector
  • Gene transfer methods eg, calcium phosphate method, lipofection method, retronectin method, electroporation method
  • gene transfer methods using RNA vectors eg, calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method
  • direct protein injection method etc. No.
  • the induced pluripotent stem cells can be obtained from a predetermined institution, or a commercially available product can be purchased.
  • the human induced pluripotent stem cell line 201B7 can be obtained from Kyoto University, and the HC-6 # 10 strain can be obtained from RIKEN.
  • Pluripotent stem cells used in the present invention are preferably embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells.
  • multipotent stem cells include hematopoietic stem cells, neural stem cells, retinal stem cells, and tissue stem cells such as mesenchymal stem cells (also referred to as tissue stem cells, tissue-specific stem cells, or somatic stem cells).
  • Genetically modified pluripotent stem cells can be produced, for example, by using homologous recombination technology.
  • the gene on the chromosome to be modified include a cell marker gene, a histocompatibility antigen gene, a disease-related gene based on nervous system cell damage, and the like. Modification of the target gene on the chromosome can be performed by Manipulating the Mouse Embryo, A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Laboratories Pharmaceuticals Agency, Pharmaceuticals Agency, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals, Pharmaceuticals.. 8. Gene targeting, production of mutant mice using ES cells, and methods described in Yodosha (1995) and the like.
  • a genomic gene of a target gene to be modified (for example, a cell marker gene, a histocompatibility antigen gene, a disease-related gene, etc.) is isolated, and the target gene is homologously recombined using the isolated genomic gene.
  • a target vector By introducing the produced target vector into a stem cell and selecting a cell that has undergone homologous recombination between the target gene and the target vector, a stem cell in which the gene on the chromosome has been modified can be produced.
  • genomic gene of the target gene can also be isolated by using a genomic DNA library screening system (Genome Systems), Universal GenomeWalker Kits (CLONTECH), or the like.
  • a target vector for homologous recombination of a target gene Production of a target vector for homologous recombination of a target gene and efficient selection of homologous recombinants are described in Gene Targeting, A Practical Approach, IRL Press at Oxford University Press (1993), Biomanual Series 8, Gene Targeting. , A mutant mouse using ES cells, and the method described in Yodosha (1995) and the like.
  • the target vector either a replacement type or an insertion type can be used.
  • a selection method a method such as positive selection, promoter selection, negative selection, or polyA selection can be used. Examples of a method for selecting a desired homologous recombinant from the selected cell lines include a Southern hybridization method and a PCR method for genomic DNA.
  • “Mammal” includes rodents, ungulates, felines, primates and the like. Rodents include mice, rats, hamsters, guinea pigs, and the like. Ungulates include pigs, cows, goats, horses, sheep and the like. Feline eyes include dogs, cats, and the like.
  • the term “primate” refers to a mammal belonging to the order of the primates. Examples of the primate include sub-orders of the primates such as lemurs, loris, and birds, and sub-orders of the primates such as monkeys, apes, and humans.
  • the pluripotent stem cells used in the present invention are mammalian pluripotent stem cells, preferably rodent (eg, mouse, rat) or primate (eg, human, monkey) pluripotent stem cells, most preferably. Is a human pluripotent stem cell.
  • Cell adhesion refers to the adhesion between cells and between cells and the extracellular matrix. Adhesion of cells to culture equipment and the like that occurs in an in vitro artificial culture environment is also included in cell adhesion. Types of cell adhesion include anchoring (junction), communicative (junction), and occluding (junction).
  • Tight junction refers to a closed junction found in vertebrates and chordates among cell-cell adhesions. Tight junctions are formed between epithelial cells. Whether or not tight junctions are present in a tissue derived from a living body and in a cell mass prepared by the production method of the present invention is determined by, for example, an antibody (anti-claudin antibody, anti-ZO-1 antibody, etc.) against a component of tight junction. ) Can be detected by a technique such as immunohistochemistry.
  • Suspension culture in the present invention means culturing while maintaining a state in which cells, cell aggregates or cell aggregates are suspended in a culture solution. That is, suspension culture is performed under conditions that do not allow cells, cell aggregates or cell clumps to adhere to culture equipment and the like, and culture performed under conditions that allow cells to adhere to culture equipment and the like (adhesion culture) is not included in the category of suspension culture. .
  • cell adhesion means that a strong cell-substratum junction, which is a type of cell adhesion, is formed between the cell, the cell aggregate or the cell mass and the culture device.
  • suspension culture refers to culture under conditions that do not create strong cell-substrate bonds between cells, cell aggregates or cell clumps and culture equipment, and the like
  • adherent culture refers to cell culture. Culturing under conditions that create strong cell-substrate bonds between cell aggregates or cell clumps and culture equipment and the like.
  • a cell aggregate or a cell mass in suspension culture cells adhere to each other.
  • a cell-substrate bond is hardly formed between a cell and a culture device or the like, or even if it is formed, its contribution is small.
  • endogenous cell-substrate bonds are present inside the aggregates or cell mass, but cell-substrate bonds are limited to cells and culture equipment. Are hardly formed between them, or even if they are formed, their contribution is small. Plane attachment between cells and cells means that the cells adhere to each other on the surface.
  • cell-to-cell surface adhesion means that the ratio of the surface area of a certain cell to the surface of another cell is, for example, 1% or more, preferably 3% or more, more preferably 5% or more. It means that it is above.
  • the cell surface can be observed by staining with a reagent for staining the membrane (eg, DiI), immunostaining for cell adhesion factors (eg, E-cadherin, N-cadherin), and the like.
  • the incubator used for performing the suspension culture is not particularly limited as long as it can perform “suspension culture”, and can be appropriately determined by those skilled in the art.
  • Examples of such an incubator include a flask, a tissue culture flask, a dish, a petri dish, a tissue culture dish, a multi-dish, a microplate, a microwell plate, a micropore, a multiplate, a multiwell plate, a chamber slide, and a petri dish. , Tubes, trays, culture bags, spinner flasks or roller bottles.
  • These incubators are preferably cell non-adhesive in order to enable suspension culture.
  • the surface of the incubator is artificially treated (for example, a basement membrane preparation, laminin, entactin, collagen, gelatin or other extracellular matrix, Alternatively, a material that has not been subjected to a coating treatment using a polymer such as polylysine or polyornithine, or a surface treatment such as a positive charge treatment) can be used.
  • a cell-non-adhesive incubator the surface of the incubator is artificially treated for the purpose of reducing the adhesiveness to cells (for example, a super-hydrophilic treatment such as a 2-methacryloyloxyethyl @ phosphorylcholine (MPC) polymer, a low protein adsorption). Processed) can be used.
  • Rotary culture may be performed using a spinner flask or a roller bottle.
  • the culture surface of the incubator may have a flat bottom or may have irregularities.
  • Cell aggregates are used to protect cell aggregates from physical stress such as shearing forces that occur during suspension culture, increase the local concentration of growth factors and cytokines secreted by cells, and promote tissue development. May be embedded in a gel or encapsulated in a substance-permeable capsule, followed by suspension culture (Nature, 2013, 501.7467: 373).
  • the gel or capsule used for embedding may be of biological origin or of synthetic polymer.
  • gels or capsules used for such purposes examples include Matrigel (manufactured by Corning), PuraMatrix (manufactured by 3D Matrix), VitroGel 3D (manufactured by The Well Bioscience), collagen gel (manufactured by Nitta Gelatin Co., Ltd.), and alginate gel. (Manufactured by PG Research Co., Ltd.) and Cell-in-a-Box (manufactured by Austrianova).
  • the medium used for culturing cells can be prepared using a medium usually used for culturing animal cells as a basal medium.
  • a basal medium for example, Basal Medium Eagle (BME), BGJb medium, CMRL 1066 medium, Glasgow Minimum Essential Medium (Glasgow MEM), Improved MEM's Limited Edition, IscoedMed's Limited Edition Minimum Essential Medium (Eagle MEM), Alpha Modified Eagle Minimum Essential Medium ( ⁇ MEM), Dulbecco's Modified Efficiency, EDMDM, FEMDMF, 12MEM / 12FEM Scher's medium, or a mixture medium of these.
  • Basal Medium Eagle BME
  • BGJb medium BGJb medium
  • CMRL 1066 medium Glasgow Minimum Essential Medium (Glasgow MEM), Improved MEM's Limited Edition, IscoedMed's Limited Edition Minimum Essential Medium (Eagle MEM), Alpha Modified Eagle Minimum Essential Medium ( ⁇ MEM), Dulbecco's Modified Efficiency, EDMDM,
  • a pluripotent stem cell culture medium based on the above basal medium, preferably a known embryonic stem cell or artificial pluripotent stem cell culture medium, a pluripotent stem cell under feeder free.
  • a culture medium (feeder-free medium) for culturing can be used.
  • the feeder-free medium include Essential 8 medium, TeSR medium, mTeSR medium, mTeSR-E8 medium, and StemFit medium.
  • Serum-free medium in the present invention means a medium containing no conditioned or unpurified serum.
  • a medium mixed with a purified blood-derived component or an animal tissue-derived component is also included in the serum-free medium unless it contains unregulated or unpurified serum.
  • the serum-free medium may contain a serum substitute.
  • serum substitutes include those containing, as appropriate, albumin, transferrin, fatty acids, collagen precursors, trace elements, 2-mercaptoethanol, 3'thiolglycerol, or equivalents thereof.
  • Such a serum substitute can be prepared, for example, by the method described in WO98 / 30679.
  • Commercially available products may be used as serum substitutes.
  • Commercially available serum substitutes include, for example, Knockout Serum Replacement (manufactured by Thermo Fisher Scientific: hereinafter may be abbreviated as “KSR”), Chemically-defined Finite Pharmaceuticals, Inc. B27 Supplement (manufactured by Thermo Fisher Scientific), N2 Supplement (manufactured by Thermo Fisher Scientific), and the like.
  • the serum-free medium used in the suspension culture suitably contains fatty acids or lipids, amino acids (eg, non-essential amino acids), vitamins, growth factors, cytokines, antioxidants, 2-mercaptoethanol, pyruvic acid, buffers, inorganic salts, and the like. May be.
  • a commercially available KSR (manufactured by Thermo Fisher Scientific) is added as a serum-free medium in an appropriate amount (for example, about 0.5% to about 30%, preferably about 1% to about 20%).
  • a serum-free medium for example, a medium obtained by adding 1x chemically-defined ⁇ Lipid concentrated ⁇ , 5% KSR and 450 ⁇ M 1-monothioglycerol to a 1: 1 mixture of F-12 medium and IMDM medium
  • KSR equivalent a medium disclosed in JP-T-2001-508302 can be mentioned.
  • ⁇ The“ serum medium ”in the present invention means a medium containing unconditioned or unpurified serum.
  • the medium contains fatty acids or lipids, amino acids (eg, non-essential amino acids), vitamins, growth factors, cytokines, antioxidants, 2-mercaptoethanol, 1-monothioglycerol, pyruvic acid, buffers, inorganic salts, and the like. You may.
  • a pluripotent stem cell is induced to differentiate into a retinal tissue or the like using a basement membrane sample such as Matrigel
  • a serum medium can be used (Cell ⁇ Stem ⁇ Cell, 10 (6), 771-775 (2012). )).
  • the culture in the present invention is preferably performed under xeno-free conditions.
  • Xeno-free means conditions under which components derived from an organism different from the organism of the cell to be cultured are excluded.
  • the medium used in the present invention is preferably a chemically defined medium (CDM) in which the components are chemically determined from the viewpoint of avoiding contamination of chemically undetermined components.
  • CDM chemically defined medium
  • Basis membrane means a thin film-like structure composed of an extracellular matrix.
  • the basement membrane is formed on the basal side of epithelial cells in a living body.
  • Components of the basement membrane include type IV collagen, laminin, heparan sulfate proteoglycan (Perlecan), entactin / nidogen, cytokines, growth factors and the like.
  • tissue staining such as PAM staining
  • an antibody against a component of the basement membrane an anti-laminin antibody
  • An anti-type IV collagen antibody etc.
  • Base membrane preparation refers to a function to control epithelial cell-like cell morphology, differentiation, proliferation, motility, functional expression, etc. when seeded with desired cells having basement membrane forming ability and cultured. Which includes a basement membrane component having For example, when cells and tissues produced according to the present invention are dispersed and then adherent culture is performed, they can be cultured in the presence of a basement membrane preparation.
  • the “basement membrane constituent component” refers to a thin membrane-like extracellular matrix molecule existing between an epithelial cell layer and a stromal cell layer in an animal tissue.
  • the basement membrane preparation removes, for example, cells having the ability to form a basement membrane adhering to the support via the basement membrane from the support using a solution having an ability to dissolve lipids of the cells or an alkaline solution. It can be manufactured by the following.
  • Examples of the basement membrane preparation include commercially available basement membrane preparations (for example, Matrigel (manufactured by Corning; hereinafter, sometimes referred to as Matrigel)), Geltrex (Thermo Fisher Scientific), and known basement membrane components. (E.g., laminin, type IV collagen, heparan sulfate proteoglycan, entactin, etc.).
  • a basement membrane preparation such as Matrigel (manufactured by Corning) extracted or solubilized from tissues or cells such as Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) mouse sarcoma can be used for culturing cells or tissues.
  • Matrigel manufactured by Corning
  • EHS Engelbreth-Holm-Swarm
  • human solubilized amniotic membrane manufactured by Biological Resources Institute, Inc.
  • human recombinant laminin produced by HEK293 cells BioLamina
  • human recombinant laminin fragment Nappi
  • Human recombinant vitronectin manufactured by Thermo Fisher Scientific
  • a medium containing substance X and “in the presence of substance X” refer to a medium to which exogenous substance X is added, a medium containing exogenous substance X, or a substance containing exogenous substance X. Means the presence of That is, even if cells or tissues present in the medium endogenously express, secrete, or produce the substance X, the endogenous substance X is distinguished from the exogenous substance X, It is understood that the medium not containing the substance X does not fall under the category of “medium containing the substance X”. Further, the substance X in the medium may have a slight change in concentration due to decomposition of the substance X or evaporation of the medium.
  • a medium containing a sonic hedgehog signaling pathway agent includes a medium to which an exogenous sonic hedgehog signaling pathway agent has been added or an exogenous sonic hedgehog signaling pathway agent Medium.
  • the start of culture in a medium in which the concentration of substance X is Y preferably refers to a point in time when the concentration of substance X in the medium becomes uniform in Y, but the culture vessel is sufficiently small (for example, a 96-well plate).
  • the point at which the culture medium addition operation, half volume medium exchange operation, or whole volume medium exchange operation described below is performed so that the concentration becomes Y is interpreted as the start of culture at the concentration Y.
  • the term “the concentration of the substance X in the medium is Y” means that when the average concentration of the X over a certain culture period is Y, the period including the substance X at the Y concentration is 50% or more of the culture period. In some cases, the case where the period including the substance X at the concentration of Y is equal to or longer than the shortest period of the culture period assumed in each step is included.
  • “in the absence of substance X” refers to a medium to which no exogenous substance X is added or a medium that does not contain exogenous substance X, or a state in which no exogenous substance X is present.
  • “after time A (day A)” includes time A (day A) and means after time A (day A).
  • the feeder cell refers to a cell other than the stem cell that coexists when the stem cell is cultured.
  • Feeder cells used for undifferentiated maintenance culture of pluripotent stem cells include, for example, mouse fibroblasts (MEF), human fibroblasts, and SNL cells.
  • the feeder cells feeder cells that have been subjected to growth suppression treatment are preferable.
  • the growth suppression treatment include a growth suppression agent (for example, mitomycin C or the like) treatment or UV irradiation.
  • Feeder cells used for undifferentiated maintenance culture of pluripotent stem cells can be produced by secreting humoral factors (preferably undifferentiated maintenance factors) and creating scaffolds for cell adhesion (extracellular matrix). Contributes to maintaining undifferentiated state.
  • “in the absence of feeder cells (feeder-free)” means culturing in the absence of feeder cells.
  • the absence of feeder cells includes, for example, conditions in which feeder cells are not added, or conditions in which feeder cells are not substantially contained (for example, the ratio of the number of feeder cells to the total number of cells is 3% or less).
  • cell aggregate is a mass formed by collecting cells dispersed in a medium, and refers to a mass in which cells adhere to each other. Embryoid bodies, spheres, spheroids, and organoids are also included in the cell aggregate.
  • cells are surface-adhered to each other.
  • cells may form cell-cell junctions or cell-adhesion, eg, adhesion-junction. is there.
  • the “cell aggregate” in the present invention is dispersed at the start of suspension culture, which is generated in step (1) in “2. Method for producing cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof” described below. Aggregates formed by the cells that have been lost.
  • uniform aggregates means that the size of each aggregate is constant when culturing a plurality of aggregates, and the size of the aggregate is evaluated by the length of the maximum diameter.
  • a uniform aggregate means that the dispersion of the length of the maximum diameter is small. More specifically, 75% or more of the aggregates in the entire population of aggregates have an average value of the largest diameter of the aggregate population of ⁇ 100%, preferably within a range of the average value ⁇ 50%, more preferably Means within the range of an average value ⁇ 20%.
  • form uniform aggregates means that when cells are aggregated to form cell aggregates and subjected to suspension culture, "a fixed number of dispersed cells are rapidly aggregated”. Means that a uniform cell aggregate is formed.
  • Dispersion refers to separating cells or tissues into small cell fragments (2 to 100 cells, preferably 50 cells or less) or single cells by a dispersion treatment such as an enzyme treatment or a physical treatment.
  • a certain number of dispersed cells refers to a fixed number of cell debris or single cells.
  • Methods for dispersing the pluripotent stem cells include, for example, mechanical dispersion treatment, cell dispersion treatment, treatment for adding a cell protective agent, and the like. These processes may be performed in combination.
  • a cell dispersion treatment is performed, followed by a mechanical dispersion treatment.
  • Examples of the method of the mechanical dispersion treatment include a pipetting treatment, a scraping operation with a scraper, and the like.
  • Examples of the cell dispersion used in the cell dispersion treatment include enzymes such as trypsin, collagenase, hyaluronidase, elastase, pronase, DNase, and papain, and solutions containing any of chelating agents such as ethylenediaminetetraacetic acid.
  • a commercially available cell dispersion for example, Accumax (manufactured by Alternative cell Technologies) or TripLE Select (manufactured by Thermo Fisher Scientific) can also be used.
  • cytoprotective agent used in the cytoprotective agent addition treatment examples include an FGF signal transduction pathway activator, heparin, a Rho-associated protein kinase (ROCK) inhibitor, serum, and a serum substitute.
  • Preferred cytoprotective agents include ROCK inhibitors.
  • a method of dispersing pluripotent stem cells for example, a method of treating colonies of pluripotent stem cells with a cell dispersion (Accumax) in the presence of a ROCK inhibitor, and further dispersing the cells by pipetting may be mentioned.
  • pluripotent stem cells be rapidly aggregated to form aggregates of pluripotent stem cells.
  • aggregates of pluripotent stem cells By forming aggregates of pluripotent stem cells in this way, epithelial-like structures can be formed with high reproducibility in cells induced to differentiate from the formed aggregates.
  • a small well plate for example, a plate having a well bottom area of about 0.1 to 2.0 cm 2 in terms of a flat bottom
  • a small space using a micropore is used as an experimental operation for forming cell aggregates.
  • a method in which cells are aggregated by short-time centrifugation using a small centrifuge tube is used.
  • a small plate wells for example, 24-well plates (area 2 about 1.88cm flat bottom conversion), 48-well plates (2 about 1.0cm in area flat bottom conversion), 96-well plates (area flat-bottomed terms. 35 cm 2 , inner diameter of about 6 to 8 mm), and 384-well plate.
  • a 96-well plate is used.
  • the shape of the small plate of the well the shape of the bottom surface when the well is viewed from above includes polygon, rectangle, ellipse, and perfect circle, and preferably a perfect circle.
  • the shape of the bottom surface when the wells are viewed from the side is preferably a structure in which the outer peripheral portion is high and the inner concave portion is low, and examples thereof include a U bottom, a V bottom, and an M bottom. Is a U- or V-bottom, most preferably a V-bottom.
  • a plate having a small well a plate having irregularities or depressions on the bottom surface of a cell culture dish (eg, a 60 mm to 150 mm dish, a culture flask) may be used. It is preferable to use a cell non-adhesive bottom surface, preferably a cell non-adhesive coated bottom surface, as described above.
  • the formation of aggregates of pluripotent stem cells and the formation of an epithelial-like structure in each of the cells forming the aggregates can be attributed to the size and number of aggregates, macroscopic morphology, and microscopic analysis by tissue staining analysis.
  • the determination can be made on the basis of the morphological morphology and its uniformity, the expression of the differentiation and undifferentiation markers, the uniformity thereof, the control of the expression of the differentiation markers and their synchronization, the reproducibility of the differentiation efficiency among the aggregates, and the like.
  • tissue refers to a structure of a cell population having a structure in which a plurality of types of cells having different forms and properties are three-dimensionally arranged in a certain pattern.
  • neural tissue refers to a tissue constituted by nervous system cells such as the cerebrum, midbrain, cerebellum, spinal cord, retina, sensory nerve, and peripheral nerve in the developing or adult stage.
  • nervous system cells such as the cerebrum, midbrain, cerebellum, spinal cord, retina, sensory nerve, and peripheral nerve in the developing or adult stage.
  • nerve epithelial tissue refers to a nerve tissue that has formed an epithelial structure having a layered structure. Can be evaluated.
  • Central nervous system refers to the area where nervous tissue accumulates and is central to information processing. In vertebrates, the brain and spinal cord are contained in the central nervous system.
  • Neural cell refers to cells other than epidermal cells among ectoderm-derived tissues. That is, neural cells include cells such as neural precursor cells, neurons (neural cells), glial cells, neural stem cells, neuronal precursor cells, and glial precursor cells. Neural cells also include cells (retinal cells) constituting retinal tissue, retinal progenitor cells, retinal layer-specific nerve cells, neural retinal cells, and retinal pigment epithelial cells, which will be described later. Nervous cells can be identified using Nestin, ⁇ III tubulin (Tuj1), PSA-NCAM, N-cadherin and the like as markers.
  • a neuron is a functional cell that forms a neural circuit and contributes to information transmission, and expresses immature neuronal markers such as TuJ1, Dcx, HuC / D and / or mature neuronal markers such as Map2 and NeuN.
  • the index can be identified.
  • Glial cells include astrocytes, oligodendrocytes, Müller glia and the like.
  • Astrocyte markers include GFAP, oligodendrocyte markers include O4, and Müller glial markers include CRALBP.
  • Neural stem cells are cells that have the ability to differentiate into neural cells and glial cells (multipotency), and have the ability to proliferate while maintaining pluripotency (sometimes referred to as self-renewal ability).
  • Neural stem cell markers include Nestin, Sox2, Musashi, Hes family, CD133, and the like, but these markers are markers for progenitor cells in general and are not considered to be markers specific to neural stem cells.
  • the number of neural stem cells can be evaluated by a neurosphere assay, a clonal assay, or the like.
  • Neuronal progenitor cells are cells that have the ability to proliferate, produce nerve cells, and do not produce glial cells. Examples of markers for neuronal progenitor cells include Tbr2, T ⁇ 1, and the like. Alternatively, cells positive for juvenile neuronal markers (TuJ1, Dcx, HuC / D) and positive for proliferation markers (Ki67, pH3, MCM) can also be identified as neuronal precursor cells. Glial progenitor cells are cells that have the ability to proliferate, produce glial cells, and do not produce nerve cells.
  • Neural precursor cells are an aggregate of progenitor cells including neural stem cells, neuronal progenitor cells, and glial progenitor cells, and have an ability to proliferate and to produce neurons and glia.
  • Neural progenitor cells can be identified using Nestin, GLAST, Sox2, Sox1, Musashi, Pax6 and the like as markers.
  • Neural cell positive and proliferation marker (Ki67, pH3, MCM) positive cells can also be identified as neural progenitor cells.
  • Retinal tissue refers to at least a plurality of cells such as visual cells, horizontal cells, bipolar cells, amacrine cells, retinal ganglion cells, these precursor cells, or retinal progenitor cells constituting each retinal layer in a living retina. Means retinal tissue that is layered and three-dimensionally arranged. Which retinal layer constitutes each cell can be confirmed by a known method, for example, the presence or absence of a cell marker, its degree, and the like.
  • Retinal progenitor cells refer to progenitor cells capable of differentiating into any of the following types of mature retinal cells: visual cells, horizontal cells, bipolar cells, amacrine cells, retinal ganglion cells, and retinal pigment epithelial cells.
  • Photoreceptor cell, horizontal cell precursor, bipolar cell precursor, amacrine cell precursor, retinal node cell precursor, and retinal pigment epithelial progenitor are photoreceptor cell, horizontal cell, bipolar cell, amacrine cell, and retinal nerve, respectively. Refers to progenitor cells whose differentiation into node cells and retinal pigment epithelial cells is determined.
  • Retinal layer-specific nerve cells refer to neurons that constitute the retinal layer and are specific to the retinal layer. Retinal layer-specific neurons include bipolar cells, retinal ganglion cells, amacrine cells, horizontal cells, photoreceptors, retinal pigment epithelial cells, rod cells and cone cells.
  • retinal progenitor cells include the retinal progenitor cells and retinal layer-specific nerve cells described above.
  • Rx also referred to as Rax
  • Aldh1a3, and Pax6 expressed in retinal progenitor cells
  • Nkx2.1 expressed in hypothalamic neuron precursor cells but not expressed in retinal progenitor cells
  • retinal cell markers Sox1 which is not expressed in the retina
  • Crx Crx
  • Blimp1 which is expressed in photoreceptor progenitor cells
  • Chx10, PKC ⁇ and L7 expressed in bipolar cells As markers for retinal layer-specific neurons, Chx10, PKC ⁇ and L7 expressed in bipolar cells, Tuj1 and Brn3 expressed in retinal ganglion cells, Calretinin expressed in amacrine cells, Calbindin expressed in horizontal cells, mature visual cells And Rhodopsin and Recoverin expressed in rod cells, Nrl expressed in rod cells, Rxr-gamma expressed in pyramidal cells, REP65 and Mitf expressed in retinal pigment epithelial cells, and the like.
  • Cerebral tissue refers to cells constituting the cerebrum in the fetal period or the adult (for example, cerebral nervous system precursor cells (cortical neural precursor cell), dorsal cerebral nervous system precursor cells, ventral cerebral nervous system precursor cells, cerebral layer structure Specific neurons (neurons), first-layer neurons, second-layer neurons, third-layer neurons, fourth-layer neurons, fifth-layer neurons, sixth-layer neurons, glial cells (astrocytes and oligodendrocytes), these , Etc.) means one or more types of tissues in a layered and three-dimensional array.
  • the fetal cerebrum is also called the forebrain or telencephalon.
  • the presence of each cell can be confirmed by a known method, for example, the presence or absence of a cell marker, the degree thereof, and the like.
  • the “cerebral layer” means each layer constituting the adult cerebrum or the fetal cerebrum, and specifically, includes a molecular layer, an outer nuclear layer, an outer cone cell layer, an inner nuclear layer, a nerve cell layer (inner cone) Cell layer), polymorphic cell layer, first layer, second layer, third layer, fourth layer, fifth layer, sixth layer, cortical zone, intermediate zone, subventricular zone, and ventricular zone. ).
  • the “cerebral nervous system progenitor cells” include neuron progenitor cells, first layer neuron progenitor cells, second layer neuron progenitor cells, third layer neuron progenitor cells, fourth layer neuron progenitor cells, fifth layer neuron progenitor cells, Hexalayer neuron precursor cells, astrocyte precursor cells, oligodendrocyte precursor cells and the like can be mentioned. Each cell is committed to differentiation into first, second, third, fourth, fifth, sixth, and sixth layer neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. Progenitor cells.
  • “Cerebral nervous system progenitor cells” comprise at least one of a first-layer neuron, a second-layer neuron, a third-layer neuron, a fourth-layer neuron, a fifth-layer neuron, a sixth-layer neuron, an astrocyte, and an oligodendrocyte.
  • multipotent stem cells multipotent neural stem cells that have the ability to differentiate into a plurality of differentiation lineages (pluripotency).
  • Cerebral layer-specific nerve cells refer to cells that constitute the cerebral layer and are specific to the cerebral layer. Neurons specific to the cerebral layer include first-layer neurons, second-layer neurons, third-layer neurons, fourth-layer neurons, fifth-layer neurons, sixth-layer neurons, cerebral excitatory neurons, and cerebral inhibitory neurons. Can be mentioned.
  • FoxG1 also known as Bf1
  • Sox2 and Nestin expressed in cerebral nervous system precursor cells
  • Pax6 and Emx2 expressed in dorsal cerebral nervous system precursor cells
  • ventral cerebral nervous system precursor cells Dlx1, Dlx2, and Nkx2.1 expressed in neurons
  • Tbr2, Nex Svet1 expressed in neuronal progenitor cells
  • Tbr1 expressed in layer 6 neurons Ctip2 expressed in layer 5 neurons
  • Cux1 or Brn2 expressed in a third-layer neuron or a second-layer neuron Reelin expressed in a first-layer neuron, and the like.
  • the “olfactory cortex” is a region of the cerebrum that receives monosynaptic input from the olfactory bulb and is involved in processing olfactory information. Examples of genes and markers expressed in the olfactory cortex include Tbr1, FoxP2, Ctip2, Nor1 (NR4a3), DAARP-32, CUX1, Brn2, and CART.
  • the “basal ganglia” is an aggregate of nerve nuclei existing in one region of the cerebrum.
  • the nerve nuclei contained in the basal ganglia include the striatum, the pallidum, the hypothalamus nucleus, the substantia nigra, and the like.
  • the “basal ganglia primordium” is a structure composed of nervous system cells formed in the ventricle of a developing embryo.
  • the basal ganglia primordium in addition to forming the basis of the adult basal ganglia, produces multiple types of neurons, which migrate throughout the central nervous system during development.
  • the “rostral migration path” refers to the phenomenon and the pathway of the migration of new neurons produced from neural stem cells in the subventricular zone to the olfactory bulb. Neurons moving along the rostral movement path can be detected using migrating neuronal markers such as, for example, PSA-NCAM, Dcx.
  • the “olfactory bulb” refers to a region of the central nervous system that exists at the tip of the cerebrum, receives input from olfactory receptor cells present in the olfactory epithelium, and is involved in processing olfactory information.
  • the cells present in the olfactory bulb form a layered structure, and, in order from the surface layer, an olfactory nerve layer, a glomerular layer, an external plexiform layer, and a mitral cell layer (mitral) It is called a cell layer, an internal plexiform layer, and a granule cell layer.
  • Nerve cells of the olfactory bulb include a mitral cell and a tufted cell as excitatory neurons, and a paraglomerular cell and a granule cell as inhibitory neurons (interneurons). cell).
  • Examples of genes and markers expressed in the olfactory bulb include Arx, Tbr1, Tbr2 / EOMES, Tbx21, Iba1, and the like.
  • Non-epithelial tissue refers to a tissue having an epithelial structure other than a neuroepithelial tissue.
  • Epithelial tissue is formed from any of the ectoderm, mesoderm, endoderm, and trophectoderm.
  • Epithelial tissue includes epithelium, mesothelium, and endothelium.
  • tissues contained in non-neuronal epithelium include epidermis, corneal epithelium, nasal epithelium (including olfactory epithelium), oral epithelium, tracheal epithelium, bronchial epithelium, bronchial epithelium, renal epithelium, renal cortical epithelium, placental epithelium, etc.
  • Epithelial tissues are usually connected by various intercellular junctions, and form tissues having a monolayer or multilayer structure.
  • “Placode” refers to the primordium of an organ formed mainly by thickening of a part of the epidermal ectoderm during vertebrate development. Tissues derived from placode include the lens, olfactory epithelium, inner ear, trigeminal nerve, pituitary, and the like. Examples of markers for the placode or a pre-placode region (preplacode region) which is a precursor tissue thereof include Six1, Six4, Dlx5, and Eya2.
  • the “olfactory epithelium” is an epithelial tissue in the nasal cavity and represents an olfactory organ from which a living body senses odor information.
  • the olfactory epithelium is one of the placode-derived tissues that expresses olfactory receptors and senses volatile molecules in the air, as well as supporting cells that support olfactory nerve cells, olfactory epithelial stem cells and progenitors. It is composed of cells such as basal cells which are cells and Bowman's gland cells which secrete mucus.
  • the olfactory epithelium is morphologically classified into a surface layer, an intermediate layer, and a basal layer, and there are supporting cells in the surface layer, olfactory nerve cells in the intermediate layer, and basal cells in the basal layer.
  • Bowman's glands are scattered, forming branched tubular follicular glands in the olfactory epithelium.
  • “Progenitor tissue of olfactory epithelium” includes olfactory epithelium placode.
  • the genes and markers expressed in the olfactory epithelium and the olfactory epithelium placode include Pax6, Otx2, FoxG1 (also known as Bf1), Sox2, Pou2f1, Sp8, Chd7, N -Cadherin, E-Cadherin, EpCAM, CK18, PDGFR ⁇ and the like.
  • the vomeronasal organ is a type of olfactory system tissue, and is an olfactory organ that the living body has separately from the olfactory epithelium.
  • the vomeronasal organ is also called the Jacobson organ or the Jacobson organ.
  • the vomeronasal organ in mammals plays a different role than the olfactory epithelium, which senses common volatile substances, and has more neurons that accept pheromone-like substances.
  • olfactory system tissue refers to a fetal or adult olfactory system tissue, for example, cells constituting the olfactory epithelium (for example, olfactory nerve cells, supporting cells, basal cells, Bowman's gland cells, olfactory nerve sheath cells and precursor cells thereof).
  • the cells constituting the olfactory bulb, the cells constituting the olfactory cortex, or the like means a tissue in which one kind or at least a plurality of kinds are arranged in a layered three-dimensional manner. The presence of each cell can be confirmed by a known method, for example, the presence or absence of a cell-specific gene or the degree thereof.
  • Olfactory neuroreceptor neuron refers to a nerve cell that receives olfaction in the olfactory epithelium intermediate layer of the nasal mucosa. Olfactory nerve cells capture volatile molecules in the air with olfactory receptors located on the surface pili. Olfactory nerve cells are bipolar sensory cells, and olfactory information captured by olfactory receptors expressed on the peripheral side is transmitted to nerve axons called olfactory filaments on the central side. Tens of olfactory threads collectively form a bundle, and the olfactory nerve refers to all of these bundles.
  • the olfactory thread reaches the olfactory bulb of the brain through the ethmoid hole of the ethmoid plate of the skull, and synapses to mitral cells and the like to transmit olfactory information to the olfactory center in the brain.
  • Genes and markers expressed in olfactory nerve cells and progenitor cells include cyclic nucleotide-sensitive channel ⁇ 2 subunit (CNGA2), cyclic nucleotide-sensitive channel ⁇ 4 subunit (CNGA4), cyclic nucleotide-sensitive channel ⁇ 1b subunit, and olfactory specific G protein (Golf) adenylate cyclase, Olfactory Marker protein (OMP), NCAM, OCAM (NCAM-2), Ebf1, Ebf2, Ebf3, NeuroD, PGP 9.5, Neuron @ Specific @ EnoGoseApoE @ NeroGoseApoE @ NoseGosePhase @ NoseGosePhase @ NeroGosePhase.
  • the “supporting cell” refers to a multirow columnar epithelium-like cell present on the most apical side of the olfactory epithelium. Supporting cells are involved in the functioning of other cells such as olfactory nerve cells, survival, maintenance of epithelial structure, and the like.
  • the supporting cells of the olfactory epithelium are composed of two kinds of cells: supporting cells (Stentacular cells) and microvillary cells (Microvillar cells). Examples of genes and markers expressed in supporting cells include Notch2, Notch3, Carbonyl reductase 2 (Cbr2), S-100, Ezrin, Reep6, Sox2, Tyro3, CYP2A6, SUS-1, SUS-4, and EPSA1.
  • Basal cell refers to a cell present in the basal layer of the olfactory epithelium.
  • the basal cells are morphologically divided into globose basal cells (GBC) and horizontal basal cells (HBC).
  • GBC globose basal cells
  • HBC horizontal basal cells
  • globular basal cells are active progenitors and stem cells that constantly undergo cell division and supply new olfactory nerve cells.
  • horizontal basal cells are normally in a state where the cell cycle of cell division is stopped, and are dormant stem cells that are activated when a large-scale damage to the olfactory epithelium occurs.
  • genes and markers expressed in horizontal basal cells include p63, cytokeratin 5, cytokeratin 14, ICAM-1, and the like.
  • genes and markers expressed in globular basal cells include GAP43, GBC-1, Lgr5, Ascl1, LSD1, SEC8, and the like.
  • Bowman's gland cell refers to a cell constituting Bowman's gland (olfactory gland).
  • Bowman's gland is a tissue on a branched thin tube existing in the olfactory epithelium, and has a function such as secretion of mucus that protects the olfactory epithelium.
  • genes and markers expressed in Bowman's gland cells include Sox9, E-Cadherin, Aquaporin 5, Ascl3, cytokeratin 18, and the like.
  • OEG olfactory nerve sheathing cells
  • Olfactory nerve sheath cells release neurotrophic factors such as BDNF and NGF, and are cells involved in the constant regeneration of the olfactory nerve.
  • genes and markers expressed in the olfactory nerve sheath cells include p75NTR, S100 ⁇ , Sox10, GFAP, BLBP, Aquaporin1, Integran ⁇ 7, and the like.
  • the “peripheral portion of the olfactory epithelium” (lateral olfactory epithelium) is a peripheral region of the olfactory epithelium and represents a region continuous with non-neuronal epithelium other than the olfactory epithelium.
  • the “medial olfactory epithelium” in the present invention refers to the central region of the olfactory epithelium surrounded by the olfactory epithelium periphery. It is known that the ratio of constituent cells is different between the peripheral part of the olfactory epithelium and the inner part of the olfactory epithelium (Development, 2010, 137: 2471-2481).
  • Pbx1 / 2/3, Meis1, and ⁇ IVTubulin are genes that are highly expressed in the periphery of the olfactory epithelium.
  • Tuj1, Ascl1, and Sox2 are genes that are highly expressed in the inner part of the olfactory epithelium.
  • Gonadotropin-releasing hormone-positive neurons are neurons that are present mainly in the hypothalamus of the central nervous system and secrete gonadotropin-releasing hormone (GnRH) involved in the control of reproductive organs. It is. Gonadotropin-releasing hormone-positive neurons develop in the olfactory epithelium during fetal life and migrate to the central nervous system. Examples of the gene and marker expressed by gonadotropin releasing hormone include gonadotropin releasing hormone (GnRH).
  • Bone tissue refers to a bone matrix composed of cells constituting bone, calcium phosphate, type I collagen and the like.
  • the cells constituting bone include osteocytes, osteoclasts, osteoblasts and the like.
  • “Skull” refers to the bone tissue present in the head. The skull has functions such as maintaining the shape and structure of the face and head, and protecting the central nervous system.
  • the ethmoid bone represents one of the bone tissues constituting the skull.
  • the human ethmoid bone is located between the orbits.
  • genes and markers expressed in cells constituting bone including the skull include Msx2, Runx2, Osterix, Osteocalcin, Osteopontin and the like.
  • Receptor protein is a protein located in the cell membrane, cytoplasm or nucleus, and refers to a protein that binds to substances such as hormones, cytokines, cell growth factors, and compounds to induce various cell reactions.
  • olfactory receptor refers to a receptor protein that is expressed in olfactory nerve cells and other cells and is involved in sensing compounds and the like.
  • the present invention provides a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof. Hereinafter, it is also referred to as the production method of the present invention.
  • One embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, which comprises the following steps.
  • One preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps.
  • the pluripotent stem cells Prior to the step (1), are cultured in the absence of feeder cells, at least one selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist; ) Culturing in a medium containing an undifferentiated maintenance factor; (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; A step (3a) of culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in suspension in the presence of a substance acting on the FGF signaling pathway to obtain the cell mass.
  • One preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps. (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; (3a) suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in the presence of an FGF signaling pathway acting substance; Culturing the cell aggregate obtained in the step (3a) in the presence of an FGF signal transduction pathway active substance and a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass (3c).
  • One preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps.
  • the pluripotent stem cells Prior to the step (1), are cultured in the absence of feeder cells, at least one selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist; ) Culturing in a medium containing an undifferentiated maintenance factor; (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; (3a) suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in the presence of an FGF signaling pathway acting substance; Culturing the cell aggregate obtained in the step (3a) in the presence of an FGF signal transduction pathway active substance and a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass (3c).
  • a further aspect of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps. (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; A step (3b) of culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in suspension in the presence of a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass.
  • One preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps. (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; Culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in suspension in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor (3b); A step (3d) of culturing the cell aggregate obtained in the step (3b) in suspension in the absence of a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass.
  • One more preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps.
  • the pluripotent stem cells Prior to the step (1), are cultured in the absence of feeder cells, at least one selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist; ) Culturing in a medium containing an undifferentiated maintenance factor; (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; A step (3b) of culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in suspension in the presence of a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass.
  • a further preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps.
  • the pluripotent stem cells Prior to the step (1), are cultured in the absence of feeder cells, at least one selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist; ) Culturing in a medium containing an undifferentiated maintenance factor; (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; Culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in suspension in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor (3b); A step (3d) of culturing the cell aggregate obtained in the step (3b) in suspension in the absence of a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass.
  • a further aspect of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps. (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; The cell aggregate obtained in the step (2) is subjected to suspension culture in the presence of a substance acting on an FGF signal transduction pathway and a substance inhibiting a BMP signal transduction pathway to obtain the cell mass (3c).
  • One preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps. (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; A step (3c) of suspending and culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in the presence of an FGF signaling pathway acting substance and a BMP signaling pathway inhibitor; A step (3d) of culturing the cell aggregate obtained in the step (3c) in suspension in the absence of a BMP signal transduction pathway inhibitor to obtain the cell mass.
  • One more preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps.
  • the pluripotent stem cells Prior to the step (1), are cultured in the absence of feeder cells, at least one selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist; ) Culturing in a medium containing an undifferentiated maintenance factor; (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; The cell aggregate obtained in the step (2) is subjected to suspension culture in the presence of a substance acting on an FGF signal transduction pathway and a substance inhibiting a BMP signal transduction pathway to obtain the cell mass (3c).
  • a further preferred embodiment of the production method of the present invention is a method for producing a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, comprising the following steps.
  • the pluripotent stem cells Prior to the step (1), are cultured in the absence of feeder cells, at least one selected from the group consisting of 1) a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist; ) Culturing in a medium containing an undifferentiated maintenance factor; (1) suspension culture of the pluripotent stem cells in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form a cell aggregate; (2) suspension culture of the cell aggregate obtained in the step (1) in the presence of a BMP signal transduction pathway agent; A step (3c) of suspending and culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in the presence of an FGF signaling pathway acting substance and a BMP signaling pathway inhibitor; A step (3d) of culturing the cell aggregate obtained in the step (3c) in suspension in the absence of a BMP signal trans
  • the cell mass produced by the above production method is as described in “3. Cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells” described later.
  • the pluripotent stem cells are obtained by: 1) at least one selected from the group consisting of a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist, and 2) an undifferentiation maintenance factor.
  • the step (a) of culturing in a culture medium containing the same will be described.
  • the pluripotent stem cells are cultured in the presence of at least one selected from the group consisting of a TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor and a sonic hedgehog signaling pathway agonist, Suspension culture changes the state of pluripotent stem cells, improves the formation efficiency of non-neural epithelial tissue, improves the quality of aggregates, facilitates differentiation, makes cell death less likely, and reduces the inside of aggregates. Cell aggregates that maintain dense undifferentiated state can be produced with high efficiency.
  • Step (a) is performed in the absence of feeder cells.
  • the absence of feeder cells refers to a condition that does not substantially contain feeder cells (for example, the ratio of the number of feeder cells to the total number of cells is 3% or less).
  • the medium used in step (a) is not particularly limited as long as it is a medium (feeder-free medium) that enables undifferentiated maintenance culture of pluripotent stem cells under feeder-free conditions.
  • a medium feeder-free medium
  • Many synthetic media have been developed and marketed as feeder-free media, and include, for example, Essential 8 media.
  • Essential 8 medium was added to DMEM / F12 medium, and as additives, L-ascorbic acid-2-phosphate magnesium (64 mg / l), sodium selenium (14 ⁇ g / 1), insulin (19.4 mg / l), NaHCO 3 ( 543 mg / l), transferrin (10.7 mg / l), bFGF (100 ng / mL), and a TGF ⁇ family signaling pathway agonist (TGF ⁇ 1 (2 ng / mL) or Nodal (100 ng / mL)) (Nature Methods, 8, 424-429 (2011)).
  • feeder-free culture media include, for example, Essential 8 (manufactured by Thermo Fisher Scientific), S-medium (manufactured by DS Pharma Biomedical Co., Ltd.), StemPro (manufactured by Thermo Fisher Scientific), hESF9, and mTeElSTIGlTElSTIGlEmTElSigTemElSigTemElSigTemSlEmTElSigTemSlEmTElSigTm1ElG. , MTeSR2 (manufactured by STEMCELL Technologies), TeSR-E8 (manufactured by STEMCELL Technologies), StemFit (manufactured by Ajinomoto Co.), and the like. By using these in the step (a), the present invention can be easily carried out.
  • the StemFit medium contains bFGF as an undifferentiated maintenance component (Scientific Reports (2014) 4, 3594).
  • the medium used in step (a) may be a serum medium or a serum-free medium. From the viewpoint of avoiding contamination of chemically undetermined components, the medium used in step (a) is preferably a serum-free medium.
  • the medium may contain a serum replacement.
  • the medium used in step (a) contains an undifferentiated maintenance factor to enable undifferentiated maintenance culture.
  • the undifferentiation maintenance factor is not particularly limited as long as it has a function of suppressing the differentiation of pluripotent stem cells.
  • Examples of undifferentiated maintenance factors widely used by those skilled in the art include primed pluripotent stem cells (eg, human ES cells and human iPS cells), FGF signaling pathway activator, TGF ⁇ family signaling pathway An active substance, insulin and the like can be mentioned.
  • FGF signaling pathway activators include fibroblast growth factors (eg, bFGF, FGF4 and FGF8).
  • TGF ⁇ family signal transduction pathway active substance examples include a TGF ⁇ signal transduction pathway active substance and a Nodal / Activin signal transduction pathway active substance.
  • TGF ⁇ signal transduction pathway activator examples include TGF ⁇ 1 and TGF ⁇ 2.
  • Nodal / Activin signaling pathway activator examples include Nodal, ActivinA, and ActivinB. These substances may be used alone or in combination.
  • the medium in step (a) preferably contains bFGF as an undifferentiation maintenance factor.
  • the undifferentiated maintenance factor used in the present invention is usually a mammalian undifferentiated maintenance factor.
  • the mammal include those described above. Since the undifferentiated maintenance factor can have cross-reactivity between species of mammals, any undifferentiated maintenance factor of any mammal can be used as long as the undifferentiated state of the pluripotent stem cells to be cultured can be maintained. Is also good.
  • the undifferentiated maintenance factor used in the present invention is preferably a mammalian undifferentiated maintenance factor of the same species as the cells to be cultured.
  • human undifferentiated maintenance factor for example, bFGF, FGF4, FGF8, EGF, Nodal, ActivinA, ActivinB, TGF ⁇ 1, TGF ⁇ 2, etc.
  • human protein X means that protein X (such as an undifferentiated maintenance factor) has an amino acid sequence of protein X that is naturally expressed in a human organism.
  • the undifferentiated maintenance factor used in the present invention is preferably isolated.
  • isolated means that an operation of removing a component other than a target component or a cell has been performed, and the state existing in nature has been removed. Therefore, the “isolated protein X” does not include endogenous protein X produced from cells or tissues to be cultured and contained in the cells, tissues, and medium.
  • the purity of the “isolated protein X” (percentage of the weight of the protein X relative to the total protein weight) is usually 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 99% or more. Most preferably, it is 100%.
  • the present invention in one aspect, comprises providing an isolated undifferentiated maintenance factor.
  • the method further comprises a step of exogenously (or exogenously) adding the isolated undifferentiated maintenance factor to the medium used in step (a).
  • an undifferentiated maintenance factor may be added to the medium used in step (a) in advance.
  • the undifferentiated maintenance factor concentration in the medium used in step (a) is a concentration that can maintain the undifferentiated state of the pluripotent stem cells to be cultured, and can be appropriately set by those skilled in the art.
  • the concentration is usually about 4 ng / mL to about 500 ng / mL, preferably about 10 ng / mL to about 200 ng / mL, more preferably about 30 ng / mL. mL to about 150 ng / mL.
  • the culture of the pluripotent stem cells in the step (a) may be performed under any conditions of suspension culture and adhesion culture, but is preferably performed by adhesion culture.
  • an appropriate matrix may be used as a scaffold in order to provide a pluripotent stem cell with a scaffold instead of feeder cells.
  • Pluripotent stem cells are adherently cultured in a cell container whose surface is coated with a matrix serving as a scaffold.
  • laminin is a heterotrimeric molecule composed of ⁇ , ⁇ , and ⁇ chains, and is an extracellular matrix protein in which isoforms having different subunit chain compositions exist. Specifically, laminin has about 15 isoforms in combination of a heterotrimer of five ⁇ chains, four ⁇ chains and three ⁇ chains. The name of laminin is determined by combining the numbers of the ⁇ chain ( ⁇ 1 to ⁇ 5), ⁇ chain ( ⁇ 1 to ⁇ 4) and ⁇ chain ( ⁇ 1 to ⁇ 4). For example, laminin formed by a combination of ⁇ 5 chain, ⁇ 1 chain, and ⁇ 1 chain is called laminin 511. In the present invention, laminin 511 is preferably used (Nat Biotechnol 28, 611-615 (2010)).
  • the laminin fragment used in the present invention is not particularly limited as long as it has an adhesive property to pluripotent stem cells and enables maintenance culture of pluripotent stem cells under feeder-free conditions. It is a fragment.
  • Laminin E8 fragment is a fragment obtained by digesting laminin 511 with elastase and identified as a fragment having a strong cell adhesion activity (EMBO @ J., 3: 1463-1468, 1984, J. Am. Cell @ Biol., 105: 589-598, 1987).
  • the E8 fragment of laminin 511 is preferably used (Nat @ Commun @ 3, 1236 (2012), Scientific @ Reports @ 4, 3549 (2014)).
  • the laminin E8 fragment used in the present invention does not need to be an elastase digestion product of laminin, but may be a recombinant. Alternatively, it may be produced by a genetically modified animal (such as silkworm). From the viewpoint of avoiding contamination of unidentified components, in the present invention, a recombinant laminin fragment is preferably used.
  • the E8 fragment of laminin 511 is commercially available and can be purchased from, for example, Nippi Corporation.
  • the laminin or laminin fragment used in the present invention is preferably isolated.
  • pluripotent stem cells are adherently cultured.
  • the culture time of the pluripotent stem cells in the step (a) is not particularly limited as long as the effect of improving the quality of the aggregate formed in the subsequent step (1) is not particularly limited. It is preferably 2 to 96 hours, more preferably 6 to 48 hours, further preferably 12 to 48 hours, particularly preferably 18 to 28 hours, for example 24 hours. That is, the step (a) is started 0.5 to 144 hours, preferably 18 to 28 hours before the start of the step (1), and the step (1) is continuously performed after the step (a) is completed.
  • Culture conditions such as the culture temperature and CO 2 concentration in the step (a) can be appropriately set.
  • the culture temperature is, for example, about 30 ° C. to about 40 ° C., preferably about 37 ° C.
  • the CO 2 concentration is, for example, about 1% to about 10%, preferably about 5%.
  • human pluripotent stem cells are adherently cultured in a serum-free medium containing bFGF in the absence of feeder cells.
  • the adherent culture is preferably performed in a cell container whose surface is coated with laminin 511, the E8 fragment of laminin 511 or vitronectin.
  • the adhesion culture is preferably performed using StemFit as a feeder-free medium.
  • human pluripotent stem cells are suspension-cultured in a serum-free medium containing bFGF in the absence of feeder cells.
  • the human pluripotent stem cells may form aggregates of human pluripotent stem cells.
  • Sonic hedgehog signal (hereinafter sometimes referred to as “Shh”) signaling pathway activator is a substance that can enhance Shh-mediated signaling.
  • the substance acting on the Shh signaling pathway include proteins belonging to the Hedgehog family (for example, Shh and Ihh), Shh receptor, Shh receptor agonist, Smo agonist, Purmorphamine (9-cyclohexyl-N- [4- (morpholinyl) phenyl]].
  • the agent acting on the Shh signaling pathway preferably includes at least one selected from the group consisting of SAG, Purmorphamine, and GSA-10, and more preferably includes SAG.
  • the concentration of the substance acting on the Shh signaling pathway in the medium can be appropriately set within a range where the above-described effects can be achieved.
  • SAG is generally used at about 1 nM to about 2000 nM, preferably about 10 nM to about 1000 nM, more preferably about 10 nM to about 700 nM, still more preferably about 50 nM to about 700 nM, and particularly preferably about 100 nM to about 600 nM. , Most preferably at a concentration of about 100 nM to about 500 nM.
  • the substance acting on the Shh signaling pathway other than SAG when used, it is preferable that the substance be used at a concentration that exhibits the same Shh signal transduction promoting activity as that of the aforementioned concentration of SAG.
  • the sonic hedgehog signal transduction promoting activity can be determined by a method well known to those skilled in the art, for example, a reporter gene assay focusing on the expression of the Gli1 gene (Oncogene (2007) 26, 5163-5168).
  • TGF ⁇ family signaling pathway ie, TGF ⁇ superfamily signaling pathway
  • TGF ⁇ transforming growth factor ⁇
  • Nodal / Activin a ligand
  • the TGF ⁇ family signaling pathway inhibitor refers to a substance that inhibits a TGF ⁇ family signaling pathway, that is, a signaling pathway transmitted by the Smad family, and specifically, a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor, Nodal / Activin signaling pathway Inhibitors and BMP signaling pathway inhibitors can be mentioned.
  • a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor is preferable.
  • the TGF ⁇ signal transduction pathway inhibitor is not particularly limited as long as it is a substance that inhibits a signal transduction pathway caused by TGF ⁇ , and may be any of nucleic acids, proteins, and low molecular weight organic compounds.
  • the substance include substances that directly act on TGF ⁇ (eg, proteins, antibodies, aptamers, etc.), substances that suppress the expression of genes encoding TGF ⁇ (eg, antisense oligonucleotides, siRNA, etc.), and the binding of TGF ⁇ to TGF ⁇ receptors.
  • the inhibitor include a substance that inhibits a physiological activity caused by signal transduction by a TGF ⁇ receptor (eg, an inhibitor of a TGF ⁇ receptor, an inhibitor of Smad, and the like). Proteins known as TGF ⁇ signaling pathway inhibitors include Lefty and the like.
  • SB431542 (may be abbreviated as SB431 in the present specification and drawings) (4- [4- (3,4-methylenedioxyphenyl) -5- (2-pyridyl) -1H-imidazol-2- yl] benzamide), SB505124 (2- [4- (1,3-benzodioxol-5-yl) -2- (1,1-dimethylethyl) -1H-imidazol-5-yl] -6-methylpyridine), SB525334 ( 6- [2- (1,1-Dimethylethyl) -5- (6-methyl-2-pyridinyl) -1H-imidazol-4-yl] quinoxaline), LY2157299 (4- [5,6-Dihydro-2- ( 6-met yl-2-pyridinyl) -4H-pyrrolo [1,2-b] pyr
  • SB431542 is a compound known as an inhibitor of TGF ⁇ receptor (ALK5) and Activin receptor (ALK4 / 7) (that is, a TGF ⁇ R inhibitor).
  • SIS3 is a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor that inhibits the phosphorylation of SMAD3, an intracellular signaling factor under the control of the TGF ⁇ receptor.
  • the TGF ⁇ signaling pathway inhibitor used in the present invention preferably contains an Alk5 / TGF ⁇ R1 inhibitor.
  • the Alk5 / TGF ⁇ R1 inhibitor preferably contains at least one selected from the group consisting of SB431542, SB505124, SB525334, LY2157299, GW788388, LY364947, SD-208, EW-7197, A83-01, RepSox, and more preferably SB431542. Or A83-01.
  • the concentration of the TGF ⁇ signal transduction pathway inhibitor in the medium can be appropriately set within a range where the above-mentioned effects can be achieved.
  • SB431542 is used as the TGF ⁇ transduction pathway inhibitor in step (a)
  • it is generally about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to 100 ⁇ M, more preferably about 10 nM to about 50 ⁇ M, even more preferably about 100 nM to about 50 ⁇ M, particularly Preferably, a concentration of about 1 ⁇ M to about 10 ⁇ M is used.
  • a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor other than SB431542 it is preferable to use a TGF ⁇ signaling pathway inhibitory activity equivalent to that of SB431542 at the above concentration.
  • Culture conditions such as the culture temperature and the CO 2 concentration in the step (a) and the following steps (1) to (3) can be appropriately set.
  • the culture temperature is, for example, about 30 ° C. to about 40 ° C., preferably about 37 ° C.
  • the CO 2 concentration is, for example, from about 1% to about 10%, preferably about 5%.
  • Step (1) Undifferentiated and maintained pluripotent stem cells, preferably the pluripotent stem cells cultured in step (a), are subjected to suspension culture in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor to form cell aggregates ( 1) will be described.
  • the Wnt signaling pathway inhibitor added in the step (1) is also referred to as a first Wnt signaling pathway inhibitor in order to distinguish it from the second Wnt signaling pathway inhibitor described below.
  • the Wnt signaling pathway is a signaling pathway using a Wnt family protein as a ligand and mainly using Frizzled as a receptor.
  • the signal pathway includes a classical Wnt pathway (Canonical @ Wnt @ pathway) transmitted by ⁇ -Catenin, a non-classical Wnt pathway (Non-Canonical @ Wnt @ pathway), and the like.
  • Non-classical Wnt pathways include the Planar ⁇ Cell ⁇ Polarity (PCP) pathway, Wnt / Calcium pathway, Wnt-RAP1 pathway, Wnt-Ror2 pathway, Wnt-PKA pathway, Wnt-GSK3MT pathway, Wnt-aPKC pathway, Wnt-RYK pathway , Wnt-mTOR pathway, and the like.
  • PCP Planar ⁇ Cell ⁇ Polarity
  • Wnt / Calcium pathway Wnt-RAP1 pathway
  • Wnt-Ror2 pathway Wnt-PKA pathway
  • Wnt-GSK3MT pathway Wnt-aPKC pathway
  • Wnt-RYK pathway Wnt-mTOR pathway
  • the Wnt signaling pathway inhibitor is not limited as long as it can suppress signal transduction triggered by Wnt family proteins.
  • the inhibitor may be any of nucleic acids, proteins, and low molecular weight organic compounds. Examples of the substance include substances that inhibit Wnt processing and extracellular secretion, substances that directly act on Wnt (eg, proteins, antibodies, aptamers, etc.), substances that suppress expression of genes encoding Wnt (eg, antisense oligos) Nucleotides, siRNAs, etc.), substances that inhibit the binding of Wnt receptor to Wnt, and substances that inhibit biological activity caused by signal transduction by Wnt receptor.
  • proteins belonging to the secreted Frizzled Related Protein (sFRP) class proteins belonging to the secreted Frizzled Related Protein (sFRP1 to 5, Wnt Inhibitory Factor-1 (WIF-1), Cerberus), and Dickkopf (Dkk) classes Belonging proteins (Dkk1-4, Kremen) and the like.
  • sFRP Frizzled Related Protein
  • WIF-1 Wnt Inhibitory Factor-1
  • Cerberus Cerberus
  • Dickkopf (Dkk) classes Belonging proteins Dkk1-4, Kremen
  • Wnt signaling pathway inhibitors compounds well known to those skilled in the art can be used.
  • Wnt signaling pathway inhibitors include Porcupine (PORCN) inhibitor, Frizzled inhibitor, Dislevelled (Dvl) inhibitor, Tankyrase (TANK) inhibitor, casein kinase 1 inhibitor, catenin-responsive transcription inhibitor, p300 inhibitor, CREB-binding protein (CBP) inhibitors, BCL-9 inhibitors (Am J Cancer Res. 2015; 5 (8): 2344-2360) and the like.
  • non-classical Wnt pathway inhibitors include, for example, Calcium / calmodulin-dependent ⁇ protein ⁇ kinase ⁇ II (CaMKII) inhibitors, (TGF- ⁇ -activated ⁇ kinase ⁇ 1 (TAK1) inhibitors, Nemo-Like ⁇ Kinase (LK) inhibitors) , LIM Kinase inhibitor, mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor, c-Jun NH 2-terminalsekinase (JNK) inhibitor, protein kinase C (PKC) inhibitor, Methioninet2Aminapine (2AminapinAminapinAminapinamine) Agent, nuclear @ factor @ of active ed @ T @ cells (NFAT) inhibitors, ROCK inhibitors, etc.
  • CaMKII Calcium / calmodulin-dependent ⁇ protein ⁇ kinase ⁇ II
  • KY02111 N- (6-Chloro-2-benzothiazolyl)-
  • KY03-I 2,4-bis(trimethybenzenepropanamide)
  • KY03-I 2,4-bis(trimethybenzenepropanamide)
  • IWP-2 N- (6-methyl-2-benzothiazolyl) -2-[(3,4,6,7-tetrahydro-4--4-oxo-3-phenylthieno [3,2-d] pyrimidine) -2-yl) thio] -acetamide
  • IWP-3 (2-[[3- (4-fluorophenyl) -3,4,6,7-tetrahydro-4-oxothieno [3,2-d] pyrimidine-2 -Yl] thio] -N- (6-methyl-2-benzothiazolyl) -acetamide
  • IWP-4 N- (6-methyl-2-benzothiazolyl) -2-[[3,4,6,7-tetrahydro) -3- (2-methoxyp enyl) -4-oxothieno [3,2-d] pyrimidin-2-yl] thio] -acetamide
  • IWP-L6 N- (6-methyl-2-benzothi
  • the first Wnt signaling pathway inhibitor used in the present invention preferably contains at least one selected from the group consisting of PORCN inhibitors, KY02111 and KY03-I, and more preferably contains PORCN inhibitors. It is also preferred that the first Wnt signaling pathway inhibitor comprises a substance having an inhibitory activity of Wnt on non-classical Wnt pathway.
  • the PORCN inhibitor used in the present invention is preferably a group consisting of IWP-2, IWP-3, IWP-4, IWP-L6, IWP-12, LGK-974, Wnt-C59, ETC-159 and GNF-6231. At least one selected from the group consisting of IWP-2 and Wnt-C59, more preferably IWP-2.
  • the concentration of the first Wnt signaling pathway inhibitor in the medium can be appropriately set within a range where the above-mentioned effects can be achieved.
  • concentration is usually about 10 nM to about 50 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 30 ⁇ M, more preferably about 100 nM to about 10 ⁇ M, and most preferably about 2 ⁇ M.
  • the concentration is usually about 10 nM to about 30 ⁇ M, preferably about 20 nM to about 10 ⁇ M, and more preferably about 500 nM.
  • KY02111 its concentration is generally about 10 nM to about 50 ⁇ M, preferably 10 nM to about 30 ⁇ M, more preferably about 100 nM to about 10 ⁇ M, and still more preferably about 5 ⁇ M.
  • the time of addition of the first Wnt signaling pathway inhibitor is usually within 48 hours, preferably within 24 hours, more preferably within 12 hours, more preferably within 12 hours, from the start of suspension culture of pluripotent stem cells in step (1). At the same time as the start.
  • the medium of step (1) further contains a TGF ⁇ signal transduction pathway inhibitor.
  • a TGF ⁇ signal transduction pathway inhibitor used in the step (1), the same substances as those exemplified in the step (a) are used.
  • the TGF ⁇ signal transduction pathway inhibitors in step (a) and step (1) may be the same or different, but are preferably the same.
  • the concentration of the TGF ⁇ signal transduction pathway inhibitor in the medium can be appropriately set within a range where the above-described effects can be achieved.
  • SB431542 When SB431542 is used as a TGF ⁇ transmission pathway inhibitor, it is generally used at a concentration of about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 100 ⁇ M, more preferably about 100 nM to about 50 ⁇ M, and even more preferably about 500 nM to about 10 ⁇ M. .
  • a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor other than SB431542 when used, it is desirable to use a TGF ⁇ signaling pathway inhibitory activity equivalent to that of SB431542 at the above concentration.
  • the medium used in the step (1) is not particularly limited as long as it is as described in the above definition.
  • the medium used in step (1) may be a serum medium or a serum-free medium.
  • a serum-free medium is preferably used from the viewpoint of avoiding contamination of chemically undetermined components.
  • a serum-free medium eg, 5% KSR, 450 ⁇ M4501-monothiol in a 1: 1 mixture of IMDM and F-12
  • an appropriate amount of a serum substitute such as commercially available KSR can be used.
  • a medium supplemented with glycerol and 1x Chemically Defined Lipid Concentrate or a medium supplemented with GMEM supplemented with 5% to 20% KSR, NEAA, pyruvate and 2-mercaptoethanol.
  • the amount of KSR to be added to the serum-free medium is, for example, about 1% to about 30%, preferably about 2% to about 20% for human ES cells.
  • the pluripotent stem cells are preferably dispersed in single cells. For this reason, before starting the step (1), it is preferable to perform an operation of dispersing the pluripotent stem cells obtained in the step (a) into single cells (also referred to as a step (b)).
  • “Dispersed in single cells” means, for example, a state in which 70% or more of all cells are single cells and a mass of 2 to 50 cells is present in 30% or less.
  • the cells dispersed in single cells preferably, 80% or more are single cells, and a state in which a mass of 2 to 50 cells exists is 20% or less.
  • the cells dispersed in a single cell include a state where adhesion between cells (for example, surface adhesion) is almost eliminated.
  • cells dispersed in a single cell include states in which cell-cell junctions (eg, adherent junctions) have been substantially eliminated.
  • the operation of dispersing the pluripotent stem cells obtained in the step (a) may include the above-described mechanical dispersion treatment, cell dispersion treatment, and cell protection agent addition treatment. These processes may be performed in combination.
  • the cell dispersion treatment is performed at the same time as the treatment for adding the cell protective agent, and then the mechanical dispersion treatment is performed.
  • cytoprotective agent used in the cytoprotective agent addition treatment examples include an FGF signal transduction pathway activator, heparin, a ROCK inhibitor, a myosin inhibitor, serum, or a serum substitute.
  • Preferred cytoprotective agents include ROCK inhibitors.
  • a ROCK inhibitor may be added from the start of the culture in step (1).
  • Y-27632 ((R)-(+)-trans-4- (1-Aminoethyl) -N- (4-pyridyl) cyclohexanecarboxamide, dihydrochloride), Fasudil (HA1077) (1- (5-) Isoquinolinylsulfonyl) homopiperazine, hydrochloride), H-1152 (5-[[(2S) -hexahydro-2-methyl-1H-1,4-diazepin-1-yl] sulfonylyl) -4-ethylhydrin) -4-methodylyl -1100 (Hydroxyfasudil) ([1- (1-Hydroxy-5-isoquinoli) esulfonyl) homopiperazine, hydrochloride) and the like can be given.
  • a prepared cell protecting agent can also be used.
  • the prepared cytoprotective agent include RevitaCell Supplement (manufactured by Thermo Fisher Scientific) and CloneR (manufactured by StemCell Technologies). These substances may be used alone or in combination.
  • Examples of the cell dispersion used in the cell dispersion treatment include a solution containing at least one of an enzyme such as trypsin, collagenase, hyaluronidase, elastase, pronase, DNase, and papain, and a chelating agent such as ethylenediaminetetraacetic acid.
  • an enzyme such as trypsin, collagenase, hyaluronidase, elastase, pronase, DNase, and papain
  • a chelating agent such as ethylenediaminetetraacetic acid.
  • Commercially available cell dispersions such as TripLE Select (manufactured by Thermo Fisher Scientific), TripLE Express (manufactured by Thermo Fisher Scientific), and Accumax (Innovative Cell, available from Cellotech, Inc.).
  • a pipetting treatment or a scraping operation with a scraper may be mentioned.
  • the dispersed cells are suspended in the medium.
  • the suspension of the dispersed pluripotent stem cells is seeded in the incubator, and the dispersed pluripotent stem cells are cultured under non-adhesive conditions with respect to the incubator. Are aggregated and aggregated to form cell aggregates.
  • a plurality of cell aggregates may be simultaneously formed in one incubator.
  • a fixed number of pluripotent stem cells dispersed in each well of a multi-well plate U-bottom, V-bottom
  • a non-cell-adhesive 96-well microplate Is preferably seeded.
  • Examples of the multi-well plate include PrimeSurface @ 96V bottom plate (MS-9096V, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.). Centrifugation may be performed in order to form cell aggregates more quickly. By collecting the aggregate formed in each well from a plurality of wells, a uniform aggregate population can be obtained.
  • a culture vessel it is also preferable to use a three-dimensional cell culture vessel capable of exchanging the medium of the entire plate at a time with the cell aggregates or cell clumps remaining in each well.
  • a three-dimensional cell culture vessel include PrimeSurface # 96 slit well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.). This plate is provided with a thin opening (slit) at the top of each of the 96 wells, through which the medium can enter and exit. Since the slit is set to have a width that does not allow passage of cell aggregates or cell aggregates, the medium in the entire plate can be replaced at a time while preventing adhesion of cell aggregates or cell aggregates, thereby improving the operation efficiency. Sex and cell mass quality can be improved.
  • the concentration of the pluripotent stem cells in the step (1) can be appropriately set so that cell aggregates can be formed more uniformly and efficiently.
  • a human pluripotent stem cell for example, a human iPS cell obtained from the step (a)
  • a human pluripotent stem cell for example, a human iPS cell obtained from the step (a)
  • a 96-well microwell plate usually about 1 ⁇ 10 3 to about 1 ⁇ 10 5 cells per well
  • a solution prepared so as to have about 8 ⁇ 10 3 to about 1.2 ⁇ 10 4 cells is added to each well, and the plate is allowed to stand to form an aggregate.
  • the number of cells can be determined by counting with a hemocytometer.
  • a medium exchange operation for example, an operation of adding a new medium without discarding the original medium (medium addition operation), about half the original medium (volume of the original medium)
  • the medium may be exchanged several times a day, preferably several times within one hour (for example, two to three times). Good. If, at a certain point, the components contained in the original medium are diluted to lower the concentration, the cells or aggregates may be transferred to another culture vessel.
  • the tool used for the medium exchange operation is not particularly limited, and examples thereof include a pipettor, Pipetman (registered trademark), a multi-channel pipette, and a continuous pipettor.
  • a pipettor When using a 96-well plate as a culture vessel, a multi-channel pipette may be used.
  • the suspension culture time required to form cell aggregates can be appropriately determined depending on the pluripotent stem cells used, but is preferably as short as possible in order to form uniform cell aggregates.
  • the steps up to the formation of cell aggregates of the dispersed cells are divided into the step of cell aggregation and the step of aggregation of the aggregated cells. From the point of seeding the dispersed cells (ie, from the start of suspension culture) to the time the cells converge, for example, in the case of human pluripotent stem cells (such as human iPS cells), preferably within about 24 hours, more preferably Allow the cells to form within about 12 hours.
  • the time when the dispersed cells are seeded that is, at the start of suspension culture
  • it is preferably about 72 hours.
  • Aggregates are formed within less than about 48 hours.
  • the time until the formation of the aggregate can be appropriately adjusted by adjusting a tool for aggregating cells, centrifugation conditions, and the like.
  • the formation of cell aggregates is based on the size and number of aggregates, macroscopic morphology, microscopic morphology and its uniformity by tissue staining analysis, expression of differentiation and undifferentiation markers and their uniformity, The determination can be made based on the expression control, its synchronism, the reproducibility of differentiation efficiency between aggregates, and the like.
  • the suspension culture time in the step (1) is usually about 8 hours to 6 days, preferably about 12 hours to 48 hours.
  • the steps (1) to (3) may be performed in the presence of a substance acting on the Wnt signaling pathway.
  • the Wnt signaling pathway includes the classical Wnt pathway (Canonical @ Wnt @ pathway), the non-classical Wnt pathway (Non-Canonical @ Wnt @ pathway), and the like.
  • Non-classical Wnt pathways include the Planar ⁇ Cell ⁇ Polarity (PCP) pathway, Wnt / Calcium pathway, Wnt-RAP1 pathway, Wnt-Ror2 pathway, Wnt-PKA pathway, Wnt-GSK3MT pathway, Wnt-aPKC pathway, Wnt-RYK pathway , Wnt-mTOR pathway, and the like.
  • PCP Planar ⁇ Cell ⁇ Polarity
  • the substance acting on the Wnt signaling pathway is not limited as long as it can activate signal transduction elicited by Wnt family proteins. Any of nucleic acids, proteins, and low molecular organic compounds may be used.
  • the substance for example, a substance that promotes the autocrine secretion of Wnt, a substance that stabilizes Wnt and suppresses degradation, a recombinant protein of Wnt, a partial sequence peptide of Wnt and its derivatives and derivatives, and acts on Wnt receptor Substances that activate the Wnt intracellular signal transduction mechanism, Wnt intracellular signal transduction factors and variants thereof (such as ⁇ -Catenin @ S33Y), and substances that activate gene expression downstream of the Wnt response element. Can be mentioned. Proteins known as Wnt signaling pathway activators include Wnt, R-Spondin and the like.
  • ⁇ Wnt signaling pathway agents Compounds known to those skilled in the art can also be used as ⁇ Wnt signaling pathway agents.
  • Examples of the compound having an activity as a substance acting on the Wnt signal transduction pathway include lithium chloride, AMBMP hydrochloride, SGC AAK1, Foxy 5, CHIR99021, CHIR98014, TWS119, SB216763, SB415286, BIO, AZD2818, AZD1081-T LY2099034, IM-12, Indirubin, Bikinin, A ⁇ 1070722, 3F8, Kenpaullone, 10Z-Hymenialdisine, Indirubin-3′-oxime, NSC 693868, TC-G 24, TCS 2002, TCS 2002, TCS 132, MCS1132 , WAY 262611, I IC3a, Methyl Vanillate, derivatives of IQ-1 and their compounds.
  • the first Wnt signal transduction pathway inhibitor is added, but the Wnt signal transduction pathway inhibitor having different action points and the Wnt signal transduction pathway inhibitor are used in combination, whereby the plurality of Wnt signal Only a specific pathway among the transmission pathways can be activated or inhibited.
  • the Wnt signaling pathway acting substance is preferably a substance that acts on a factor downstream of the first Wnt signaling pathway inhibitor added in step (1). It is also preferable that the added substance acting on the Wnt signaling pathway is a substance that activates the classical Wnt pathway (Canonical @ Wnt @ pathway), and it inhibits and stabilizes the degradation of ⁇ -catenin, which is a Wnt signaling factor in the cell.
  • the added substance acting on the Wnt signaling pathway is a substance that promotes or activates ⁇ -catenin-responsive transcription (CRT).
  • GSK3 inhibitors examples include CHIR99021, CHIR98014, TWS119, SB216763, SB415286, BIO, AZD2858, AZD1080, AR-A014418, TDZD-8, LY2090314, IM-12, Indirubin, Bikinin, Alikinin, Bikinin, Alikinin, Alikinin, Bikinin, Alikinin, Bikinin, Alikinin , Indirubin-3'-oxime, NSC $ 693868, TC-G # 24, TCS # 2002, TCS # 21311, CP21R7 and derivatives of these compounds.
  • ⁇ Preferred combinations of the Wnt signaling pathway active substance and the first Wnt signaling pathway inhibitor include GSK3 inhibitors and PORCN inhibitors.
  • GSK3 inhibitors and PORCN inhibitors When a GSK3 inhibitor and a PORCN inhibitor are used in combination, the classical Wnt pathway is activated and the non-classical Wnt pathway is inhibited.
  • the GSK3 inhibitor When a GSK3 inhibitor and a PORCN inhibitor are used in combination, the GSK3 inhibitor preferably contains at least one selected from the group consisting of CHIR99021, CHIR98014, SB216763, SB415286, and BIO, and more preferably contains CHIR99021.
  • the PORCN inhibitor is preferably IWP-2, IWP-3, IWP-4, IWP-L6, IWP-12, LGK-974, ETC-159, GNF- 6231 and at least one selected from the group consisting of Wnt-C59, and more preferably IWP-2.
  • a GSK3 inhibitor and KY02111 or a derivative thereof may be used in combination.
  • Substances having the action of inhibiting and stabilizing the degradation of ⁇ -catenin having a different mechanism of action from GSK3 inhibitors include, for example, BML-284 and SKL2001, and these compounds and their derivatives are also PORCN inhibitors, KY02111 and derivatives thereof May be used in combination.
  • the concentration of the substance acting on the Wnt signaling pathway in the medium can be appropriately set within a range in which the above-mentioned effects can be achieved. From the viewpoint of promoting survival and proliferation of nervous system cells or tissues inside the cell mass, when CHIR99021 is used as a substance acting on the Wnt signaling pathway, it is usually about 10 pM to about 10 mM, preferably about 100 pM to about 1 mM, and more preferably. Is used at a concentration of about 1 nM to about 100 ⁇ M, more preferably about 10 nM to about 30 ⁇ M, most preferably about 100 nM to about 3 ⁇ M. When a Wnt signaling pathway active substance other than CHIR99021 is used, it is preferable to use the substance having a Wnt signaling pathway promoting activity equivalent to that of the above-mentioned concentration of CHIR99021.
  • Step (2) The step (2) of culturing the cell aggregate obtained in the step (1) in suspension in the presence of a substance acting on the BMP signaling pathway will be described.
  • BMP signaling pathway agonist is a substance capable of enhancing a signaling pathway mediated by BMP (osteogenic protein).
  • BMP osteoogenic protein
  • examples of the substance acting on the BMP signaling pathway include a BMP protein such as BMP2, BMP4 or BMP7, a GDF protein such as GDF7, an anti-BMP receptor antibody, and a BMP partial peptide. These substances may be used alone or in combination.
  • Definitions of BMP signaling pathway agents from the standpoint of biological activity include, for example, osteoblasts on cells such as mouse precursor chondrocyte cell line ATDC5, mouse calvaria-derived cell line MC3T3-E1, mouse striated muscle-derived cell line C2C12, etc.
  • Substances having the ability to induce differentiation into cell-like cells and the ability to induce alkaline phosphatase production are included.
  • Examples of the substance having the above activity include BMP-2, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-9, BMP-10, BMP-13 / GDF-6, BMP-14 / GDF -5, GDF-7 and the like.
  • the BMP2 protein and the BMP4 protein can be obtained from, for example, R & D Systems, the BMP7 protein can be obtained from, for example, Biolegend, and the GDF7 protein can be obtained, for example, from Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • the substance acting on the BMP signaling pathway preferably contains at least one protein selected from the group consisting of BMP2, BMP4, BMP7, BMP13 and GDF7, and more preferably contains BMP4.
  • the concentration of the substance acting on the BMP signaling pathway in the medium can be appropriately set within a range in which the above-described effects can be achieved. From the viewpoint of the production efficiency of cell masses containing olfactory nerve cells or progenitor cells thereof, when BMP4 is used as a BMP signaling pathway activator, it is usually about 1 pM to about 100 nM, preferably about 10 pM to about 50 nM, and more preferably about 10 pM to about 50 nM.
  • a substance other than BMP4 it is desirable to use a substance having a BMP signaling pathway promoting activity equivalent to that of the above-mentioned BMP4.
  • the activity described in the product insert such as the ED 50 of the ability to induce alkaline phosphatase production against the mouse precursor chondrocyte cell line ATDC5, etc.
  • the medium used in step (2) is not particularly limited as long as it contains a substance that acts on the BMP signaling pathway.
  • the medium used in step (2) may be a serum medium or a serum-free medium. From the viewpoint of avoiding contamination of chemically undetermined components, a serum-free medium is preferably used.
  • a serum-free medium for example, 5% KSR, 450 ⁇ M 1-monothioglycerol in a 1: 1 mixture of IMDM and F-12 in a 1: 1 mixture of IMDM and F-12
  • the amount of KSR to be added to the serum-free medium is, for example, about 1% to about 30%, preferably about 2% to about 20% for human ES cells.
  • the start time of the step (2) is preferably within 0.5 hours to 6 days after the start of the suspension culture in the step (1).
  • the time is preferably from 0.5 hours to 72 hours, and more preferably from 24 hours to 60 hours.
  • the start time of the step (2) is preferably 10% or more and 100% or less in the surface layer of the aggregate formed in the step (1). Preferably, it is a time when 30% to 100%, more preferably 50% to 100% of cells form tight junctions with each other.
  • the culture in the presence of the BMP signal transduction pathway agent is started by using the culture vessel in which the step (1) has been performed, by the above-mentioned medium exchange operation (for example, a medium addition operation, a half-amount medium exchange operation, Medium exchange operation) or the cell aggregate may be transferred to another culture vessel.
  • the medium exchange operation for example, a medium addition operation, a half-amount medium exchange operation, Medium exchange operation
  • the cell aggregate may be transferred to another culture vessel.
  • the period of suspension culture in the medium containing the BMP signal transduction pathway active substance in step (2) can be appropriately set.
  • the time of suspension culture in step (2) is usually about 8 hours to 6 days, preferably about 10 hours to 96 hours, more preferably about 12 hours to 72 hours, still more preferably about 14 hours to 48 hours, and most preferably. Is about 16 hours to 36 hours.
  • step (2) additives used in the step (a) or the step (1), for example, a substance acting on the Shh signaling pathway, a substance inhibiting the first Wnt signaling pathway, a substance acting on the Wnt signaling pathway, inhibiting the TGF ⁇ signaling pathway Subsequent addition of substances etc. is also preferred.
  • the Shh signaling pathway active substance, the first Wnt signaling pathway inhibitor, the Wnt signaling pathway active substance or the TGF ⁇ signaling pathway inhibitor added in the step (2) is the same as the substance used in the previous step. Although they may be present or different, they are preferably the same.
  • the concentration and type of the additive can be appropriately adjusted.
  • the timing of adding these substances may be simultaneous with the start of step (2) or may be different.
  • Step (3) The step (3) of obtaining a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells, including the step of suspending and culturing the cell aggregate obtained in the step (2), will be described.
  • Step (3) comprises culturing in the presence of an FGF signaling pathway acting substance (3a), culturing in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor (3b), and FGF signaling pathway acting substance and BMP signaling.
  • Step (3a) The step (3a) of culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in suspension in the presence of an FGF signaling pathway substance will be described. Step (3a) is performed in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor based on external factors. Further, when the reaction is performed in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor based on an external factor, the step (3c) will be described later.
  • “based on an external factor” means that it is caused by artificial addition.
  • the FGF signaling pathway acting substance is not particularly limited as long as it is a substance capable of enhancing a signaling pathway mediated by FGF (fibroblast growth factor).
  • FGF fibroblast growth factor
  • Examples of the substance acting on the FGF signaling pathway include FGF1, FGF2 (sometimes referred to as bFGF), FGF protein such as FGF8, anti-FGF receptor antibody, FGF partial peptide, and the like. These substances may be used alone or in combination.
  • the FGF signal transduction pathway agent preferably contains at least one selected from the group consisting of FGF2 and FGF8, and variants thereof, more preferably contains FGF2, and further preferably contains recombinant human FGF2.
  • the concentration of the FGF signaling pathway acting substance in the medium can be appropriately set within a range in which the above-mentioned effects can be achieved.
  • FGF2 when FGF2 is used as the FGF signaling pathway activator, usually about 1 pg / ml to about 100 ⁇ g / ml, Preferably from about 10 pg / ml to about 50 ⁇ g / ml, more preferably from about 100 pg / ml to about 10 ⁇ g / ml, even more preferably from about 500 pg / ml to about 1 ⁇ g / ml, most preferably from about 1 ng / ml to about 200 ng / ml.
  • FGF2 Used at a concentration of
  • FGF2 it is preferable to use the FGF2 at a concentration that exhibits the same FGF signaling pathway promoting activity as the above-mentioned concentration of FGF2.
  • Heparin is available as a sodium salt, for example, from Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • concentration of heparin or heparan sulfate in the medium can be appropriately set as long as the above-mentioned effects can be achieved.
  • the concentration of sodium heparin in the medium is usually about 1 ng / ml to about 100 mg / ml, preferably about 10 ng / ml to about 50 mg / ml, more preferably about 100 ng / ml to about 10 mg / ml, and still more preferably about 500 ng / ml. / Ml to about 1 mg / ml, most preferably from about 1 ⁇ g / ml to about 200 ⁇ g / ml.
  • the concentration is preferably a concentration having the same FGF protein protection activity as the above concentration of heparin. In order to maintain the activity of the FGF protein in a cell culture environment at 37 ° C.
  • FGF2 a modified form of FGF such as Thermostable @ FGF2 described in US Pat. It is also preferred to use FGF2 sustained release beads.
  • Thermostable @ FGF2 is available from, for example, HumanZyme.
  • StemBeads @ FGF2 is available, for example, from StemCulture.
  • Step (3b) The step (3b) of suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor will be described. Step (3b) is performed in the absence of an FGF signaling pathway agent based on external factors. Further, when the reaction is performed in the presence of an FGF signaling pathway acting substance based on an external factor, it will be described later as step (3c).
  • a BMP signaling pathway inhibitor is not limited as long as it can suppress signal transduction induced by BMP family proteins. Any of nucleic acids, proteins, and low molecular organic compounds may be used. Examples of the substance include substances that inhibit BMP processing and extracellular secretion, substances that directly act on BMP (eg, proteins, antibodies, aptamers, etc.), substances that suppress the expression of genes encoding BMP (eg, antisense oligos) Nucleotides, siRNA, etc.), substances that inhibit the binding of BMP receptor and BMP, and substances that inhibit the biological activity resulting from signal transduction by the BMP receptor.
  • the BMP receptor includes a type I BMP receptor and a type II BMP receptor, and the type I BMP receptor is BMPR1A, BMPR1B, ACVR, and the type II BMP receptor is TGF-beta-R-II, ActR-II. , ActR-IIB, BMPR2 and MISR-II are known.
  • BMP signaling pathway inhibitors include, for example, Noggin, Chordin, Follistatin, Gremlin, Inhibin, Twisted Gastrolation, Coco, secreted proteins belonging to the Dan family. Since the BMP signal transduction pathway agent is added to the culture solution in the step (2), the BMP signal transduction pathway in the step (3b) is more effectively inhibited from the viewpoint of inhibiting the subsequent BMP signal transduction pathway.
  • the inhibitor is a substance that inhibits a signal transduction pathway after secretion of BMP to the outside of a cell, for example, a substance that inhibits binding of a BMP receptor to a BMP, and inhibits a biological activity caused by signal transduction by a BMP receptor. It preferably contains a substance or the like, and more preferably contains a type I BMP receptor inhibitor.
  • BMP signaling pathway inhibitor a compound known to those skilled in the art can also be used.
  • BMP signaling pathway inhibitors include K02288 (3-[(6-Amino-5- (3,4,5-trimethoxyphenyl) -3-pyridinyl] phenol, 3- [6-Amino-5- (3, 4,5-trimethylphenyl) -3-pyridinyl] -phenol), Dorsomorphin (6- [4- [2- (1-Piperidinyl) ethoxy] phenyl] -3- (4-pyridinyl) pyrazolo [1,5-a] pyrimidine), LDN-193189 (4- [6- [4- (1-Piperazinyl) phenyl] pyrazolo [1,5-a] pyrimidin-3-yl] quinoline @ dihydrochloro.) de), LDN-212854 (5- [6- [4- (1-Piperazinyl) phenyl
  • the BMP signaling pathway inhibitor used in the present invention is preferably a type I BMP receptor inhibitor, more preferably from K02288, Dorsomorphin, LDN-193189, LDN-212854, LDN-214117, ML347, DMH1, and DMH2. At least one selected from the group consisting of K02288.
  • the concentration of the BMP signal transduction pathway inhibitor in the medium can be appropriately set within a range where the above-mentioned effects can be achieved. From the viewpoint of the formation efficiency of the olfactory epithelium-like tissue, when K02288 is used as the BMP transmission pathway inhibitor in the step (3b), it is usually about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 50 ⁇ M, and more preferably about 100 nM to about 100 nM. It is used at a concentration of 50 ⁇ M, more preferably about 500 nM to about 25 ⁇ M.
  • LDN-193189 When LDN-193189 is used as a BMP transmission pathway inhibitor, it is usually used at a concentration of about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 10 ⁇ M, more preferably about 25 nM to about 1 ⁇ M, and still more preferably about 100 nM to about 500 nM. Is done.
  • LDN-212854 When LDN-212854 is used as a BMP transmission pathway inhibitor, it is usually used at a concentration of about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 10 ⁇ M, more preferably about 25 nM to about 5 ⁇ M, and still more preferably about 250 nM to about 3 ⁇ M. Is done.
  • ML-347 When ML-347 is used as a BMP transmission pathway inhibitor, it is usually used at a concentration of about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 50 ⁇ M, more preferably about 100 nM to about 50 ⁇ M, and still more preferably about 1 ⁇ M to about 25 ⁇ M. Is done.
  • DMH2 When used as a BMP transmission pathway inhibitor, it is generally used at a concentration of about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 10 ⁇ M, more preferably about 25 nM to about 5 ⁇ M, and even more preferably about 250 nM to about 3 ⁇ M.
  • a BMP signaling pathway inhibitor other than K02288 it is desirable to use a BMP signaling pathway inhibitory activity equivalent to the above concentration of K02288.
  • Step (3c) The step (3c) of suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (2) in the presence of an FGF signaling pathway inhibitor and a BMP signaling pathway inhibitor will be described.
  • the type, concentration, etc. of the substance acting on the FGF signal transduction pathway and the substance inhibiting the BMP signal transduction pathway used in step (3c) can be performed under the same conditions as in step (3a) or step (3b), or under different conditions. It can also be implemented.
  • FGF2 when used as the FGF signaling pathway acting substance, it is usually about 1 pg / ml to about 100 ⁇ g / ml, preferably about 10 pg / ml to about 50 ⁇ g / ml, more preferably about 100 pg / ml to It is used at a concentration of about 10 ⁇ g / ml, more preferably about 500 pg / ml to about 1 ⁇ g / ml, most preferably about 1 ng / ml to about 200 ng / ml.
  • K02288 When K02288 is used as a BMP transmission pathway inhibitor in step (3c), it is generally about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 50 ⁇ M, more preferably about 50 nM to about 50 ⁇ M, and still more preferably about 100 nM to about 25 ⁇ M. Used at a concentration of
  • the step (3c) may be performed after the step (3a) or the step (3b), or only the step (3c) may be performed.
  • the culture period of the step (3a) is usually 1 day to 40 days, preferably 2 days to 30 days, more preferably 3 days to 25 days, and furthermore Culture is preferably performed for 6 to 25 days.
  • the type, concentration, and the like of the substance acting on the FGF signaling pathway used at that time may be the same conditions as when only step (3a) is performed, or may be different conditions.
  • the culture period of the step (3a) is performed until the retinal tissue is formed in the cell mass. It is preferred to carry out.
  • Rx, Chx10, N- It can be performed by a technique such as fluorescent immunostaining for a marker expressed in retinal tissue such as Cadherin.
  • the start time of the step (3a), the step (3b) or the step (3c) is preferably 0.5 hour from the addition of the BMP signaling pathway activator in the step (2). After that, it is within 96 hours, more preferably within 12 hours and within 72 hours, further preferably within 12 hours and within 48 hours.
  • the start time of the step (3a), the step (3b) or the step (3c) is determined on the surface of the cell mass after the addition of the BMP signaling pathway activator in the step (2). It is preferred to start before the neuroepithelial tissue is formed.
  • E -It can be performed by a technique such as fluorescent immunostaining for a marker expressed in non-neural epithelial tissues such as Cadherin and EpCAM.
  • the culture start of the step (3a), the step (3b) or the step (3c) is performed by using the culture vessel in which the step (2) has been performed, by the above-mentioned medium exchange operation (for example, a medium addition operation, a half-amount medium exchange operation, a whole-amount medium). Exchange operation or the like), or the cell aggregate may be transferred to another culture vessel.
  • the medium exchange operation for example, a medium addition operation, a half-amount medium exchange operation, a whole-amount medium. Exchange operation or the like
  • the cell aggregate may be transferred to another culture vessel.
  • the duration of the suspension culture in the step (3a), the step (3b) or the step (3c) can be set as appropriate.
  • the suspension culture time in the step (3a), the step (3b) or the step (3c) is usually about 8 hours to 200 days, preferably about 10 hours to 180 days, more preferably about 12 hours to 150 days, and still more preferably. Is about 14 hours to 120 days, most preferably about 20 hours to 100 days.
  • the suspension culture time in the step (3b) or the step (3c) is usually about 8 hours to 12 days, preferably about 10 hours to It is about six days.
  • the step (3) may further include, after the step (3b) or the step (3c), a step (3d) of performing suspension culture in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor. That is, the step (3d) of obtaining a cell mass by suspension-culturing the cell aggregate obtained in the step (3b) or the step (3c) in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor will be described.
  • the cell mass obtained in the step (3b) or the step (3c) may be further subjected to suspension culture in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor.
  • the BMP signaling pathway inhibitor added in the step (3b) or the step (3c) is removed from the culture environment.
  • a half volume medium exchange operation and a whole volume medium exchange operation can be mentioned.
  • the above-described medium exchange operation may be performed a plurality of times a day, preferably a plurality of times (for example, two to three times) within one hour.
  • cell aggregates are collected in another sterilized container (15 ml tube, dish for suspension culture, etc.), and a culture medium or physiological medium is collected. After washing with a saline solution or the like, an operation of transferring to a culture environment in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor (transfer operation of cell aggregates) may be mentioned.
  • the culture vessel used for the culture after the transfer at this time may be the same (96-well plate or the like) as that used in the step (3b) or the step (3c), or may be another vessel (a dish for floating culture). Etc.).
  • the cell aggregate or the cell aggregate is contained in each well. It is also preferable to use a three-dimensional cell culture vessel capable of changing the medium of the entire plate at once with the cell mass still contained.
  • the cell aggregate obtained in the step (3b) or the step (3c) is subjected to suspension culture in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor, so that cell death hardly occurs and cell proliferation. Is further promoted, and a cell mass in which the formation efficiency of the olfactory epithelium-like tissue and the formation efficiency of the epithelial structure in the nerve tissue part are improved can be obtained.
  • step (3d) preferably, an agent acting on the FGF signaling pathway is present.
  • the substance that acts on the FGF signaling pathway added in step (3d) may be the same or different from the substance used in step (3a) or (3c), but is preferably the same.
  • the concentration and type of the substance acting on the FGF signaling pathway can be appropriately adjusted.
  • the starting time of the step (3d) is preferably 0.5 hours or more after the addition of the BMP signaling pathway inhibitor in the step (3b) or (3c).
  • the period is within 0.5 days, more preferably within 0.5 hours and within 30 days, even more preferably within 12 hours and within 96 hours.
  • the period of suspension culture in the absence of a BMP signaling pathway inhibitor in step (3d) can be set as appropriate.
  • the suspension culture time in the step (3d) is usually about 8 hours to 200 days, preferably about 10 hours to 180 days, more preferably about 12 hours to 150 days, still more preferably about 14 hours to 120 days, and most preferably. Is about 20 days to 100 days.
  • the medium used in step (3) is not particularly limited, and may be a serum medium or a serum-free medium. From the viewpoint of avoiding contamination of chemically undetermined components, a serum-free medium is preferably used. To avoid the complexity of preparation, it is preferable to use a serum-free medium to which an appropriate amount of a serum substitute such as commercially available KSR is added.
  • the amount of KSR to be added to the serum-free medium is, for example, about 1% to about 30%, preferably about 2% to about 20% for human ES cells.
  • the medium used in the step (3) is, for example, a 1: 1 mixture of IMDM and F-12, 5% KSR, 450 ⁇ M 1-monothioglycerol and 1 ⁇ Chemically Defined Lipid Concentrate, 5% GMEM. -20% KSR, NEAA, pyruvate, 2-mercaptoethanol-added medium, Neurobasal plus B27 Supplement, DMEM / F-12 plus N2 Supplement, StemPro ⁇ NSC SFM ⁇ serum-free human
  • a prepared medium for culturing neural cells such as a neural stem cell culture medium (manufactured by Thermo Fisher Scientific), may be used.
  • step (3) an additive used for producing a cell mass in any one of step (a), step (1) and step (2), for example, a substance acting on the Shh signaling pathway, the first Wnt signaling pathway It is also preferred to subsequently add an inhibitor, a substance acting on the Wnt signaling pathway, a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor or the like.
  • the Shh signaling pathway active substance, the first Wnt signaling pathway inhibitor, the Wnt signaling pathway active substance and the TGF ⁇ signaling pathway inhibitor added in the step (3) are the step (a), the step (1) and the step, respectively.
  • the substance used in any of the steps (2) may be the same or different, but is preferably the same.
  • the concentration and type of the additive can be appropriately adjusted.
  • the additive used in the step (3) more preferably contains the first Wnt signaling pathway inhibitor, more preferably the first Wnt signaling pathway inhibitor, the Wnt signaling pathway acting substance, and the TGF ⁇ signaling pathway inhibition. Contains substances.
  • step (3) be performed in the presence of an EGF signaling pathway active substance.
  • An EGF signaling pathway agent is a substance that can enhance a signaling pathway mediated by epidermal growth factor (EGF).
  • EGF signaling pathway activators include EGFR such as EGF, TGF- ⁇ , AR (amphiregulin), EPG, HB-EGF (heparin-binding EGF-like growth factor), BTC (betacellulin), EPR (epiregulin) and the like.
  • EGF proteins are available, for example, from Thermo ⁇ Fisher ⁇ Scientific and PrimeGene.
  • HB-EGF protein is available, for example, from R & D @ Systems.
  • EGF signaling pathway agents preferably include EGF.
  • the concentration of the substance acting on the EGF signal transduction pathway in the medium can be appropriately set within a range where the above-mentioned effects can be achieved.
  • EGF is used as an EGF signal transduction pathway agent, it is generally about 1 pg / ml to about 100 ⁇ g / ml, preferably about 10 pg / ml to about 50 ⁇ g / ml, more preferably about 100 pg / ml to about 10 ⁇ g / ml, and Preferably, a concentration of about 500 pg / ml to about 1 ⁇ g / ml is used, most preferably about 1 ng / ml to about 200 ng / ml.
  • an EGF signaling pathway acting substance other than EGF it is desirable to use an EGF signaling pathway promoting activity equivalent to the above-mentioned concentration of EGF.
  • the above-mentioned substance may be present in at least one step selected from the group consisting of steps (3a) to (3d) in step (3), or may be present in all of steps (3a) to (3d). May be present.
  • the timing of adding the above substances may be simultaneous with the start of step (3a), step (3b), step (3c) or step (3d), or may be different.
  • a more mature cell mass including cells with advanced differentiation can be obtained.
  • Such a culture is also called a mature culture.
  • a serum-free medium is suitably used from the viewpoint of avoiding contamination of chemically undetermined components.
  • the same medium as that used in the steps (1) to (3) can be used.
  • a known medium used for culturing nerve cells or the like for example, a medium (N2B27 medium) in which 0.5% N2 Supplement and 1% B27 Supplement are added to a 1: 1 mixture of DMEM / F-12 medium and Neurobasal medium.
  • a medium (StemPro ⁇ NSC ⁇ SFM medium) obtained by adding StemPro ⁇ NSC ⁇ SFM ⁇ Supplement to Knockout ⁇ DMEM / F-12 medium can also be used.
  • the culture can be continued in the culture vessel used at the start of the suspension culture. Further, the cell mass can be transferred to a new culture vessel, for example, a dish for suspension culture, a flask for suspension culture, or the like, and the culture can be performed.
  • a new culture vessel for example, a dish for suspension culture, a flask for suspension culture, or the like.
  • the step (3) may include a step (3e) of further culturing after the step (3a), the step (3b) or the step (3c). After the step (3d), a step (3e) may be included. By the step (3e), olfactory nerve cells having a more advanced differentiation stage can be obtained.
  • the medium used may be the same as that used in the maturation culture of step (1) to step (3) or step (3).
  • a known medium used for culturing nerve cells or the like for example, a medium (N2B27 medium) in which 0.5% N2 Supplement and 1% B27 Supplement are added to a 1: 1 mixture of DMEM / F-12 medium and Neurobasal medium
  • a medium in which StemPro ⁇ NSC ⁇ SFM ⁇ Supplement is added to Knockout ⁇ DMEM / F-12 medium (StemPro ⁇ NSC ⁇ SFM medium); , CnT-Prime, Epithelial Culture Medium, etc. can also be used.
  • any of the additives used for producing the cell mass in any of the above steps for example, a BMP signaling pathway inhibitor, a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor, a Shh signaling pathway acting substance, a first Wnt signal It is also preferable to add a transmission pathway inhibitor, a Wnt signaling pathway agonist, an FGF signaling pathway agonist, an EGF signaling pathway agonist, or the like.
  • These substances added in step (3e) may be the same or different from the substances used in any of the above steps, but are preferably the same.
  • the concentration and type of the additive can be appropriately adjusted.
  • the additive used in step (3e) is more preferably a BMP signaling pathway inhibitor, a TGF ⁇ signaling pathway inhibitor, a Wnt signaling pathway acting substance, an FGF signaling pathway acting substance and an EGF signaling pathway acting substance. At least one selected from the group consisting of:
  • a substance that acts on the retinoic acid transmission pathway is further present.
  • the retinoic acid transfer pathway acting substance include all-trans retinoic acid, isotretinoin, 9-cis retinoic acid, TTNPB, Ch55, EC19, EC23, Fenretinide, Acitretin, Trifarotene, and Adapalene. These substances may be used alone or in combination.
  • ⁇ Retinoic acid signaling pathway agents preferably include EC23.
  • the concentration of the substance acting on the retinoic acid transmission pathway in the medium is not particularly limited as long as the above-mentioned effect can be achieved. It is about 10 ⁇ M, preferably about 100 pM to about 5 ⁇ M, more preferably about 1 nM to about 1 ⁇ M, and still more preferably about 10 nM to about 500 nM.
  • a retinoic acid transmission pathway active substance other than EC23 it is desirable to use the retinoic acid transmission pathway active substance at a concentration equivalent to the above concentration of EC23.
  • serum is further present in step (3e).
  • the serum is not particularly limited, but serum commonly used in cell culture can be used.
  • the concentration of serum in the medium is not particularly limited as long as the above-mentioned effects can be achieved, but is, for example, about 1% to 20%, and preferably about 3% to about 15%.
  • the cell mass is cultured in a viscous medium containing a thickener from the viewpoint of protecting cells and improving the production efficiency of the olfactory epithelium-like tissue by imitating the physical environment of the living body. Is preferred.
  • Means for imparting viscosity to the culture medium is not particularly limited, but for example, it can be carried out by adding a substance generally known as a thickener at an appropriate concentration to the culture medium. Any thickener that can impart the above-mentioned appropriate viscosity to the medium and does not adversely affect cells (having no cytotoxicity) within a concentration range that can impart the viscosity can be used. Thickeners can also be used.
  • thickener examples include methylcellulose, pectin, guar gum, xanthan gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, gellan gum, dextrin, diutan gum, starch, tara gum, alginic acid, curdlan, sodium casein, carob bean gum, chitin, chitosan, Glucosamine, pullulan, agarose, dietary fiber and chemically modified substances or derivatives thereof, cellulose, polysaccharides such as agarose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylethylcellulose, hydroxypropylethylcellulose , Ethyl hydroxyethyl cellulose, dihydroxypropyl Ethers of polysaccharides such as cellulose, hydroxyethylhydroxypropylcellulose, polyacrylamide, polyethylene oxide, polyvinylpyrroli
  • these thickeners can be used alone or as a mixture of several types of thickeners.
  • a copolymer of a water-soluble polymer used as a thickener may be used.
  • methylcellulose, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, carboxymethylcellulose or a mixture thereof, more preferably methylcellulose can be used.
  • the medium having viscosity has a viscosity of usually 100 mPa ⁇ S or more, preferably 500 mPa ⁇ S or more, more preferably 1000 mPa ⁇ S or more, and still more preferably 2000 mPa ⁇ S or more, under the condition of 37 ° C. which is suitably used as a culture environment. Is used.
  • the concentration of the thickener added to the medium can be appropriately adjusted as long as the viscosity can be imparted and the cell does not have a hindrance to cells.
  • methylcellulose (4000 cP) as a thickener, it is used usually at a concentration of 0.5% to 10%, preferably 1% to 7.5%, and more preferably 2% to 5%.
  • step (3e) it is also preferable to adhere and culture the formed cell aggregate from the viewpoint of suppressing the thinning of the tissue containing the olfactory nerve cells in the formed cell mass and improving the production efficiency of the tissue.
  • a culture device for adhering cells either a flat cell culture dish or a thin-film cell culture device such as Transwell can be used. These cell culture dishes or cell culture equipment may be coated with a basement membrane preparation, an extracellular matrix such as laminin, a synthetic cell adhesion molecule such as poly-D-lysine, etc. in order to promote cell adhesion.
  • the gas-liquid interface culturing method (Air liquid interface culture) refers to culturing under conditions in which at least one surface of a cell or tissue is exposed to the air or is in a very close position.
  • the gas-liquid interface culturing method for example, cells or tissues are cultured on a porous membrane or in a culture insert, the culture solution in the insert (lumen side) is extracted, and the well in the outside of the insert is removed.
  • an oxygen-permeable membrane or plate such as PDMS can be placed on a cell or a tissue to adjust the exposure conditions.
  • the start time of the step (3e) is, for example, within 60 days, preferably within 30 days from the start of the step (3), for example, after 12 hours. And preferably after 96 hours.
  • the culture period in step (3e) can be set as appropriate.
  • the culture period in step (3e) is usually about 8 hours to 200 days, preferably about 1 day to 150 days, more preferably about 2 days to 120 days, and most preferably about 4 days to 100 days.
  • Step (3) may include a step of burying and culturing the cell aggregate in a gel from the viewpoint of promoting maturation of olfactory nerve cells and central nervous system cells.
  • the gel include gels using agarose, methylcellulose, collagen, Matrigel and the like, and it is preferable to use Matrigel.
  • step (3) is performed using a mouse sarcoma-derived basement membrane sample (Matrigel) Is preferably performed in the absence of From the viewpoint of promoting growth of the olfactory epithelium-like tissue, step (3) may be performed in the presence of Matrigel.
  • concentration of the basement membrane sample in the medium is preferably 0.5% or more and 4% or less when Matrigel is used, and more preferably 0.5% or more and 1.5% or less from the viewpoint of experimental operation. is there.
  • the addition time of the basement membrane preparation varies depending on the state of the cell aggregate, but is, for example, 7 days or more after the start of the step (1), and more preferably 9 days or more.
  • the time of addition of the basement membrane preparation is, for example, from the fourth day and after the start of the step (3a), (3b) or (3c), and after the sixth day.
  • a Wnt signaling pathway inhibitor different from the first Wnt signaling pathway inhibitor added in step (3) (also referred to as a second Wnt signaling pathway inhibitor in the present invention) may be present.
  • the mechanism of action of the second Wnt signaling pathway inhibitor is preferably different from that of the first Wnt signaling pathway inhibitor.
  • the second Wnt signaling pathway inhibitor preferably includes a substance having an inhibitory activity on the classical Wnt pathway (canonical-Wnt @ pathway), and more preferably includes a TANK inhibitor.
  • the Wnt signaling pathway active substance is not added in step (1).
  • Substances having an inhibitory activity on the intracellular signaling mechanism of the classical Wnt pathway include, for example, Frizzled inhibitors, Dvl inhibitors, TANK inhibitors, casein kinase 1 inhibitors, catenin-responsive transcription inhibitors, p300 inhibitors, CBP inhibitors Agents, BCL-9 inhibitors.
  • TANK inhibitors include, for example, IWR1-endo (4-[(3aR, 4S, 7R, 7aS) -1,3,3a, 4,7,7a-hexahydro-1,3-dioxo-4,7-methano- 2H-isoindol-2-yl] -N-8-quinolinyl-benzamide), XAV939 (3,5,7,8-tetrahydro-2- [4- (trifluoromethyl) phenyl] -4H-thiopyrano [4,3-d] Pyrimidin-4-one), MN-64 (2- [4- (1-methylethyl) phenyl] -4H-1-benzopyran-4-one), WIKI4 (1-[(1S) -1- (4- Chloro-3-fluorophenyl) -2-hydr xyethyl] -4- [2-[(2-methylpyrazol-3-yl) amino] pyrimidin-4-
  • the TANK inhibitor used as the second Wnt signaling pathway inhibitor preferably contains at least one selected from the group consisting of IWR1-endo, XAV939 and MN-64, and more preferably contains XAV939.
  • the concentration of the second Wnt signaling pathway inhibitor in the medium can be appropriately set within a range in which the above-described effects can be achieved. From the viewpoint of maintaining placode-like tissue and preventing thinning, for example, when XAV939, one of TANK inhibitors, is used as the second Wnt signaling pathway inhibitor, the concentration is usually about 0.01 ⁇ M to about 0.01 ⁇ M. 30 ⁇ M, preferably about 0.1 ⁇ M to about 30 ⁇ M, and more preferably about 0.3 ⁇ M.
  • the second Wnt signaling pathway inhibitor may be added at a stage before the thinning and transdifferentiation of the placode-like tissue on the surface of the cell mass occurs in step (3). It is usually 12 hours or more from the start of the suspension culture of the competent stem cells, usually within 28 days, preferably within 24 days, more preferably within 21 days.
  • the first Wnt signaling pathway inhibitor and the second Wnt signaling pathway inhibitor may be simultaneously present in the medium, or only the second Wnt signaling pathway inhibitor is added to the medium. It may be.
  • the first Wnt signaling pathway inhibitor may be diluted stepwise by adding only the second Wnt signaling pathway inhibitor during half-volume medium exchange.
  • the second Wnt signaling pathway inhibitor may be present in at least one step selected from the group consisting of steps (3a) to (3d) in step (3), or may be present in steps (3a) to (3d). ) May be present in all the steps.
  • the timing of adding the second Wnt signaling pathway inhibitor may be simultaneous with the start of step (3a), step (3b), step (3c) or step (3d), or may be different.
  • TAK1 is a serine threonine protein kinase of the MAPK kinase kinase kinase (MAPKKK) family that mediates signaling activated by TGF ⁇ , bone morphogenetic protein (BMP), interleukin 1 (IL-1), TNF- ⁇ and the like. .
  • the TAK1 inhibitor is not limited as long as it can suppress TAK1-mediated signal transduction. Any of nucleic acids, proteins, and low molecular organic compounds may be used.
  • the substance for example, a substance that inhibits the binding of TAK1 to a substrate, a substance that inhibits phosphorylation of TAK1, a substance that promotes dephosphorylation of TAK1, a substance that inhibits transcription and translation of TAK1, and a substance that promotes degradation of TAK1 And the like.
  • TAK1 inhibitor for example, (5Z) -7-oxoseaenol ((3S, 5Z, 8S, 9S, 11E) -3,4,9,10-tetrahydro-8,9,16-trihydroxy-14-methythoxy-3-methylyl) -1H-2-benzoxycyclotetradecin-1,7 (8H) -dione), N-Des (aminocarbonyl) @ AZ-TAK1 @ inhibitor (3-Amino-5- [4- (4-morpholinylmethyl) phenyl] -2-thiophix) Takeninb (N1- (1-Propyl-1H-benzimidazol-2-yl) -1,3-benzendicarboxamide), NG25 (N- 4-[(4-Ethyl-1-piperazinyl) methyl] -3- (trifluoromethyl) phenyl] -4-methyl-3- (1H-pyrrolo [2,3-b] pyri
  • the TAK1 inhibitor used in the present invention is preferably (5Z) -7-Oxoseaenol.
  • (5Z) -7-Oxoseaenol is used as the TAK1 inhibitor in step (3), it is generally about 1 nM to about 100 ⁇ M, preferably about 10 nM to about 50 ⁇ M, more preferably about 100 nM to about 25 ⁇ M, and still more preferably about 500 nM. Used at a concentration of ⁇ 10 ⁇ M.
  • TAK1 inhibitor other than (5Z) -7-Oxoseaenol it is preferable to use a TAK1 inhibitor having a TAK1 inhibitory activity equivalent to the above concentration of (5Z) -7-Oxoseaenol.
  • step (3) it is also preferable to add a further growth factor to the medium from the viewpoint of suppressing cell death and promoting cell growth.
  • the type of the growth factor to be added is not particularly limited as long as the above object can be achieved.
  • growth factors used for this purpose include insulin-like growth factor (IGF), nerve growth factor (Nerve growth factor), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and brain-derived neurotrophic factor.
  • Neurotrophin 3 Neurotrophin 4/5, Ciliary neurotrophic factor (CNTF), Vascular endothelial growth factor (VEGF), Pigment epithelium-derived factor : PEDF), hepatocyte growth factor (Hepatocyte) growth factor: HGF), and the like.
  • IGF insulin-like growth factor
  • Nema growth factor nerve growth factor
  • BDNF brain-derived neurotrophic factor
  • Neurotrophin 3 Neurotrophin 4/5
  • Ciliary neurotrophic factor CNTF
  • VEGF Vascular endothelial growth factor
  • PEDF Pigment epithelium-
  • a platelet-derived growth factor (PDGF) or other platelet-derived growth factor receptor agonist is added to the medium from the viewpoint of suppressing cell death and promoting cell proliferation. It is also preferred.
  • PDGF has four types of genes, A, B, C, and D, and functions as a ligand by forming a homodimer or a specific combination of AA, AB, BB, CC, and DD.
  • the PDGF receptor has two kinds of genes, ⁇ and ⁇ , and functions as a receptor by forming a homo- or hetero-dimer of a combination of ⁇ , ⁇ , and ⁇ .
  • PDGFR ⁇ is well expressed in non-neural ectoderm containing placode
  • the platelet-derived growth factor receptor agonist used in the present invention preferably has an action on PDGFR ⁇ or PDGFR ⁇ , more preferably PDGFR ⁇ .
  • PDGFR ⁇ including at least one selected from the group consisting of AB, PDGF-BB, PDGF-CC and PDGF-DD, and more preferably at least one selected from the group consisting of PDGF-BB and PDGF-CC.
  • PDGF-AB, PDGF-BB, PDGF-CC, and PDGF-DD are available as recombinant proteins from R & D Systems, GenScript, and the like.
  • step (1), step (2) and / or step (3) it is also preferable to add a compound that promotes differentiation into a placode region from the viewpoint of improving the production efficiency of the olfactory epithelium-like tissue.
  • the compound having the above action include BRL-54443, Phenanthroline, and Parthenolide described in US Pat. No. 2,160,326,491A1.
  • BRL-54443 is used as a compound for promoting differentiation into a placode region, the compound is generally used at a concentration of 10 nM to 100 ⁇ M
  • Phenanthroline when Phenanthroline is used, usually at 10 nM to 100 ⁇ M
  • Parthenolide it is usually used at a concentration of 10 nM to 100 ⁇ M.
  • step (3) it is also preferable to culture in a high oxygen atmosphere from the viewpoint of suppressing cell death and promoting cell growth.
  • the condition of high oxygen in the culture process can be realized by, for example, connecting an oxygen cylinder to an incubator for culturing cells and artificially supplying oxygen.
  • the oxygen concentration for such purpose is usually 25% to 80%, more preferably 30% to 60%.
  • a culture device having high gas exchange efficiency can be used from the viewpoint of increasing the amount of oxygen supplied into the medium for culturing the cell mass.
  • Examples of such culture equipment include a cell culture dish, a Lumox dish with a gas-permeable film on the bottom of the plate (manufactured by Sarstedt Co., Ltd.), VECELL 96 well plate (manufactured by Bethel Co., Ltd.), and the like.
  • cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells can be used to confirm their presence by immunostaining or other specific methods using the same markers as the corresponding cells and tissues existing in the living body, respectively.
  • tissue are not necessarily the same in function, structure, and the like as cells and tissues existing in a living body.
  • olfactory nerve cells contained in the cell mass of the present invention can be stained with the same marker as olfactory nerve cells present in a living body, but the state of gene expression and synaptic connections are not necessarily in vivo. Olfactory nerve cells are not necessarily in the same state.
  • the cell mass in the present invention 1) a non-neuroepithelial tissue part containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, and 2) including a nervous tissue part containing nervous system cells or precursor cells thereof,
  • the nervous system cells or progenitor cells thereof include nervous system cells or progenitor cells constituting the central nervous system, It refers to an aggregate in which at least a part of the surface of the neural tissue is covered with the non-neural epithelial tissue.
  • a cell mass is a population of cells formed artificially and has a certain cell type, cell number, shape and composition.
  • the number of cells constituting the cell mass of the present invention is not particularly limited, but is preferably 30 or more, more preferably 500 or more, from the viewpoint of forming a cell mass composed of a plurality of cell types.
  • the shape of the cell mass of the present invention is not particularly limited, and may be spherical, elliptical, or sheet-like, but is preferably spherical.
  • the cell mass of the present invention can be preferably produced by the above-mentioned production method of the present invention.
  • the cell mass includes a non-neural epithelial tissue part and a neural tissue part. At least a part of the nerve tissue portion is covered with the non-neural epithelium tissue portion.
  • the surface of the nervous tissue is preferably 30% or more, more preferably 60% or more, further preferably 80% or more, and most preferably the whole is covered with the non-neural epithelial tissue.
  • a gap may be formed in at least a part between the non-neural epithelial tissue portion and the neural tissue portion.
  • the non-neural epithelial tissue section contains olfactory nerve cells or olfactory nerve progenitor cells.
  • the nervous tissue part includes nervous system cells constituting the central nervous system or precursor cells thereof, and may include nervous system cells constituting the retina or precursor cells thereof.
  • the cell mass of the present invention includes a non-neuroepithelial tissue part.
  • the non-neuroepithelial tissue portion refers to a tissue having an epithelial structure and not including a neuroepithelial tissue.
  • the epithelial structure refers to a structure in which cells are connected to each other by intercellular connections to form a layer.
  • the layer may be a single layer or a multilayer, but is preferably 2 or more and 5 or less, more preferably 3 or more and 4 or less. Further, a part of the epithelial structure may be a multilayer.
  • the non-neuroepithelial tissue part according to the cell mass of the present invention is preferably 50% to 90%, more preferably 80% to 100%, and most preferably the whole has an epithelial structure. .
  • the non-neuroepithelial tissue portion may include extracellular matrix.
  • the non-neural epithelial tissue section contains olfactory nerve cells or their precursor cells.
  • Olfactory nerve cells or progenitor cells thereof are at least one selected from the group consisting of Tuj1, NCAM, N-Cadherin, and Calretinin, which are markers of neural cells, and EpCAM, E-Cadherin, which are markers of non-neural cells. It can be defined as a cell that simultaneously expresses at least one selected from the group consisting of keratin, and is a transcription factor specifically expressed in olfactory nerve cells or its precursor cells, Ebf1, Ebf2, Ebf3, NeuroD, Lhx2. , Ascl1 is preferably further expressed.
  • Olfactory nerve cells contained in the non-neural epithelial tissue preferably express olfactory receptors, and more preferably receive olfactory information similarly to olfactory nerve cells localized in the olfactory epithelium in a living body, Information can be transmitted to the system.
  • the term olfactory nerve cell precursor cell refers to a cell that becomes an olfactory nerve cell when mature, and also includes a cell capable of differentiating into an olfactory nerve cell.
  • the progenitor cells of the olfactory nerve cells preferably exhibit properties similar to those of neurons present in the olfactory epithelium placode.
  • the cells constituting the non-neuronal epithelial tissue part preferably 1% or more, more preferably 5% or more, even more preferably 10% or more and 50% or less are olfactory nerve cells or precursor cells thereof.
  • the non-neural epithelial tissue portion further includes a basement membrane-like structure, and the basement membrane-like structure is more preferably formed between the non-neural epithelial tissue portion and the nerve tissue portion. It is more preferable that the cells contained in the non-neural epithelial tissue part adhere.
  • the basement membrane-like structure refers to a thin film-like structure composed of an extracellular matrix, and can be determined by laminin immunostaining.
  • the basement membrane-like structure preferably contributes to the maintenance of the structure of the non-neural epithelium, the mechanical separation of the non-neural epithelium and the nerve, and the selective permeation of substances, like the basement membrane in vivo. I do.
  • the non-neural epithelial tissue portion preferably forms a multi-row epithelium or a stratified epithelium, and more preferably forms a multi-row epithelium.
  • Multi-row epithelium is an epithelial structure in which cells form multiple layers on the basal lamina-like structure, but all cells extend their projections and come into contact with the basal lamina-like structure. Is done.
  • the stratified epithelium refers to an epithelial structure in which cells form a plurality of layers on a basement membrane-like structure.
  • a part of the non-neuronal epithelial tissue may form a multi-row epithelium or a stratified epithelium, or the whole may form a multi-row epithelium or a stratified epithelium.
  • the non-neural epithelium tissue portion includes an olfactory epithelium-like tissue, and olfactory nerve cells or their precursor cells are preferably contained in the olfactory epithelium-like tissue.
  • Olfactory epithelium-like tissues include Six1, Sp8, Sox2, Sox3, Dlx5, Emx2, Pax6, Otx2, PDGFR ⁇ , cytokeratin, EpCAM, E-Cadherin and N-Cadherin expressed in the olfactory epithelium or its precursor tissue (olfactory epithelium placode). And expressing a region expressing at least one selected from the group consisting of: Otx2, Sp8, Sox2, EpCAM, E-Cadherin, and cytokeratin.
  • the olfactory epithelium-like tissue preferably further contains at least two kinds of cells selected from the group consisting of supporting cells, basal cells and Bowman's gland cells, and precursor cells thereof, and more preferably contains basal cells or precursor cells thereof.
  • the feeder cell or a precursor cell thereof refers to a cell expressing at least one selected from the group consisting of HIF2 ⁇ , Sox2, Hes1, Hes5, and Six1.
  • the basal cell or its precursor cell refers to a cell expressing at least one selected from the group consisting of p63, Wt1 and Lgr5.
  • Bowman's gland cells or precursor cells thereof refer to cells expressing at least one selected from the group consisting of cytokeratin and Ascl3.
  • the olfactory epithelium-like tissue preferably further contains olfactory nerve sheath cells or precursor cells thereof.
  • Olfactory nerve sheath cells or precursor cells thereof refer to cells expressing at least one selected from the group consisting of S100, Sox10 and vimentin.
  • S100, Sox10 and vimentin As a marker for olfactory nerve sheath cells or precursor cells thereof, for example, Brain Structure and Function 222.4 (2017): 1877-1895. Can also be used.
  • the supporting cells, basal cells, Bowman's gland cells or olfactory nerve sheath cells or precursor cells thereof are preferably the supporting cells, basal cells, Bowman's gland cells or olfactory nerve sheath cells present in the olfactory epithelium or olfactory epithelium placode in vivo. Exhibit the same properties as the precursor cells.
  • the olfactory epithelium-like tissue preferably contains a basement membrane-like structure, and more preferably forms a multi-row epithelial structure or a stratified epithelial structure.
  • the olfactory epithelium-like tissue has a basal surface facing the nerve tissue part and an apical surface located on the opposite side to the basal surface, the basal surface includes olfactory nerve precursor cells and basal cells, and the apical surface is It is preferable to include supporting cells and olfactory nerve cells. It is preferable that the basal plane (or the olfactory nerve progenitor cell) is in contact with the basement membrane, which is a laminin-positive noncellular structure. It is preferred that the cells present on the apical surface express PKC ⁇ .
  • FIG. 1B shows an enlarged view of a non-neuroepithelial tissue portion of one form of the cell mass according to the present invention.
  • the non-neural epithelial tissue portion preferably has a basal surface facing the neural tissue portion, and an apical surface located opposite to the basal surface.
  • On the basal plane there is preferably a precursor cell of the olfactory nerve cell (olfactory nerve precursor cell).
  • the olfactory epithelium-like tissue includes an olfactory epithelium inner part and a peripheral part of the olfactory epithelium provided around the inner part of the olfactory epithelium, and it is preferable that the olfactory epithelium has a lateral-media region.
  • the olfactory epithelium-like tissue may consist of the olfactory epithelium and the olfactory epithelium.
  • the olfactory epithelium inner part refers to a region where cells expressing at least one selected from the group consisting of Sox2, Tuj1, and Ascl1 are located.
  • the peripheral part of the olfactory epithelium refers to a region where cells expressing at least one selected from the group consisting of Pbx, Meis1, Pax6, and ⁇ IVtubulin, preferably Pax6 and Pbx are localized.
  • the non-neuroepithelial tissue portion may include non-neuroepithelial tissue other than the olfactory epithelium-like tissue.
  • the non-neuronal epithelial tissue does not contain olfactory nerve cells or progenitor cells thereof, expresses at least one selected from the group consisting of cytokeratin, E-cadherin and EpCAM, and expresses Ebf1, Ebf2, Ebf3, NeuroD, Lhx2, Ascl1. Refers to a region that is not expressed.
  • the non-neural epithelial tissue preferably comprises respiratory epithelium and corneal cells, and their precursor cells.
  • the cell mass may be such that the entire nerve tissue portion is covered with the non-neural epithelial tissue portion, and the olfactory epithelium-like tissue is formed in a part of the non-neural epithelial tissue portion.
  • the olfactory epithelium-like tissue may include an olfactory epithelium inner part and an olfactory epithelium peripheral part provided around the olfactory epithelium inner part. 60% or more and 80% or less of the surface of the cell mass covered with the non-neuronal epithelial tissue may be the inner part of the olfactory epithelium.
  • the structure, size, positional relationship, and the like of the olfactory epithelium-like tissue and the non-neuronal epithelium are not particularly limited.
  • a gap may be formed between the olfactory epithelium-like tissue and the non-neuroepithelial tissue part.
  • a part of the nervous tissue may be covered with the non-neural epithelial tissue.
  • the cell mass of the present invention includes a nerve tissue part.
  • the nervous tissue section contains nervous system cells or their precursor cells.
  • the nervous system cells or precursor cells thereof include nervous system cells or precursor cells thereof constituting the central nervous system.
  • the nervous system cells or progenitor cells constituting the central nervous system express at least one selected from the group consisting of Pax6, Bf1, Sp8, Sox1, Sox2, Emx2, Tuj1, and N-Cadherin, and express cytokeratin.
  • the cells can be defined as cells that have not been expressed, and preferably express Pax6, Sox2, and Tuj1.
  • the nervous system cells constituting the central nervous system or the precursor cells thereof preferably show nerve cells, glial cells, neural stem cells and the like in the central nervous system in the living body, or the same properties as these precursor cells.
  • the nerve tissue may form an epithelial structure.
  • One form of the cell mass according to the present invention is shown in FIG.
  • the nervous tissue is covered with a non-neural epithelium, and the nervous tissue forms an epithelial structure.
  • the epithelial structure may be formed on a part of the nerve tissue part or may be formed entirely.
  • a gap may be formed in at least a part between the non-neural epithelial tissue portion and the neural tissue portion.
  • Nervous system cells or precursor cells thereof preferably include nervous system cells or progenitor cells constituting the retina.
  • Neural cells or progenitor cells thereof that constitute the retina can be defined as cells expressing at least one selected from the group consisting of Rax, Six3, Chx10, Pax6, Lhx2, and Aldh1a3, and express Rax and Chx10. Is preferred.
  • the nervous system cells constituting the retina or their precursor cells preferably show retinal cells, retinal progenitor cells, retinal-specific nerve cells, or the like in a living body, or properties similar to these progenitor cells.
  • the central nervous system includes the cerebrum.
  • the cerebrum (including cells constituting the cerebrum) refers to a tissue that expresses at least one selected from the group consisting of the Emx family gene, Otx2, Bf1, and Pax6.
  • the cerebrum preferably has a layer structure.
  • the cerebrum preferably contains the olfactory cortex.
  • the olfactory cortex indicates a tissue expressing at least one selected from the group consisting of Tbr1, Ctip2 and FoxP2.
  • the cerebrum preferably contains the basal ganglia or its primordium.
  • the basal ganglia or its primordium refers to a tissue expressing at least one selected from the group consisting of a Dlx family gene, Gsh2, Nkx2.1 and Islet1.
  • the basal ganglia or its primordium is the outer basal ganglia primordium.
  • the outer basal ganglia refers to a tissue expressing at least one selected from the group consisting of Er81 and Islet1.
  • the cerebrum preferably contains the olfactory bulb or its precursor tissue.
  • the olfactory bulb or its precursor tissue refers to a tissue expressing at least one selected from the group consisting of Arx, Tbr1 and Tbx21.
  • the cell mass preferably contains gonadotropin-releasing hormone-positive nerve cells.
  • Gonadotropin-releasing hormone-positive neurons refer to cells expressing gonadotropin-releasing hormone (GnRH) and precursor cells thereof.
  • a bone mass is not usually formed in the cell mass of the present invention, but a bone mass may be contained in the cell mass. It is preferable that the bone tissue, the bone cell or its precursor cell expresses at least one selected from the group consisting of Runx2, Osterix and ATF. Whether or not bone tissue is formed in the formed cell mass can be determined by a method known to those skilled in the art, for example, alizarin red staining, alkaline phosphatase staining, or immunostaining for the bone tissue-specific gene. .
  • the method for detecting cells and tissues contained in the produced cell mass is not particularly limited, but a method that can be easily performed with high reliability and reproducibility is preferable. Examples include optical observation with a microscope, immunostaining using antibodies against each cell or tissue marker, gene expression analysis such as real-time PCR for the marker gene, functional assays using olfactory receptor agonists, mice, rats, etc. And preferably immunostaining using an antibody against the above-mentioned marker.
  • Interpretation of the results of immunostaining can be carried out by a method known to those skilled in the art, such as visual discrimination by those skilled in the art, or quantitative analysis of captured images using image analysis software or the like.
  • the protein nucleic acid enzyme Vol. 54 No. 2 (2009) P185-192, etc. false positives caused by autofluorescence, nonspecific adsorption of secondary antibodies, leakage of fluorescence during multiple staining, etc., must be eliminated.
  • the presence or absence of protein expression was determined according to the method described in Preliminary Experiment 1 described below.
  • the present invention can provide a method for evaluating an olfactory receptor active substance using the above-mentioned "cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof".
  • a method for evaluating an olfactory receptor agonist for example, a step of contacting olfactory nerve cells or olfactory epithelium-like tissue prepared from the cell mass with a test substance, and assaying the effect of the test substance on the cell or the tissue And a method for identifying a specific olfactory receptor that reacts with the compound to be evaluated.
  • One embodiment of the method for evaluating an olfactory receptor agonist according to the present invention is a method for evaluating an olfactory receptor agonist, which includes the following steps (A) to (D).
  • A a step of sorting cells expressing an olfactory receptor from a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof,
  • B a step of bringing the test substance into contact with the sorted cells expressing the olfactory receptor,
  • C a step of identifying cells activated by contact with the test substance;
  • D a step of identifying an olfactory receptor expressed in a cell activated by contact with the test substance.
  • Step (A)> The step of sorting cells expressing an olfactory receptor from a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof will be described.
  • the sorting method in the step (A) can sort the olfactory nerve cells from the cell mass. Should be fine.
  • the sorting method desirably causes less damage to cells and less contamination of unintended cells.
  • One embodiment of the sorting method in the step (A) may include a step of treating the tissue and dispersing it into single cells. Examples of the dispersion method include dispersion by an enzyme treatment using a protease, dispersion by a calcium chelating agent treatment, mechanical dispersion, and the like, and preferably dispersion by an enzyme treatment.
  • the target cells can be purified and sorted using a cell surface marker.
  • the method for sorting cells of interest include fluorescence-activated cell sorting (FACS) using an antibody against an olfactory nerve cell-specific cell surface marker, and magnetic cell separation (MACS).
  • Olfactory nerve cell-specific cell surface markers include, for example, OCAM.
  • proteins, sugar chains, lipids and the like expressed in the cell membrane of olfactory nerve cells can be used as markers with reference to PloS @ one, 10 (1), e0113170 and the like.
  • the sorted cells can be cultured in a medium used for ordinary cell culture. At that time, a growth factor and a cytoprotective agent can be added to suppress cell death.
  • the olfactory epithelium-like tissue can be separated from the cell mass and used for evaluation. From the cell mass described above, the olfactory epithelium-like tissue formed outside the cell mass can be exfoliated and collected using tweezers or the like under microscopic observation. Olfactory epithelium-like tissues are described, for example, in Nature @ communications, 2016,7. As described in (1), the resulting cell mass can be identified as a translucent thin epithelium on the surface layer.
  • a freeze-thaw method preferably a slow freezing method, may be used as a method for collecting the olfactory epithelium-like tissue.
  • the method involves freezing and thawing a cell mass having an olfactory epithelium-like tissue on the outside and a neuroepithelium tissue on the inside, whereby the outer olfactory epithelium-like tissue is detached from the cell mass without physical treatment. .
  • Step (B)> The step of bringing the test substance into contact with the sorted cells or tissues expressing the olfactory receptor will be described.
  • the cells or tissues to be brought into contact with the test substance in the step (B) may be in a floating state or an adhered state, but from the viewpoint of increasing the survival rate of the olfactory nerve cells and facilitating operations such as washing in the subsequent steps.
  • Adherent cells are preferred.
  • a culture device for adhering cells either a flat cell culture dish or a thin-film cell culture device such as Transwell can be used. These cell culture dishes or cell culture equipment may be coated with an extracellular matrix such as laminin or a synthetic matrix such as poly-D-lysine to promote cell adhesion.
  • the test substance used in step (B) can be used as it is or diluted with a solvent.
  • the solvent used for dilution at this time is preferably one that does not affect the test results.
  • physiological saline Phosphate buffered saline (PBS), Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS), DMEM, etc.
  • PBS Phosphate buffered saline
  • HBSS Hanks' Balanced Salt Solution
  • DMEM fetal calf serum
  • DMSO ethanol, mineral oil or the like
  • Culture conditions such as a culture temperature and a CO 2 concentration under the exposure conditions of the test substance in the step (B) can be appropriately set.
  • the culture temperature is, for example, about 30 ° C. to about 40 ° C., preferably about 37 ° C.
  • the CO 2 concentration is, for example, about 1% to about 10%, preferably about 5%.
  • the exposure period of the test substance in the step (B) can be appropriately set. The exposure period is, for example, 30 seconds to 2 days, preferably 1 minute to 1 day.
  • Step (C)> The step of identifying cells activated by contact with a test substance will be described.
  • the method performed in the step (C) is not particularly limited as long as cells activated by contact with the test substance can be identified, but a method that can easily process a large amount of a sample at a low cost at a time is preferable.
  • Examples include a method for detecting a change in membrane potential, a method for detecting a change in gene expression, a method for detecting a change in intracellular ion concentration, and the like.
  • intracellular ions using a calcium indicator such as Fluo4 @ AM This is a method for detecting a change in density.
  • Step (D)> The step of identifying an olfactory receptor expressed in a cell activated by contact with a test substance will be described.
  • the method performed in the step (D) is not limited as long as the olfactory receptor expressed in the activated cells can be identified, but a method that can easily process a large amount of a sample at a low cost at a time is preferable.
  • One example is the single-cell RNA sequencing method.
  • the present invention can provide a kit for evaluating an olfactory receptor active substance or a screening kit for an olfactory receptor for carrying out the above-mentioned “4. Method for using as olfactory receptor active substance evaluation reagent”.
  • the reagent or the kit includes the cell mass of the present invention or the olfactory nerve cells or the olfactory epithelium-like tissue separated from the cell mass in the above-mentioned step (A) and the like, and the above-mentioned steps (B) to (D).
  • Identifying at least one of a reagent, a culture solution, a culture vessel, and an analysis program used for performing, preferably a reagent used as a positive control or a negative control, or a cell activated by contact with a test substance Contains reagents.
  • the kit may further include a document or instruction describing the screening procedure.
  • the present invention provides a method for preparing a cell mass in the same manner as in the above-mentioned “4. Method for using as an olfactory receptor active substance evaluation reagent” or “5. Kit for evaluating olfactory receptor active substance or screening kit for olfactory receptor”.
  • a method and a kit for evaluating neurotoxicity or pharmacological effect by contacting the contained nerve cells or nerve tissue with a test substance can be provided.
  • the present invention can provide a therapeutic agent for a disease based on a disorder of nerve tissue or a disorder of a sensory organ, preferably a disorder of an olfactory system, including the cell mass or cells or tissues contained in the cell mass.
  • Nervous tissue disorders include disorders of the central nervous system, such as spinal cord injury, brain injury, or neurodegenerative diseases. Examples of the brain injury include hemorrhagic stroke, ischemic attack, brain injury due to encephalopathy, traumatic brain injury, brain injury due to cerebral infarction and cerebral hemorrhage, and the like.
  • neurodegenerative diseases include Alzheimer's disease, multiple sclerosis (MS), peripheral neuropathy, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis, Parkinson's disease and the like. These diseases may be diseases of non-human animals.
  • Cells present in the olfactory epithelium include olfactory nerve cells and their precursor cells) have a higher regenerative capacity than cells derived from other nerve tissues, and are therefore excellent as therapeutic agents for nerve damage.
  • the therapeutic agent includes, for example, a cell mass of the present invention or a suspension containing cells or tissues contained in the cell mass, and a graft (carrier for transplant) containing these.
  • the suspension include a liquid in which a cell mass is suspended in artificial tears or physiological saline.
  • the suspension may contain non-neural epithelial cells isolated from the cell mass, or may contain factors promoting cell adhesion, such as extracellular matrix and hyaluronic acid.
  • a method for treating a disease which comprises the step of transplanting the cells or tissues contained in the cell mass of the present invention into a therapeutically effective amount of a subject in need of transplantation.
  • Transplantation of a therapeutically effective cell mass can restore nervous tissue and typically reduce the symptoms associated with the disease.
  • Fluorescence intensity was quantified for discriminating between positive and negative fluorescent immunostained specimens.
  • the fluorescence intensity in the region where no tissue is present is 219, and the numerical value of the region where the fluorescence intensity is visually determined to be positive is 4053.333, which is lower than the above.
  • the value of the positive area was 2043.667. Therefore, as shown by a broken line in the lower graph of FIG. 2, a place showing a value that is 5 times or more higher than the average value of the fluorescence intensity in the region where it is confirmed that no tissue exists in the bright field is defined as positive. It was found that the positive or negative discrimination result of the antigen staining result can be quantitatively determined. In the following experiments, expression was determined to be positive or negative by the same method as the preliminary experiment.
  • a specific maintenance culture operation first, subconfluent human ES cells are washed with PBS, and then subjected to an enzyme treatment using Accumax (manufactured by Innovative Cell Technologies), and then a StemFit medium is added. The cells were peeled off from the surface of the culture dish using a cell scraper, and dispersed into single cells by pipetting. Thereafter, the human ES cells dispersed into single cells were seeded on a plastic culture dish coated with Laminin 511-E8, and a StemFit medium was added in the presence of Y27632 (ROCK inhibitor, 10 ⁇ M, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). For feeder-free culture.
  • Y27632 Y27632
  • the number of seeded cells of human ES cells dispersed into single cells is 1.2 ⁇ 10 4 And One day after seeding, the whole medium was replaced with a StemFit medium containing no Y27632. Thereafter, once every 1 to 2 days, the entire medium was replaced with a StemFit medium containing no Y27632. The cells were cultured for 7 days after seeding until they became subconfluent (to the extent that 60% of the culture area was covered with cells).
  • SB-431542 TGF- ⁇ signal transduction pathway inhibitor, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Inc., final concentration: 5 ⁇ M
  • SAG a substance acting on the Shh signal pathway, manufactured by Enzo Life Sciences, final concentration: 300 nM
  • the serum-free medium contained a 5: 1 mixture of F-12 + Glutamax medium (manufactured by Thermo Fisher Scientific) and IMDM + Glutamax medium (manufactured by Thermo Fisher Scientific) in a 5% by volume mixture of a 1% by volume of a mixture of 1: 1 of a ratio of a 1: 1 mixture of a thermo-chemical and a 1% by volume of a mixture of 1: 1 and 2: 1.
  • Y27632 final concentration: 20 ⁇ M
  • IWP-2 first Wnt signaling pathway inhibitor, manufactured by Tocris Bioscience
  • SB-431542 TGF signal transduction pathway inhibitor, Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 1 ⁇ M final concentration
  • a serum-free medium not containing Y27632 but containing IWP-2 and SB-431542 (abbreviated as SB431) was added at 100 ⁇ l per well. Then, on days 6, 10, 13, 17, 21, and 24 after the start of the suspension culture, half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing I276-2 and SB-431542 without Y27632.
  • the cell aggregate on the 28th day after the start of the suspension culture was collected in a culture tube using a 200 ⁇ l tip having a large tip diameter, washed twice with PBS, and then washed with 4% paraformaldehyde / phosphate buffer (Fuji Film (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for 15 minutes at room temperature. After the fixed cell aggregates were washed three times with PBS, they were immersed in 20% sucrose / PBS at 4 ° C. overnight to perform cryoprotection treatment. The aggregate after the cryoprotection treatment was transferred to Cryomold ⁇ No.
  • the secondary antibody was diluted with a buffer solution mixed with / TBS at a volume ratio of 1:19, and the diluted solution was added to 300 ⁇ l of frozen sections per slide glass and reacted at room temperature for 1 hour.
  • the frozen section after the secondary antibody treatment was washed three times with 0.05% @ Tween-20 / TBS for 10 minutes at room temperature, then the frozen section was washed once with pure water, and then NEO cover glass ( Frozen sections were enclosed using Matsunami Glass Co., Ltd.) and 30 ⁇ l of Prolong Diamond (manufactured by Thermo Fisher Scientific) per slide glass.
  • Examples of the primary antibody include an anti-Dlx5 antibody that stains placode and cells of the central nervous system, an anti-Sox1 antibody that stains cells of the central nervous system, and a pancreatic antibody that stains non-neural tissues containing placode, as shown in Table 1.
  • a cytokeratin (PanCK) antibody and an anti-Tuj1 antibody that stains nerve cells were used. Multiplex staining was performed using the Alexa488-labeled donkey anti-rabbit antibody, CF555-labeled donkey anti-goat antibody, CF555-labeled donkey anti-mouse antibody, and Alexa647-labeled donkey anti-mouse antibody shown in Table 2 as the fluorescent-labeled secondary antibody. For counterstaining, 1 ⁇ g / ml Hoechst 33342 (Sigma-Aldrich) was added to the secondary antibody diluent.
  • the staining results are shown in FIG.
  • the cell aggregates contained cells of the central nervous system expressing Sox1 and Dlx5 (B, C in FIG. 3).
  • no pancytokeratin-positive tissue could be confirmed on the surface of the cell aggregate, and since the cell aggregate was Tuj1-positive, a cell aggregate consisting of only cells of the central nervous system, excluding non-neuronal epithelial tissue, was obtained. It was found that it was formed (D, F in FIG. 3).
  • FIG. 3H shows a schematic diagram of the cell aggregate assumed from the staining results.
  • step (2) Preparation of cell aggregate containing neural tissue and non-neural epithelial tissue
  • step (2) Preparation of cell aggregate containing neural tissue and non-neural epithelial tissue
  • a step (step (2)) of culturing in the presence of a substance acting on the BMP signaling pathway was added to Comparative Experiment 1, and a cell aggregate was prepared according to the procedure shown in the upper part of FIG.
  • human ES cells KhES-1 strain
  • step (a) were subjected to maintenance culture and step (a) in the same manner as in Comparative Experiment 1, and then Y27632 (final concentration 20 ⁇ M), IWP-2 (final concentration 2 ⁇ M) and SB Suspension culture was started in the presence of -431542 (final concentration: 1 ⁇ M) (day 0 after the start of suspension culture, step (1) started).
  • step ( 2) On day 2 after the start of the suspension culture, 100 ⁇ l of a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542 and BMP4 (a substance acting on a BMP signal transduction pathway, manufactured by R & D Systems Inc.) was added per well without Y27632 (step ( 2) Start). BMP4 was added at 3 nM to the medium to be added so that the final concentration in the well was 1.5 nM. Thereafter, on days 6, 10, 13, 17, 21, and 24 after the start of the suspension culture, half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium not containing Y27632 and BMP4 but containing IWP-2 and SB-431542.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Fluorescent immunostaining was performed on the cell aggregate 28 days after the start of the suspension culture in the same manner as in Comparative Experiment 1.
  • the primary antibody include an anti-Tuj1 antibody that stains nerve cells, an anti-Sox2 antibody that stains placode and the central nervous system, an anti-PanCK antibody that stains non-neural epithelial tissue containing placode, and an anti-tumor antibody described in Table 1.
  • Alexa488-labeled donkey anti-rabbit antibody CF555-labeled donkey anti-mouse antibody, CF555-labeled donkey anti-goat antibody, Alexa647-labeled donkey anti-mouse antibody, and Alexa647-labeled donkey anti-goat antibody shown in Table 2 were used as the fluorescent-labeled secondary antibodies. Multiple staining was performed, and Hoechst 33342 was used for counterstaining of nuclei.
  • the staining results are shown in FIGS.
  • the inside of the cell aggregate produced on the 28th day after the start of the suspension culture produced by the above-described culture method is Tuj1, N-Cadherin, Pax6, Chx10-positive neural retina epithelial tissue (B, H, K, L in FIG. 4). ),
  • the outer side was found to be EpCAM, Six1, pancytokeratin-positive cornea or non-neuroepithelial tissue of the ocular surface ectoderm (FIGS. 4, J, F, D).
  • a part of the non-neuroepithelial tissue is thickened, and the thickened part is positive for C-Maf, Sox1, Prox1, and Crystallineli ⁇ A (O to U in FIG.
  • Example 1 Preparation of Cell Mass Containing Olfactory Nerve Cell or Its Progenitor Cell from ES Cell
  • a cell mass was prepared according to the procedure shown in the upper part of FIG. 6 by adding a step (3b) of culturing in the presence of a BMP signaling pathway inhibitor to Comparative Experiment 2.
  • cell aggregates were observed on day 13 from the start of suspension culture.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Fluorescent immunostaining of the cell aggregate on the 13th day after the start of suspension culture was performed in the same manner as in Comparative Experiment 1.
  • the primary antibody include anti-Dlx5 antibody, anti-Six1 antibody, anti-pan-cytokeratin (PanCK) antibody and anti-E-Cadherin antibody, placode and neuroepithelium described in Table 1 for staining placode and non-neuroepithelial tissue.
  • Anti-N-cadherin antibody for staining tissue anti-sox1, anti-sox2, anti-sox3, anti-pax6 and anti-sp8 antibodies for staining placode and nervous system cells, anti-staining for ectoderm early in embryonic development
  • An AP2 ⁇ antibody and an anti-Otx2 antibody for staining the anterior region of the embryo were used. Multiple staining was performed using the antibody described in Comparative Experiment 2 as a fluorescent-labeled secondary antibody, and Hoechst 33342 was used for counterstaining of nuclei. The determination of positive or negative staining results was performed in the same manner as in Preliminary Experiment 1.
  • the staining results are shown in FIGS.
  • the inside of the cell aggregate 13 days after the start of the suspension culture induced by the above differentiation induction method is a tissue composed of Sox1, Sox2, Sox3, Sp8, N-cadherin-positive central nervous system cells or precursor cells thereof. Yes, the outside was found to be Dlx5, Pax6, AP2 ⁇ , Six1, Sp8, Sox2, Sox3, pancytokeratin, E-Cadherin, N-Cadherin positive non-neural epithelial tissue or placode (B to B in FIG. 6). L, M to R in FIG. 7).
  • Experiment 2 Preparation of Cell Mass Containing Olfactory Nerve Cell or Its Progenitor Cell from ES Cell
  • the same experimental operation as in Experiment 1 was performed, and as shown in the upper part of FIG. 8, the culture period was extended from Experiment 1, and a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells was produced.
  • Steps (a) (1) and (2) in the same manner as in Experiment 1, YWP32, SB-431542, and K02288 were not contained on day 3 after the start of suspension culture without Y27632 and BMP4.
  • a half-volume medium was exchanged using the serum-free medium containing the medium (start of step (3b)). Thereafter, on days 6, 10, 13, 17, 21, and 24 after the start of the suspension culture, half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing I276-2, SB-431542, and K02288 without Y27632 and BMP. .
  • the primary antibody examples include an anti-Dlx5 antibody, an anti-Six1 antibody, an anti-pan cytokeratin (PanCK) antibody, an anti-E-Cadherin antibody and an anti-Otx2 antibody described in Table 1 for staining the olfactory epithelium placode, Anti-Pax6 antibody and Pbx1 / 2/3/4, anti-N-Cadherin antibody, anti-Sox2 antibody, anti-Sp8 antibody and anti-Emx2 antibody for staining olfactory epithelium placode and cells of the central nervous system, olfactory nerve cells and An anti-Ebf1 antibody that stains the precursor cells, an anti-NCAM antibody, an anti-Calretinin antibody and an anti-NeuroD antibody, an anti-Bf1 antibody that stains cells of the
  • the staining results are shown in FIGS. 8 and 9.
  • the outside is E-Cadherin, N-Cadherin, pancytokeratin, Sox2, Six1, Dlx5, Sp8, Pax6, Otx2-positive, placode-like (olfactory epithelium-like tissue) non-neural epithelial tissue
  • the inner part is a nervous system part containing the E-cadherin, pan-cytokeratin-negative and N-cadherin, Sox2, Sp8, Bf1, Emx2, Tuj1-positive central nervous system (cerebrum) or a neural tissue part containing its precursor cells. A certain cell mass was formed.
  • olfactory epithelium-like tissue Some cells in the outer placode-like epithelial tissue (olfactory epithelium-like tissue) were Lhx2, Ebf2, Tuj1, NCAM, Calretinin-positive olfactory nerve cells or immature precursor cells thereof. A Pax6-positive margin of the olfactory epithelium was formed outside the cell mass. In addition, NeuroD-positive cells were found on the basal plane of the olfactory epithelium-like tissue (FIGS. 8B-M, 9N-AI). As described above, pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the obtained cell aggregates were cultured in the presence of a BMP signaling pathway agent, and then BMP signaling was further performed.
  • pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the obtained cell aggregates were cultured in the presence of a BMP signaling pathway agent, and
  • the nervous system contains 1) a non-neural epithelial tissue portion containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, and 2) a nerve tissue portion containing nervous system cells or precursor cells thereof. It has been found that the cells or their progenitors include nervous system cells or their progenitors constituting the central nervous system and can produce a cell mass in which at least a part of the surface of the nervous tissue is covered with the non-neuroepithelial tissue.
  • the non-neural epithelial tissue portion included an olfactory epithelium-like tissue in which olfactory nerve cells or precursor cells thereof were present, and the olfactory epithelium-like tissue included an inner portion of the olfactory epithelium and a peripheral portion of the olfactory epithelium.
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of the cell mass formed by the above-described production method.
  • step (1) and step (2) using the human iPS cells maintained and cultured
  • step (3) and step (2) using the human iPS cells maintained and cultured
  • step (3) and step (2) were not contained.
  • Half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2 and Heparin @ Sodium (starting of step (3a)).
  • FGF2 a substance acting on the FGF signal pathway, manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • Heparin @ Sodium manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • the concentration was adjusted to 20 ng / ml and 10 ⁇ g / ml. Thereafter, on days 6, 10, 13, and 17 after the start of the suspension culture, half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, and Heparin @ Sodium without containing Y27632 and BMP4.
  • the staining results are shown in FIGS.
  • the outside was E-Cadherin, N-Cadherin, pancytokeratin, EpCAM, Sox2, Six1, and Sp8-positive placode-like (olfactory epithelium-like tissue) non-neuroepithelial tissue
  • the inside was A cell mass was formed as a neuroepithelial tissue of the neural retina of E-Cadherin, pan-cytokeratin, EpCAM-negative and N-Cadherin, NCAM, Tuj1, Chx10-positive. It was found that the tissue in the anterior region of the embryo was formed from the positiveness of Otx2.
  • the pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the obtained cell aggregate was cultured in the presence of the BMP signaling pathway acting substance.
  • the nervous system contains 1) a non-neural epithelial tissue portion containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof, and 2) a nerve tissue portion containing nervous system cells or precursor cells thereof.
  • the cells or precursor cells thereof include nervous system cells constituting the central nervous system or precursor cells thereof, and a cell mass in which at least a part of the surface of a nerve tissue portion is covered with the non-neural epithelial tissue portion can be produced. Do you get it. In addition, it was found that the nervous tissue part inside the cell mass forms an epithelial structure, and the nervous system cells or their precursor cells include cells constituting the retina.
  • a schematic diagram of the cell mass formed by the above production method is shown in AA of FIG.
  • Experiment 4 Preparation of Cell Mass Containing Olfactory Nerve Cells or Its Progenitor Cells from Human iPS Cells
  • the step (3) after the step (3a) of culturing in the presence of the FGF signaling pathway acting substance, the FGF signaling pathway acting substance and the BMP signaling pathway
  • the step (3c) of culturing in the presence of the inhibitor was performed to prepare a cell mass containing olfactory nerve cells or precursor cells thereof.
  • the culture period was 28 days. Operations similar to those in Experiment 3 were performed except for the operations particularly indicated.
  • step (1) and step (2) using the human iPS cells maintained and cultured
  • step (3) and step (2) using the human iPS cells maintained and cultured
  • step (3) and step (2) were not contained.
  • Half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2 and Heparin @ Sodium (starting of step (3a)).
  • FGF2 and Heparin @ Sodium were added to the medium to be added at 40 ng / ml and 20 ⁇ g / ml, respectively, so that the final concentrations in the wells were 20 ng / ml and 10 ⁇ g / ml.
  • half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium not containing Y27632 and BMP4 but containing IWP-2, SB-431542, FGF2, and Heparin @ Sodium. Further, on the 13th day after the start of the suspension culture, the culture was started in a medium containing 1 ⁇ M final concentration of K02288 in addition to the above substances (step (3c) start), and on days 17, 21, and 24, IWP-2, SB-431542, A half volume medium exchange was performed with a medium containing FGF2, Heparin @ Sodium and K02288.
  • the staining results are shown in FIGS.
  • the outside is E-Cadherin, N-Cadherin, pancytokeratin, EpCAM, Sox2, Six1, and Sp8-positive placode-like (olfactory epithelium-like tissue) non-neural epithelial tissue
  • the inside is A cell mass was formed as a neuroepithelial tissue of the neural retina of E-Cadherin, pan-cytokeratin, EpCAM-negative and N-Cadherin, NCAM, Tuj1, Chx10-positive.
  • some cells in the outer placode-like epithelial tissue were NeuroD1, Ebf2, Tuj1, NCAM-positive olfactory nerve cells or immature precursor cells thereof (FIGS. 13B to 13M). 14N-U).
  • the pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the obtained cell aggregate was cultured for a certain period of time in the presence of the BMP signaling pathway active substance.
  • a transduction pathway agent By culturing in the presence of a transduction pathway agent, and further culturing in the presence of an FGF signal transduction pathway agent and a BMP signal transduction pathway inhibitor, the same cell mass as in Experiment 3 could be produced.
  • the nervous system cells or their precursor cells inside the cell mass formed the neuroepithelial tissue of the neural retina. Furthermore, as compared with Experiment 3, the culture was performed in the presence of both the FGF signaling pathway active substance and the BMP signaling pathway inhibitor from day 13 of the suspension culture, whereby the presence of only the FGF signaling pathway active substance was achieved. It was found that the non-neuroepithelial tissue portion containing the olfactory nerve cells or the precursor cells thereof was formed more stably than when cultured in. A schematic diagram of the cell mass formed by the above production method is shown in FIG.
  • Experiment 5 Production of Cell Mass Containing Olfactory Nerve Cells or Its Progenitor Cells from Human iPS Cells
  • a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells from human iPS cells was added to the conditions of Experiment 4 by further adding an EGF signaling pathway active substance in step (3c).
  • step (3c) was prepared. Operations similar to those in Experiment 3 were performed except for the operations particularly indicated.
  • Step (a) after performing the step (a) using the maintenance-cultured human iPS cells, the cells are seeded on a non-cell-adherent 96-well culture plate (PrimeSurface @ 96V bottom plate), and then subjected to the step (1). ), Step (2) and step (3a), on the 13th day after the start of the suspension culture, K02288 was added to the above substance at a final concentration of 1 ⁇ M, and human recombinant EGF (EGF signaling pathway activator, PrimeGene) was added.
  • EGF EGF signaling pathway activator, PrimeGene
  • a final concentration of 20 ng / ml was added (start of step (3c)), and on days 17, 21, and 24, half-volume medium exchange was performed with a medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, Heparin @ Sodium, K02288, and EGF. .
  • the staining results are shown in FIGS.
  • the outside is E-Cadherin, N-Cadherin, pancytokeratin, EpCAM, Sox2, Six1, and Sp8-positive placode-like (olfactory epithelium-like tissue) non-neural epithelial tissue
  • the inside is A cell mass was formed as a neuroepithelial tissue of the neural retina of E-Cadherin, pan-cytokeratin, EpCAM-negative and N-Cadherin, NCAM, Tuj1, Chx10-positive.
  • Some cells in the outer placode-like epithelial tissue were NeuroD1, Ebf2, Tuj1, NCAM-positive olfactory nerve cells or their immature precursor cells (FIGS. 15B-M). 16N-U).
  • the pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the obtained cell aggregate was cultured in the presence of the BMP signaling pathway acting substance.
  • the same cell mass as in Experiment 3 was obtained.
  • the nervous system cells or the progenitor cells inside the cell mass formed the neuroepithelial tissue of the neural retina.
  • the culture in the presence of an EGF signal transduction pathway active substance in addition to an FGF signal transduction pathway active substance and a BMP signal transduction pathway inhibitor from the 13th day of the suspension culture was started, whereby FGF signal transduction was performed. It was found that a non-neural epithelial tissue portion containing olfactory nerve cells or their precursor cells was formed more stably than when cultured in the presence of only a pathway agent.
  • step (3c) is performed from the beginning as step (3), EGF is added in the middle of step (3c), and then as a second Wnt signaling pathway inhibitor.
  • Culture was performed in the presence of XAV939 to produce a cell mass containing olfactory nerve cells or their precursor cells. Operations similar to those in Experiment 3 were performed except for the operations particularly indicated.
  • step (1) and the step (2) using the human iPS cells maintained and cultured, three days after the start of the suspension culture, Y27632 and BMP4 were not contained, A half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, Heparin @ Sodium and K02288 (start of step (3c)). FGF2 and Heparin @ Sodium and K02288 were used to give final concentrations in the wells of 20 ng / ml, 10 ⁇ g / ml and 1 ⁇ M.
  • Non-neuroepithelial tissue part a cell mass in which the inner part of the neuroepithelial tissue of E-Cadherin, pan-cytokeratin, EpCAM negative and N-Cadherin, NCAM, Tuj1, Chx10 positive neural retina is formed was done.
  • the olfactory epithelium-like tissue on the outside of the cell mass had a PKC ⁇ -positive apical surface on the outside, and a Laminin-positive basal surface on the inside, and had apical-basal surface polarity.
  • Some cells in the outer placode-like epithelial tissue were Lhx2, NeuroD1, Ebf2, Tuj1, Calretinin and NCAM-positive olfactory nerve cells or immature precursor cells thereof. (FIGS. 17B-M, 18N-AE, 19AF-AJ).
  • pluripotent stem cells were cultured in suspension in the presence of the first Wnt signaling pathway inhibitor, and the obtained cell aggregates were cultured in the presence of a BMP signaling pathway agent, and then FGF By culturing in the presence of a signal transduction pathway agent and a BMP signal transduction pathway inhibitor, and adding an EGF signal transduction pathway agent and a second Wnt signaling pathway material, the same cell mass as in Experiment 3 was obtained. It turns out that it can be manufactured. In addition, it was found that the nervous system cells or the progenitor cells inside the cell mass formed the neuroepithelial tissue of the neural retina.
  • Experiment 7 Examination of addition concentration of BMP signaling pathway acting substance in production of cell mass
  • the production efficiency of the cell mass was examined based on the concentration of the substance acting on the BMP signaling pathway in step (2).
  • the same experimental operation as in Experiment 2 (see the upper part of FIG. 8) was performed, and in step (2), the concentrations of BMP4 in the medium were 0.025 nM, 0.1 nM, 0.25 nM, 0.5 nM, 1.5 nM, The conditions were 5 nM and no addition control.
  • the concentration of BMP4 to be added in the step (2) is preferably 0.5 nM or more in the efficient production of the cell mass including the non-neural epithelial tissue portion including the olfactory nerve cells or the precursor cells thereof.
  • Experiment 8 Examination of pretreatment before starting differentiation induction in production of cell mass
  • the production efficiency of the cell mass was examined using human iPS cells depending on the presence or absence of the pretreatment step (a).
  • the experiment was performed in accordance with the procedure shown in the upper part of FIG.
  • Step (1) Twenty-four hours after the start of step (a), suspension culture was started in the same manner as in Experiment 1 in the presence of Y27632 (final concentration: 20 ⁇ M), SB-431542 (final concentration: 1 ⁇ M) and IWP-2 (final concentration: 2 ⁇ M).
  • Step (1) On the second day after the start of the suspension culture, half of the medium was replaced with a medium not containing Y27632 but containing IWP-2, SB-431542 and BMP4 (1.5 nM final concentration) (Step (1)). 2) Start).
  • half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium not containing Y27632 and BMP4 but containing IWP-2, SB-431542, FGF2, Heparin @ Sodium and K02288.
  • IWP-2 (manufactured by Tocris Bioscience, final concentration 2 ⁇ M), IWP-3 (manufactured by Cayman Chemicals, final concentration 2 ⁇ M), IWP-4 (manufactured by Cayman Chemicals, final concentration 2 ⁇ M) ), Wnt @ C-59 (manufactured by Cayman Chemicals, final concentration 20 nM), and KY02111 (manufactured by Cayman Chemicals, final concentration 1 ⁇ M) were used.
  • DMSO was added as a control without addition of the first Wnt signaling pathway inhibitor.
  • K02288, FGF2, Heparin @ Sodium, and EGF were adjusted to have final concentrations of 10 ⁇ M, 20 ng / ml, 10 ⁇ g / ml and 20 ng / ml in the wells.
  • Y27632 and BMP4 were not included, and the first Wnt signaling pathway inhibitor and SB-431542, K02288, FGF2, Heparin @ Sodium and EGF were not included.
  • a half volume medium exchange was performed using a serum medium.
  • Experiment 10 Production of cell mass using three-dimensional incubator
  • human iPS cells were cultured in a culture container different from that of Experiment 5, and on day 4 after the start of suspension culture, BMP signaling pathway inhibitor was washed to produce a cell mass. The experiment was performed in accordance with the procedure shown in the upper part of FIG.
  • the human iPS cells dispersed in a single cell are transferred to a non-cell-adherent 96-well three-dimensional incubator (Prime Surface 96).
  • a non-cell-adherent 96-well three-dimensional incubator (Prime Surface 96).
  • MS-9096S manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
  • the cells were suspended in 100 ⁇ l of a serum-free medium at 1 ⁇ 10 4 cells per well, followed by suspension culture at 37 ° C. and 5% CO 2 . .
  • step (2) start On the second day after the start of the suspension culture, 19.2 ml of a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542 and BMP4 without Y27632 was added per plate (step (2) start). BMP4 was added at 2.25 nM to the medium to be added so that the final concentration in the medium was 1.5 nM.
  • Y27632 and BMP4 were not contained, but IWP-2, SB-431542, K02288 (final concentration 10 ⁇ M), FGF2 (final concentration 20 ng / ml), EGF (final concentration 20 ng / ml) and Heparin @ Sodium Using a serum-free medium containing (final concentration of 10 ⁇ g / ml), half-volume medium exchange was performed (step (3c) start). K02288, FGF2, EGF and Heparin @ Sodium were added at twice the concentration to the medium to be added, so that the final concentration in the wells was as described.
  • the medium in the plate was removed by aspiration with a pipette, and a washing operation was performed three times with 15 ml of a 1: 1 mixture of IMDM and F-12. Further, Y27632, BMP4, and K02288 were washed. Was added, 30 ml of a medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, EGF and Heparin @ Sodium was added, and K02288 in the plate was removed as much as possible (step (3d) start).
  • half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium not containing Y27632, BMP4 and K02288, but containing IWP-2, SB-431542, FGF2, EGF, and Heparin @ Sodium.
  • the human iPS cells dispersed in a single cell are transferred to a non-cell-adherent 96-well three-dimensional incubator (PrimeSurface 96 slit well plate, MS -9096S, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) and suspended in 100 ⁇ l of serum-free medium at 1 ⁇ 10 4 cells per well, followed by suspension culture at 37 ° C. and 5% CO 2 .
  • a non-cell-adherent 96-well three-dimensional incubator PriormeSurface 96 slit well plate, MS -9096S, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
  • step ( 2) Start 100 ⁇ l of a serum-free medium containing I276-2, SB-431542, and BMP4 without Y27632 was added per well (step ( 2) Start). BMP4 was added at 3 nM to the medium to be added so that the final concentration in the well was 1.5 nM.
  • a half-volume medium exchange was performed using a serum-free medium containing SB-431542, K02288, FGF2, Heparin @ Sodium, and EGF without Y27632 and BMP4 (step (3c)).
  • K02288, FGF2, Heparin @ Sodium and EGF were added to the added medium at 20 ⁇ M, 40 ng / ml, 20 ⁇ g / ml and 40 ng / ml, respectively, and the final concentrations in the wells were 10 ⁇ M, 20 ng / ml, 10 ⁇ g / ml and 20 ng / ml. I made it.
  • the step (2) is started by adding a substance acting on the BMP signaling pathway within 96 hours after the start of suspension culture. It was found that it is more preferable to add a substance acting on the BMP signaling pathway within 24 hours to 72 hours after the start of the free culture.
  • the human iPS cells dispersed in a single cell are transferred to a non-cell-adherent 96-well three-dimensional incubator (PrimeSurface 96 slit well plate, MS -9096S, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) and suspended in 100 ⁇ l of serum-free medium at 1 ⁇ 10 4 cells per well, followed by suspension culture at 37 ° C. and 5% CO 2 .
  • a non-cell-adherent 96-well three-dimensional incubator PriormeSurface 96 slit well plate, MS -9096S, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
  • Experiment 13 Analysis of genes expressed in living olfactory epithelium
  • a coronal section of the head including the olfactory epithelium was prepared from embryonic day 14.5 rat embryos, immunostained, and compared with the olfactory epithelium produced by the production method described in the present application.
  • Embryos in the uterus were collected from 14.5 day pregnant rats, washed with PBS, and fixed with 4% paraformaldehyde / phosphate buffer (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for 1 hour at room temperature.
  • a frozen section having a thickness of 10 ⁇ m was prepared using a Leica CM1950 cryostat (manufactured by Leica) and attached to a platinum pro-coated slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd.).
  • the secondary antibody was diluted with a buffer mixed with / TBS at a ratio of 1:19, and the diluted solution was added to frozen sections of 300 ⁇ l per slide glass, and reacted at room temperature for 1 hour.
  • the frozen section after the secondary antibody treatment was washed three times with 0.05% @ Tween-20 / TBS for 10 minutes at room temperature, then the frozen section was washed once with pure water, and then NEO cover glass ( Frozen sections were enclosed using Matsunami Glass Co., Ltd.) and 30 ⁇ l of Prolong Diamond (manufactured by Thermo Fisher Scientific) per slide glass.
  • the staining results are shown in FIG.
  • the olfactory epithelium of the living body was found to be cytokeratin, EpCAM, ⁇ -Catenin and E-Cadherin positive non-neuronal epithelium, and at the same time Ebf1, Ebf2 and Tuj1 positive olfactory nerve cells were present. Furthermore, placode marker genes in the anterior region of the embryo, such as Otx2, Dlx5, and Sox2, were expressed.
  • the surface of the olfactory epithelium was a PKC ⁇ -positive apical surface, the inside was a Laminin-positive basal surface, and it was found that the apical-basal axis had polarity.
  • the tissue in the cell mass containing the olfactory nerve cells or progenitor cells produced by the method described in the present application succeeded in reproducing a structure very similar to the olfactory epithelium of a living body. I knew it was.
  • IWP-2 which is a Wnt signaling pathway inhibitor and CHIR99021 which is a Wnt signaling pathway activator are used in combination
  • ⁇ -catenin-dependent Wnt-Canonical @ Pathway is activated and ⁇ -catenin-independent Wnt-non -Canonical @ Pathway is inhibited.
  • the concentration and the time of addition of K02288 were adjusted for the human iPS cell line HC-6 # 10, and 2 ⁇ M was added to the medium to be added on day 6 after the start of suspension culture, so that the final concentration in the well was 1 ⁇ M. did.
  • the medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, CHIR99021 and K02288 was replaced with a medium in which EGF was added twice so that the final concentration became 20 ng / ml. Was.
  • the medium was replaced with a medium containing IWP-2, SB-431542, FGF, CHIR99021, K02288, and EGF, and the cells were cultured until the 21st day after the start of the suspension culture.
  • the obtained cell mass was observed in a bright field using an inverted microscope.
  • Y27632 final concentration 20 ⁇ M
  • IWP-2 final concentration 2 ⁇ M
  • SB-431542 final concentration 1 ⁇ M
  • CHIR99021 final concentration 300 nM
  • a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, Heparin @ Sodium, CHIR99021, K02288 and 5z-7-oxoseanol was used without Y27632 and BMP4.
  • the medium was exchanged for a half amount (step (3c) start).
  • EGF was added to the medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, Heparin @ Sodium, CHIR99021, K02288, and 5z-7-oxozeaenolol in a double amount so that the final concentration was 20 ng / ml.
  • the medium was replaced with a half volume medium.
  • half-volume medium exchange was performed with a medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, Heparin @ Sodium, CHIR99021, K02288, 5z-7-oxoseaenol and EGF, and until the 21st day after the start of the suspension culture. Cultured. On the 21st day after the start of the suspension culture, the obtained cell mass was observed in a bright field using an inverted microscope.
  • the cell mass 21 days after the start of the suspension culture induced by the above differentiation induction method from the human iPS cell line HC-6 # 10 is more efficient than the cell mass produced without adding the TAK1 inhibitor.
  • An olfactory epithelium-like tissue was formed on the surface of (A, B in FIG. 29). From these results, in step (3), in addition to the TGF- ⁇ receptor inhibitor and the BMP receptor inhibitor, the TGF- ⁇ receptor and TAK1, which is an intracellular signaling factor downstream of the BMP receptor, are inhibited. As a result, it was found that induction of differentiation into placode and olfactory epithelium-like tissue occurred more efficiently.
  • Example 16 Production of cell mass in viscous medium and maturation culture of cell mass in the same medium
  • the cell mass was mature-cultured in a viscous medium.
  • a viscous medium was prepared. Specifically, 3 g of methylcellulose (manufactured by Sigma Aldrich, viscosity: 4000 cP, M0512) was weighed and sterilized by an autoclave in a 500 ml wide-mouthed medium bottle containing a stirrer, and then 100 ml of a medium was added.
  • the viscous medium prepared by the above method was applied to a gas-permeable film bottom 6 cm dish (lumox dish, 94.6077.333, Sarstedt) using a positive displacement type pipette (Microman M1000, Gilson). 8 ml was added and equilibrated in a CO 2 incubator. Thereafter, the cell mass on day 21 of culture prepared by the method described in Experiment 15 was collected from the 96-well plate into a 15 ml tube, washed once with 5% KSR gfCDM medium, and then suspended with 5% KSR gfCDM medium. Transferred to a 6 cm dish for culture.
  • cell clumps in the dish were collected using a wide-mouth pipette tip, and discharged one by one into a dish containing a viscous medium together with 8 ⁇ l of the medium.
  • the number of cell clumps per 6 cm dish was 24.
  • the dish to which the cell mass had been transferred was returned to the CO 2 incubator and cultured (starting the step (3e)).
  • 500 ⁇ l of 5% KSR gfCDM containing 400 ng / ml FGF-TS and 400 ng / ml EGF was dripped so as to be uniform.
  • bright field observation was performed using an inverted microscope.
  • step (3) Examination of effect of basement membrane preparation in production of cell mass
  • Human iPS cells (HC-6 # 10 strain, obtained from RIKEN) were subjected to maintenance culture and step (a) in the same manner as in Experiment 1.
  • Suspension culture was started in a 96-well culture plate in the same manner as in Experiment 1, except that the number of cells per well was 9 ⁇ 10 3 cells.
  • Y27632 final concentration 20 ⁇ M
  • IWP-2 final concentration 2 ⁇ M
  • SB-431542 final concentration 1 ⁇ M
  • CHIR99021 final concentration 300 nM
  • a serum-free medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, CHIR99021, Heparin @ Sodium, K02288 and 5z-7-oxoseanol was used without Y27632 and BMP4.
  • the medium was exchanged for a half amount (step (3c) start).
  • EGF was added to the medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, CHIR99021, Heparin @ Sodium, K02288, 5z-7-oxoseaenol in a double amount so that the final concentration became 20 ng / ml.
  • the medium was replaced with a half volume medium.
  • a half-volume medium exchange was performed with a medium containing IWP-2, SB-431542, FGF2, CHIR99021, Heparin @ Sodium, K02288, 5z-7-oxoseaenol and EGF, and until the 21st day after the start of the suspension culture. Cultured.
  • the cell mass 21 days after the start of the suspension culture induced by the above differentiation induction method from the human iPS cell line HC-6 # 10 the cell mass was compared with the control without Matrigel on the 6th day after the start of the suspension culture. While the mass grew large, the proportion of the olfactory epithelium-like epithelium on the surface was reduced (A and B in FIG. 31). Under the conditions in which Matrigel was added on the 10th or 13th day of the suspension culture, the olfactory epithelium-like epithelium on the surface was greatly thickened and proliferated (C and D in FIG. 31).
  • the concentration of the basement membrane preparation is preferably 0.5% or more and 4% or less when Matrigel is used, and is 0.5% or more and 1.5% or less from the viewpoint of experimental operation. When was the most favorable.
  • the collected cell mass was discharged one by one into a Matrigel in a dish using a wide bore chip, and then placed at 37 ° C. for 30 minutes to gel the Matrigel.
  • 20 ng / ml FGF-TS, 20 ng / ml EGF, 10 ⁇ g / ml Heparin Sodium, 2 ⁇ M IWP-2, 1 ⁇ M SB431542, 1 ⁇ M K02288, 300 nM CHIR99021, 2 ⁇ M 5z-ol were added to 5% KSR gfCDM.
  • 5 ml of the added medium was added and cultured (step (3e) start).
  • Bright field observation was performed using an inverted microscope on the 11th day after the start of the Matrigel embedding culture and 21 days after the start of the differentiation induction.

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Abstract

下記工程(1)~(3)を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法:多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、前記工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、前記工程(2)で得られた細胞凝集体を浮遊培養して、前記細胞塊を得る工程(3)であって、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(3a)、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3b)、及びFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養する工程(3c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含む、工程(3)。

Description

嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊、及びその製造方法
 本発明は、インビトロにおいて嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊、及びその製造方法に関するものである。さらに、細胞塊中に神経系細胞と非神経上皮組織をともに含んでいる、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊に関するものである。
 Int J Clin Exp Pathol 2017;10(7):8072-8081(非特許文献1)において、マウスiPS細胞から形成させた胚様体を、マウスから採取した嗅上皮又は嗅球の初代培養細胞と共培養することにより、一部の嗅神経細胞マーカーを発現する神経細胞が分化誘導されることが報告されている。
Int J Clin Exp Pathol 2017;10(7):8072-8081
 本発明の目的は、多能性幹細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を効率よく製造する手法を提供することである。特に、フィーダーフリー培養された多能性幹細胞を出発材料として、生体から分離された嗅上皮又は嗅球の初代培養細胞を用いることなく、効率よく嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を製造する手法を提供することである。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねたところ、多能性幹細胞を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、一度BMPシグナル伝達経路作用物質を添加して一定期間培養したのちに、さらにFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の少なくとも1つを添加することにより、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を効率よく製造できることを見出した。加えて、BMPシグナル伝達経路作用物質、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の添加条件を最適化し、BMPシグナル伝達経路作用物質を多能性幹細胞の浮遊培養開始から72時間以内に添加し、続けてFGFシグナル伝達経路作用物質あるいはBMPシグナル伝達経路阻害物質をBMPシグナル伝達経路作用物質の添加から96時間以内に添加するという最適な添加時期を同定することにより、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊のより効率的な製造に成功した。加えて、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つで前培養することにより、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造効率を改善できることを見出した。すなわち、本発明は以下に例示されるものに関する。
[1]下記工程(1)~(3)を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法:
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 前記工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 前記工程(2)で得られた細胞凝集体を浮遊培養して、前記細胞塊を得る工程(3)であって、
 FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(3a)、
 BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3b)、及び
 FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3c)
 からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含む、工程(3)。
[2]前記工程(3)は前記工程(3a)を含み、前記工程(3a)の後に、前記工程(3c)をさらに含む、[1]に記載の製造方法。
[3]前記工程(1)において、前記多能性幹細胞は単一細胞に分散されている、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]前記工程(3)は、前記工程(3b)又は前記工程(3c)を含み、前記工程(3b)又は前記工程(3c)の後に、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養する工程(3d)をさらに含む、[1]~[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]前記工程(3)において、EGFシグナル伝達経路作用物質がさらに存在する、[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]前記工程(1)の前に、前記多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)をさらに含む、[1]~[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7]前記工程(2)の開始時期は、前記工程(1)における多能性幹細胞の浮遊培養開始から0.5時間以降72時間以内である、[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]前記工程(2)の開始時期は、前記工程(1)において形成された前記細胞凝集体の表層における1割以上の細胞が互いに密着結合を形成している時期である、[1]~[7]のいずれかに記載の製造方法。
[9]前記BMPシグナル伝達経路作用物質は、BMP2、BMP4、BMP7、BMP13及びGDF7からなる群より選ばれる少なくとも1つのタンパク質を含む、[1]~[8]のいずれかに記載の製造方法。
[10]前記BMPシグナル伝達経路作用物質はBMP4を含み、前記BMP4の濃度が25pM~5nMである培地中で前記工程(2)の培養を開始する、[1]~[9]のいずれかに記載の製造方法。
[11]前記工程(3)は、前記工程(3a)及び前記工程(3c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含み、前記FGFシグナル伝達経路作用物質は、FGF2及びFGF8、並びに、これらの改変体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[1]~[10]のいずれかに記載の製造方法。
[12]前記工程(3)の開始時期は、前記工程(2)のBMPシグナル伝達経路作用物質添加から12時間以降72時間以内である、[1]~[11]のいずれかに記載の製造方法。
[13]前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において、前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質が存在する、[1]~[12]のいずれかに記載の製造方法。
[14]前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、非古典的Wnt経路に対する阻害活性を有する物質を含む、[1]~[13]のいずれかに記載の製造方法。
[15]前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、PORCN阻害剤を含む、[1]~[14]のいずれかに記載の製造方法。
[16]前記PORCN阻害剤は、IWP-2、IWP-3、IWP-4、IWP-L6、IWP-12、LGK-974、Wnt-C59、ETC-159及びGNF-6231からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[15]に記載の製造方法。
[17]前記PORCN阻害剤はIWP-2を含み、前記IWP-2の濃度が10nM~50μMである培地中で前記工程(1)の培養を開始する、[15]又は[16]に記載の製造方法。
[18]前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、KY02111及びKY03-Iからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[1]~[17]のいずれかに記載の製造方法。
[19]前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質はKY02111を含み、前記KY02111の濃度が10nM~50μMである培地中で前記工程(1)の培養を開始する、[1]~[18]のいずれかに記載の製造方法。
[20]前記工程(3)は、前記工程(3b)及び前記工程(3c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含み、前記BMPシグナル伝達経路阻害物質は、I型BMP受容体阻害剤を含む、[1]~[19]のいずれかに記載の製造方法。
[21]前記I型BMP受容体阻害剤は、K02288、Dorsomorphin、LDN-193189、LDN-212854、LDN-214117、ML347、DMH1及びDMH2からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[20]に記載の製造方法。
[22]前記I型BMP受容体阻害剤はK02288を含み、前記K02288の濃度が10nM~50μMである培地中で前記工程(3)を開始する、[20]又は[21]に記載の製造方法。
[23]前記工程(1)、前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において、TGFβシグナル伝達経路阻害物質がさらに存在する、[1]~[22]のいずれかに記載の製造方法。
[24]前記TGFβシグナル伝達経路阻害物質は、Alk5/TGFβR1阻害剤を含む、[23]に記載の製造方法。
[25]前記Alk5/TGFβR1阻害剤は、SB431542、SB505124、SB525334、LY2157299、GW788388、LY364947、SD-208、EW-7197、A83-01、RepSoxからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[24]に記載の製造方法。
[26]前記Alk5/TGFβR1阻害剤はSB431542を含み、培地中の前記SB431542の濃度が10nM~100μMである、[24]又は[25]に記載の製造方法。
[27]前記ソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質がSAG、Purmorphamine及びGSA-10からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む、[6]に記載の製造方法。
[28]前記ソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質は、10nMから700nMのSAGに相当するソニック・ヘッジホッグシグナル伝達促進活性を有する濃度である、[6]又は[27]に記載の製造方法。
[29]前記工程(1)、前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において、Wntシグナル伝達経路作用物質がさらに存在する、[1]~[28]のいずれかに記載の製造方法。
[30]前記Wntシグナル伝達経路作用物質は、前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の作用点よりも下流のシグナル伝達因子に作用する、[29]に記載の製造方法。
[31]前記Wntシグナル伝達経路作用物質は、Wnt-Canonical経路を活性化させる物質を含む、[29]又は[30]に記載の製造方法。
[32]前記Wnt-Canonical経路を活性化させる物質は、βカテニンの分解を阻害又はβカテニンの安定化を促進する、[31]に記載の製造方法。
[33]前記Wntシグナル伝達経路作用物質はGSK3阻害剤を含む、[29]~[32]のいずれかに記載の製造方法。
[34]前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質はPORCN阻害剤を含み、前記Wntシグナル伝達経路作用物質はGSK3阻害剤を含む、[29]~[33]のいずれかに記載の製造方法。
[35]前記GSK3阻害剤は、CHIR99021、CHIR98014、TWS119、SB216763、SB415286、BIO、AZD2858、AZD1080、AR-A014418、TDZD-8、LY2090314、IM-12、Indirubin、Bikinin、A 1070722、3F8、Kenpaullone、10Z-Hymenialdisine、Indirubin-3’-oxime、NSC 693868、TC-G 24、TCS 2002、TCS 21311、CP21R7及びこれらの化合物の誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[33]又は[34]に記載の製造方法。
[36]前記GSK3阻害剤はCHIR99021を含み、培地中の前記CHIR99021の濃度が10nM~50μMである、[33]~[35]のいずれかに記載の製造方法。
[37]前記Wntシグナル伝達経路作用物質は、BML-284、SKL2001からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[29]~[36]のいずれかに記載の製造方法。
[38]前記工程(3)において、TAK1阻害物質がさらに存在する、[1]~[37]のいずれかに記載の製造方法。
[39]前記TAK1阻害物質は、(5Z)-7-Oxozeaenol、N-Des(aminocarbonyl)AZ-TAK1 inhibitor、Takinib、NG25及びこれら化合物の誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[38]に記載の製造方法。
[40]前記TAK1阻害物質は、(5Z)-7-Oxozeaenolを含み、培地中の前記(5Z)-7-Oxozeaenolの濃度が10nM~50μMである、[38]又は[39]に記載の製造方法。
[41]前記工程(3)は、前記工程(3a)、前記工程(3b)又は前記工程(3c)の後に、さらに培養を行う工程(3e)を含む、[1]~[40]のいずれかに記載の製造方法。
[42]前記工程(3e)において、BMPシグナル伝達経路阻害物質、TGFβシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質、FGFシグナル伝達経路作用物質及びEGFシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つが存在する、[41]に記載の製造方法。
[43]前記工程(3e)において、レチノイン酸伝達経路作用物質がさらに存在する、[41]又は[42]に記載の製造方法。
[44]前記レチノイン酸伝達経路作用物質は、オールトランスレチノイン酸、イソトレチノイン、9-cisレチノイン酸、TTNPB、Ch55、EC19、EC23、Fenretinide、Acitretin、Trifarotene、Adapaleneからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[43]に記載の製造方法。
[45]前記レチノイン酸伝達経路作用物質は、EC23を含み、培地中の前記EC23の濃度が10pM~10μMである、[43]又は[44]に記載の製造方法。
[46]前記工程(3e)において、血清がさらに存在する、[41]~[45]のいずれかに記載の製造方法。
[47]培地中の前記血清の濃度が1%~20%である、[46]に記載の製造方法。
[48]前記工程(3e)において、インスリン様成長因子受容体作用物質がさらに存在する、[41]~[47]のいずれかに記載の製造方法。
[49]前記工程(3e)において、神経栄養因子受容体作用物質がさらに存在する、[41]~[48]のいずれかに記載の製造方法。
[50]前記工程(3e)を、増粘剤を含む培地中で行う、[41]~[49]のいずれかに記載の製造方法。
[51]前記増粘剤を含む培地は、100mPa・s以上の粘度を有する、[50]に記載の製造方法。
[52]前記増粘剤は、メチルセルロース、ペクチン、グアーガム、キサンタンガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、ジェランガム、デキストリン、ダイユータンガム、デンプン、タラガム、アルギン酸、カードラン、カゼインナトリウム、カロブビーンガム、キチン、キトサン、グルコサミン、プルラン、アガロース、食物繊維及びこれらの化学修飾された物質又は誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[50]又は[51]に記載の製造方法。
[53]前記増粘剤はメチルセルロースを含み、培地中の前記メチルセルロースの濃度が1%以上である、[50]~[52]のいずれかに記載の製造方法。
[54]前記工程(3e)において、接着培養を行う、[41]~[53]のいずれかに記載の製造方法。
[55]細胞外基質、基底膜標品及び合成細胞接着分子からなる群より選ばれる少なくとも1つでコートされた培養器材上で前記接着培養を行う、[54]に記載の製造方法。
[56]前記工程(3e)において、セルカルチャーインサート又は多孔性メンブレン上で培養を行う、[41]~[55]のいずれかに記載の製造方法。
[57]前記工程(3e)において、気相液相境界面培養法により培養を行う、請求項[41]~[56]のいずれかに記載の製造方法。
[58]前記工程(3)において、細胞凝集体をゲル中に包埋して培養する工程を含む、[1]~[57]のいずれかに記載の製造方法。
[59]前記ゲルはマトリゲルである、[58]に記載の製造方法。
[60]前記工程(3)において、基底膜標品を含有する培地中で浮遊培養を行う工程を含む、[1]~[59]のいずれかに記載の製造方法。
[61]前記基底膜標品がマトリゲルであり、培地中の前記マトリゲルの濃度が0.5%~4%である、[60]に記載の製造方法。
[62]前記工程(3)において、前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質とは異なる第二Wntシグナル伝達経路阻害物質がさらに存在する、[1]~[61]のいずれかに記載の製造方法。
[63]前記第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、古典的Wnt経路に対する阻害活性を有する物質を含む、[62]に記載の製造方法。
[64]前記第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、Tankyrase阻害剤を含む、[62]又は[63]に記載の製造方法。
[65]前記Tankyrase阻害剤は、XAV939、IWR1-endo、MN-64、WIKI4、TC-E 5001、JW 55及びAZ6102からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、[64]に記載の製造方法。
[66]前記Tankyrase阻害剤はXAV939を含み、培地中の前記XAV939の濃度が10nM~50μMである、[64]又は[65]に記載の製造方法。
[67]前記第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、前記工程(1)における浮遊培養開始から28日以内に培地に添加される、[62]~[66]のいずれかに記載の製造方法。
[68]前記工程(1)、前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を、マトリゲルの非存在下で行う、[1]~[58]のいずれかに記載の製造方法。
[69][1]~[68]のいずれかに記載の製造方法により得られる嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊。
[70]1)嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部、及び、
 2)神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部を含み、
  前記神経系細胞又はその前駆細胞は、中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含み、前記神経組織部の表面の少なくとも一部が前記非神経上皮組織部で被覆されている、細胞塊。
[71]前記嗅神経細胞又はその前駆細胞は、Tuj1、EpCAM及びLhx2を発現している、[70]に記載の細胞塊。
[72]非神経上皮組織部は基底膜様構造をさらに含み、前記基底膜様構造は前記非神経上皮組織部と前記神経組織部との間に形成されている、[70]又は[71]に記載の細胞塊。
[73]前記非神経上皮組織部は、多列上皮又は重層上皮を形成している、[70]に記載の細胞塊。
[74]前記非神経上皮組織部は、嗅上皮様組織を含み、前記嗅神経細胞又はその前駆細胞は、前記嗅上皮様組織に含まれる、[70]~[73]のいずれかに記載の細胞塊。
[75]前記嗅上皮様組織は、支持細胞、基底細胞及びボーマン腺細胞、並びにこれらの前駆細胞からなる群より選ばれる少なくとも2種の細胞をさらに含む、[74]に記載の細胞塊。
[76]前記嗅上皮様組織は、基底細胞又はその前駆細胞を含む、[74]又は[75]に記載の細胞塊。
[77]前記嗅上皮様組織は、前記神経組織部に対向している基底面と、前記基底面とは反対側に位置する頂端面とを有し、
 前記基底面は基底膜に面し、
 前記頂端面はPKCζ陽性である、[74]~[76]のいずれかに記載の細胞塊。
[78]前記嗅上皮様組織は、嗅上皮内側部と、前記嗅上皮内側部の周囲に設けられた嗅上皮周縁部とを含み、
 前記嗅上皮内側部は、Sox2、Tuj1及びAscl1陽性細胞を含み、
 前記嗅上皮周縁部は、Pax6及びPbx陽性細胞を含む、[74]~[77]のいずれかに記載の細胞塊。
[79]前記嗅上皮様組織は、嗅神経鞘細胞又はその前駆細胞をさらに含む、[74]~[78]のいずれかに記載の細胞塊。
[80]前記非神経上皮組織部は、前記嗅上皮様組織以外の非神経上皮組織をさらに含む、[74]~[79]のいずれかに記載の細胞塊。
[81]前記非神経上皮組織は、呼吸器上皮細胞を含む、[80]に記載の細胞塊。
[82]前記神経組織部は、上皮構造を形成している、[70]~[81]のいずれかに記載の細胞塊。
[83]前記神経系細胞又はその前駆細胞は、網膜を構成する細胞又はその前駆細胞をさらに含む、[70]~[82]のいずれかに記載の細胞塊。
[84]前記神経系細胞又はその前駆細胞は大脳を含む、[70]~[83]のいずれかに記載の細胞塊。
[85]前記大脳は嗅球を含む、[84]に記載の細胞塊。
[86]骨組織を含まない、[70]~[85]のいずれかに記載の細胞塊。
[87][69]~[86]のいずれかに記載の細胞塊に含まれる細胞又は組織を含む、嗅覚系の障害に基づく疾患の治療薬。
[88][69]~[86]のいずれかに記載の細胞塊に含まれる細胞又は組織を含む、神経組織の障害に基づく疾患の治療薬。
[89][69]~[86]のいずれかに記載の細胞塊に含まれる神経細胞又は神経組織を含む、神経毒性又は薬効評価用キット。
[90][69]~[86]のいずれかに記載の細胞塊に含まれる嗅神経細胞又は嗅上皮様組織を含む、嗅覚受容体のスクリーニングキット。
 本発明によれば、多能性幹細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を効率よく製造することが可能になる。
Aは嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の構造を模式的に表した図である。BはA中の点線で囲った部分を拡大した模式図である。C~Eは、本発明の細胞塊の別の様態を模式的に表した図である。 上段は、予備実験1において、培養28日目の細胞塊の凍結切片の抗Lhx2抗体による蛍光免疫染色結果を示す。下段は、上段中の線分A-A’で示す関心領域の線形の蛍光強度プロファイルを出力したグラフである。 上段は、比較実験1において、ヒトES細胞から神経細胞を含む細胞凝集体を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは比較実験1において浮遊培養開始28日後の細胞凝集体の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。下段B~Gは、浮遊培養開始28日後の凝集体における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Dlx5、Sox1、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F及びGは、Tuj1の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A中のスケールバーは500μmを、B中のスケールバーは200μmを、F中のスケールバーは100μmを示す。Hは培養28日目の細胞凝集体の構造を模式的に表した図である。 上段は、比較実験2において、ヒトES細胞から神経組織及び非神経上皮組織を含む細胞凝集体を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは比較実験2において浮遊培養開始28日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。下段B~Mは、浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Tuj1、Sox2、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F~Iは、Six1、Sp8、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。J~Mは、EpCAM、Pax6、Chx10の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A、B、F、J中のスケールバーは200μmを示す。 O~Uは、比較実験2において浮遊培養開始28日後の細胞凝集体における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。O及びPはCrystalline αAの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。Q及びRはProx1の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。S~UはC-Maf、Sox1の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。O、S中のスケールバーは100μmを示す。下段Vは培養28日目の細胞凝集体の構造を模式的に表した図である。 上段は、実験1において、ヒトES細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは実験1において浮遊培養開始13日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。B~Lは、実験1において浮遊培養開始13日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Dlx5、Sox1、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F~Iは、Pax6、AP2α、E-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。J~Lは、Otx2、Sox2の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A中のスケールバーは500μmを示す。B中のスケールバーは100μmを、F、J中のスケールバーは200μmを示す。 M~Rは、実験1において浮遊培養開始13日後の細胞凝集体における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。M~Oは、Six1、Sp8の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。P~Rは、Sox3、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。M、P中のスケールバーは200μmを示す。下段Sは、培養13日目のプラコード由来組織を含む細胞凝集体の構造を模式的に表した図である。 上段は、実験2において、ヒトES細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは実験2において浮遊培養開始28日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。B~Mは、実験2において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Bf1、Sp8、Sox2の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F~Iは、Six1、Ebf2、NCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。J~Mは、Otx2、NeuroD、Tuj1の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A中のスケールバーは500μmを、B、F、J中のスケールバーは100μmを示す。 N~AIは、実験2において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。N~Qは、Pax6、Pbx1/2/3/4、E-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。R~Uは、Dlx5、Emx2、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。V~Xは、Chx10、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。Y~AAは、Lhx2、Calretininの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。AB~AEは、図8のF~Iの一部を拡大した図をそれぞれ示す。AF~ALは、図8のJ~Mの一部を拡大した図をそれぞれ示す。N、R、V、Y中のスケールバーは100μmを、AB、AF中のスケールバーは50μmを示す。 Aは培養28日目の嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の構造を模式的に表した図である。BはA中の点線で囲った部分を拡大した模式図である。 上段は、実験3において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段A及びBは実験3において浮遊培養開始21日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。C~Nは、実験3において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。C~Fは、Tuj1、Sox2、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。G~Jは、Six1、Sp8、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。K~Nは、Pax6、Chx10、EpCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A、B中のスケールバーは500μmを、C、G、K中のスケールバーは100μmを示す。 O~Zは、実験3において浮遊培養開始21日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。O~Rは、Otx2、NCAM、E-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。S~Vは、Tuj1、Ebf1、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。W~Zは、Six1、Ebf2、NCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。O中のスケールバーは100μmを、S、W中のスケールバーは50μmを示す。下段AAは、培養21日目の嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の構造を模式的に表した図である。 上段は、実験4において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは実験3において浮遊培養開始28日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。B~Mは、実験3において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Dlx5、NeuroD1、NCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F~Iは、p63、Sox2、E-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。J~Mは、Pax6、Chx10、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A中のスケールバーは500μmを、B、F中のスケールバーは100μmを、J中のスケールバーは50μmを示す。 N~Uは、実験4において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。N~Qは、Six1、Sp8、EpCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。R~Uは、Tuj1、Ebf2、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。N、R中のスケールバーは100μmを示す。Vは、実験4に記載の方法によって製造された培養28日目の嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の構造を模式的に表した図である。 上段は、実験5において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは実験5において浮遊培養開始28日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。B~Mは、実験5において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Dlx5、NeuroD1、NCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F~Iは、p63、Sox2、E-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。J~Mは、Pax6、Chx10、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A中のスケールバーは500μmを、B、F、J中のスケールバーは100μmを表す。 N~Uは、実験5において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。N~Qは、Six1、Sp8、EpCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。R~Uは、Tuj1、Ebf2、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。N、R中のスケールバーは100μmを表す。 上段は、実験6において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際の手順を模式的に示した図である。下段Aは実験6において浮遊培養開始28日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。B~Mは、実験6において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。B~Eは、Dlx5、NeuroD1、NCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。F~Iは、p63、Sox2、E-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。J~Mは、Pax6、Chx10、N-Cadherinの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。A中のスケールバーは500μmを、B中のスケールバーは100μmを表す。 N~AEは、実験6において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。N~Qは、Six1、Sp8、EpCAMの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。R~Uは、Tuj1、Ebf2、PanCKの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。V~Yは、Nestin、Islet、β-Cateninの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。Z~ABは、PKCζ、Lamininの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。AC~AEは、Lhx2、Calretininの染色像とその核染色像をそれぞれ示す。N、R、V、Z、AC中のスケールバーは100μmを表す。 AF~AJは、実験6において浮遊培養開始28日後の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。AF~AHは、Otx2、CK8の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。AI、AJはEya2の染色像とその核染色像をそれぞれ示す。AKは実験6に記載の方法によって製造された培養28日目の嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の構造を模式的に表した図である。AF、AI中のスケールバーは100μmを表す。 上段のA~Dは、実験7においてヒトES細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製する際に、BMP4の添加濃度を変化させた時の浮遊培養開始28日後の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。Aは、Grade1の細胞塊、Bは、Grade2の細胞塊、Cは、Grade3の細胞塊、Grade4の細胞塊の例である。Eは各BMP4濃度において形成された細胞塊の品質評価結果をグラフ化したものである。 上段は、実験8において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造における分化誘導に供するヒトiPS細胞の化合物前処理の効果を調べる手順を模式的に示した図である。下段A~Gは実験8において浮遊培養開始13日後の凝集体の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。AからDは前処理として溶媒であるDMSOのみを添加したコントロールの、E~Gはそれぞれ異なる条件で前処理を行ったヒトiPS細胞から形成された浮遊培養開始後13日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A及びE中のスケールバーは500μmを示す。Hは各前処理条件において形成された細胞塊の品質評価結果をグラフ化したものである。 上段は、実験9において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造における各第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の効果を調べる手順を模式的に示した図である。下段A~Fは実験9において浮遊培養開始28日後の凝集体の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。Aは第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を添加しないコントロールの、B~Fは浮遊培養開始時に第一Wntシグナル伝達経路阻害物質をその種類を変えて添加した時の、浮遊培養開始後28日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは、500μmを示す。 Gは、実験9において、浮遊培養開始後28日の細胞塊における各細胞マーカーの発現状況を蛍光免疫染色により調べた結果を示す図である。パネルの行は第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の条件、パネルの列は左から順にそれぞれSix1、Sox2、汎サイトケラチン(PanCK)とその核染色像をそれぞれ示す。左上のパネル中のスケールバーは、100μmを表す。 上段は、実験10において、三次元培養器を用いてヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を製造する手順を模式的に示した図である。下段A及びBは実験10において浮遊培養開始21日後の凝集体の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは500μm、B中のスケールバーは200μmを示す。 上段は、実験11において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の添加時期の差による効果を調べる手順を模式的に示した図である。下段A~Eは実験11において浮遊培養開始13日後の細胞凝集体の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A及びD中のスケールバーは500μmを示す。 上段は、実験12において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の最適な添加時期を調べる手順を模式的に示した図である。下段A~Dは実験12において浮遊培養開始2日から6日後の凝集体の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。E~Hは、浮遊培養開始2日から6日後の細胞凝集体のZO-1染色像を示し、I~Lは、それぞれの核の対比染色像を示す図である。A中のスケールバーは500μmを、E及びI中のスケールバーは100μmを表す。 A~Pは、実験13において、ラット胎生14.5日胚の冠状切片を作製し、各マーカーの発現を免疫染色により解析した結果である。Aは低倍率の核染色の染色図である。B~Sは、Aの破線部の領域に相当する領域の連続切片の高倍率の染色図である。B~EはTuj1、Ebf2、PanCKの染色像とその核染色像、F~IはOtx2、Ebf1、β-Cateninの染色像とその核染色像、J~LはE-Cadherin、Sox2の染色像とその核染色像、MとNはDlx5の染色像とその核染色像、OとPはPKCζの染色像とその核染色像、Q~Sはラミニン、EpCAMの染色像とその核染色像を示す図である。A中のスケールバーは500μmを、B、F、J、M、Q中のスケールバーは100μmを表す。 上段は、実験14において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造におけるWntシグナル伝達経路阻害物質とWntシグナル伝達経路作用物質との併用条件を模式的に示した図である。下段A、Bは実験14において浮遊培養開始21日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは500μmを、B中のスケールバーは200μmを表す。 上段は、実験15において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造におけるTAK1阻害物質の使用条件を模式的に示した図である。下段A、Bは実験15において浮遊培養開始21日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは500μmを、B中のスケールバーは200μmを表す。 上段は、実験16において、ヒトiPS細胞から製造した嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を、粘性を有する培地中で培養した手順を表す図である。下段Aは実験16において浮遊培養開始45日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは200μmを表す。 上段は、実験17において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造における基底膜標品の添加条件を模式的に示した図である。下段A~Dは実験17において浮遊培養開始21日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは500μmを表す。 上段は、実験18において、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を基底膜標品中で包埋培養した手順を模式的に示した図である。下段Aは実験18において浮遊培養開始21日目の細胞塊の倒立顕微鏡の明視野観察像を示す図である。A中のスケールバーは500μmを表す。
 [1.定義]
 「幹細胞」とは、分化能及び増殖能(特に自己複製能)を有する未分化な細胞を意味する。幹細胞には、分化能力に応じて、多能性幹細胞(pluripotent stem cell)、複能性幹細胞(multipotent stem cell)、単能性幹細胞(unipotent stem cell)等の亜集団が含まれる。多能性幹細胞とは、インビトロにおいて培養することが可能で、かつ、生体を構成するすべての細胞(三胚葉(外胚葉、中胚葉、内胚葉)由来の組織)に分化しうる能力(分化多能性(pluripotency))を有する幹細胞をいう。複能性幹細胞とは、全ての種類ではないが、複数種の組織及び細胞へ分化し得る能力を有する幹細胞を意味する。単能性幹細胞とは、特定の組織や細胞へ分化し得る能力を有する幹細胞を意味する。
 多能性幹細胞は、受精卵、クローン胚、生殖幹細胞、組織内幹細胞、体細胞等から誘導することができる。多能性幹細胞としては、胚性幹細胞(ES細胞:Embryonic stem cell)、EG細胞(Embryonic germ cell)、人工多能性幹細胞(iPS細胞:induced pluripotent stem cell)等を挙げることができる。間葉系幹細胞(mesenchymal stem cell:MSC)から得られるMuse細胞(Multi-lineage differentiating Stress Enduring cell)や、生殖細胞(例えば精巣)から作製されたGS細胞も多能性幹細胞に包含される。
 胚性幹細胞は、1981年に初めて樹立され、1989年以降ノックアウトマウス作製にも応用されている。1998年にはヒト胚性幹細胞が樹立されており、再生医学にも利用されつつある。ES細胞は、内部細胞塊をフィーダー細胞上又はleukemia inhibitory factor(LIF)を含む培地中で培養することにより製造することができる。ES細胞の製造方法は、例えば国際公開第96/22362号、国際公開第02/101057号、米国特許第5,843,780号明細書、米国特許第6,200,806号明細書、米国特許第6,280,718号明細書等に記載されている。胚性幹細胞は、所定の機関より入手でき、また、市販品を購入することもできる。例えばヒト胚性幹細胞であるKhES-1、KhES-2及びKhES-3は、京都大学再生医科学研究所より入手可能である。いずれもマウス胚性幹細胞である、EB5細胞は国立研究開発法人理化学研究所より、D3株はATCCより、入手可能である。ヒト胚を破壊すること無く、ヒト胚性幹細胞培養(細胞株)を提供する方法が、例えばCell Stem Cell,2008:2(2):113-117、国際公開第03/046141号に記載されている。ES細胞の一つである核移植ES細胞(ntES細胞)は、細胞株を取り除いた卵子に体細胞の細胞核を移植して作ったクローン胚から樹立することができる。
 EG細胞は、始原生殖細胞をmSCF、LIF及びbFGFを含む培地中で培養することにより製造することができる(Cell,70:841-847,1992)。
 「人工多能性幹細胞」とは、体細胞を、公知の方法等により初期化(reprogramming)することにより、多能性を誘導した細胞である。具体的には、線維芽細胞や末梢血単核球等分化した体細胞をOct3/4、Sox2、Klf4、Myc(c-Myc、N-Myc、L-Myc)、Glis1、Nanog、Sall4、lin28、Esrrb等を含む初期化遺伝子群から選ばれる複数の遺伝子の組み合わせのいずれかの発現により初期化して多分化能を誘導した細胞が挙げられる。2006年、山中らによりマウス細胞で人工多能性幹細胞が樹立された(Cell,2006,126(4)pp.663-676)。人工多能性幹細胞は、2007年にヒト線維芽細胞でも樹立され、胚性幹細胞と同様に多能性と自己複製能を有する(Cell,2007,131(5) pp.861-872;Science,2007,318(5858) pp.1917-1920;Nat. Biotechnol.,2008,26(1) pp.101-106)。人工多能性幹細胞として、遺伝子発現による直接初期化で製造する方法以外に、化合物の添加等により体細胞より人工多能性幹細胞を誘導することもできる(Science,2013,341 pp.651-654)。
 人工多能性幹細胞を製造する際に用いられる体細胞としては、特に限定は無いが、組織由来の線維芽細胞、血球系細胞(例えば末梢血単核球やT細胞)、肝細胞、膵臓細胞、腸上皮細胞、平滑筋細胞、等が挙げられる。
 人工多能性幹細胞を製造する際に、数種類の遺伝子(例、Oct3/4、Sox2、Klf4及びMycの4因子)の発現により初期化する場合、遺伝子の発現させるための手段は特に限定されない。前記手段としては、ウイルスベクター(例えばレトロウイルスベクター、レンチウイルスベクター、センダイウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクター)を用いた感染法、プラスミドベクター(例えばプラスミドベクター、エピソーマルベクター)を用いた遺伝子導入法(例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、レトロネクチン法、エレクトロポレーション法)、RNAベクターを用いた遺伝子導入法(例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法)、タンパク質の直接注入法、等が挙げられる。
 人工多能性幹細胞は、所定の機関より入手でき、また、市販品を購入することもできる。例えばヒト人工多能性幹細胞株201B7株は京都大学より、HC-6#10株は国立研究開発法人理化学研究所より入手できる。
 本発明に用いられる多能性幹細胞は、好ましくは胚性幹細胞又は人工多能性幹細胞である。
 複能性幹細胞としては、造血幹細胞、神経幹細胞、網膜幹細胞、間葉系幹細胞等の組織幹細胞(組織性幹細胞、組織特異的幹細胞又は体性幹細胞とも呼ばれる)を挙げることができる。
 遺伝子改変された多能性幹細胞は、例えば相同組換え技術を用いることにより作製できる。改変される染色体上の遺伝子としては、例えば細胞マーカー遺伝子、組織適合性抗原の遺伝子、神経系細胞の障害に基づく疾患関連遺伝子等があげられる。染色体上の標的遺伝子の改変は、Manipulating the Mouse Embryo,A Laboratory Manual,Second Edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1994)、Gene Targeting,A Practical Approach,IRL Press at Oxford University Press(1993)、バイオマニュアルシリーズ8,ジーンターゲッティング,ES細胞を用いた変異マウスの作製、羊土社(1995)等に記載の方法を用いて行うことができる。
 具体的には、例えば改変する標的遺伝子(例えば細胞マーカー遺伝子、組織適合性抗原の遺伝子や疾患関連遺伝子等)のゲノム遺伝子を単離し、単離されたゲノム遺伝子を用いて標的遺伝子を相同組換えするためのターゲットベクターを作製する。作製されたターゲットベクターを幹細胞に導入し、標的遺伝子とターゲットベクターの間で相同組換えを起こした細胞を選択することにより、染色体上の遺伝子が改変された幹細胞を作製することができる。
 標的遺伝子のゲノム遺伝子を単離する方法としては、Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Second Edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)やCurrent Protocols in Molecular Biology,John Wiley&Sons(1987-1997)等に記載された公知の方法があげられる。ゲノムDNAライブラリースクリーニングシステム(Genome Systems製)やUniversal GenomeWalker Kits(CLONTECH製)等を用いることにより、標的遺伝子のゲノム遺伝子を単離することもできる。
 標的遺伝子を相同組換えするためのターゲットベクターの作製、及び相同組換え体の効率的な選別は、Gene Targeting,A Practical Approach,IRL Press at Oxford University Press(1993)、バイオマニュアルシリーズ8,ジーンターゲッティング,ES細胞を用いた変異マウスの作製,羊土社(1995)等に記載の方法にしたがって行うことができる。ターゲットベクターは、リプレースメント型又はインサーション型のいずれでも用いることができる。選別方法としては、ポジティブ選択、プロモーター選択、ネガティブ選択、又はポリA選択等の方法を用いることができる。
 選別した細胞株の中から目的とする相同組換え体を選択する方法としては、ゲノムDNAに対するサザンハイブリダイゼーション法やPCR法等があげられる。
 「哺乳動物」には、げっ歯類、有蹄類、ネコ目、霊長類等が包含される。げっ歯類には、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等が包含される。有蹄類には、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ等が包含される。ネコ目には、イヌ、ネコ等が包含される。「霊長類」とは、霊長目に属するほ乳類動物をいい、霊長類としては、キツネザルやロリス、ツバイ等の原猿亜目と、サル、類人猿、ヒト等の真猿亜目が挙げられる。
 本発明に用いる多能性幹細胞は、哺乳動物の多能性幹細胞であり、好ましくはげっ歯類(例えばマウス、ラット)又は霊長類(例えばヒト、サル)の多能性幹細胞であり、最も好ましくはヒトの多能性幹細胞である。
 「細胞接着(Cell adhesion)」とは、細胞と細胞同士の接着、及び細胞と細胞外マトリックスとの接着を言う。インビトロの人工培養環境下で生じる、細胞の培養器材等への接着も細胞接着に含有される。細胞接着の種類として、固定結合(anchoring junction)、連絡結合(communicating junction)、閉鎖結合(occluding junction)が挙げられる。
 「密着結合(Tight junction)」とは、細胞間の接着のうち、脊椎動物及び脊索動物で見られる閉鎖結合のことを表す。密着結合は上皮細胞間に形成される。生体由来の組織中及び本発明の製造方法等で作製された細胞塊中に密着結合が存在しているかどうかは、例えば密着接合の構成成分に対する抗体(抗クローディン抗体、抗ZO-1抗体等)を用いた免疫組織化学等の手法により検出することができる。
 本発明における「浮遊培養」とは、細胞、細胞凝集体又は細胞塊が培養液に浮遊して存在する状態を維持しつつ培養することを言う。すなわち浮遊培養は、細胞、細胞凝集体又は細胞塊を培養器材等に接着させない条件で行われ、培養器材等に接着させる条件で行われる培養(接着培養)は、浮遊培養の範疇に含まれない。この場合、細胞が接着するとは、細胞、細胞凝集体又は細胞塊と培養器材との間に、細胞接着の一種である強固な細胞-基質間結合(cell-substratum junction)ができることをいう。より詳細には、浮遊培養とは、細胞、細胞凝集体又は細胞塊と培養器材等との間に強固な細胞-基質間結合を作らせない条件での培養をいい、接着培養とは、細胞、細胞凝集体又は細胞塊と培養器材等との間に強固な細胞-基質間結合を作らせる条件での培養をいう。
 浮遊培養中の細胞凝集体又は細胞塊においては、細胞と細胞とが面接着する。浮遊培養中の細胞凝集体又は細胞塊では、細胞-基質間結合が細胞と培養器材等との間にはほとんど形成されないか、形成されていてもその寄与が小さい。一部の態様では、浮遊培養中の細胞凝集体又は細胞塊では、内在の細胞-基質間結合が凝集体又は細胞塊の内部に存在するが、細胞-基質間結合が細胞と培養器材等との間にはほとんど形成されないか、形成されていてもその寄与が小さい。
 細胞と細胞とが面接着(plane attachment)するとは、細胞と細胞とが面で接着することをいう。より詳細には、細胞と細胞とが面接着するとは、ある細胞の表面積のうち別の細胞の表面と接着している割合が、例えば1%以上、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上であることをいう。細胞の表面は、膜を染色する試薬(例えばDiI)による染色、細胞接着因子(例えばE-cadherin、N-cadherin)の免疫染色等により、観察できる。
 浮遊培養を行う際に用いられる培養器は、「浮遊培養する」ことが可能なものであれば特に限定されず、当業者であれば適宜決定することが可能である。このような培養器としては、例えばフラスコ、組織培養用フラスコ、ディッシュ、ペトリデッシュ、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、マイクロプレート、マイクロウェルプレート、マイクロポア、マルチプレート、マルチウェルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック、スピナーフラスコ又はローラーボトルが挙げられる。これらの培養器は、浮遊培養を可能とするために、細胞非接着性であることが好ましい。細胞非接着性の培養器としては、培養器の表面が、細胞との接着性を向上させる目的で人工的に処理(例えば基底膜標品、ラミニン、エンタクチン、コラーゲン、ゼラチン等の細胞外マトリクス、もしくはポリリジン、ポリオルニチン等の高分子を用いたコーティング処理、又は正電荷処理等の表面加工)されていないものなどを使用できる。細胞非接着性の培養器としては、培養器の表面が、細胞との接着性を低下させる目的で人工的に処理(例えば2‐methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)ポリマー等の超親水性処理、タンパク低吸着処理等)されたものなどを使用できる。スピナーフラスコやローラーボトル等を用いて回転培養してもよい。培養器の培養面は、平底でもよいし、凹凸があってもよい。
 浮遊培養を行う際に生じる剪断力等の物理的ストレスから細胞凝集体を保護し、また細胞が分泌する増殖因子・サイトカイン類の局所濃度を高め、組織の発達を促進する目的から、細胞凝集体をゲルに包埋、又は物質透過性のあるカプセルに封入したのちに浮遊培養を実施することもできる(Nature,2013,501.7467:373)。包埋に用いるゲル又はカプセルは生体由来又は合成高分子製のいずれであってもよい。このような目的に用いるゲル又はカプセルとしては、例えばマトリゲル(Corning社製)、PuraMatrix(3D Matrix社製)、VitroGel 3D(TheWell Bioscience社製)、コラーゲンゲル(新田ゼラチン株式会社製)、アルギン酸ゲル(株式会社PGリサーチ製)、Cell-in-a-Box(Austrianova社製)等が挙げられる。
 細胞の培養に用いられる培地は、動物細胞の培養に通常用いられる培地を基礎培地として調製することができる。基礎培地としては、例えばBasal Medium Eagle(BME)、BGJb培地、CMRL 1066培地、Glasgow Minimum Essential Medium(Glasgow MEM)、Improved MEM Zinc Option、Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium(IMDM)、Medium 199、Eagle Minimum Essential Medium(Eagle MEM)、Alpha Modified Eagle Minimum Essential Medium(αMEM)、Dulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM)、F-12培地、DMEM/F12、IMDM/F12、ハム培地、RPMI 1640、Fischer’s培地、又はこれらの混合培地等が挙げられる。
 多能性幹細胞の培養には、上記基礎培地をベースとした多能性幹細胞培養用の培地、好ましくは公知の胚性幹細胞又は人工多能性幹細胞の培地、フィーダーフリー下で多能性幹細胞を培養するための培地(フィーダーフリー培地)等を用いることができる。フィーダーフリー培地としては、例えばEssential 8培地、TeSR培地、mTeSR培地、mTeSR-E8培地、StemFit培地等を挙げることができる。
 本発明における「無血清培地」とは、無調整又は未精製の血清を含まない培地を意味する。本発明では、精製された血液由来成分や動物組織由来成分(例えば増殖因子)が混入している培地も、無調整又は未精製の血清を含まない限り無血清培地に含まれる。
 無血清培地は、血清代替物を含有していてもよい。血清代替物としては、例えばアルブミン、トランスフェリン、脂肪酸、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3’チオールグリセロール又はこれらの均等物等を適宜含有するものを挙げることができる。かかる血清代替物は、例えばWO98/30679に記載の方法により調製することができる。血清代替物としては市販品を利用してもよい。市販の血清代替物としては、例えばKnockout Serum Replacement(Thermo Fisher Scientific社製:以下、「KSR」と記すこともある。)、Chemically-defined Lipid concentrated(Thermo Fisher Scientific社製)、Glutamax(Thermo Fisher Scientific社製)、B27 Supplement(Thermo Fisher Scientific社製)、N2 Supplement(Thermo Fisher Scientific社製)等が挙げられる。
 浮遊培養で用いる無血清培地は、適宜、脂肪酸又は脂質、アミノ酸(例えば非必須アミノ酸)、ビタミン、増殖因子、サイトカイン、抗酸化剤、2-メルカプトエタノール、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類等を含有してもよい。
 調製の煩雑さを回避するために、無血清培地として、市販のKSR(Thermo Fisher Scientific社製)を適量(例えば約0.5%から約30%、好ましくは約1%から約20%)添加した無血清培地(例えばF-12培地とIMDM培地の1:1混合液に1×chemically-defined Lipid concentrated、5%KSR及び450μM 1-モノチオグリセロールを添加した培地)を使用してもよい。また、KSR同等品として特表2001-508302に開示された培地が挙げられる。
 本発明における「血清培地」とは、無調整又は未精製の血清を含む培地を意味する。当該培地は、脂肪酸又は脂質、アミノ酸(例えば非必須アミノ酸)、ビタミン、増殖因子、サイトカイン、抗酸化剤、2-メルカプトエタノール、1-モノチオグリセロール、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類等を含有してもよい。例えばマトリゲル等の基底膜標品を使用して多能性幹細胞を網膜組織等に分化誘導する場合には、血清培地を用いることができる(Cell Stem Cell,10(6),771-775(2012))。
 本発明における培養は、好ましくはゼノフリー条件で行われる。「ゼノフリー」とは、培養対象の細胞の生物種とは異なる生物種由来の成分が排除された条件を意味する。
 本発明に用いる培地は、化学的に未決定な成分の混入を回避する観点から、好ましくは含有成分が化学的に決定された培地(Chemically defined medium:CDM)である。
 「基底膜(Basement membrane)様構造」とは、細胞外マトリックスより構成される薄い膜状の構造を意味する。基底膜は生体においては、上皮細胞の基底側(basal)に形成される。基底膜の成分としては、IV型コラーゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン(パールカン)、エンタクチン/ニドゲン、サイトカイン、成長因子等が挙げられる。生体由来の組織中並びに本発明の製造方法等で作製された細胞塊中に基底膜が存在しているかどうかは、例えばPAM染色等の組織染色、並びに基底膜の構成成分に対する抗体(抗ラミニン抗体、抗IV型コラーゲン抗体等)を用いた免疫組織化学等の手法により検出することができる。
 「基底膜標品」とは、その上に基底膜形成能を有する所望の細胞を播種して培養した場合に、上皮細胞様の細胞形態、分化、増殖、運動、機能発現等を制御する機能を有する基底膜構成成分を含むものをいう。例えば本発明により製造された細胞及び組織を分散させ、さらに接着培養を行う際には、基底膜標品存在下で培養することができる。ここで、「基底膜構成成分」とは、動物の組織において、上皮細胞層と間質細胞層等との間に存在する薄い膜状をした細胞外マトリクス分子をいう。基底膜標品は、例えば基底膜を介して支持体上に接着している基底膜形成能を有する細胞を、該細胞の脂質溶解能を有する溶液やアルカリ溶液等を用いて支持体から除去することで作製することができる。基底膜標品としては、基底膜調製物として市販されている商品(例えばMatrigel(Corning社製:以下、マトリゲルと記すこともある))やGeltrex(Thermo Fisher Scientific社製)、基底膜成分として公知の細胞外マトリックス分子(例えばラミニン、IV型コラーゲン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクチン等)を含むものが挙げられる。
 本発明において、Engelbreth-Holm-Swarm(EHS)マウス肉腫等の組織又は細胞から抽出、可溶化されたマトリゲル(Corning社製)等の基底膜標品を細胞又は組織の培養に用いることができる。同様に細胞培養に用いる基底膜成分として、ヒト可溶化羊膜(株式会社生物資源応用研究所製)、HEK293細胞に産生させたヒト組み換えラミニン(BioLamina社製)、ヒト組み換えラミニン断片(ニッピ社製)、ヒト組み換えビトロネクチン(Thermo Fisher Scientific社製)等も用いることができるが、異なる生物種由来の成分混入を回避する観点、及び感染症のリスクを回避する観点から、好ましくは成分の明らかな組み換えタンパク質である。
 本発明において、「物質Xを含む培地」「物質Xの存在下」とは、外来性(exogenous)の物質Xが添加された培地もしくは外来性の物質Xを含む培地、又は外来性の物質Xの存在下を意味する。すなわち、当該培地中に存在する細胞又は組織が当該物質Xを内在的(endogenous)に発現、分泌又は産生していても、内在的な物質Xは外来性の物質Xとは区別され、外来性の物質Xを含んでいない培地は「物質Xを含む培地」の範疇には該当しないと解する。また、培地中の物質Xは、物質Xの分解又は培地の蒸発による微量な濃度の変化が起こっていてもよい。
 例えば「ソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質を含む培地」とは、外来性のソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質が添加された培地又は外来性のソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質を含む培地である。
 物質Xの濃度がYである培地中での培養開始時とは、好ましくは培地中の物質Xの濃度がYで均一となった時点を指すが、培養容器が十分に小さい(例えば96ウェルプレートや、培養液が200μL以下での培養)場合、濃度がYとなるように後述する培地添加操作、半量培地交換操作又は全量培地交換操作を行った時点を濃度Yでの培養開始時と解釈する。また、培地中の物質Xの濃度がYであるとは、一定の培養期間を通じたXの平均の濃度がYである場合、物質XをYの濃度で含む期間が培養期間の50%以上である場合、物質XをYの濃度で含む期間が各工程において想定される培養期間のうち最も短い期間以上である場合等を含む。
 本発明において、「物質Xの非存在下」とは、外来性(exogenous)の物質Xが添加されていない培地もしくは外来性の物質Xを含まない培地、又は外来性の物質Xの存在しない状態を意味する。
 本発明において、「A時間(A日)以降」とはA時間(A日)を含み、A時間(A日)から後のことをいう。「B時間(B日)以内」とは、B時間(B日)を含み、B時間(B日)から前のことをいう。
 本発明において、フィーダー細胞とは、幹細胞を培養するときに共存させる当該幹細胞以外の細胞を指す。多能性幹細胞の未分化維持培養に用いられるフィーダー細胞としては、例えばマウス線維芽細胞(MEF)、ヒト線維芽細胞、SNL細胞等が挙げられる。フィーダー細胞としては、増殖抑制処理したフィーダー細胞が好ましい。増殖抑制処理としては、増殖抑制剤(例えばマイトマイシンC等)処理又はUV照射等が挙げられる。多能性幹細胞の未分化維持培養に用いられるフィーダー細胞は、液性因子(好ましくは未分化維持因子)の分泌や、細胞接着用の足場(細胞外基質)の作製により、多能性幹細胞の未分化維持に貢献する。
 本発明において、フィーダー細胞非存在下(フィーダーフリー)とは、フィーダー細胞非存在下にて培養することである。フィーダー細胞非存在下とは、例えばフィーダー細胞を添加していない条件、又はフィーダー細胞を実質的に含まない(例えば全細胞数に対するフィーダー細胞数の割合が3%以下)の条件が挙げられる。
 本発明において、「細胞凝集体」(cell aggregate)とは、培地中に分散していた細胞が集合して形成された塊であって、細胞同士が接着している塊をいう。胚様体(Embryoid body)、スフェア(Sphere)、スフェロイド(Spheroid)、オルガノイド(Organoid)も細胞凝集体に包含される。好ましくは細胞凝集体において、細胞同士が面接着している。一部の態様において、凝集体の一部分又は全部において、細胞同士が細胞-細胞間結合(cell-cell junction)又は細胞接着(cell adhesion)、例えば接着結合(adherence junction)を形成している場合がある。本発明における「細胞凝集体」として具体的には、後述する「2.嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法」における、工程(1)で生成する、浮遊培養開始時に分散していた細胞が形成する凝集体が挙げられる。
 本発明において、「均一な凝集体」とは、複数の凝集体を培養する際に各凝集体の大きさが一定であることを意味し、凝集体の大きさを最大径の長さで評価する場合、均一な凝集体とは、最大径の長さの分散が小さいことを意味する。より具体的には、凝集体の集団全体のうちの75%以上の凝集体が、当該凝集体の集団における最大径の平均値±100%、好ましくは平均値±50%の範囲内、より好ましくは平均値±20%の範囲内であることを意味する。
 本発明において、「均一な凝集体を形成させる」とは、細胞を集合させて細胞凝集体を形成させ浮遊培養する際に、「一定数の分散した細胞を迅速に凝集」させることで大きさが均一な細胞凝集体を形成させることをいう。
 分散とは、細胞や組織を酵素処理や物理処理等の分散処理により、小さな細胞片(2細胞以上100細胞以下、好ましくは50細胞以下)又は単一細胞まで分離させることをいう。一定数の分散した細胞とは、細胞片又は単一細胞を一定数集めたもののことをいう。
 多能性幹細胞を分散させる方法としては、例えば機械的分散処理、細胞分散液処理、細胞保護剤添加処理等が挙げられる。これらの処理を組み合わせて行ってもよい。好ましくは細胞分散液処理を行い、次いで機械的分散処理をするとよい。
 機械的分散処理の方法としては、ピペッティング処理、スクレーパーでの掻き取り操作等が挙げられる。
 細胞分散液処理に用いられる細胞分散液としては、例えばトリプシン、コラゲナーゼ、ヒアルロニダーゼ、エラスターゼ、プロナーゼ、DNase、パパイン等の酵素類や、エチレンジアミン四酢酸等のキレート剤のいずれかを含む溶液等を挙げることができる。市販の細胞分散液、例えばAccumax(Innovative cell technologies社製)やTripLE Select (Thermo Fisher Scientific社製)を用いることもできる。
 細胞保護剤添加処理に用いられる細胞保護剤としては、FGFシグナル伝達経路作用物質、ヘパリン、Rho-associated protein kinase(ROCK)阻害物質、血清、血清代替物等を挙げることができる。好ましい細胞保護剤としては、ROCK阻害物質が挙げられる。
 多能性幹細胞を分散させる方法としては、例えば多能性幹細胞のコロニーをROCK阻害物質の存在下で細胞分散液(Accumax)で処理し、さらにピペッティングにより分散させる方法が挙げられる。
 本発明の製造方法においては、多能性幹細胞を迅速に集合させて多能性幹細胞の凝集体を形成させることが好ましい。このように多能性幹細胞の凝集体を形成させると、形成された凝集体から分化誘導される細胞において上皮様構造を再現性よく形成させることができる。細胞の凝集体を形成させる実験的な操作としては、例えばウェルの小さなプレート(例えばウェルの底面積が平底換算で0.1~2.0cm程度のプレート)やマイクロポア等を用いて小さいスペースに細胞を閉じ込める方法、小さな遠心チューブを用いて短時間遠心することで細胞を凝集させる方法が挙げられる。ウェルの小さなプレートとして、例えば24ウェルプレート(面積が平底換算で1.88cm程度)、48ウェルプレート(面積が平底換算で1.0cm程度)、96ウェルプレート(面積が平底換算で0.35cm程度、内径6~8mm程度)、384ウェルプレートが挙げられる。好ましくは96ウェルプレートが挙げられる。ウェルの小さなプレートの形状として、ウェルを上から見たときの底面の形状としては、多角形、長方形、楕円、真円が挙げられ、好ましくは真円が挙げられる。ウェルの小さなプレートの形状として、ウェルを横から見たときの底面の形状としては、外周部が高く内凹部が低くくぼんだ構造が好ましく、例えばU底、V底、M底が挙げられ、好ましくはU底又はV底、最も好ましくはV底が挙げられる。ウェルの小さなプレートとして、細胞培養皿(例えば60mm~150mmディッシュ、カルチャーフラスコ)の底面に凹凸又はくぼみがあるものを用いてもよい。ウェルの小さなプレートの底面は、細胞非接着性の底面、好ましくは上記の細胞非接着性コートした底面を用いるのが好ましい。
 多能性幹細胞の凝集体が形成されたことや、凝集体を形成する各細胞において上皮様構造が形成されたことは、凝集体のサイズ及び細胞数、巨視的形態、組織染色解析による微視的形態及びその均一性、分化及び未分化マーカーの発現並びにその均一性、分化マーカーの発現制御及びその同期性、分化効率の凝集体間の再現性等に基づき判断することが可能である。
 「組織」とは、形態や性質が異なる複数種類の細胞が一定のパターンで立体的に配置した構造を有する細胞集団の構造体をさす。
 「神経組織」とは、発生期又は成体期の大脳、中脳、小脳、脊髄、網膜、感覚神経、末梢神経等の、神経系細胞によって構成される組織を意味する。
 本発明において、「神経上皮組織」とは、神経組織が層構造をもつ上皮構造を形成したもののことをいい、神経組織中の神経上皮組織は光学顕微鏡を用いた明視野観察等により存在量を評価することができる。
 「中枢神経系」とは、神経組織が集積し、情報処理の中心をなす領域を表す。脊椎動物では、脳と脊髄が中枢神経系に含まれる。
 「神経系細胞(Neural cell)」とは、外胚葉由来組織のうち表皮系細胞以外の細胞を表す。すなわち、神経系細胞には、神経系前駆細胞、ニューロン(神経細胞)、グリア細胞、神経幹細胞、ニューロン前駆細胞、グリア前駆細胞等の細胞を含む。神経系細胞には、後述する網膜組織を構成する細胞(網膜細胞)、網膜前駆細胞、網膜層特異的神経細胞、神経網膜細胞、網膜色素上皮細胞も包含される。神経系細胞は、Nestin、βIIIチューブリン(Tuj1)、PSA-NCAM、N-cadherin等をマーカーとして同定することができる。
 ニューロンは、神経回路を形成し情報伝達に貢献する機能的な細胞であり、TuJ1、Dcx、HuC/D等の幼若神経細胞マーカー、及び/又はMap2、NeuN等の成熟神経細胞マーカーの発現を指標に同定することができる。
 グリア細胞としては、アストロサイト、オリゴデンドロサイト、ミュラーグリア等が挙げられる。アストロサイトのマーカーとしてはGFAP、オリゴデンドロサイトのマーカーとしてはO4、ミュラーグリアのマーカーとしてはCRALBP等が挙げられる。
 神経幹細胞とは、神経細胞及びグリア細胞への分化能(多分化能)と、多分化能を維持した増殖能(自己複製能ということもある)を持つ細胞である。神経幹細胞のマーカーとしてはNestin、Sox2、Musashi、Hesファミリー、CD133等が挙げられるが、これらのマーカーは前駆細胞全般のマーカーであり神経幹細胞特異的なマーカーとは考えられていない。神経幹細胞の数は、ニューロスフェアアッセイやクローナルアッセイ等により評価することができる。
 ニューロン前駆細胞とは、増殖能をもち、神経細胞を産生し、グリア細胞を産生しない細胞である。ニューロン前駆細胞のマーカーとしては、Tbr2、Tα1等が挙げられる。あるいは、幼若神経細胞マーカー(TuJ1、Dcx、HuC/D)陽性かつ増殖マーカー(Ki67、pH3、MCM)陽性の細胞を、ニューロン前駆細胞として同定することもできる。
 グリア前駆細胞とは、増殖能もち、グリア細胞を産生し、神経細胞を産生しない細胞である。
 神経系前駆細胞(Neural Precursor cell)は、神経幹細胞、ニューロン前駆細胞及びグリア前駆細胞を含む前駆細胞の集合体であり、増殖能とニューロン及びグリア産生能をもつ。神経系前駆細胞はNestin、GLAST、Sox2、Sox1、Musashi、Pax6等をマーカーとして同定することができる。神経系細胞のマーカー陽性かつ増殖マーカー(Ki67、pH3、MCM)陽性の細胞を、神経系前駆細胞として同定することもできる。
 「網膜組織」とは、生体網膜において各網膜層を構成する視細胞、水平細胞、双極細胞、アマクリン細胞、網膜神経節細胞、これらの前駆細胞、又は網膜前駆細胞等の細胞が、少なくとも複数種類、層状で立体的に配列した網膜組織を意味する。それぞれの細胞がいずれの網膜層を構成する細胞であるかは、公知の方法、例えば細胞マーカーの発現有無、その程度等により確認できる。
 「網膜前駆細胞」とは、視細胞、水平細胞、双極細胞、アマクリン細胞、網膜神経節細胞、網膜色素上皮細胞のいずれの成熟な網膜細胞にも分化しうる前駆細胞をいう。
 視細胞前駆細胞、水平細胞前駆細胞、双極細胞前駆細胞、アマクリン細胞前駆細胞、網膜節細胞前駆細胞、網膜色素上皮前駆細胞とは、それぞれ、視細胞、水平細胞、双極細胞、アマクリン細胞、網膜神経節細胞、網膜色素上皮細胞への分化が決定付けられている前駆細胞をいう。
 「網膜層特異的神経細胞」とは、網膜層を構成する細胞であって網膜層に特異的な神経細胞を意味する。網膜層特異的神経細胞としては、双極細胞、網膜神経節節細胞、アマクリン細胞、水平細胞、視細胞、網膜色素上皮細胞、杆体細胞及び錐体細胞を挙げることができる。
 「網膜細胞」には、上述の網膜前駆細胞及び網膜層特異的神経細胞が包含される。
 網膜細胞マーカーとしては、網膜前駆細胞で発現するRx(Raxとも言う)、Aldh1a3、及びPax6、視床下部ニューロンの前駆細胞では発現するが網膜前駆細胞では発現しないNkx2.1、視床下部神経上皮で発現し網膜では発現しないSox1、視細胞の前駆細胞で発現するCrx、Blimp1等が挙げられる。網膜層特異的神経細胞のマーカーとしては、双極細胞で発現するChx10、PKCα及びL7、網膜神経節細胞で発現するTuj1及びBrn3、アマクリン細胞で発現するCalretinin、水平細胞で発現するCalbindin、成熟視細胞で発現するRhodopsin及びRecoverin、杆体細胞で発現するNrl、錐体細胞で発現するRxr-gamma、網膜色素上皮細胞で発現するREP65及びMitf等が挙げられる。
 「大脳組織」とは、胎児期又は成体の大脳を構成する細胞(例えば大脳神経系前駆細胞(cortical neural precursor cell)、背側大脳神経系前駆細胞、腹側大脳神経系前駆細胞、大脳層構造特異的神経細胞(ニューロン)、第一層ニューロン、第二層ニューロン、第三層ニューロン、第四層ニューロン、第五層ニューロン、第六層ニューロン、グリア細胞(アストロサイト及びオリゴデンドロサイト)、これらの前駆細胞等)が、一種類又は複数種類、層状で立体的に配列した組織を意味する。胎児期の大脳は、前脳又は終脳とも呼ばれる。それぞれの細胞の存在は、公知の方法、例えば細胞マーカーの発現有無、その程度等により確認できる。
 「大脳層」とは、成体大脳又は胎児期大脳を構成する各層を意味し、具体的には、分子層、外顆粒層、外錐体細胞層、内顆粒層、神経細胞層(内錐体細胞層)、多型細胞層、第一層、第二層、第三層、第四層、第五層、第六層、皮質帯、中間帯、脳室下帯及び脳室帯(ventricular zone)を挙げることができる。
 「大脳神経系前駆細胞」としては、ニューロン前駆細胞、第一層ニューロン前駆細胞、第二層ニューロン前駆細胞、第三層ニューロン前駆細胞、第四層ニューロン前駆細胞、第五層ニューロン前駆細胞、第六層ニューロン前駆細胞、アストロサイト前駆細胞、オリゴデンドロサイト前駆細胞等を挙げることができる。それぞれの細胞は、第一層ニューロン、第二層ニューロン、第三層ニューロン、第四層ニューロン、第五層ニューロン、第六層ニューロン、アストロサイト、及びオリゴデンドロサイトへの分化が決定付けられている前駆細胞である。
 「大脳神経系前駆細胞」は、第一層ニューロン、第二層ニューロン、第三層ニューロン、第四層ニューロン、第五層ニューロン、第六層ニューロン、アストロサイト、及びオリゴデンドロサイトのうちの少なくとも複数の分化系譜への分化能(多分化能)をもつ複能性幹細胞(複能性神経幹細胞、multi-potent neural stem cell)を含む。
 「大脳層特異的神経細胞」とは、大脳層を構成する細胞であって大脳層に特異的な神経細胞を意味する。大脳層特異的神経細胞としては、第一層ニューロン、第二層ニューロン、第三層ニューロン、第四層ニューロン、第五層ニューロン、第六層ニューロン、大脳興奮性ニューロン、大脳抑制性ニューロン等を挙げることができる。
 大脳細胞マーカーとしては、大脳細胞で発現するFoxG1(別名Bf1)、大脳神経系前駆細胞で発現するSox2及びNestin、背側大脳神経系前駆細胞で発現するPax6及びEmx2、腹側大脳神経系前駆細胞で発現するDlx1、Dlx2及びNkx2.1、ニューロン前駆細胞で発現するTbr2、Nex、Svet1、第六層ニューロンで発現するTbr1、第五層ニューロンで発現するCtip2、第四層ニューロンで発現するRORβ、第三層ニューロン又は第二層ニューロンで発現するCux1又はBrn2、第一層ニューロンで発現するReelin等が挙げられる。
 「嗅皮質」とは、嗅球からの単シナプス性入力を受け、嗅覚情報の処理に関わる大脳の一領域である。
 嗅皮質で発現する遺伝子及びマーカーとしては、Tbr1、FoxP2、Ctip2、Nor1(NR4a3)、DAARP-32、CUX1、Brn2、CART等が挙げられる。
 「大脳基底核」とは、大脳の一領域に存在する神経核の集合体である。大脳基底核に含まれる神経核として、線条体、淡蒼球、視床下核、黒質等が挙げられる。
 「大脳基底核原基」とは、発生中の胚の脳室内に形成される神経系細胞からなる構造である。大脳基底核原基は成体の大脳基底核の基となることに加え、複数種の神経細胞を産生し、それらの細胞は発生中に中枢神経系の各所へと遊走する。
 「吻側移動経路(rostral migratory stream)」とは、脳室下帯の神経幹細胞から産生された新生ニューロンが、嗅球へと遊走する現象及びその経路を表す。吻側移動経路を移動中のニューロンは、例えばPSA-NCAM、Dcxのような遊走中の神経細胞マーカーを用いて検出することができる。
 「嗅球」とは、大脳の先端部に存在し、嗅上皮に存在する嗅覚受容細胞から入力を受け、嗅覚情報の処理に関わる中枢神経系の一領域を意味する。嗅球に存在する細胞は層構造を形成しており、表層から順に、嗅神経層(olfactory nerve layer)、糸球体層(glomerular layer)、外網状層(external plexiform layer)、僧帽細胞層(mitral cell layer)、内網状層(internal plexiform layer)、顆粒細胞層(granule cell layer)と呼称される。嗅球の神経細胞には、興奮性ニューロンとして僧帽細胞(mitral cell)と房飾細胞(tufted cell)があり、抑制性ニューロン(介在ニューロン)として傍糸球体細胞(periglomerular cell)と顆粒細胞(granule cell)がある。
 嗅球で発現する遺伝子及びマーカーとしては、Arx、Tbr1、Tbr2/EOMES、Tbx21、Iba1等が挙げられる。
 「非神経上皮組織」とは、上皮構造を有する組織のうち神経上皮組織以外の組織を表す。上皮組織は外胚葉、中胚葉、内胚葉、栄養外胚葉のいずれの胚葉からも形成される。上皮組織には上皮、中皮、内皮が含まれる。非神経上皮組織に含まれる組織の例としては、表皮、角膜上皮、鼻腔上皮(嗅上皮を含む)、口腔上皮、気管上皮、気管支上皮、気道上皮、腎上皮、腎皮質上皮、胎盤上皮等が挙げられる。
 上皮組織は通常種々の細胞間結合によりつながれており、単層又は重層化した層構造を有する組織を形成する。これら上皮組織の有無の確認、存在量の定量は光学顕微鏡による観察か、上皮細胞マーカーに対する抗体(抗E-Cadherin抗体、抗N-Cadherin抗体、抗EpCAM抗体等)を用いた免疫組織化学等の手法により可能である。
 「プラコード(placode)」とは、主に脊椎動物の発生過程において表皮外胚葉の一部が肥厚して形成される器官の原基のことを表す。プラコードに由来する組織としては、水晶体、嗅上皮、内耳、三叉神経、下垂体等が挙げられる。プラコード又はその前駆組織である前プラコード領域(preplacode region)のマーカーとしては、Six1、Six4、Dlx5、Eya2等が挙げられる。
 「嗅上皮」とは鼻腔中にある上皮組織であり、生体が匂いの情報を感知する嗅覚器官を表す。嗅上皮はプラコードに由来する組織の一つであり、嗅覚受容体を発現し、空気中の揮発性分子を感知する嗅神経細胞と、嗅神経細胞を支える支持細胞、嗅上皮の幹細胞及び前駆細胞である基底細胞、粘液を分泌するボーマン腺細胞等の細胞から構成されている。嗅上皮は形態的に表層・中間層・基底層に分類され、表層には支持細胞、中間層には嗅神経細胞、基底層には基底細胞が存在する。ボーマン腺は嗅上皮内に分枝管状の胞状腺を形成し、点在している。
 「嗅上皮の前駆組織」とは嗅上皮プラコードを含む。嗅上皮及び嗅上皮プラコードで発現する遺伝子及びマーカーとしては、前記したプラコード領域及び前プラコード領域のマーカーに加え、Pax6、Otx2、FoxG1(別名Bf1)、Sox2、Pou2f1、Sp8、Chd7、N-Cadherin、E-Cadherin、EpCAM、CK18、PDGFRβ等が挙げられる。
 鋤鼻器は嗅覚系組織の一種であり、生体が嗅上皮とは別に持つ嗅覚器官である。鋤鼻器はヤコブソン器官あるいはヤコプソン器官とも称される。哺乳類における鋤鼻器は、一般的な揮発性物資を感知する嗅上皮とは役割が異なり、フェロモン様物質を受容する神経細胞がより多く存在している。
 「嗅覚系組織」とは、胎児期又は成体の嗅覚系組織、例えば嗅上皮を構成する細胞(例えば嗅神経細胞、支持細胞、基底細胞、ボーマン腺細胞、嗅神経鞘細胞及びこれらの前駆細胞等)、嗅球を構成する細胞、嗅皮質を構成する細胞等が、一種類又は少なくとも複数種類、層状で立体的に配列した組織を意味する。それぞれの細胞の存在は、公知の方法、例えば細胞特異的遺伝子の発現有無若しくはその程度等により確認できる。
 「嗅神経細胞」(olfactory receptor neuron:ORN)とは、鼻腔粘膜の嗅上皮中間層にある嗅覚を受容する神経細胞のことを表す。嗅神経細胞は表面の線毛にある嗅覚受容体で空気中の揮発性分子をとらえる。嗅神経細胞は双極性の感覚細胞であり、末梢側で発現している嗅覚受容体でとらえられた嗅覚情報は中枢側の嗅糸と呼ばれる神経軸索に伝搬される。嗅糸は数十本ずつ集まって一つの束を形成し、嗅神経はこれらの束すべてを指す。嗅糸は頭蓋骨の篩骨篩板にある篩骨孔を通って脳の嗅球に達し、そこで僧帽細胞等にシナプス結合して、脳内の嗅覚中枢へ嗅覚情報を伝達する。
 嗅神経細胞及び前駆細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、環状ヌクレオチド感受性チャンネルα2サブユニット(CNGA2)、環状ヌクレオチド感受性チャンネルα4サブユニット(CNGA4)、環状ヌクレオチド感受性チャンネルβ1bサブユニット、嗅覚特異性Gタンパク質(Golf)アデニル酸シクラーゼ、Olfactory Marker protein(OMP)、NCAM、OCAM(NCAM-2)、Ebf1、Ebf2、Ebf3、NeuroD、PGP9.5、Neuron Specific Enolase(NSE)、Growth Associated Protein 43(GAP-43/B50)、ビメンチン、Lhx2、Id3、β-Tubulin III(Tuj)、Calretinin、TrkB、Ctip2、Uncx及び嗅覚受容体(olfactory receptor:OR)等が挙げられる。
 「支持細胞」(Supporting Cell)とは、嗅上皮の最も頂端面側に存在する多列円柱上皮様の細胞を表す。支持細胞は嗅神経細胞等の他の細胞の機能の発揮、生存や上皮構造の維持等に関わる。嗅上皮の支持細胞は、支持細胞(Sustentacular Cell)及び微絨毛細胞(Microvillar cell)の二種の細胞から構成されている。
 支持細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、Notch2、Notch3、Carbonyl reductase 2(Cbr2)、S-100、Ezrin、Reep6、Sox2、Tyro3、CYP2A6、SUS-1、SUS-4、EPAS1等が挙げられる。
 「基底細胞」(basal cell)とは、嗅上皮の基底層に存在する細胞を表す。基底細胞は形態的に球状基底細胞(globose basal cell:GBC)と水平基底細胞(horizontal basal cell:HBC)に分けられる。これら二種の細胞のうち、球状基底細胞は恒常的に細胞分裂を生じ、新しい嗅神経細胞を供給する活動中の前駆細胞、幹細胞である。一方で、水平基底細胞は通常では細胞分裂の細胞周期が停止した状態にあり、嗅上皮の大規模な損傷等が生じた際に活性化される休眠状態の幹細胞である。
 水平基底細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、p63、サイトケラチン5、サイトケラチン14、ICAM-1等が挙げられる。
 球状基底細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、GAP43、GBC-1、Lgr5、Ascl1、LSD1、SEC8等が挙げられる。
 「ボーマン腺細胞」(Bowman’s gland cell)とは、ボーマン腺(嗅腺)を構成する細胞を表す。ボーマン腺は嗅上皮に存在する分岐した細い管上の組織であり、嗅上皮を保護する粘液の分泌等の機能を有する。
 ボーマン腺細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、Sox9、E-Cadherin、Aquaporin5、Ascl3、サイトケラチン18等が挙げられる。
 「嗅神経鞘細胞」(olfactory ensheating glia:OEG)とは、嗅上皮及び嗅球に存在するグリア細胞の一種を表す。嗅神経鞘細胞はBDNF、NGF等の神経栄養因子を放出し、嗅神経の恒常的な再生に関わる細胞である。
 嗅神経鞘細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、p75NTR、S100β、Sox10、GFAP、BLBP、Aquaporin1、Integrin α7等が挙げられる。
 「嗅上皮周縁部」(lateral olfactory epithelium)とは、嗅上皮の周縁の領域であり、嗅上皮以外の非神経上皮と連続している領域を表す。本発明における「嗅上皮内側部」(medial olfactory epithelium)とは、嗅上皮周縁部に囲われた嗅上皮の中心領域を表す。嗅上皮周縁部と嗅上皮内側部では構成している細胞の割合が異なることが知られている(Development,2010,137:2471-2481)。嗅上皮周縁部で発現が高い遺伝子としてPbx1/2/3、Meis1、βIVTubulinが挙げられる。嗅上皮内側部で発現が高い遺伝子としてTuj1、Ascl1、Sox2が挙げられる。
 「性腺刺激ホルモン放出ホルモン陽性神経細胞」とは、主として中枢神経系の視床下部に存在し、生殖系の器官の制御に関与する性腺刺激ホルモン放出ホルモン(gonadotropin releasing hormone:GnRH)を分泌する神経細胞である。性腺刺激ホルモン放出ホルモン陽性神経細胞は胎生期に嗅上皮で発生したのちに、中枢神経系へと移動する。
 性腺刺激ホルモン放出ホルモンで発現する遺伝子及びマーカーとしては、性腺刺激ホルモン放出ホルモン(gonadotropin releasing hormone:GnRH)等が挙げられる。
 「骨組織」とは、骨を構成する細胞と、リン酸カルシウム、I型コラーゲン等から構成される骨基質を表す。骨を構成する細胞には、骨細胞、破骨細胞、骨芽細胞等が含まれる。
 「頭蓋骨」とは、頭部に存在する骨組織を表す。頭蓋骨は顔面及び頭部の形態及び構造の維持、中枢神経系の保護等の機能を有する。
 「篩骨」とは、頭蓋骨を構成する骨組織のうちの一つを表す。ヒトの篩骨は両眼窩の間に存在する。
 頭蓋骨を含む骨を構成する細胞で発現する遺伝子及びマーカーとしては、Msx2、Runx2、Osterix、Osteocalcin、Osteopontin等が挙げられる。加えて、アリザリンレッド染色、アルカリホスファターゼ染色等の手法により、組織中に骨組織が存在するかどうか判別することができる。
 「受容体タンパク質」とは、細胞膜、細胞質又は核内にあるタンパク質であり、ホルモン、サイトカイン、細胞増殖因子、化合物等の物質と結合し、各種の細胞の反応を惹起するタンパク質を表す。
 「嗅覚受容体」とは、嗅神経細胞及びその他の細胞で発現し、化合物等の感知に関わる受容体タンパク質を表す。
 [2.嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法]
 本発明は、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法を提供する。以下、本発明の製造方法とも称する。
 本発明の製造方法の一態様は、下記工程を含む嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3a)。
 本発明の製造方法の好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 工程(1)の前に、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)、
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3a)。
 本発明の製造方法の好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(3a)、
 工程(3a)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養し、上記細胞塊を得る工程(3c)。
 本発明の製造方法の好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 工程(1)の前に、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)、
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(3a)、
 工程(3a)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養し、上記細胞塊を得る工程(3c)。
 本発明の製造方法のさらなる一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3b)。
 本発明の製造方法の好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3b)、
 工程(3b)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3d)。
 本発明の製造方法のより好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 工程(1)の前に、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)、
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3b)。
 本発明の製造方法のさらに好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 工程(1)の前に、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)、
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3b)、
 工程(3b)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3d)。
 本発明の製造方法のさらなる一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3c)。
 本発明の製造方法の好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3c)、
 工程(3c)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3d)。
 本発明の製造方法のより好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 工程(1)の前に、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)、
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3c)。
 本発明の製造方法のさらに好ましい一態様は、下記工程を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法である。
 工程(1)の前に、多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)、
 多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3c)、
 工程(3c)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養し、上記細胞塊を得る工程(3d)。
 上記の製造方法によって製造される細胞塊とは、後述する「3.嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊」に記載するとおりである。
 <工程(a)>
 多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)について説明する。
 工程(a)において、多能性幹細胞をTGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つの存在下で培養してから、工程(1)の浮遊培養に付すことにより、多能性幹細胞の状態が変わり、非神経上皮組織の形成効率が改善し、凝集体の質が向上し、分化しやすく、細胞死が生じにくく、凝集体の内部が密な未分化性を維持した細胞凝集体を高効率で製造することができる。
 工程(a)は、フィーダー細胞非存在下で実施する。本発明におけるフィーダー細胞非存在下(フィーダーフリー)とは、フィーダー細胞を実質的に含まない(例えば全細胞数に対するフィーダー細胞数の割合が3%以下である)条件を意味する。
 工程(a)において用いられる培地は、フィーダーフリー条件下で、多能性幹細胞の未分化維持培養を可能にする培地(フィーダーフリー培地)であれば、特に限定されない。
 フィーダーフリー培地として、多くの合成培地が開発・市販されており、例えばEssential 8培地が挙げられる。Essential 8培地は、DMEM/F12培地に、添加剤として、L-ascorbic acid-2-phosphate magnesium(64mg/l)、sodium selenium(14μg/1),insulin(19.4mg/l)、NaHCO(543mg/l)、transferrin(10.7mg/l)、bFGF(100ng/mL)、及びTGFβファミリーシグナル伝達経路作用物質(TGFβ1(2ng/mL)又はNodal(100ng/mL))を含む(Nature Methods,8,424-429(2011))。市販のフィーダーフリー培地としては、例えばEssential 8(Thermo Fisher Scientific社製)、S-medium(DSファーマバイオメディカル株式会社製)、StemPro(Thermo Fisher Scientific社製)、hESF9、mTeSR1(STEMCELL Technologies社製)、mTeSR2(STEMCELL Technologies社製)、TeSR-E8(STEMCELL Technologies社製)、StemFit(味の素株式会社製)等が挙げられる。工程(a)ではこれらを用いることにより、簡便に本発明を実施することができる。StemFit培地は未分化維持成分としてbFGFを含有する(Scientific Reports(2014)4,3594)。
 工程(a)において用いられる培地は、血清培地であっても無血清培地であってもよい。化学的に未決定な成分の混入を回避する観点から、工程(a)において用いられる培地は、好ましくは無血清培地である。培地は、血清代替物を含んでいてもよい。
 工程(a)において用いられる培地は、未分化維持培養を可能にするため、未分化維持因子を含む。未分化維持因子は、多能性幹細胞の分化を抑制する作用を有する物質であれば特に限定されない。当業者に汎用されている未分化維持因子としては、プライムド多能性幹細胞(Primed pluripotent stem cells)(例えばヒトES細胞、ヒトiPS細胞)の場合、FGFシグナル伝達経路作用物質、TGFβファミリーシグナル伝達経路作用物質、insulin等を挙げることができる。FGFシグナル伝達経路作用物質として具体的には、線維芽細胞増殖因子(例えばbFGF、FGF4やFGF8)が挙げられる。また、TGFβファミリーシグナル伝達経路作用物質としては、TGFβシグナル伝達経路作用物質、Nodal/Activinシグナル伝達経路作用物質が挙げられる。TGFβシグナル伝達経路作用物質としては、例えばTGFβ1、TGFβ2が挙げられる。Nodal/Activinシグナル伝達経路作用物質としては、例えばNodal、ActivinA、ActivinBが挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。ヒト多能性幹細胞(例えばヒトES細胞、ヒトiPS細胞)を培養する場合、工程(a)における培地は、好ましくは未分化維持因子として、bFGFを含む。
 本発明に用いる未分化維持因子は、通常哺乳動物の未分化維持因子である。哺乳動物としては、上記のものを挙げることができる。未分化維持因子は、哺乳動物の種間で交差反応性を有し得るので、培養対象の多能性幹細胞の未分化状態を維持可能な限り、いずれの哺乳動物の未分化維持因子を用いてもよい。本発明に用いる未分化維持因子は、好ましくは培養する細胞と同一種の哺乳動物の未分化維持因子である。例えばヒト多能性幹細胞の培養には、ヒト未分化維持因子(例えばbFGF、FGF4、FGF8、EGF、Nodal、ActivinA、ActivinB、TGFβ1、TGFβ2等)が用いられる。ここで「ヒトタンパク質X」とは、タンパク質X(未分化維持因子等)が、ヒト生体内で天然に発現するタンパク質Xのアミノ酸配列を有することを意味する。
 本発明に用いる未分化維持因子は、好ましくは単離されている。
 「単離」とは、目的とする成分や細胞以外の因子を除去する操作がなされ、天然に存在する状態を脱していることを意味する。従って、「単離されたタンパク質X」には、培養対象の細胞や組織から産生され細胞や組織及び培地中に含まれている内在性のタンパク質Xは包含されない。「単離されたタンパク質X」の純度(総タンパク質重量に占めるタンパク質Xの重量の百分率)は、通常70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは99%以上、最も好ましくは100%である。
 本発明は、一態様において、単離された未分化維持因子を提供する工程を含む。また、一態様において、工程(a)に用いる培地中へ、単離された未分化維持因子を外来的(又は外因的)に添加する工程を含む。あるいは、工程(a)に用いる培地に予め未分化維持因子が添加されていてもよい。
 工程(a)において用いられる培地中の未分化維持因子濃度は、培養する多能性幹細胞の未分化状態を維持可能な濃度であり、当業者であれば適宜設定することができる。例えばフィーダー細胞非存在下で未分化維持因子としてbFGFを用いる場合、その濃度は、通常約4ng/mL~約500ng/mL、好ましくは約10ng/mL~約200ng/mL、より好ましくは約30ng/mL~約150ng/mLである。
 工程(a)における多能性幹細胞の培養は、浮遊培養及び接着培養のいずれの条件で行われてもよいが、好ましくは接着培養により行われる。
 工程(a)におけるフィーダーフリー条件での多能性幹細胞の培養においては、フィーダー細胞に代わる足場を多能性幹細胞に提供するため、適切なマトリクスを足場として用いてもよい。足場であるマトリクスにより、表面をコーティングした細胞容器中で、多能性幹細胞を接着培養する。
 足場として用いることのできるマトリクスとしては、ラミニン(Nat Biotechnol. 28,611-615(2010))、ラミニン断片(Nat Commun 3,1236(2012))、基底膜標品(Nat Biotechnol 19,971-974(2001))、ゼラチン、コラーゲン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクチン、ビトロネクチン(Vitronectin)等が挙げられる。
 「ラミニン」とは、α、β、γ鎖からなるヘテロ三量体分子であり、サブユニット鎖の組成が異なるアイソフォームが存在する細胞外マトリックスタンパク質である。具体的には、ラミニンは、5種のα鎖、4種のβ鎖及び3種のγ鎖のヘテロ三量体の組合せで約15種類のアイソフォームを有する。α鎖(α1~α5)、β鎖(β1~β4)及びγ鎖(γ1~γ4)のそれぞれの数字を組み合わせて、ラミニンの名称が定められている。例えばα5鎖、β1鎖、γ1鎖の組合せによるラミニンをラミニン511という。本発明においては、好ましくはラミニン511が用いられる(Nat Biotechnol 28,611-615(2010))。
 本発明で用いるラミニン断片は、多能性幹細胞への接着性を有しており、フィーダーフリー条件での多能性幹細胞の維持培養を可能とするものであれば特に限定されないが、好ましくはE8フラグメントである。ラミニンE8フラグメントは、ラミニン511をエラスターゼで消化して得られたフラグメントの中で、強い細胞接着活性をもつフラグメントとして同定されたものである(EMBO J.,3:1463-1468,1984、J. Cell Biol.,105:589-598,1987)。本発明においては、好ましくはラミニン511のE8フラグメントが用いられる(Nat Commun 3,1236(2012)、Scientific Reports 4,3549(2014))。本発明に用いられるラミニンE8フラグメントは、ラミニンのエラスターゼ消化産物であることを要するものではなく、組換え体であってもよい。あるいは、遺伝子組み換え動物(カイコ等)に産生させたものであってもよい。未同定成分の混入を回避する観点から、本発明においては、好ましくは組換え体のラミニン断片が用いられる。ラミニン511のE8フラグメントは市販されており、例えばニッピ株式会社等から購入可能である。
 未同定成分の混入を回避する観点から、本発明において用いられるラミニン又はラミニン断片は、単離されていることが好ましい。
 工程(a)におけるフィーダーフリー条件での多能性幹細胞の培養においては、好ましくは単離されたラミニン511又はラミニン511のE8フラグメントによって、より好ましくはラミニン511のE8フラグメントによって表面をコーティングした細胞容器中で、多能性幹細胞を接着培養する。
 工程(a)における多能性幹細胞の培養時間は、続く工程(1)において形成される凝集体の質を向上させる効果が達成可能な範囲で特に限定されないが、通常0.5~144時間、好ましくは2~96時間、より好ましくは6~48時間、さらに好ましくは12~48時間、特に好ましくは18~28時間であり、例えば24時間である。
 すなわち、工程(1)開始の0.5~144時間、好ましくは18~28時間前に工程(a)を開始し、工程(a)を完了した後引き続き工程(1)が行われる。
 工程(a)における培養温度、CO濃度等の培養条件は適宜設定できる。培養温度は、例えば約30℃から約40℃、好ましくは約37℃である。またCO濃度は、例えば約1%から約10%、好ましくは約5%である。
 好ましい一態様において、ヒト多能性幹細胞を、フィーダー細胞非存在下で、bFGFを含有する無血清培地中で、接着培養する。当該接着培養は、好ましくはラミニン511、ラミニン511のE8フラグメント又はビトロネクチンで表面をコーティングした細胞容器中で実施される。当該接着培養は、好ましくはフィーダーフリー培地としてStemFitを用いて実施される。
 好ましい一態様において、ヒト多能性幹細胞を、フィーダー細胞非存在下で、bFGFを含有する無血清培地中で、浮遊培養する。当該浮遊培養では、ヒト多能性幹細胞は、ヒト多能性幹細胞の凝集体を形成してもよい。
 ソニック・ヘッジホッグシグナル(以下、「Shh」と記すことがある。)伝達経路作用物質とは、Shhにより媒介されるシグナル伝達を増強し得る物質である。Shhシグナル伝達経路作用物質としては、例えばHedgehogファミリーに属するタンパク質(例えばShhやIhh)、Shh受容体、Shh受容体アゴニスト、Smoアゴニスト、Purmorphamine(9-cyclohexyl-N-[4-(morpholinyl)phenyl]-2-(1-naphthalenyloxy)-9H-purin-6-amine)、GSA-10(Propyl 4-(1-hexyl-4-hydroxy-2-oxo-1,2-dihydroquinoline-3-carboxamido)benzoate)、Hh-Ag1.5、20(S)-Hydroxycholesterol、SAG(Smoothened Agonist:N-Methyl-N’-(3-pyridinylbenzyl)-N’-(3-chlorobenzo[b]thiophene-2-carbonyl)-1,4-diaminocyclohexane)等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 Shhシグナル伝達経路作用物質は、好ましくはSAG、Purmorphamine、GSA-10からなる群より含まれる少なくとも1つを含み、より好ましくはSAGを含む。培地中のShhシグナル伝達経路作用物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。SAGは、工程(a)においては通常約1nM~約2000nM、好ましくは約10nM~約1000nM、より好ましくは約10nM~約700nM、さらに好ましくは約50nM~約700nM、特に好ましくは約100nM~約600nM、最も好ましくは約100nM~約500nMの濃度で使用される。また、SAG以外のShhシグナル伝達経路作用物質を使用する場合、前記濃度のSAGと同等のShhシグナル伝達促進活性を示す濃度で用いられることが望ましい。ソニック・ヘッジホッグシグナル伝達促進活性は、当業者に周知の方法、例えばGli1遺伝子の発現に着目したレポータージーンアッセイにて決定することができる(Oncogene(2007)26,5163-5168)。
 TGFβファミリーシグナル伝達経路(すなわちTGFβスーパーファミリーシグナル伝達経路)とは、形質転換増殖因子β(TGFβ)、Nodal/Activin、又はBMPをリガンドとし、細胞内でSmadファミリーにより伝達されるシグナル伝達経路である。
 TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質とは、TGFβファミリーシグナル伝達経路、すなわちSmadファミリーにより伝達されるシグナル伝達経路を阻害する物質を表し、具体的にはTGFβシグナル伝達経路阻害物質、Nodal/Activinシグナル伝達経路阻害物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質を挙げることができる。TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質としては、TGFβシグナル伝達経路阻害物質が好ましい。
 TGFβシグナル伝達経路阻害物質としては、TGFβに起因するシグナル伝達経路を阻害する物質であれば特に限定は無く、核酸、タンパク質、低分子有機化合物のいずれであってもよい。当該物質として例えばTGFβに直接作用する物質(例えばタンパク質、抗体、アプタマー等)、TGFβをコードする遺伝子の発現を抑制する物質(例えばアンチセンスオリゴヌクレオチド、siRNA等)、TGFβ受容体とTGFβの結合を阻害する物質、TGFβ受容体によるシグナル伝達に起因する生理活性を阻害する物質(例えばTGFβ受容体の阻害剤、Smadの阻害剤等)を挙げることができる。TGFβシグナル伝達経路阻害物質として知られているタンパク質として、Lefty等が挙げられる。
 TGFβシグナル伝達経路阻害物質として、当業者に周知の化合物を使用することができる。具体的には、SB431542(本明細書及び図面中、SB431と略記する場合がある)(4-[4-(3,4-Methylenedioxyphenyl)-5-(2-pyridyl)-1H-imidazol-2-yl]benzamide)、SB505124(2-[4-(1,3-Benzodioxol-5-yl)-2-(1,1-dimethylethyl)-1H-imidazol-5-yl]-6-methylpyridine)、SB525334(6-[2-(1,1-Dimethylethyl)-5-(6-methyl-2-pyridinyl)-1H-imidazol-4-yl]quinoxaline)、LY2157299(4-[5,6-Dihydro-2-(6-methyl-2-pyridinyl)-4H-pyrrolo[1,2-b]pyrazol-3-yl]-6-quinolinecarboxamide)、LY2109761(4-[5,6-dihydro-2-(2-pyridinyl)-4H-pyrrolo[1,2-b]pyrazol-3-yl]-7-[2-(4-morpholinyl)ethoxy]-quinoline)、GW788388(4-{4-[3-(Pyridin-2-yl)-1H-pyrazol-4-yl]-pyridin-2-yl}-N-(tetrahydro-2H-pyran-4-yl)benzamide)、LY364947(4-[3-(2-Pyridinyl)-1H-pyrazol-4-yl]quinoline)、SD-208(2-(5-Chloro-2-fluorophenyl)pteridin-4-yl)pyridin-4-yl amine)、EW-7197(N-(2-fluorophenyl)-5-(6-methyl-2-pyridinyl)-4-[1,2,4]triazolo[1,5-a]pyridin-6-yl-1H-Imidazole-2-methanamine)、A83-01(3-(6-Methylpyridin-2-yl)-4-(4-quinolyl)-1-phenylthiocarbamoyl-1H-pyrazole)、RepSox(2-[5-(6-Methylpyridin-2-yl)-1H-pyrazol-4-yl]-1,5-naphthyridine)等のAlk5/TGFβR1阻害剤、SIS3(1-(3,4-dihydro-6,7-dimethoxy-2(1H)-isoquinolinyl)-3-(1-methyl-2-phenyl-1H-pyrrolo[2,3-b]pyridin-3-yl)-2-propen-1-one)等のSMAD3阻害剤が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。ここでSB431542は、TGFβ受容体(ALK5)及びActivin受容体(ALK4/7)の阻害剤(すなわちTGFβR阻害剤)として公知の化合物である。SIS3は、TGFβ受容体の制御下にある細胞内シグナル伝達因子であるSMAD3のリン酸化を阻害するTGFβシグナル伝達経路阻害物質である。
 本発明で用いられるTGFβシグナル伝達経路阻害物質は、好ましくはAlk5/TGFβR1阻害剤を含む。Alk5/TGFβR1阻害剤は、好ましくはSB431542、SB505124、SB525334、LY2157299、GW788388、LY364947、SD-208、EW-7197、A83-01、RepSoxからなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、さらに好ましくはSB431542又はA83-01を含む。
 培地中のTGFβシグナル伝達経路阻害物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。工程(a)におけるTGFβ伝達経路阻害物質としてSB431542を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~100μM、より好ましくは約10nM~約50μM、さらに好ましくは約100nM~約50μM、特に好ましくは約1μM~約10μMの濃度で使用される。また、SB431542以外のTGFβシグナル伝達経路阻害物質を使用する場合、前記濃度のSB431542と同等のTGFβシグナル伝達経路阻害活性を示す濃度で用いられることが望ましい。
 工程(a)及び下記工程(1)~(3)における培養温度、CO濃度等の培養条件は適宜設定できる。培養温度は、例えば約30℃から約40℃、好ましくは約37℃である。CO濃度は、例えば約1%から約10%、好ましくは約5%である。
 <工程(1)>
 未分化で維持された多能性幹細胞、好ましくは工程(a)で培養した多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)について説明する。
 本発明中において、後掲する第二Wntシグナル伝達経路阻害物質と区別するために、工程(1)において添加されるWntシグナル伝達経路阻害物質を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質とも呼称する。
 Wntシグナル伝達経路とは、Wntファミリー・タンパク質をリガンドとし、主としてFrizzledを受容体とするシグナル伝達経路である。当該シグナル経路としては、β-Cateninによって伝達される古典的Wnt経路(Canonical Wnt pathway)、非古典的Wnt経路(Non-Canonical Wnt pathway)等が挙げられる。非古典的Wnt経路としては、Planar Cell Polarity(PCP)経路、Wnt/Calcium経路、Wnt-RAP1経路、Wnt-Ror2経路、Wnt-PKA経路、Wnt-GSK3MT経路、Wnt-aPKC経路、Wnt-RYK経路、Wnt-mTOR経路等が挙げられる。非古典的Wnt経路では、Wnt以外の他のシグナル伝達経路でも活性化される共通のシグナル伝達因子が存在するが、本発明ではそれらの因子もWntシグナル伝達経路の構成因子とし、それらの因子に対する阻害物質もWntシグナル伝達経路阻害物質に含まれる。
 本発明において、Wntシグナル伝達経路阻害物質とはWntファミリー・タンパク質により惹起されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り限定されない。阻害物質は、核酸、タンパク質、低分子有機化合物のいずれであってもよい。当該物質として例えばWntのプロセシングと細胞外への分泌を阻害する物質、Wntに直接作用する物質(例えばタンパク質、抗体、アプタマー等)、Wntをコードする遺伝子の発現を抑制する物質(例えばアンチセンスオリゴヌクレオチド、siRNA等)、Wnt受容体とWntの結合を阻害する物質、Wnt受容体によるシグナル伝達に起因する生理活性を阻害する物質を挙げることができる。
 Wntシグナル伝達経路阻害物質として知られているタンパク質として、secreted Frizzled Related Protein(sFRP)クラスに属するタンパク質(sFRP1~5、Wnt Inhibitory Factor-1(WIF-1)、Cerberus)、Dickkopf(Dkk)クラスに属するタンパク質(Dkk1~4、Kremen)等が挙げられる。
 Wntシグナル伝達経路阻害物質としては、当業者に周知の化合物を使用することができる。Wntシグナル伝達経路阻害物質として例えばPorcupine(PORCN)阻害剤、Frizzled阻害剤、Dishevelled(Dvl)阻害剤、Tankyrase(TANK)阻害剤、カゼインキナーゼ1阻害剤、カテニン応答性転写阻害剤、p300阻害剤、CREB-binding protein(CBP)阻害剤、BCL-9阻害剤(Am J Cancer Res. 2015;5(8):2344-2360)等が挙げられる。また、非古典的Wnt経路の阻害物質として、例えばCalcium/calmodulin-dependent protein kinase II(CaMKII)阻害剤、(TGF-β-activated kinase 1(TAK1)阻害剤、Nemo-Like Kinase(NLK)阻害剤、LIM Kinase阻害剤、mammalian target of rapamycin(mTOR)阻害剤、c-Jun NH 2-terminal kinase(JNK)阻害剤、protein kinase C(PKC)阻害剤、Methionine Aminopeptidase 2(MetAP2)阻害剤、Calcineurin阻害剤、nuclear factor of activated T cells(NFAT)阻害剤、ROCK阻害剤等が挙げられる。また、作用機序は報告されていないが、Wntシグナル伝達経路阻害物質としてKY02111(N-(6-Chloro-2-benzothiazolyl)-3,4-dimethoxybenzenepropanamide)、KY03-I(2-(4-(3,4-dimethoxyphenyl)butanamide)-6-Iodobenzothiazole)が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 PORCN阻害剤として例えばIWP-2(N-(6-Methyl-2-benzothiazolyl)-2-[(3,4,6,7-tetrahydro-4-oxo-3-phenylthieno[3,2-d]pyrimidin-2-yl)thio]-acetamide)、IWP-3(2-[[3-(4-fluorophenyl)-3,4,6,7-tetrahydro-4-oxothieno[3,2-d]pyrimidin-2-yl]thio]-N-(6-methyl-2-benzothiazolyl)-acetamide)、IWP-4(N-(6-methyl-2-benzothiazolyl)-2-[[3,4,6,7-tetrahydro-3-(2-methoxyphenyl)-4-oxothieno[3,2-d]pyrimidin-2-yl]thio]-acetamide)、IWP-L6(N-(5-phenyl-2-pyridinyl)-2-[(3,4,6,7-tetrahydro-4-oxo-3-phenylthieno[3,2-d]pyrimidin-2-yl)thio]-acetamide)、IWP-12(N-(6-Methyl-2-benzothiazolyl)-2-[(3,4,6,7-tetrahydro-3,6-dimethyl-4-oxothieno[3,2-d]pyrimidin-2-yl)thio]acetamide)、LGK-974(2-(2’,3-Dimethyl-2,4’-bipyridin-5-yl)-N-(5-(pyrazin-2-yl)pyridin-2-yl)acetamide)、Wnt-C59(2-[4-(2-Methylpyridin-4-yl)phenyl]-N-[4-(pyridin-3-yl)phenyl]acetamide)、ETC-159(1,2,3,6-Tetrahydro-1,3-dimethyl-2,6-dioxo-N-(6-phenyl-3-pyridazinyl)-7H-purine-7-acetamide)、GNF-6231(N-[5-(4-Acetyl-1-piperazinyl)-2-pyridinyl]-2’-fluoro-3-methyl[2,4’-bipyridine]-5-acetamide)等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 本発明で用いられる第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、好ましくはPORCN阻害剤、KY02111及びKY03-Iからなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、より好ましくはPORCN阻害剤を含む。第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、Wntの非古典的Wnt経路への阻害活性を有する物質を含むこともまた好ましい。本発明で用いられるPORCN阻害剤は、好ましくはIWP-2、IWP-3、IWP-4、IWP-L6、IWP-12、LGK-974、Wnt-C59、ETC-159及びGNF-6231からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、より好ましくはIWP-2又はWnt-C59を含み、さらに好ましくはIWP-2を含む。
 培地中の第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造効率の観点からは、例えば第一Wntシグナル伝達経路阻害物質としてPORCN阻害剤の1種であるIWP-2を用いる場合は、その濃度は通常約10nM~約50μMであり、好ましくは約10nM~約30μMであり、さらに好ましくは約100nM~約10μMであり、最も好ましくは約2μMである。PORCN阻害剤の1種であるWnt-C59を用いる場合は、その濃度は通常約10nM~約30μMであり、好ましくは約20nM~約10μMであり、より好ましくは約500nMである。KY02111を用いる場合は、その濃度は通常約10nM~約50μMであり、好ましくは10nM~約30μMであり、より好ましくは約100nM~約10μMであり、さらに好ましくは約5μMである。
 第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の添加時期は、通常工程(1)の多能性幹細胞の浮遊培養開始より48時間以内、好ましくは24時間以内、より好ましくは12時間以内、さらに好ましくは浮遊培養開始と同時である。
 工程(1)の培地中には、TGFβシグナル伝達経路阻害物質がさらに存在することが好ましい。
 工程(1)において用いられるTGFβシグナル伝達経路阻害物質としては工程(a)で例示したものと同様のものが用いられる。工程(a)及び工程(1)のTGFβシグナル伝達経路阻害物質は同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
 培地中のTGFβシグナル伝達経路阻害物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。TGFβ伝達経路阻害物質としてSB431542を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約100μM、より好ましくは約100nM~約50μM、さらに好ましくは約500nM~約10μMの濃度で使用される。また、SB431542以外のTGFβシグナル伝達経路阻害物質を使用する場合、前記濃度のSB431542と同等のTGFβシグナル伝達経路阻害活性を示す濃度で用いられることが望ましい。
 工程(1)において用いられる培地は、上記定義の項で記載したようなものである限り特に限定されない。工程(1)において用いられる培地は血清培地又は無血清培地であり得る。化学的に未決定な成分の混入を回避する観点から、本発明においては、無血清培地が好適に用いられる。調製の煩雑さを回避するには、例えば市販のKSR等の血清代替物を適量添加した無血清培地(例えばIMDMとF-12の1:1の混合液に5%KSR、450μM 1-モノチオグリセロール及び1xChemically Defined Lipid Concentrateが添加された培地、又はGMEMに5%~20%KSR、NEAA、ピルビン酸、2-メルカプトエタノールが添加された培地)を使用することが好ましい。無血清培地へのKSRの添加量としては、例えばヒトES細胞の場合は、通常約1%から約30%であり、好ましくは約2%から約20%である。
 工程(1)の開始時において、多能性幹細胞は単一細胞に分散されていることが好ましい。このために、工程(1)の開始前に、工程(a)で得られた多能性幹細胞を単一細胞に分散する操作(工程(b)とも呼ぶ)を行うことが好ましい。「単一細胞に分散されている」とは、例えば全細胞の7割以上が単一細胞であり、2~50細胞の塊が3割以下存在する状態が挙げられる。単一細胞に分散された細胞として、好ましくは8割以上が単一細胞であり、2~50細胞の塊が2割以下存在する状態が挙げられる。単一細胞に分散された細胞とは、細胞同士の接着(例えば面接着)がほとんどなくなった状態が挙げられる。一部の態様において、単一細胞に分散された細胞とは、細胞―細胞間結合(例えば接着結合)がほとんどなくなった状態が挙げられる。
 工程(a)で得られた多能性幹細胞の分散操作は、前述した、機械的分散処理、細胞分散液処理、細胞保護剤添加処理を含んでよい。これらの処理を組み合わせて行ってもよい。好ましくは細胞保護剤添加処理と同時に、細胞分散液処理を行い、次いで機械的分散処理をするとよい。
 細胞保護剤添加処理に用いられる細胞保護剤としては、FGFシグナル伝達経路作用物質、ヘパリン、ROCK阻害物質、ミオシン阻害物質、血清、又は血清代替物を挙げることができる。好ましい細胞保護剤としては、ROCK阻害物質が挙げられる。分散により誘導される多能性幹細胞(特に、ヒトの多能性幹細胞)の細胞死を抑制するために、ROCK阻害物質を工程(1)の培養開始時から添加してもよい。ROCK阻害物質としては、Y-27632((R)-(+)-trans-4-(1-Aminoethyl)-N-(4-pyridyl)cyclohexanecarboxamide,dihydrochloride)、Fasudil(HA1077)(1-(5-Isoquinolinylsulfonyl)homopiperazine,hydrochloride)、H-1152(5-[[(2S)-hexahydro-2-methyl-1H-1,4-diazepin-1-yl]sulfonyl]-4-methyl-isoquinoline,dihydrochloride)、HA-1100(Hydroxyfasudil)([1-(1-Hydroxy-5-isoquinolinesulfonyl)homopiperazine,hydrochloride)等を挙げることができる。細胞保護材としては、調製済みの細胞保護剤を用いることもできる。調製済みの細胞保護剤としては、例えばRevitaCell Supplement(Thermo Fisher Scientific社製)、CloneR(Stemcell Technologies社製)が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 細胞分散液処理に用いられる細胞分散液としては、トリプシン、コラゲナーゼ、ヒアルロニダーゼ、エラスターゼ、プロナーゼ、DNase、パパイン等の酵素及びエチレンジアミン四酢酸等のキレート剤の少なくとも1つを含む溶液を挙げることができる。市販の細胞分散液、例えばTripLE Select(Thermo Fisher Scientific社製)やTripLE Express(Thermo Fisher Scientific社製)、Accumax(Innovative Cell Technologies社製)を用いることもできる。
 機械的分散処理の方法としては、ピペッティング処理又はスクレーパーでの掻き取り操作が挙げられる。分散された細胞は上記培地中に懸濁される。
 そして、分散された多能性幹細胞の懸濁液を上記培養器中に播き、分散させた多能性幹細胞を、培養器に対して非接着性の条件下で培養することにより、複数の細胞を集合及び凝集させて細胞凝集体を形成する。
 この際、分散された多能性幹細胞を、10cmディッシュのような比較的大きな培養容器に播種することにより、1つの培養器中に複数の細胞凝集体を同時に形成させてもよいが、凝集体ごとの大きさのばらつきを生じにくくする観点で、例えば非細胞接着性の96ウェルマイクロプレートのようなマルチウェルプレート(U底、V底)の各ウェルに一定数の分散された多能性幹細胞を播種することが好ましい。これを静置培養すると、細胞が迅速に凝集することにより、各ウェルに1個の細胞凝集体を形成させることができる。マルチウェルプレートとしては、例えばPrimeSurface 96V底プレート(MS-9096V、住友ベークライト株式会社製)が挙げられる。より迅速に細胞凝集体を形成させるために遠心操作を行ってもよい。各ウェルで形成された凝集体を複数のウェルから回収することにより、均一な凝集体の集団を得ることができる。
 培養容器としては、各ウェル内に細胞凝集体又は細胞塊が入ったままの状態でプレート全体の培地を一度に交換することが可能な三次元細胞培養容器を用いることもまた好ましい。このような三次元細胞培養容器としては、例えばPrimeSurface 96スリットウェルプレート(住友ベークライト株式会社製)等が挙げられる。このプレートには96ウェルのそれぞれの上部に培地が出入りできる細い開口部(スリット)が設けられている。スリットは細胞凝集体又は細胞塊が通過しにくい幅に設定されているため、細胞凝集体又は細胞塊同士の癒着を防止しながら、プレート全体の培地を一度に交換することができ、操作の効率性及び細胞塊の質を向上させることができる。
 工程(1)における多能性幹細胞の濃度は、細胞凝集体をより均一に、効率的に形成させるように適宜設定することができる。例えば96ウェルマイクロウェルプレートを用いてヒト多能性幹細胞(例えば工程(a)から得られたヒトiPS細胞)を浮遊培養する場合、1ウェルあたり通常約1×10から約1×10細胞、好ましくは約3×10から約5×10細胞、より好ましくは約4×10から約2×10細胞、さらに好ましくは約4×10から約1.6×10細胞、特に好ましくは約8×10から約1.2×10細胞となるように調製した液を各ウェルに添加し、プレートを静置して凝集体を形成させる。細胞数は、血球計算盤で計数することによって求めることができる。
 工程(1)及び以降の工程において、培地交換操作を行う場合、例えば元ある培地を捨てずに新しい培地を加える操作(培地添加操作)、元ある培地を半量程度(元ある培地の体積量の30~90%程度、例えば40~60%程度)捨てて新しい培地を半量程度(元ある培地の体積量の30~90%、例えば40~60%程度)加える操作(半量培地交換操作)、元ある培地を全量程度(元ある培地の体積量の90%以上)捨てて新しい培地を全量程度(元ある培地の体積量の90%以上)加える操作(全量培地交換操作)が挙げられる。
 ある時点で、特定の成分を添加する場合、例えば終濃度を計算した上で、元ある培地を半量程度捨てて、特定の成分を終濃度よりも高い濃度で含む新しい培地を半量程度加える操作(半量培地交換操作)を行ってもよい。
 ある時点で、元の培地に含まれる成分を希釈して濃度を下げる場合、例えば培地交換操作を、1日に複数回、好ましくは1時間以内に複数回(例えば2~3回)行ってもよい。また、ある時点で、元の培地に含まれる成分を希釈して濃度を下げる場合、細胞又は凝集体を別の培養容器に移してもよい。
 培地交換操作に用いる道具は特に限定されないが、例えばピペッター、ピペットマン(登録商標)、マルチチャンネルピペット、連続分注器等が挙げられる。例えば培養容器として96ウェルプレートを用いる場合、マルチチャンネルピペットを使ってもよい。
 細胞凝集体を形成させるために必要な浮遊培養の時間は、用いる多能性幹細胞によって適宜決定可能であるが、均一な細胞凝集体を形成するためにはできる限り短時間であることが望ましい。分散された細胞が、細胞凝集体が形成されるに至るまでの工程は、細胞が集合する工程、及び集合した細胞が凝集体を形成する工程にわけられる。分散された細胞を播種する時点(すなわち浮遊培養開始時)から細胞が集合するまでは、例えばヒト多能性幹細胞(ヒトiPS細胞等)の場合には、好ましくは約24時間以内、より好ましくは約12時間以内に集合した細胞を形成させる。分散された細胞を播種する時点(すなわち浮遊培養開始時)から細胞凝集体が形成されるまでの工程では、例えばヒト多能性幹細胞(ヒトiPS細胞等)の場合には、好ましくは約72時間以内、より好ましくは約48時間以内に凝集体が形成される。この凝集体形成までの時間は、細胞を凝集させる用具や、遠心条件等を調整することにより適宜調節することが可能である。
 細胞凝集体が形成されたことは、凝集体のサイズ及び細胞数、巨視的形態、組織染色解析による微視的形態及びその均一性、分化及び未分化マーカーの発現及びその均一性、分化マーカーの発現制御及びその同期性、分化効率の凝集体間の再現性等に基づき判断することが可能である。
 細胞凝集体が形成された後、そのまま、凝集体の培養を継続してもよい。工程(1)における浮遊培養の時間は、通常8時間~6日間程度、好ましくは12時間~48時間程度である。
 細胞塊内部の神経系細胞又は組織の生存及び増殖を促進する観点から、工程(1)~(3)のいずれか1つ以上の工程を、Wntシグナル伝達経路作用物質の存在下で行うこともできる。前述の通り、Wntシグナル伝達経路として古典的Wnt経路(Canonical Wnt pathway)、非古典的Wnt経路(Non-Canonical Wnt pathway)等が挙げられる。非古典的Wnt経路としては、Planar Cell Polarity(PCP)経路、Wnt/Calcium経路、Wnt-RAP1経路、Wnt-Ror2経路、Wnt-PKA経路、Wnt-GSK3MT経路、Wnt-aPKC経路、Wnt-RYK経路、Wnt-mTOR経路等が挙げられる。
 Wntシグナル伝達経路作用物質とはWntファミリー・タンパク質により惹起されるシグナル伝達を活性化し得るものである限り限定されない。核酸、タンパク質、低分子有機化合物のいずれであってもよい。当該物質として例えば、Wntの自己分泌を促進する物質、Wntを安定化させて分解を抑制する物質、Wntの組み換えタンパク質、Wntの部分配列ペプチド及びその派生物や誘導体、Wnt受容体に作用し活性化させる物質、Wntの細胞内シグナル伝達機構を活性化させる物質、Wntの細胞内シグナル伝達因子及びその改変体(β-Catenin S33Y等)、Wnt応答配列下流の遺伝子発現を活性化させる物質等を挙げることができる。Wntシグナル伝達経路作用物質として知られているタンパク質として、Wnt、R-Spondin等が挙げられる。
 Wntシグナル伝達経路作用物質として、当業者に周知の化合物を使用することもできる。Wntシグナル伝達経路作用物質としての活性を有する化合物として例えば塩化リチウム、AMBMP hydrochloride、SGC AAK1 1、Foxy 5、CHIR99021、CHIR98014、TWS119、SB216763、SB415286、BIO、AZD2858、AZD1080、AR-A014418、TDZD-8、LY2090314、IM-12、Indirubin、Bikinin、A 1070722、3F8、Kenpaullone、10Z-Hymenialdisine、Indirubin-3’-oxime、NSC 693868、TC-G 24、TCS 2002、TCS 21311、CP21R7、BML-284、SKL2001、WAY 262611、IIIC3a、Methyl Vanillate、IQ-1及びこれら化合物の誘導体等が挙げられる。
 工程(1)において、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を添加しているが、作用点の異なるWntシグナル伝達経路作用物質とWntシグナル伝達経路阻害物質を併用することで、前述の複数あるWntシグナル伝達経路のうち特定の経路のみを活性化、あるいは阻害することができる。Wntシグナル伝達経路作用物質は、工程(1)にて添加する第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の下流の因子に作用する物質であることが好ましい。添加するWntシグナル伝達経路作用物質が古典的Wnt経路(Canonical Wnt pathway)を活性化させる物質であることもまた好ましく、細胞内のWntシグナル伝達因子であるβカテニンの分解の阻害、安定化作用によりWntシグナル伝達経路を活性化させる物質であることがさらに好ましい。βカテニンの分解の阻害、安定化作用を有する物質としては、例えばGSK3阻害剤及びBML-284、SKL2001等が挙げられる。添加するWntシグナル伝達経路作用物質がβカテニン応答性転写(β-catenin responsive transcription:CRT)を促進又は活性化させる物質であることもまた好ましい。
 GSK3阻害剤としては、CHIR99021、CHIR98014、TWS119、SB216763、SB415286、BIO、AZD2858、AZD1080、AR-A014418、TDZD-8、LY2090314、IM-12、Indirubin、Bikinin、A 1070722、3F8、Kenpaullone、10Z-Hymenialdisine、Indirubin-3’-oxime、NSC 693868、TC-G 24、TCS 2002、TCS 21311、CP21R7及びこれらの化合物の誘導体が挙げられる。
 好ましいWntシグナル伝達経路作用物質と第一Wntシグナル伝達経路阻害物質との組み合わせとして、GSK3阻害剤とPORCN阻害剤が挙げられる。GSK3阻害剤とPORCN阻害剤を併用した場合、古典的Wnt経路は活性化され、非古典的Wnt経路は阻害される。GSK3阻害剤とPORCN阻害剤とを併用した場合、GSK3阻害剤は、好ましくはCHIR99021、CHIR98014、SB216763、SB415286、BIOからなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、さらに好ましくはCHIR99021を含む。GSK3阻害剤とPORCN阻害剤とを併用した場合、PORCN阻害剤は、好ましくはIWP-2、IWP-3、IWP-4、IWP-L6、IWP-12、LGK-974、ETC-159、GNF-6231、Wnt-C59からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、さらに好ましくはIWP-2を含む。また、GSK3阻害剤とKY02111乃至その誘導体等を組み合わせて用いてもよい。GSK3阻害剤とは作用機序の異なるβカテニンの分解の阻害、安定化作用を有する物質としては例えばBML-284、SKL2001が挙げられ、これら化合物及びその誘導体もPORCN阻害剤、KY02111乃至その誘導体等と組み合わせて用いてもよい。
 培地中のWntシグナル伝達経路作用物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。細胞塊内部の神経系細胞又は組織の生存及び増殖の促進の観点からは、Wntシグナル伝達経路作用物質としてCHIR99021を用いる場合は、通常約10pM~約10mM、好ましくは約100pM~約1mM、より好ましくは約1nM~約100μM、さらに好ましくは約10nM~約30μM、最も好ましくは約100nM~約3μMの濃度で使用される。また、CHIR99021以外のWntシグナル伝達経路作用物質を使用する場合、上記濃度のCHIR99021と同等のWntシグナル伝達経路促進活性を示す濃度で用いられることが望ましい。
 <工程(2)>
 工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)について説明する。
 BMPシグナル伝達経路作用物質とは、BMP(骨形成タンパク質)により媒介されるシグナル伝達経路を増強し得る物質である。BMPシグナル伝達経路作用物質としては、例えばBMP2、BMP4もしくはBMP7等のBMPタンパク質、GDF7等のGDFタンパク質、抗BMP受容体抗体、又はBMP部分ペプチド等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。生物学的活性の見地からのBMPシグナル伝達経路作用物質の定義として、例えばマウス前駆軟骨細胞株ATDC5、マウス頭蓋冠由来細胞株MC3T3-E1、マウス横紋筋由来細胞株C2C12等の細胞に対する骨芽細胞様細胞への分化誘導能、及びアルカリホスファターゼ産生誘導能を有する物質が挙げられる。上記活性を有する物質としては、例えばBMP-2、BMP-4、BMP-5、BMP-6、BMP-7、BMP-9、BMP-10、BMP-13/GDF-6、BMP-14/GDF-5、GDF-7等が挙げられる。
 BMP2タンパク質及びBMP4タンパク質は例えばR&D Systemsから、BMP7タンパク質は例えばBiolegend社から、GDF7タンパク質は例えば富士フィルム和光純薬株式会社から入手可能である。BMPシグナル伝達経路作用物質は、好ましくはBMP2、BMP4、BMP7、BMP13及びGDF7からなる群より選ばれる少なくとも1つのタンパク質を含み、より好ましくはBMP4を含む。
 培地中のBMPシグナル伝達経路作用物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造効率の観点から、BMPシグナル伝達経路作用物質としてBMP4を用いる場合は、通常約1pM~約100nM、好ましくは約10pM~約50nM、より好ましくは約25pM~約25nM、さらに好ましくは約25pM~約5nM、特に好ましくは約100pM~約5nM、最も好ましくは約500pM~約2nMの濃度で使用される。また、BMP4以外のBMPシグナル伝達経路作用物質を使用する場合、上述の濃度のBMP4と同等のBMPシグナル伝達経路促進活性を示す濃度で用いられることが望ましい。当業者であれば、BMPシグナル伝達経路作用物質として例えば市販の組み換えBMPタンパク質等を用いる場合、製品添付書類に記載の活性、例えばマウス前駆軟骨細胞株ATDC5に対するアルカリホスファターゼ産生誘導能のED50等の値と上述のBMP4の濃度と活性を比較することにより、添加するBMPシグナル伝達経路作用物質濃度を容易に決定することができる。
 工程(2)において用いられる培地は、BMPシグナル伝達経路作用物質を含む限り特に限定されない。工程(2)において用いられる培地は血清培地又は無血清培地であり得る。化学的に未決定な成分の混入を回避する観点から、無血清培地が好適に用いられる。調製の煩雑さを回避するには、例えば市販のKSR等の血清代替物を適量添加した無血清培地(例えばIMDMとF-12の1:1の混合液に5%KSR、450μM1-モノチオグリセロール及び1xChemically Defined Lipid Concentrateが添加された培地、又はGMEMに5%~20%KSR、NEAA、ピルビン酸、2-メルカプトエタノールが添加された培地)を使用することが好ましい。無血清培地へのKSRの添加量としては、例えばヒトES細胞の場合は、通常約1%から約30%であり、好ましくは約2%から約20%である。
 嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造効率の観点から、工程(2)の開始時期は、工程(1)における浮遊培養開始から好ましくは0.5時間以降6日以内であり、より好ましくは0.5時間以降72時間以内であり、さらに好ましくは24時間以降60時間以内である。
 嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造効率の観点から、工程(2)の開始時期は、好ましくは工程(1)において形成された凝集体の表層における1割以上10割以下、より好ましくは3割以上10割以下、さらに好ましくは5割以上10割以下の細胞が互いに密着結合を形成している時期である。
 工程(2)におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の存在下での培養開始は、工程(1)を行った培養容器を用いて、上述の培地交換操作(例えば培地添加操作、半量培地交換操作、全量培地交換操作等)を行ってもよいし、細胞凝集体を別の培養容器に移してもよい。
 工程(2)におけるBMPシグナル伝達経路作用物質を含む培地での浮遊培養の期間は、適宜設定できる。工程(2)における浮遊培養の時間は、通常8時間~6日間程度、好ましくは10時間~96時間程度、より好ましくは12時間~72時間程度、さらに好ましくは14時間~48時間程度、最も好ましくは16時間~36時間程度である。
 工程(2)において、工程(a)又は工程(1)において用いた添加物、例えばShhシグナル伝達経路作用物質、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質、TGFβシグナル伝達経路阻害物質等を引き続き添加することもまた好ましい。工程(2)で添加するShhシグナル伝達経路作用物質、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質又はTGFβシグナル伝達経路阻害物質は、それ以前の工程に用いられた物質と同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。添加物の濃度及び種類については、適宜調整することができる。これらの物質の添加時期は、工程(2)の開始と同時であってもよいし、異なっていてもよい。
 <工程(3)>
 工程(2)で得られた細胞凝集体を浮遊培養する工程を含み、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を得る工程(3)について説明する。工程(3)は、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養する工程(3a)、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養する工程(3b)及びFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養する工程(3c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含む。
 <工程(3a)>
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(3a)について説明する。工程(3a)は、外的要因に基づくBMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で行う。さらに外的要因に基づくBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で行う場合は、工程(3c)として後述する。ここで、「外的要因に基づく」とは、人為的に添加することに起因することを意味する。
 FGFシグナル伝達経路作用物質とは、FGF(線維芽細胞増殖因子)により媒介されるシグナル伝達経路を増強し得る物質である限り特に限定はされない。FGFシグナル伝達経路作用物質としては、例えばFGF1、FGF2(bFGFと称することもある)、FGF8等のFGFタンパク質、抗FGF受容体抗体、FGF部分ペプチド等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 FGF2タンパク質及びFGF8タンパク質は、例えば富士フィルム和光純薬株式会社から入手可能である。FGFシグナル伝達経路作用物質は、好ましくはFGF2及びFGF8、並びに、これらの改変体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、より好ましくはFGF2を含み、さらに好ましくは組み換えヒトFGF2を含む。
 培地中のFGFシグナル伝達経路作用物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。神経組織部の上皮構造形成、プラコードへの分化及び細胞の生存と増殖の促進の観点からは、FGFシグナル伝達経路作用物質としてFGF2を用いる場合は、通常約1pg/ml~約100μg/ml、好ましくは約10pg/ml~約50μg/ml、より好ましくは約100pg/ml~約10μg/ml、さらに好ましくは約500pg/ml~約1μg/ml、最も好ましくは約1ng/ml~約200ng/mlの濃度で使用される。また、FGF2以外のFGFシグナル伝達経路作用物質を使用する場合、上記濃度のFGF2と同等のFGFシグナル伝達経路促進活性を示す濃度で用いられることが望ましい。
 培地中でのFGFタンパク質の活性を保持する目的から、FGFタンパク質を含む培地中にヘパリン、ヘパラン硫酸を添加することも好ましい。ヘパリンはナトリウム塩として例えば富士フィルム和光純薬株式会社から入手可能である。培地中のヘパリン又はヘパラン硫酸の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。培地中のヘパリンナトリウムの濃度は、通常約1ng/ml~約100mg/ml、好ましくは約10ng/ml~約50mg/ml、より好ましくは約100ng/ml~約10mg/ml、さらに好ましくは約500ng/ml~約1mg/ml、最も好ましくは約1μg/ml~約200μg/mlである。ヘパラン硫酸を用いる場合、上記濃度のヘパリンと同様のFGFタンパク質保護の活性をもつ濃度であることが好ましい。37℃等での細胞培養環境下でFGFタンパク質の活性を保持する目的から、例えば米国特許US8772460B2号に記載のThermostable FGF2等のFGFの改変体や生分解性ポリマーにFGF2を結合させたStemBeads FGF2等のFGF2徐放性ビーズを用いることもまた好ましい。Thermostable FGF2は、例えばHumanZyme社から入手可能である。StemBeads FGF2は例えばStemCulture社から入手可能である。
 <工程(3b)>
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3b)について説明する。工程(3b)は、外的要因に基づくFGFシグナル伝達経路作用物質の非存在下で行う。さらに外的要因に基づくFGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で行う場合は、工程(3c)として後述する。
 BMPシグナル伝達経路阻害物質とはBMPファミリータンパク質により惹起されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り限定されない。核酸、タンパク質、低分子有機化合物のいずれであってもよい。当該物質として例えばBMPのプロセシングと細胞外への分泌を阻害する物質、BMPに直接作用する物質(例えばタンパク質、抗体、アプタマー等)、BMPをコードする遺伝子の発現を抑制する物質(例えばアンチセンスオリゴヌクレオチド、siRNA等)、BMP受容体とBMPの結合を阻害する物質、BMP受容体によるシグナル伝達に起因する生理活性を阻害する物質を挙げることができる。BMP受容体にはI型BMP受容体とII型BMP受容体が存在し、I型BMP受容体としてはBMPR1A、BMPR1B、ACVR、II型BMP受容体としてはTGF-beta R-II、ActR-II、ActR-IIB、BMPR2、MISR-IIが知られている。
 BMPシグナル伝達経路阻害物質として知られているタンパク質として、例えばNoggin、Chordin、Follistatin、Gremlin、Inhibin、Twisted Gastrulation、Coco、DANファミリーに属する分泌タンパク質等が挙げられる。上記工程(2)において培養液中にBMPシグナル伝達経路作用物質を添加していることから、以降のBMPシグナル伝達経路をより効果的に阻害するという観点から、工程(3b)におけるBMPシグナル伝達経路阻害物質は、細胞外へのBMPの分泌よりも後のシグナル伝達経路を阻害する物質、例えばBMP受容体とBMPの結合を阻害する物質、BMP受容体によるシグナル伝達に起因する生理活性を阻害する物質等を含むことが好ましく、より好ましくはI型BMP受容体の阻害剤を含む。
 BMPシグナル伝達経路阻害物質として、当業者に周知の化合物を使用することもできる。BMPシグナル伝達経路阻害物質としては、例えばK02288(3-[(6-Amino-5-(3,4,5-trimethoxyphenyl)-3-pyridinyl]phenol,3-[6-Amino-5-(3,4,5-trimethoxyphenyl)-3-pyridinyl]-phenol)、Dorsomorphin(6-[4-[2-(1-Piperidinyl)ethoxy]phenyl]-3-(4-pyridinyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidine)、LDN-193189(4-[6-[4-(1-Piperazinyl)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]quinoline dihydrochloride)、LDN-212854(5-[6-[4-(1-Piperazinyl)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyriMidin-3-yl]quinoline)、LDN-214117(1-(4-(6-methyl-5-(3,4,5-trimethoxyphenyl)pyridin-3-yl)phenyl)piperazine)、ML347(5-[6-(4-Methoxyphenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]quinoline))、DMH1(4-(6-(4-Isopropoxyphenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinoline)、DMH2(4-[6-[4-[2-(4-Morpholinyl)ethoxy]phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinoline)等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 本発明で用いられるBMPシグナル伝達経路阻害物質は、好ましくはI型BMP受容体阻害剤であり、より好ましくはK02288、Dorsomorphin、LDN-193189、LDN-212854、LDN-214117、ML347、DMH1及びDMH2からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、さらに好ましくはK02288を含む。
 培地中のBMPシグナル伝達経路阻害物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。嗅上皮様組織の形成効率の観点から、工程(3b)におけるBMP伝達経路阻害物質としてK02288を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約50μM、より好ましくは約100nM~約50μM、さらに好ましくは約500nM~約25μMの濃度で使用される。BMP伝達経路阻害物質としてLDN-193189を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約10μM、より好ましくは約25nM~約1μM、さらに好ましくは約100nM~約500nMの濃度で使用される。BMP伝達経路阻害物質としてLDN-212854を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約10μM、より好ましくは約25nM~約5μM、さらに好ましくは約250nM~約3μMの濃度で使用される。BMP伝達経路阻害物質としてML-347を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約50μM、より好ましくは約100nM~約50μM、さらに好ましくは約1μM~約25μMの濃度で使用される。BMP伝達経路阻害物質としてDMH2を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約10μM、より好ましくは約25nM~約5μM、さらに好ましくは約250nM~約3μMの濃度で使用される。また、K02288以外のBMPシグナル伝達経路阻害物質を使用する場合、上記濃度のK02288と同等のBMPシグナル伝達経路阻害活性を示す濃度で用いられることが望ましい。
 <工程(3c)>
 工程(2)で得られた細胞凝集体を、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3c)について説明する。
 工程(3c)に用いられるFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の種類、濃度等は、工程(3a)又は工程(3b)と同様の条件で行うこともできるし、異なる条件で実施することもできる。工程(3c)において、FGFシグナル伝達経路作用物質としてFGF2を用いる場合は、通常約1pg/ml~約100μg/ml、好ましくは約10pg/ml~約50μg/ml、より好ましくは約100pg/ml~約10μg/ml、さらに好ましくは約500pg/ml~約1μg/ml、最も好ましくは約1ng/ml~約200ng/mlの濃度で使用される。工程(3c)において、BMP伝達経路阻害物質としてK02288を用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約50μM、より好ましくは約50nM~約50μM、さらに好ましくは約100nM~約25μMの濃度で使用される。
 工程(3c)は、工程(3a)又は工程(3b)の後に行ってもよいし、工程(3c)のみを行ってもよい。細胞塊中に網膜組織を形成させることを企図しない場合は、工程(3c)を最初から行うことが好ましい。細胞塊中に網膜組織を形成させることを企図する場合は、まず工程(3a)を行い、その後工程(3c)を行うことが好ましい。工程(3a)を行ってから工程(3c)を行う場合は、工程(3a)の培養期間は通常1日~40日、好ましくは2日~30日、より好ましくは3日~25日、さらに好ましくは6日~25日間培養である。その際に用いるFGFシグナル伝達経路作用物質の種類、濃度等は、工程(3a)のみを行うときと同様の条件でもよいし、異なる条件でもよい。
 細胞塊中に網膜組織を形成させることを企図し、工程(3a)を行ってから工程(3c)を行う場合は、工程(3a)の培養期間は細胞塊中に網膜組織が形成されるまで実施することが好ましい。細胞塊中に網膜組織が形成されたかどうかを調べるためには、顕微鏡等により細胞塊内部に上皮様の組織が形成されたかを観察、又は細胞塊の切片を作製し、Rx、Chx10、N-Cadherin等の網膜組織で発現するマーカーに対する蛍光免疫染色等の手法により行うことができる。
 嗅上皮様組織の形成効率の観点から、工程(3a)、工程(3b)又は工程(3c)の開始時期は、工程(2)のBMPシグナル伝達経路作用物質の添加から好ましくは0.5時間以降96時間以内であり、より好ましくは12時間以降72時間以内であり、さらに好ましくは12時間以降48時間以内である。
 嗅上皮様組織の形成効率の観点から、工程(3a)、工程(3b)又は工程(3c)の開始時期は、工程(2)のBMPシグナル伝達経路作用物質の添加後に細胞塊の表面に非神経上皮組織が形成されるよりも前に開始することが好ましい。細胞塊の表面に非神経上皮組織が形成されたかを調べるためには、顕微鏡等により細胞塊表面に上皮様の組織が形成されたかを観察、又は細胞塊の切片を作製し、サイトケラチン、E-Cadherin、EpCAM等の非神経上皮組織で発現するマーカーに対する蛍光免疫染色等の手法により行うことができる。
 工程(3a)、工程(3b)又は工程(3c)の培養開始は、工程(2)を行った培養容器を用いて、上述の培地交換操作(例えば培地添加操作、半量培地交換操作、全量培地交換操作等)を行ってもよいし、細胞凝集体を別の培養容器に移してもよい。
 工程(3a)、工程(3b)又は工程(3c)の浮遊培養の期間は、適宜設定できる。工程(3a)、工程(3b)又は工程(3c)における浮遊培養の時間は、通常8時間~200日間程度、好ましくは10時間~180日間程度、より好ましくは12時間~150日間程度、さらに好ましくは14時間~120日間程度、最も好ましくは20時間~100日間程度である。工程(3b)又は工程(3c)の後に下記工程(3d)を実施する場合、工程(3b)又は工程(3c)における浮遊培養の時間は、通常8時間~12日間程度、好ましくは10時間~6日間程度である。
 <工程(3d)>
 工程(3)は、工程(3b)又は工程(3c)の後に、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養する工程(3d)をさらに含んでもよい。すなわち、工程(3b)又は工程(3c)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養して細胞塊を得る工程(3d)について説明する。工程(3b)又は工程(3c)で得られた細胞塊を、さらにBMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養してもよい。
 工程(3d)においてBMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養を行うためには、工程(3b)又は工程(3c)にて添加されたBMPシグナル伝達経路阻害物質を培養環境中より除く必要がある。その為の操作として、例えば半量培地交換操作、全量培地交換操作が挙げられる。上記の培地交換操作を、1日に複数回、好ましくは1時間以内に複数回(例えば2~3回)行ってもよい。培地交換操作を複数回行う際の最終回、工程(3d)以降の培養を行う培地以外は、細胞塊の製造にかかる費用を低減する観点から、例えば生理食塩水、KSR及び増殖因子等の添加物を含まない培地等を用いてもよい。
 また、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養を行うための別の操作として、細胞凝集体を別の滅菌済み容器(15mlチューブ、浮遊培養用シャーレ等)に回収し、培地又は生理食塩水等で洗浄したのちに、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下の培養環境に移す操作(細胞凝集体の移設操作)が挙げられる。その際の移設後の培養に用いる培養容器は、工程(3b)又は工程(3c)までで用いていたものと同様の物(96ウェルプレート等)でもよいし、別の容器(浮遊培養用ディッシュ等)でもよい。
 工程(3d)においてBMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下での浮遊培養を実施するに当たり、培地交換操作又は細胞塊の移設操作の煩雑さを回避する観点から、各ウェル内に細胞凝集体又は細胞塊が入ったままの状態でプレート全体の培地を一度に交換することが可能な三次元細胞培養容器を用いることもまた好ましい。
 工程(3d)において、工程(3b)又は工程(3c)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養することで、細胞死が生じにくく、細胞の増殖がより促進され、嗅上皮様組織の形成効率及び神経組織部の上皮構造形成効率が向上した細胞塊を得ることができる。
 工程(3d)において、好ましくはFGFシグナル伝達経路作用物質が存在する。工程(3d)で添加するFGFシグナル伝達経路作用物質は、工程(3a)又は(3c)において用いられた物質と同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。FGFシグナル伝達経路作用物質の濃度及び種類については、適宜調整することができる。
 神経組織の上皮構造形成及び増殖の促進の観点からは、工程(3d)の開始時期は、工程(3b)又は(3c)のBMPシグナル伝達経路阻害物質の添加から好ましくは0.5時間以降60日以内であり、より好ましくは0.5時間以降30日以内であり、さらに好ましくは12時間以降96時間以内である。
 工程(3d)におけるBMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下での浮遊培養の期間は、適宜設定できる。工程(3d)における浮遊培養の時間は、通常8時間~200日間程度、好ましくは10時間~180日間程度、より好ましくは12時間~150日間程度、さらに好ましくは14時間~120日間程度、最も好ましくは20日間~100日間程度である。
 工程(3)において用いられる培地は、特に限定されないが、血清培地又は無血清培地であり得る。化学的に未決定な成分の混入を回避する観点から、無血清培地が好適に用いられる。調製の煩雑さを回避するには、例えば市販のKSR等の血清代替物を適量添加した無血清培地を用いることが好ましい。無血清培地へのKSRの添加量としては、例えばヒトES細胞の場合は、通常約1%から約30%であり、好ましくは約2%から約20%である。工程(3)に用いられる培地としては、例えばIMDMとF-12の1:1の混合液に5%KSR、450μM 1-モノチオグリセロール及び1xChemically Defined Lipid Concentrateが添加された培地、GMEMに5%~20%KSR、NEAA、ピルビン酸、2-メルカプトエタノールが添加された培地、NeurobasalにB27 Supplementが添加された培地、DMEM/F-12にN2 Supplementが添加された培地、StemPro NSC SFM 無血清ヒト神経幹細胞培養培地(Thermo Fisher Scientific社製)等の調製済の神経細胞培養用の培地が挙げられる。
 工程(3)において、工程(a)、工程(1)及び工程(2)の何れかの工程において細胞塊の製造に用いた添加物、例えばShhシグナル伝達経路作用物質、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質、TGFβシグナル伝達経路阻害物質等を引き続き添加することもまた好ましい。工程(3)で添加するShhシグナル伝達経路作用物質、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質及びTGFβシグナル伝達経路阻害物質は、それぞれ工程(a)、工程(1)及び工程(2)の何れかの工程において用いられた物質と同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。添加物の濃度及び種類については、適宜調整することができる。工程(3)において使用される添加物は、より好ましくは第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を含み、さらに好ましくは第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質及びTGFβシグナル伝達経路阻害物質を含む。
 神経組織部の上皮構造形成並びに細胞の生存及び増殖促進の観点からは、工程(3)は、EGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で行うこともまた好ましい。EGFシグナル伝達経路作用物質とは、上皮成長因子(EGF)により媒介されるシグナル伝達経路を増強し得る物質である。EGFシグナル伝達経路作用物質としては、例えばEGF、TGF-α、AR(アンフィレギュリン)、EPG、HB-EGF(ヘパリン結合EGF様増殖因子)、BTC(ベータセルリン)、EPR(エピレグリン)等のEGFRリガンドタンパク質、NRG(ニューレグリン)1~4のErbB3/4(上皮成長因子受容体、HRE)リガンドタンパク質、アルプレノール、カルベジロール等の低分子化合物等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。EGFタンパク質は例えばThermo Fisher Scientific社及びPrimeGene社から入手可能である。HB-EGFタンパク質は、例えばR&D Systems社から入手可能である。EGFシグナル伝達経路作用物質は、好ましくはEGFを含む。
 培地中のEGFシグナル伝達経路作用物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。EGFシグナル伝達経路作用物質としてEGFを用いる場合は、通常約1pg/ml~約100μg/ml、好ましくは約10pg/ml~約50μg/ml、より好ましくは約100pg/ml~約10μg/ml、さらに好ましくは約500pg/ml~約1μg/ml、最も好ましくは約1ng/ml~約200ng/mlの濃度で使用される。またEGF以外のEGFシグナル伝達経路作用物質を使用する場合、上記濃度のEGFと同等のEGFシグナル伝達経路促進活性を示す濃度で用いられることが望ましい。
 上記の物質は、工程(3)のうち、工程(3a)~(3d)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において存在してもよいし、工程(3a)~(3d)の全ての工程において存在してもよい。上記の物質の添加時期は、工程(3a)、工程(3b)、工程(3c)又は工程(3d)の開始と同時であってもよいし、異なっていてもよい。
 工程(3)において、製造された細胞塊を長期培養することにより、分化の進んだ細胞を含む、より成熟した細胞塊を得ることもできる。このような培養を成熟培養とも称する。工程(3)の成熟培養過程において、化学的に未決定な成分の混入を回避する観点から、無血清培地が好適に用いられる。工程(3)の成熟培養において、用いる培地は工程(1)から工程(3)で用いたものと同様の物を用いることもできる。また、神経細胞等の培養に用いる既知の培地、例えばDMEM/F-12培地とNeurobasal培地の1:1混合液に0.5% N2 Supplementと1% B27 supplementが添加された培地(N2B27培地)、Knockout DMEM/F-12培地にStemPro NSC SFM Supplementが添加された培地(StemPro NSC SFM培地)等を用いることもできる。成熟培養を実施する際には、浮遊培養の開始時に用いた培養容器で培養を継続することもできる。また、新しい培養容器、例えば浮遊培養用ディッシュ、浮遊培養用フラスコ等に細胞塊を移し培養を実施することもできる。成熟培養過程において、培養条件を大きく変更する場合は、特に工程(3e)として後述する。
 <工程(3e)>
 工程(3)は、前記工程(3a)、前記工程(3b)又は前記工程(3c)の後に、さらに培養を行う工程(3e)を含んでもよい。工程(3d)の後に、工程(3e)を含んでもよい。工程(3e)により、より分化段階が進んだ嗅神経細胞を得ることができる。
 工程(3e)において、用いる培地は工程(1)から工程(3)、あるいは工程(3)の成熟培養で用いたものと同様の物を用いることもできる。また、神経細胞等の培養に用いる既知の培地、例えばDMEM/F-12培地とNeurobasal培地の1:1混合液に0.5% N2 Supplementと1% B27 supplementが添加された培地(N2B27培地)、Knockout DMEM/F-12培地にStemPro NSC SFM Supplementが添加された培地(StemPro NSC SFM培地)、中枢神経系オルガノイド用の培地(STEMdiff Cerebral Organoid Maturation Kit)、上皮細胞培養用の培地(PneumoCult ALI medium、CnT-Prime、Epithelial Culture Medium)等を用いることもできる。
 工程(3e)において、上記工程の何れかの工程において細胞塊の製造に用いた添加物、例えばBMPシグナル伝達経路阻害物質、TGFβシグナル伝達経路阻害物質、Shhシグナル伝達経路作用物質、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質、FGFシグナル伝達経路作用物質、EGFシグナル伝達経路作用物質等を引き続き添加することもまた好ましい。工程(3e)で添加するこれらの物質は、それぞれ上記工程の何れかの工程において用いられた物質と同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。添加物の濃度及び種類については、適宜調整することができる。工程(3e)において使用される添加物は、より好ましくはBMPシグナル伝達経路阻害物質、TGFβシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質、FGFシグナル伝達経路作用物質及びEGFシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。
 嗅上皮様組織の成熟促進の観点からは、工程(3e)において、好ましくはレチノイン酸伝達経路作用物質がさらに存在する。レチノイン酸伝達経路作用物質としては、例えばオールトランスレチノイン酸、イソトレチノイン、9-cisレチノイン酸、TTNPB、Ch55、EC19、EC23、Fenretinide、Acitretin、Trifarotene、Adapalene等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 レチノイン酸伝達経路作用物質は、好ましくはEC23を含む。培地中のレチノイン酸伝達経路作用物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲であれば特に限定されないが、レチノイン酸伝達経路作用物質としてEC23を用いる場合は、例えばEC23の濃度が約10pM~約10μMであり、好ましくは約100pM~約5μMであり、より好ましくは約1nM~約1μMであり、さらに好ましくは約10nM~約500nMである。また、EC23以外のレチノイン酸伝達経路作用物質を使用する場合、上記濃度のEC23と同等のレチノイン酸伝達経路作用物質を示す濃度で用いられることが望ましい。
 嗅上皮様組織の成熟促進の観点からは、工程(3e)において、好ましくは血清がさらに存在する。血清としては特に限定されないが、細胞培養において通常用いられる血清を用いることができる。培地中の血清の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲であれば特に限定されないが、例えば約1%~20%であり、好ましくは約3%~約15%である。
 工程(3e)において、細胞の保護と生体の物理的環境を模して嗅上皮様組織の製造効率を向上させる観点から、増粘剤を含有し、粘性を有する培地中で細胞塊を培養することが好ましい。
 培地に粘性を付与する手段は特に制限されないが、例えば、一般に増粘剤として知られる物質を適当な濃度で培地に添加することにより実施されうる。増粘剤としては、培地に上記の適度な粘度を付与し得るものであって、当該粘度を付与し得る濃度範囲において、細胞に悪影響を及ぼさない(細胞毒性がない)ものであれば、いかなる増粘剤も使用することができる。増粘剤としては、例えばメチルセルロース、ペクチン、グアーガム、キサンタンガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、ジェランガム、デキストリン、ダイユータンガム、デンプン、タラガム、アルギン酸、カードラン、カゼインナトリウム、カロブビーンガム、キチン、キトサン、グルコサミン、プルラン、アガロース、食物繊維及びこれらの化学修飾された物質又は誘導体、セルロース、アガロースなどの多糖、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルエチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ジヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロースなどの多糖のエーテル、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、及びポリビニルピロリドン、エチレングリコール/プロピレングリコール共重合体、ポリエチレンイミンポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、マレイン酸共重合体などの合成高分子、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、デキストラン、カラゲーナンなどの生体高分子、あるいはそれらを模倣した人工高分子(例えば、エラスチン様ペプチドなど)が挙げられる。好ましくは、これら増粘剤は単独で用いてもよいし、何種類かの増粘剤の混合物として用いることもできる。また、増粘剤として用いられる水溶性高分子の共重合体を用いてもよい。好ましくは、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロースまたはそれらの混合物、より好ましくはメチルセルロースを用いることができる。
 粘性を有する培地は、培養環境として好適に用いられる37℃条件下で、通常100mPa・S以上、好ましくは500mPa・S以上、より好ましくは1000mPa・S以上、さらに好ましくは2000mPa・S以上の粘性を有するものが用いられる。
 培地に添加される増粘剤の濃度は、粘性を付与可能であり細胞に対する障害性を有しない限り適宜調製可能である。増粘剤としてメチルセルロース(4000cP)を用いる場合は、通常0.5%から10%、好ましくは1%から7.5%、さらに好ましくは2%から5%の濃度で用いられる。
 工程(3e)において、形成された細胞塊中の嗅神経細胞を含む組織の菲薄化を抑制し、組織の製造効率を向上させる観点から、形成された細胞凝集体を接着培養することもまた好ましい。
 細胞を接着させる培養器材として平面の細胞培養ディッシュ、あるいはTranswell等の薄膜状の細胞培養器材のいずれの形態でも用いることができる。これら細胞培養ディッシュもしくは細胞培養器材は、細胞の接着を促進するために基底膜標品、ラミニン等の細胞外基質、ポリ-D-リジン等の合成細胞接着分子等でコーティングされていてもよい。
 工程(3e)において、細胞塊中の嗅神経細胞を含む組織の生存及び成熟を促進する観点から、細胞凝集体を気相液相境界面培養法で培養することもまた好ましい。気相液相境界面培養法(Air liquid interface culture)とは、細胞又は組織の少なくとも一面が大気に暴露されているか、極めて近い位置にある条件での培養を表す。気相液相境界面培養法を実施するためには、例えば細胞又は組織を多孔性メンブレン上又はカルチャーインサート内で培養し、インサート内(内腔側)の培養液を抜き取り、インサート外側のウェル内の培養液のみで培養する、あるいはアガロース等のハイドロゲルを培養ディッシュ内に置き、その上に細胞又は組織等を置いてディッシュ内の培地から露出しつつ乾燥しない条件下で培養する等の方法が挙げられる。主として酸素による大気への暴露の毒性を軽減する目的から、PDMS等の酸素透過性の膜や板を細胞又は組織等の上に置き、暴露条件を調節することもできる。
 嗅上皮様組織の成熟及び増殖の促進の観点からは、工程(3e)の開始時期は、工程(3)の開始から例えば60日以内であり、好ましくは30日以内であり、例えば12時間以降であり、好ましくは96時間以降である。
 工程(3e)における培養の期間は、適宜設定できる。工程(3e)における培養期間は、通常8時間~200日間程度、好ましくは1日~150日間程度、さらに好ましくは2日~120日間程度、最も好ましくは4日間~100日間程度である。
 工程(3)において、嗅神経細胞及び中枢神経系細胞の成熟促進の観点から、細胞凝集体をゲル中に包埋して培養する工程を含んでもよい。ゲルとしては、例えばアガロース、メチルセルロース、コラーゲン、マトリゲル等を用いたゲルが挙げられ、マトリゲルを用いることが好ましい。
 異種成分及び未決定因子の混入を回避する観点からは、工程(1)、工程(2)及び工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程をマウス肉腫由来基底膜標品(マトリゲル)の非存在下で行うことが好ましい。嗅上皮様組織の成長促進の観点からは、工程(3)は、マトリゲルの存在下で行ってもよい。培地中の基底膜標品の濃度は、マトリゲルを用いた場合には好ましくは0.5%以上4%以下であり、実験操作の点からより好ましくは0.5%以上1.5%以下である。基底膜標品の添加時期は、細胞凝集体の状態により異なるが、例えば工程(1)の開始から7日以降であり、より好ましくは9日目以降である。基底膜標品の添加時期は、例えば工程(3a)、(3b)又は(3c)の開始から4日目以降であり、6日目以降である。
 細胞塊の表面に形成された嗅上皮様組織の菲薄化及びプラコード由来組織以外の組織への分化転換の抑止の観点から、工程(3)において、工程(1)、工程(2)及び/又は工程(3)において添加された第一Wntシグナル伝達経路阻害物質とは異なるWntシグナル伝達経路阻害物質(本発明において、第二Wntシグナル伝達経路阻害物質とも呼ぶ)が存在していてもよい。第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、好ましくは第一Wntシグナル伝達経路阻害物質とは作用機序が異なり、工程(1)において第一Wntシグナル伝達経路阻害物質としてPORCN阻害剤を用いた場合は、第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、好ましくは古典的Wnt経路(canonical-Wnt pathway)に対する阻害活性を有する物質を含み、より好ましくはTANK阻害剤を含む。第二Wntシグナル伝達経路阻害物質を添加する際には、工程(1)においてWntシグナル伝達経路作用物質が添加されていないことが好ましい。
 古典的Wnt経路の細胞内シグナル伝達機構に対する阻害活性を有する物質として、例えばFrizzled阻害剤、Dvl阻害剤、TANK阻害剤、カゼインキナーゼ1阻害剤、カテニン応答性転写阻害剤、p300阻害剤、CBP阻害剤、BCL-9阻害剤が挙げられる。
 TANK阻害剤としては、例えばIWR1-endo(4-[(3aR,4S,7R,7aS)-1,3,3a,4,7,7a-hexahydro-1,3-dioxo-4,7-methano-2H-isoindol-2-yl]-N-8-quinolinyl-benzamide)、XAV939(3,5,7,8-Tetrahydro-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]-4H-thiopyrano[4,3-d]pyrimidin-4-one)、MN-64(2-[4-(1-methylethyl)phenyl]-4H-1-benzopyran-4-one)、WIKI4(1-[(1S)-1-(4-Chloro-3-fluorophenyl)-2-hydroxyethyl]-4-[2-[(2-methylpyrazol-3-yl)amino]pyrimidin-4-yl]pyridin-2-one)、TC-E 5001(3-(4-methoxyphenyl)-5-[[[4-(4-methoxyphenyl)-5-methyl-4h-1,2,4-triazol-3-yl]thio]methyl]-1,2,4-oxadiazole)、JW 55(N-[4-[[[[Tetrahydro-4-(4-methoxyphenyl)-2H-pyran-4-yl]methyl]amino]carbonyl]phenyl]-2-furancarboxamide)、AZ6102(rel-2-[4-[6-[(3R,5S)-3,5-Dimethyl-1-piperazinyl]-4-methyl-3-pyridinyl]phenyl]-3,7-dihydro-7-methyl-4H-pyrrolo[2,3-d]pyrimidin-4-one)等が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 第二Wntシグナル伝達経路阻害物質として用いられるTANK阻害剤は、好ましくはIWR1-endo、XAV939及びMN-64からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、より好ましくはXAV939を含む。培地中の第二Wntシグナル伝達経路阻害物質の濃度は、上述の効果を達成可能な範囲で適宜設定することが可能である。プラコード様組織の維持と菲薄化の防止の観点からは、例えば第二Wntシグナル伝達経路阻害物質としてTANK阻害剤の1種であるXAV939を用いる場合は、その濃度は通常約0.01μM~約30μMであり、好ましくは約0.1μM~約30μMであり、より好ましくは約0.3μMである。
 第二Wntシグナル伝達経路阻害物質の添加時期は、工程(3)において細胞塊表面のプラコード様組織の菲薄化と分化転換が起きるよりも前の段階であればよく、工程(1)の多能性幹細胞の浮遊培養開始から通常12時間以降であり、通常28日以内であり、好ましくは24日以内であり、より好ましくは21日以内である。
 工程(3)において、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質と第二Wntシグナル伝達経路阻害物質とは同時に培地中に存在しても良いし、第二Wntシグナル伝達経路阻害物質のみが培地中に添加されていてもよい。また、半量培地交換時に第二Wntシグナル伝達経路阻害物質のみを添加することにより、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を段階的に希釈しても良い。
 第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、工程(3)のうち、工程(3a)~(3d)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において存在してもよいし、工程(3a)~(3d)の全ての工程において存在してもよい。第二Wntシグナル伝達経路阻害物質の添加時期は、工程(3a)、工程(3b)、工程(3c)又は工程(3d)の開始と同時であってもよいし、異なっていてもよい。
 工程(3)において、中内胚葉への分化を抑制し、プラコードへの分化効率と嗅上皮様組織の製造効率を向上させる観点から、Transforming growth factor-β-activated kinase 1(TAK1)に対する阻害物質を添加することもまた好ましい。TAK1はTGFβ、骨形成タンパク質(BMP)、インターロイキン1(IL-1)、TNF-α等により活性化されるシグナル伝達を媒介する、MAP キナーゼキナーゼキナーゼ(MAPKKK)ファミリーのセリンスレオニンタンパク質キナーゼである。
 TAK1阻害物質とはTAK1が媒介するシグナル伝達を抑制し得るものである限り限定されない。核酸、タンパク質、低分子有機化合物のいずれであってもよい。当該物質として例えばTAK1と基質の結合を阻害する物質、TAK1のリン酸化を阻害する物質、TAK1の脱リン酸化を促進する物質、TAK1の転写や翻訳を阻害する物質、TAK1の分解を促進する物質等が挙げられる。
 TAK1阻害物質として例えば(5Z)-7-Oxozeaenol((3S,5Z,8S,9S,11E)-3,4,9,10-tetrahydro-8,9,16-trihydroxy-14-methoxy-3-methyl-1H-2-benzoxacyclotetradecin-1,7(8H)-dione)、N-Des(aminocarbonyl) AZ-TAK1 inhibitor(3-Amino-5-[4-(4-morpholinylmethyl)phenyl]-2-thiophenecarboxamide)、Takinib(N1-(1-Propyl-1H-benzimidazol-2-yl)-1,3-benzenedicarboxamide)、NG25(N-[4-[(4-Ethyl-1-piperazinyl)methyl]-3-(trifluoromethyl)phenyl]-4-methyl-3-(1H-pyrrolo[2,3-b]pyridin-4-yloxy)-benzamide trihydrochloride)及びこれら化合物の誘導体、類縁体が挙げられる。これらの物質は単独又は組み合わせて用いてもよい。
 本発明で用いられるTAK1阻害物質は、好ましくは(5Z)-7-Oxozeaenolである。工程(3)におけるTAK1阻害物質として(5Z)-7-Oxozeaenolを用いる場合は、通常約1nM~約100μM、好ましくは約10nM~約50μM、より好ましくは約100nM~約25μM、さらに好ましくは約500nM~約10μMの濃度で使用される。また、(5Z)-7-Oxozeaenol以外のTAK1阻害物質を使用する場合、上記濃度の(5Z)-7-Oxozeaenolと同等のTAK1阻害活性を示す濃度で用いられることが好ましい。
 工程(3)において、細胞死を抑制し、細胞の増殖を促進する観点から、培地中にさらなる増殖因子を添加することもまた好ましい。添加される増殖因子の種類は、上記目的を達成可能な限り特に限定されない。かかる目的で用いられる増殖因子としては、インスリン様成長因子(Insulin-like growth factor:IGF)、神経成長因子(Nerve growth factor:NGF)、脳由来神経栄養因子(Brain-derived neurotrophic factor:BDNF)、ニューロトロフィン3、ニューロトロフィン4/5、毛様体神経栄養因子(Ciliary neurotrophic factor:CNTF)、血管内皮細胞増殖因子(Vesicular endothelial growth factor:VEGF)、色素上皮由来因子(Pigment epithelium-derived factor:PEDF)、肝細胞増殖因子(Hepatocyte growth factor:HGF)等が挙げられる。これらの増殖因子は、上記目的を達成可能な濃度で添加すればよい。
 工程(3)において、細胞死を抑制し、細胞の増殖を促進する観点から、血小板由来成長因子(Platelet-derived growth factor:PDGF)等の血小板由来成長因子受容体作用物質を培地中に添加することもまた好ましい。PDGFにはA、B、C、Dの四種類の遺伝子が存在し、AA、AB、BB、CC、DDのホモまたは特定の組み合わせのヘテロの二量体を形成してリガンドとして機能する。PDGF受容体にはα及びβの二種類の遺伝子が存在し、αα、αβ、ββの組み合わせのホモ又はヘテロの二量体を形成して受容体として機能する。このうち、プラコードを含む非神経外胚葉ではPDGFRβがよく発現しており、本発明で用いる血小板由来成長因子受容体作用物質は好ましくはPDGFRββ又はPDGFRαβに対する作用を有しており、より好ましくはPDGF-AB、PDGF-BB、PDGF-CC及びPDGF-DDのからなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、さらに好ましくはPDGF-BB及びPDGF-CCからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。PDGF-AB、PDGF-BB、PDGF-CC及びPDGF-DDは、組み換えタンパク質としてR&D systems社、GenScript社等から入手可能である。
 工程(1)、工程(2)及び/又は工程(3)において、嗅上皮様組織の製造効率を向上させる観点から、プラコード領域への分化を促進する化合物を添加することもまた好ましい。上記のような作用を有する化合物として、例えば米国特許US20160326491A1号に記載のBRL-54443、Phenanthroline、Parthenolide等が挙げられる。プラコード領域への分化を促進する化合物としてBRL-54443を用いる場合は通常10nM~100μM、Phenanthrolineを用いる場合は通常10nM~100μM、Parthenolideを用いる場合は通常10nM~100μMの濃度で用いられる。
 工程(3)において、細胞死を抑制し、細胞の増殖を促進する観点から、高酸素の雰囲気下で培養することもまた好ましい。培養過程における高酸素条件は、例えば細胞を培養するインキュベーターに酸素ボンベを接続し、人工的に酸素を供給することにより実現できる。かかる目的での酸素濃度は、通常25%から80%であり、より好ましくは30%から60%である。
 工程(3)において、細胞塊を培養する培地中への酸素供給量を増やす観点から、ガス交換効率の高い培養器材を用いることもできる。このような培養器材の例として、細胞培養ディッシュ、プレートの底面をガス透過性のフィルムとしたLumoxディッシュ(ザルスタット株式会社製)、VECELL 96well plate(株式会社ベセル製)等が挙げられる。
 [3.嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊]
 本発明において、「細胞」及び「組織」という表記は、それぞれ生体内に存在する対応する細胞及び組織と同様のマーカーによる免疫染色その他特定の方法によってその存在を確認することができるが、「細胞」及び「組織」の機能、構造等は生体内に存在する細胞及び組織と必ずしも同一であるとは限らない。例えば、本発明の細胞塊に含まれる「嗅神経細胞」は、生体内に存在する嗅神経細胞と同様のマーカーで染色することができるが、その遺伝子発現の状態やシナプス結合は、必ずしも生体内の嗅神経細胞と同一の状態にあるとは限らない。
 本発明における細胞塊とは、
 1)嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部、及び、
 2)神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部を含み、
 上記神経系細胞又はその前駆細胞は、中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含み、
 上記神経組織部の表面の少なくとも一部が上記非神経上皮組織部で被覆されている凝集体をいう。
 細胞塊は、人工的に形成された細胞の集団であり、一定の細胞種、細胞数、形状及び構成を有する。本発明の細胞塊を構成する細胞数は特に限定されないが、複数の細胞種からなる細胞塊を形成する観点からは、好ましくは30個以上、より好ましくは500個以上である。本発明の細胞塊の形状は特に限定されず、球状、楕円状、シート状であってもよいが、好ましくは球状である。本発明の細胞塊は、好ましくは上記の本発明の製造方法により製造することができる。
 以下、本発明に係る細胞塊を図1を適宜用いて説明する。本発明に係る細胞塊の一形態を図1のA~Eに示す。細胞塊は非神経上皮組織部と、神経組織部とを含む。神経組織部の少なくとも一部は非神経上皮組織部に覆われている。神経組織部の表面は、好ましくは3割以上、より好ましくは6割以上、さらに好ましくは8割以上、最も好ましくは全体が非神経上皮組織部に覆われている。非神経上皮組織部と神経組織部の間の少なくとも一部に間隙が形成されていてもよい。非神経上皮組織部は、嗅神経細胞又は嗅神経前駆細胞を含む。神経組織部は中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含み、網膜を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含んでもよい。
 <嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部>
 本発明の細胞塊は、非神経上皮組織部を含む。非神経上皮組織部は、上皮構造を有する組織であって、神経上皮組織を含まないものをいう。上皮構造とは細胞同士が細胞間結合によりつながれており、層を形成している構造をいう。層は単層であってもよいし、多層であってもよいが、好ましくは2層以上5層以下であり、より好ましくは3層以上4層以下である。また、上皮構造の一部が多層であってもよい。本発明の細胞塊に係る非神経上皮組織部は、非神経上皮組織部のうち、好ましくは5割以上9割以下、より好ましくは8割以上10割以下、最も好ましくは全体が上皮構造を有する。非神経上皮組織部は、細胞外基質を含んでいてもよい。
 非神経上皮組織部は、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む。嗅神経細胞又はその前駆細胞は、神経系細胞のマーカーであるTuj1、NCAM、N-Cadherin、Calretininからなる群より選ばれる少なくとも1つと、非神経系細胞のマーカーであるEpCAM、E-Cadherin、サイトケラチンからなる群より選ばれる少なくとも1つとを同時に発現している細胞と定義することができ、嗅神経細胞又はその前駆細胞で特異的に発現する転写因子であるEbf1、Ebf2、Ebf3、NeuroD、Lhx2、Ascl1からなる群より選ばれる少なくとも1つをさらに発現していることが好ましい。非神経上皮組織部に含まれる嗅神経細胞は、好ましくは嗅覚受容体を発現しており、より好ましくは生体内の嗅上皮に局在する嗅神経細胞と同様に嗅覚情報を受容し、中枢神経系へ情報を伝達することができる。嗅神経細胞の前駆細胞とは、成熟すると嗅神経細胞となる細胞を指し、嗅神経細胞への分化能を有する細胞も含む。嗅神経細胞の前駆細胞は、好ましくは嗅上皮プラコードに存在する神経細胞と同様の性質を示す。非神経上皮組織部を構成する細胞のうち、好ましくは1%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上50%以下の細胞が嗅神経細胞又はその前駆細胞である。
 非神経上皮組織部は、基底膜様構造をさらに含むことが好ましく、基底膜様構造は非神経上皮組織部と神経組織部との間に形成されていることがより好ましく、基底膜様構造上に非神経上皮組織部に含まれる細胞が接着していることがさらに好ましい。基底膜様構造とは細胞外マトリックスより構成される薄い膜状の構造を指し、ラミニンの免疫染色によって判断することができる。基底膜様構造は、好ましくは生体内の基底膜と同様に非神経上皮組織部の構造の維持、非神経上皮組織部と神経組織部との機械的な分離、物質の選択的透過等に寄与する。
 非神経上皮組織部は、好ましくは多列上皮又は重層上皮を形成しており、より好ましくは多列上皮を形成している。多列上皮とは細胞が基底膜様構造上で複数の層を形成しているが、すべての細胞は突起を伸ばして基底膜様構造に接触している上皮構造であり、偽重層上皮とも称される。重層上皮とは、細胞が基底膜様構造上で複数の層を形成している上皮構造をいう。非神経上皮組織部の一部が多列上皮又は重層上皮を形成していてもよいし、全体が多列上皮又は重層上皮を形成していてもよい。
 非神経上皮組織部は、嗅上皮様組織を含み、嗅神経細胞又はその前駆細胞は嗅上皮様組織に含まれることが好ましい。嗅上皮様組織は嗅上皮又はその前駆組織(嗅上皮プラコード)で発現するSix1、Sp8、Sox2、Sox3、Dlx5、Emx2、Pax6、Otx2、PDGFRβ、サイトケラチン、EpCAM、E-Cadherin及びN-Cadherinからなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している領域を指し、Otx2、Sp8、Sox2、EpCAM、E-Cadherin及びサイトケラチンを発現していることが好ましい。
 嗅上皮様組織は、支持細胞、基底細胞及びボーマン腺細胞、並びにこれらの前駆細胞からなる群より選ばれる少なくとも2種の細胞をさらに含むことが好ましく、基底細胞又はその前駆細胞を含むことがより好ましい。支持細胞又はその前駆細胞は、HIF2α、Sox2、Hes1、Hes5及びSix1からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している細胞を指す。基底細胞又はその前駆細胞は、p63、Wt1及びLgr5からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している細胞を指す。ボーマン腺細胞又はその前駆細胞は、サイトケラチン及びAscl3からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している細胞を指す。
 また、嗅上皮様組織は、嗅神経鞘細胞又はその前駆細胞をさらに含んでいることが好ましい。嗅神経鞘細胞又はその前駆細胞はS100、Sox10及びビメンチンからなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している細胞を指す。嗅神経鞘細胞又はその前駆細胞のマーカーとして、例えばBrain Structure and Function 222.4(2017):1877-1895.に記載のマーカーを用いることもできる。
 支持細胞、基底細胞、ボーマン腺細胞もしくは嗅神経鞘細胞又はこれらの前駆細胞は、好ましくは生体内の嗅上皮又は嗅上皮プラコードに存在する支持細胞、基底細胞、ボーマン腺細胞もしくは嗅神経鞘細胞又はこれらの前駆細胞と同様の性質を示す。
 嗅上皮様組織は、好ましくは基底膜様構造を含み、より好ましくは多列上皮構造又は重層上皮構造を形成している。嗅上皮様組織は、神経組織部に対向している基底面と、基底面とは反対側に位置する頂端面とを有し、基底面は嗅神経前駆細胞及び基底細胞を含み、頂端面は支持細胞及び嗅神経細胞を含むことが好ましい。基底面(又は嗅神経前駆細胞)はラミニン陽性の非細胞性の構造である基底膜に接していることが好ましい。頂端面に存在する細胞はPKCζを発現していることが好ましい。
 本発明に係る細胞塊の一形態の非神経上皮組織部を拡大した様子を図1のBに示す。図1のBを参照して、非神経上皮組織部は、好ましくは神経組織部に対向する基底面と、基底面とは反対側に位置する頂端面とを有する。基底面には、好ましくは嗅神経細胞の前駆細胞(嗅神経前駆細胞)が存在する。
 嗅上皮様組織は、嗅上皮内側部と、前記嗅上皮内側部の周囲に設けられた嗅上皮周縁部とを含み、Lateral-Medialの領域化が生じていることが好ましい。嗅上皮様組織は、嗅上皮内側部及び嗅上皮周縁部からなってもよい。嗅上皮内側部は、Sox2、Tuj1及びAscl1からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している細胞が局在している領域を指す。嗅上皮周縁部は、Pbx、Meis1、Pax6、βIVtubulinからなる群より選ばれる少なくとも1つ、好ましくはPax6及びPbxを発現している細胞が局在している領域を指す。
 非神経上皮組織部は、嗅上皮様組織以外の非神経上皮組織を含んでいてもよい。非神経上皮組織は、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含まず、サイトケラチン、E-Cadherin及びEpCAMからなる群より選ばれる少なくとも1つを発現し、Ebf1、Ebf2、Ebf3、NeuroD、Lhx2、Ascl1を発現していない領域を指す。非神経上皮組織は、呼吸器上皮及び角膜細胞、並びにこれらの前駆細胞細胞を含むことが好ましい。
 本発明に係る細胞塊の一形態を図1のCに示す。図1のCを参照して、細胞塊は、神経組織部の全体が非神経上皮組織部に覆われており、非神経上皮組織部の一部に嗅上皮様組織が形成されていてもよい。嗅上皮様組織は、嗅上皮内側部と、前記嗅上皮内側部の周囲に設けられた嗅上皮周縁部とを含んでもよい。非神経上皮組織部で覆われた細胞塊の表面の60%以上80%以下が嗅上皮内側部であってもよい。嗅上皮様組織及び非神経上皮組織の構造、大きさ及び位置関係等は特に限定されない。嗅上皮様組織と非神経上皮組織部との間に間隙が形成されていてもよい。また、図1のDに示すように、神経組織部の一部が非神経上皮組織部に覆われていてもよい。
 <神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部>
 本発明の細胞塊は神経組織部を含む。神経組織部は神経系細胞又はその前駆細胞を含む。神経系細胞又はその前駆細胞は、中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含む。中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞は、Pax6、Bf1、Sp8、Sox1、Sox2、Emx2、Tuj1、N-Cadherinからなる群より選ばれる少なくとも1つを発現し、かつサイトケラチンを発現していない細胞と定義することができ、Pax6、Sox2及びTuj1を発現していることが好ましい。中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞は、好ましくは生体内の中枢神経系における神経細胞、グリア細胞、神経幹細胞等又はこれらの前駆細胞と同様の性質を示す。
 神経組織部は、上皮構造を形成していてもよい。本発明に係る細胞塊の一形態を図1のEに示す。神経組織部は非神経上皮組織部に覆われており、神経組織部は上皮構造を形成している。上皮構造は、神経組織部の一部に形成されていてもよいし、全体に形成されていてもよい。非神経上皮組織部と神経組織部の間の少なくとも一部に間隙が形成されていてもよい。
 神経系細胞又はその前駆細胞は、好ましくは網膜を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含む。網膜を構成する神経系細胞又はその前駆細胞はRax、Six3、Chx10、Pax6、Lhx2、Aldh1a3からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している細胞と定義することができ、Rax及びChx10を発現していることが好ましい。網膜を構成する神経系細胞又はその前駆細胞は、好ましくは生体内の網膜細胞、網膜前駆細胞、網膜特異的神経細胞等又はこれらの前駆細胞と同様の性質を示す。
 中枢神経系は大脳を含むことが好ましい。大脳(大脳を構成している細胞を含む)は、Emxファミリー遺伝子、Otx2、Bf1及びPax6からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している組織を指す。また、大脳は層構造を有していることが好ましい。
 大脳は、嗅皮質を含むことが好ましい。嗅皮質は、Tbr1、Ctip2及びFoxP2からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している組織を指す。
 大脳は、大脳基底核又はその原基を含むことが好ましい。大脳基底核又はその原基はDlxファミリー遺伝子、Gsh2、Nkx2.1及びIslet1からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している組織を指す。
 大脳基底核又はその原基は外側基底核原基であることが好ましい。外側基底核原基はEr81及びIslet1からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している組織を指す。
 大脳は、嗅球又はその前駆組織を含むことが好ましい。嗅球又はその前駆組織はArx、Tbr1及びTbx21からなる群より選ばれる少なくとも1つを発現している組織を指す。
 細胞塊は、性腺刺激ホルモン放出ホルモン陽性神経細胞を含むことが好ましい。性腺刺激ホルモン放出ホルモン陽性神経細胞は、性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)を発現している細胞及びその前駆細胞を指す。
 生体の鼻腔組織と異なり、本発明の細胞塊には通常骨組織は形成されないが、細胞塊中に骨組織を含んでいてもよい。骨組織、骨細胞又はその前駆細胞はRunx2、Osterix及びATFからなる群より選ばれる少なくとも1つを発現していることが好ましい。形成された細胞塊中に骨組織が形成されているか否かは、当業者に周知の方法、例えばアリザリンレッド染色、アルカリホスファターゼ染色、又は上記骨組織特異的遺伝子に対する免疫染色等の手法により判別できる。
 製造された細胞塊中に含まれる細胞及び組織を検出する手法については特に限定されないが、信頼性と再現性が高く簡便に実施できる手法が好ましい。一例として顕微鏡による光学的な観察、各細胞又は組織マーカーに対する抗体を用いた免疫染色、マーカー遺伝子に対するリアルタイムPCR法等の遺伝子発現解析、嗅覚受容体作用物質を用いた機能アッセイ、マウス、ラット等への移植等が挙げられ、好ましくは上記記載のマーカーに対する抗体を用いた免疫染色である。
 免疫染色の結果の解釈は、当業者の目視による判別、あるいは撮影した画像に対する画像解析ソフト等を用いた定量的な解析等、当業者に周知の方法により行うことができる。免疫染色の結果の解釈に当たっては、例えば蛋白質核酸酵素Vol.54 No.2(2009)P185-192等を参照し、自家蛍光、二次抗体の非特異的吸着、多重染色時の蛍光の漏れこみ等により生じる偽陽性を排除せねばならない。本発明において、タンパク質の発現の有無は、後述の予備実験1に示す方法に従って判断した。
 [4.嗅覚受容体作用物質評価用試薬としての使用方法]
 本発明は、上述の「嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊」を用いた嗅覚受容体作用物質の評価方法を提供することができる。
 嗅覚受容体作用物質の評価方法として、例えば上記細胞塊より調製した嗅神経細胞又は嗅上皮様組織と被験物質とを接触させる工程と、該被験物質が該細胞又は該組織に及ぼす影響を検定する工程とを含む嗅覚受容体作用物質の評価方法であり、評価対象の化合物に反応する特定の嗅覚受容体の同定方法である。本発明の嗅覚受容体作用物質評価の実施方法の一態様として、例えばScientific Reports 6,19934(2016)に記載の方法を参考に実施することができる。
 本発明の嗅覚受容体作用物質評価の実施方法の一態様は、下記工程(A)~(D)を含む、嗅覚受容体作用物質評価の実施方法である。
(A)嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊から嗅覚受容体を発現している細胞を分取する工程、
(B)分取した嗅覚受容体を発現している細胞に被検物質を接触させる工程、
(C)被検物質との接触により活性化された細胞を同定する工程、
(D)被検物質との接触により活性化された細胞に発現している嗅覚受容体を同定する工程。
 <工程(A)>
 嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊から嗅覚受容体を発現している細胞を分取する工程について説明する。
 嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊において、嗅覚受容体を発現しているのは嗅神経細胞であるから、工程(A)における分取方法は細胞塊より嗅神経細胞を分取できる方法であればよい。分取方法は細胞へ与えるダメージが少なく、目的外の細胞の混入が少ないことが望ましい。工程(A)における分取方法の一態様として、組織を処理し単一細胞へと分散する工程を含んでいてもよい。上記分散方法として、例えばタンパク質分解酵素を用いた酵素処理による分散、カルシウムキレート剤処理による分散、機械的分散等が挙げられ、望ましくは酵素処理による分散である。分取方法の一態様として、細胞表面マーカーを用いて目的の細胞のみを精製、分取することもできる。上記目的の細胞の分取方法として、例えば嗅神経細胞特異的細胞表面マーカーに対する抗体を用いた蛍光活性化セルソーティング(fluorescence activated cell sorting:FACS)、磁気細胞分離(MACS)が挙げられる。嗅神経細胞特異的細胞表面マーカーとして、例えばOCAMが挙げられる。あるいはPloS one,10(1),e0113170等を参考に嗅神経細胞の細胞膜に発現しているタンパク質、糖鎖、脂質等をマーカーにすることもできる。分取した細胞は、通常の細胞培養に用いる培地中で培養することができる。その際に、細胞死を抑制するために、増殖因子及び細胞保護剤を添加することもできる。
 また、細胞塊から嗅上皮様組織を分離して評価に用いることもできる。上述の細胞塊からは、顕微鏡観察下でピンセット等を用い、細胞塊の外側に形成される嗅上皮様組織を剥離・回収することができる。嗅上皮様組織は、例えばNature communications,2016,7.に記載されているように、得られた細胞塊の表層にある半透明な薄い上皮として判別することができる。嗅上皮様組織の回収方法として、凍結融解、好ましくは緩慢凍結法を用いることもできる。当該方法は、外側に嗅上皮様組織及び内側に神経上皮組織を有する細胞塊を凍結融解することで物理的処理を施すことなく外側の嗅上皮様組織が細胞塊から剥離されるというものである。
 <工程(B)>
 分取した嗅覚受容体を発現している細胞又は組織に被検物質を接触させる工程について説明する。
 工程(B)で被検物質と接触させる細胞又は組織は、浮遊状態、接着状態のいずれでもよいが、嗅神経細胞の生存率を高め、後の工程の洗浄等の作業を行いやすくする観点から、接着状態の細胞が好ましい。細胞を接着させる培養器材として平面の細胞培養ディッシュ、あるいはTranswell等の薄膜状の細胞培養器材のいずれの形態でも用いることができる。これら細胞培養ディッシュもしくは細胞培養器材は、細胞の接着を促進するためにラミニン等の細胞外基質、ポリ-D-リジン等の合成基質等でコーティングされていてもよい。
 工程(B)で用いる被験物質は原体のまま、あるいは溶媒で希釈して用いることもできる。その際に用いる希釈に用いる溶媒としては、試験結果に影響を与えないものが好ましく、例えば生理食塩水、Phosphate buffered saline(PBS)、Hanks’ Balanced Salt Solution(HBSS)、DMEM等の細胞培養用の培地を用いることができる。被験物質が培養液に不溶で、かつ良好な懸濁性が得られない場合には、必要に応じてDMSO、エタノール、ミネラルオイル等を可溶化溶媒として用いることができる。
 工程(B)における被験物質の曝露条件における培養温度、CO濃度等の培養条件は適宜設定できる。培養温度は、例えば約30℃から約40℃、好ましくは約37℃である。またCO濃度は、例えば約1%から約10%、好ましくは約5%である。工程(B)における被験物質の曝露期間についても適宜設定できる。曝露期間は、例えば30秒から2日間であり、好ましくは1分間から1日間である。
 <工程(C)>
 被検物質との接触により活性化された細胞を同定する工程について説明する。
 工程(C)で実施する手法は、被検物質との接触により活性化された細胞を同定できる限り限定はされないが、簡便で低コストに大量の検体を一度に処理できる手法が好ましい。一例として、膜電位の変化を検出する手法、遺伝子発現の変化を検出する手法、細胞内イオン濃度の変化を検出する手法等が挙げられ、好ましくはFluo4 AM等のカルシウム指示薬を用いた細胞内イオン濃度の変化を検出する手法である。
 <工程(D)>
 被検物質との接触により活性化された細胞に発現している嗅覚受容体を同定する工程について説明する。
 工程(D)で実施する手法は、活性化された細胞に発現している嗅覚受容体を同定できる限り限定はされないが、簡便で低コストに大量の検体を一度に処理できる手法が好ましい。一例として、シングルセルRNAシークエンス法が挙げられる。
 [5.嗅覚受容体作用物質の評価用キット又は嗅覚受容体のスクリーニングキット]
 本発明は、上述の「4.嗅覚受容体作用物質評価用試薬としての使用方法」を実施するための嗅覚受容体作用物質の評価用キット又は嗅覚受容体のスクリーニングキットを提供することができる。
 本試薬又はキットには、本発明の細胞塊、又は上述の工程(A)等によって細胞塊から分取された嗅神経細胞もしくは嗅上皮様組織と、上述の工程(B)~(D)を行うために用いられる試薬、培養液、培養容器、解析プログラムの少なくとも1つとを含み、好ましくはポジティブコントロール若しくはネガティブコントロールとして用いられる試薬、又は被検物質との接触により活性化された細胞を同定する試薬を含む。本キットには、さらにスクリーニングの手順を記載した書面や説明書が含まれていてもよい。
 本発明は、上述の「4.嗅覚受容体作用物質評価用試薬としての使用方法」又は「5.嗅覚受容体作用物質の評価用キット又は嗅覚受容体のスクリーニングキット」と同様に、細胞塊に含まれる神経細胞又は神経組織を被検物質と接触させて、神経毒性又は薬効を評価する方法及びキットを提供することができる。
 [6.治療薬及び疾患の治療方法]
 本発明は、上記細胞塊又は上記細胞塊に含まれる細胞若しくは組織を含む、神経組織の障害又は感覚器の障害、好ましくは嗅覚系の障害に基づく疾患の治療薬を提供することができる。神経組織の障害としては、中枢神経系の障害、例えば脊髄損傷、脳損傷、又は神経変性疾患等が挙げられる。脳損傷としては、例えば出血性発作、虚血性発作、脳症による脳損傷、外傷性脳損傷、脳梗塞や脳出血による脳損傷等が挙げられる。神経変性疾患としては、例えばアルツハイマー病、多発性硬化症(MS)、末梢神経障害、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症、パーキンソン病等が挙げられる。これらの疾患は、非ヒト動物の疾患であってもよい。嗅上皮に存在する細胞(嗅神経細胞及びその前駆細胞を含む)は、他の神経組織由来の細胞よりも再生能力が高いため、神経損傷の治療薬として優れている。
 治療薬としては、例えば本発明の細胞塊又は細胞塊に含まれる細胞若しくは組織を含む懸濁液、並びにこれらを含む移植片(移植用担体)が挙げられる。懸濁液としては、例えば細胞塊を人工涙液または生理食塩水に懸濁した液が挙げられる。懸濁液は、細胞塊から単離された非神経上皮細胞を含んでいてもよく、細胞の接着を促進する因子、例えば細胞外基質やヒアルロン酸等を含んでいてもよい。
 さらに、本発明の細胞塊に含まれる細胞又は組織を、治療上必要とされる有効量、移植を必要とする対象に移植する工程を含む、疾患の治療方法が提供され得る。治療上有効な細胞量の移植により、神経組織が回復し、典型的には、疾患に関連する症状が軽減され得る。
 以下に実施例を示して、本発明をより詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。また、使用する試薬及び材料は特に限定されない限り商業的に入手可能である。
 [予備実験1:免疫染色結果の定量化と判断基準]
 蛍光免疫染色標本の陽性・陰性の判別のための蛍光強度の定量化を行った。染色強度の定量化手法としては、後述する試験例2において作製した培養28日目の細胞塊の凍結切片の抗Lhx2抗体による蛍光免疫染色結果の撮影像(図2の上段)(最大励起波長490nm、最大蛍光波長525nm)に対し、線分A-A’で示す関心領域の線形の蛍光強度プロファイルを出力し、組織の凍結切片がある領域と組織の存在しない領域の蛍光強度を比較した。図2の下段に示した解析結果では、組織の存在しない領域の蛍光強度が219であり、目視で陽性と判別された蛍光強度の強い領域の数値は4053.333、上記よりも蛍光強度の弱い陽性領域の数値は2043.667であった。よって、図2の下段のグラフに破線で示す通り、明視野中で組織が存在しないと確認した領域の蛍光強度の平均値に対し、5倍以上高い数値を示した所を陽性とすることにより、抗原の染色結果の陽性又は陰性の判別を定量的に行えることが分かった。以下の実験は、本予備実験と同様の方法によって発現の陽性又は陰性の判断を行った。
 [比較実験1:神経組織を含む細胞凝集体の作製]
 図3の上段に示す手順に従って、多能性幹細胞をWntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を作製した。ヒトES細胞(KhES-1株、京都大学より入手)を、Scientific Reports,4,3594(2014)に記載の方法に準じてフィーダーフリー条件で培養した。フィーダーフリー培地としてはStemFit培地(AK02N、味の素社製)、フィーダーフリー足場にはLaminin511-E8(ニッピ社製)を用いた。
 具体的な維持培養操作としては、まずサブコンフレントになったヒトES細胞を、PBSにて洗浄後、Accumax(Innovative Cell Technologies社製)を用いて酵素処理を行った後、StemFit培地を添加し、セルスクレーパーを用いて培養ディッシュ表面より細胞を剥がし、ピペッティングにより単一細胞へ分散した。その後、単一細胞へ分散されたヒトES細胞を、Laminin511-E8にてコートしたプラスチック培養ディッシュに播種し、Y27632(ROCK阻害物質、富士フィルム和光純薬株式会社製、10μM)存在下、StemFit培地にてフィーダーフリー培養した。プラスチック培養ディッシュとして、6ウェルプレート(Corning社製、細胞培養用、培養面積9.5cm)を用いた場合、単一細胞へ分散されたヒトES細胞の播種細胞数は1.2×10とした。播種した1日後に、Y27632を含まないStemFit培地に全量培地交換した。以降、1日~2日に1回、Y27632を含まないStemFit培地にて全量培地交換した。播種後7日間、サブコンフレント(培養面積の6割が細胞に覆われる程度)になるまで培養した。
 培養した細胞を分化誘導に用いる際には、播種した6日後にStemFit培地の培地交換と同時にSB-431542(TGF-βシグナル伝達経路阻害物質、富士フィルム和光純薬株式会社製、終濃度5μM)とSAG(Shhシグナル経路作用物質、Enzo Life Sciences社製、終濃度300nM)を添加して24時間培養した(工程(a))。
 調製したサブコンフレントのヒトES細胞を、PBSにて洗浄後、Accumaxを用いて酵素処理を行った後、分化誘導用の無血清培地を添加しセルスクレーパーを用いて培養ディッシュ表面から細胞を剥がし、ピペッティングにより単一細胞へ分散した。
 その後、単一細胞に分散されたヒトES細胞を非細胞接着性の96ウェル培養プレート(PrimeSurface 96V底プレート、MS-9096V、住友ベークライト株式会社製)に、1ウェルあたり1.2×10細胞になるように100μlの無血清培地に浮遊させ、37℃、5%COの条件下で浮遊培養した。その際の無血清培地(gfCDM+KSR)には、F-12+Glutamax培地(Thermo Fisher Scientific社製)とIMDM+Glutamax培地(Thermo Fisher Scientific社製)の体積比1:1混合液に5% Knockout Serum Replacement(Thermo Fisher Scientific社製)、450μM 1-モノチオグリセロール(富士フィルム和光純薬株式会社社製)、1x Chemically defined lipid concentrate(Thermo Fisher Scientific社製)、50unit/mlペニシリン-50μg/mlストレプトマイシン(ナカライテスク株式会社製)を添加した無血清培地を用いた。
 浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)に、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Tocris Bioscience社製、終濃度2μM)、SB-431542(TGFシグナル伝達経路阻害物質、富士フィルム和光純薬株式会社製、終濃度1μM)を添加した。
 その後、浮遊培養開始後3日目にY27632を含まず、IWP-2及びSB-431542(SB431とも略記する)を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた。その後、浮遊培養開始後6、10、13、17、21、24日目にY27632を含まず、IWP-2とSB-431542とを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後28日目に凝集体をディッシュに回収し、倒立顕微鏡(株式会社キーエンス製、BIOREVO)を用いて、明視野観察を行った(図3のA)。その結果、上記分化誘導法によりヒト多能性幹細胞の凝集体が形成された。
 浮遊培養開始後28日目の細胞凝集体を、先端口径が太い200μlチップで培養用チューブに回収し、PBSで2回洗浄作業を行った後、4%パラホルムアルデヒド・りん酸緩衝液(富士フィルム和光純薬株式会社社製)で室温15分固定した。固定後の細胞凝集体をPBSで3回洗浄した後、20%スクロース/PBSに4℃で一晩浸漬し凍結保護処理を行った。凍結保護処理後の凝集体をクリオモルド<3号>(Sakura Finetek社製)に移し、細胞凝集体の周囲の余分な20%スクロース/PBSをマイクロピペッターで除いた後にO.C.Tコンパウンド(Sakura Finetek社製)に包埋し、ドライアイスで冷却したアルミヒートブロック上で急速凍結し、凍結切片作製用のブロックを作製した。上記凝集体を包埋したブロックからライカCM1950クライオスタット(Leica社製)により10μm厚の凍結切片を作製し、プラチナプロコートスライドグラス(松浪硝子工業株式会社製)に張り付けた。スライドグラス上の凍結切片の周囲をウルトラパップペン(株式会社バイオメディカルサイエンス製)で囲んだ後、0.2%Triton-X100/TBSで室温10分間透過処理し、続けてブロッキング試薬N-102(日油株式会社製)とSuperBlock (TBS) Blocking Buffer(Thermo Fisher Scientific社製)の体積比1:4混合液で室温30分間ブロッキング処理を行った。
 ブロッキング処理後の凍結切片に関し、Antibody Diluent OP Quanto(Thermo Fisher Scientific社製)で希釈した一次抗体をスライドグラス1枚あたり300μl添加し、湿箱中にて4℃で一晩反応させた。一次抗体処理後の凍結切片を0.05% Tween-20/TBSで室温10分間処理する洗浄操作を3回行った後に、Blocking One Histo(ナカライテスク株式会社製)と0.2%Triton-X100/TBSを体積比1:19の割合で混合した緩衝液で二次抗体を希釈し、希釈液をスライドグラス1枚あたり300μl凍結切片に添加し、室温で1時間反応させた。二次抗体処理後の凍結切片を0.05% Tween-20/TBSで室温10分間処理する洗浄操作を3回行った後に、純水で凍結切片を一回洗浄し、その後、NEOカバーグラス(松浪硝子工業株式会社製)とスライドグラス1枚当たり30μlのProlong Diamond(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて凍結切片を封入した。上記封入後の標本を室温の暗所で一晩静置してProlong Diamondを固化させたのち、透明のマニキュアでカバーグラスの周囲をコーティングし室温の暗所で風乾後、蛍光顕微鏡による観察を行った。標本の観察及び画像の取得には正立蛍光顕微鏡Axio Imager M2(Carl Zeiss社製)及び附属ソフトウェアのAxio Visionを用いた。
 一次抗体としては、表1に記載された、プラコード及び中枢神経系の細胞を染色する抗Dlx5抗体、中枢神経系の細胞を染色する抗Sox1抗体、プラコードを含む非神経組織を染色する汎サイトケラチン(PanCK)抗体、神経細胞を染色する抗Tuj1抗体を用いた。蛍光標識二次抗体としては、表2に記載のAlexa488標識ロバ抗ウサギ抗体、CF555標識ロバ抗ヤギ抗体、CF555標識ロバ抗マウス抗体、Alexa647標識ロバ抗マウス抗体を用いて多重染色を行い、核の対比染色には1μg/mlのHoechst33342(Sigma Aldrich社製)を二次抗体希釈液中に添加した。
 染色結果を図3に示す。細胞凝集体にはSox1及びDlx5を発現する中枢神経系の細胞が含まれていた(図3のB、C)。また、細胞凝集体の表面に汎サイトケラチン陽性の組織が確認できず、細胞凝集体がTuj1陽性であることから、非神経上皮組織を含まず、中枢神経系の細胞のみからなる細胞凝集体が形成されたことが分かった(図3のD、F)。染色結果から想定される細胞凝集体の模式図を図3のHに示す。
 [比較実験2:神経組織及び非神経上皮組織を含む細胞凝集体の作製]
 比較実験1にBMPシグナル伝達経路作用物質存在下で培養する工程(工程(2))を追加し、図4の上段に示す手順に従って、細胞凝集体を作製した。まず、ヒトES細胞(KhES-1株)を、比較実験1と同様の操作で維持培養及び工程(a)を行った後、Y27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)及びSB-431542(終濃度1μM)存在下で浮遊培養を開始した(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、IWP-2、SB-431542及びBMP4(BMPシグナル伝達経路作用物質、R&D Systems社製)を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に3nM添加し、ウェル中の終濃度が1.5nMとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6、10、13、17、21、24日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2とSB-431542とを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後28日目に細胞凝集体をディッシュに回収し、倒立顕微鏡を用いて、明視野観察を行った(図4のA)。その結果、上記分化誘導法によりヒトES細胞から神経組織及び非神経上皮組織を含む凝集体が形成され、さらに浮遊培養21日目から28日目にかけて外側の非神経上皮組織が急速に膨張し、内側の神経組織との間に空間が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後28日目の細胞凝集体を蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載された、神経細胞を染色する抗Tuj1抗体、プラコード及び中枢神経系を染色する抗Sox2抗体、プラコードを含む非神経上皮組織を染色する抗PanCK抗体、抗Six1抗体及び抗EpCAM抗体、嗅上皮プラコード及び中枢神経系を染色する抗Sp8抗体、プラコード及び神経上皮組織を染色する抗N-Cadherin抗体、網膜を含む中枢神経系並びにプラコード及び嗅上皮周縁部を染色する抗Pax6抗体、網膜を染色する抗Chx10抗体、水晶体プラコードを染色する抗Prox1抗体、抗C-Maf抗体及び抗CrystallineαA抗体、水晶体プラコード及び中枢神経系を染色する抗Sox1抗体を用いた。蛍光標識二次抗体としては、表2に記載のAlexa488標識ロバ抗ウサギ抗体、CF555標識ロバ抗マウス抗体、CF555標識ロバ抗ヤギ抗体、Alexa647標識ロバ抗マウス抗体、Alexa647標識ロバ抗ヤギ抗体を用いて多重染色を行い、核の対比染色にはHoechst33342を用いた。
 染色結果を図4及び図5に示す。上記培養方法で製造された浮遊培養開始後28日目の細胞凝集体の内側はTuj1、N-Cadherin、Pax6、Chx10陽性の神経網膜の上皮組織であり(図4のB、H、K、L)、外側はEpCAM、Six1、汎サイトケラチン陽性の角膜又は眼表面外胚葉の非神経上皮組織であることが分かった(図4のJ、F、D)。加えて、非神経上皮組織の一部が肥厚しており、肥厚部分はC-Maf、Sox1、Prox1、Crystalline αA陽性(図5のO~U)であることから、上記培養方法により細胞凝集体中に水晶体プラコードが形成されたことが分かった。また、Chx10陽性の内側の網膜組織と汎サイトケラチン陽性の外側の非神経上皮組織との間に、汎サイトケラチン陽性で上皮を形成しない間葉系細胞が存在することが分かった(図4のD、E)。以上の染色結果から想定される細胞凝集体の模式図を図5のVに示す。
 [実験1:ES細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の作製]
 比較実験2に、BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養する工程(3b)を追加して、図6の上段に示す手順に従って、細胞塊を作製した。実験1では、浮遊培養開始から13日目の細胞凝集体の観察を行った。
 まず、ヒトES細胞(KhES-1株)を、比較実験1と同様の操作で維持培養及び工程(a)を行った後、Y27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)及びSB-431542(終濃度1μM)存在下で、PrimeSurface 96V底プレートを用いて浮遊培養を開始した(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、IWP-2、SB-431542、BMP4を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に3nM添加し、ウェル中の終濃度が1.5nMとなるようにした。
 さらに、浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542及びK02288(BMPシグナル伝達経路阻害物質、AdooQ Bioscience社製)を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3b)開始)。K02288は添加する培地に20μM添加し、ウェル中の終濃度が10μMとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6日目と10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後13日目に倒立顕微鏡を用いて、明視野観察を行った(図6のA)。その結果、上記分化誘導法によりヒトES細胞から直径約600μm前後の球状の細胞凝集体が形成されていた。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後13日目の細胞凝集体の蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載された、プラコード及び非神経上皮組織を染色する抗Dlx5抗体、抗Six1抗体、抗汎サイトケラチン(PanCK)抗体及び抗E-Cadherin抗体、プラコード及び神経上皮組織を染色する抗N-Cadherin抗体、プラコード及び神経系細胞を染色する抗Sox1抗体、抗Sox2抗体、抗Sox3抗体、抗Pax6抗体及び抗Sp8抗体、胚発生の早期に外胚葉を染色する抗AP2α抗体、胚の前方領域を染色する抗Otx2抗体を用いた。蛍光標識二次抗体としては、比較実験2に記載の抗体を用いて多重染色を行い、核の対比染色にはHoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図6及び図7に示す。上記分化誘導法で誘導された浮遊培養開始後13日目の細胞凝集体の内側はSox1、Sox2、Sox3、Sp8、N-Cadherin陽性の中枢神経系の細胞又はその前駆細胞より構成される組織であり、外側はDlx5、Pax6、AP2α、Six1、Sp8、Sox2、Sox3、汎サイトケラチン、E-Cadherin、N-Cadherin陽性の非神経上皮組織又はプラコードであることが分かった(図6のB~L、図7のM~R)。外側に形成された上皮組織はほぼ単層であり、肥厚が見られないことから、培養13日目では前プラコード領域及びプラコード前駆細胞の状態であることが分かった。また、いずれの細胞もOtx2陽性であることから、胚の前方領域が誘導されていることが分かった(図6のJ)。内側のSox1陽性の中枢神経系の細胞又はその前駆細胞と、外側に形成された汎サイトケラチン陽性の非神経上皮組織の間とに骨前駆細胞様の細胞は観察できなかった。上記培養方法により形成された細胞凝集体の模式図を図7のSに示す。
 [実験2:ES細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の作製]
 実験2では、実験1と同様の実験操作を行い、図8の上段に示すように、実験1よりも培養期間を延長して、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製した。実験1と同様に、工程(a)、工程(1)及び工程(2)を行った後、浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、K02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3b)開始)。その後、浮遊培養開始後6、10、13、17、21、24日目にY27632とBMPを含まず、IWP-2、SB-431542及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後28日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図8のA)。その結果、実験1と同様にヒトES細胞から直径約600μm前後の球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後28日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載された、嗅上皮プラコードを染色する抗Dlx5抗体、抗Six1抗体、抗汎サイトケラチン(PanCK)抗体、抗E-Cadherin抗体及び抗Otx2抗体、嗅上皮周縁部を染色する抗Pax6抗体及びPbx1/2/3/4、嗅上皮プラコード及び中枢神経系の細胞を染色する抗N-Cadherin抗体、抗Sox2抗体、抗Sp8抗体及び抗Emx2抗体、嗅神経細胞及びその前駆細胞を染色する抗Ebf1抗体、抗NCAM抗体、抗Calretinin抗体及び抗NeuroD抗体、中枢神経系の細胞を染色する抗Bf1抗体、中枢神経系の細胞及び嗅神経細胞を染色する抗Tuj1抗体、神経網膜を染色する抗Chx10抗体、神経網膜及び嗅神経細胞を染色する抗Lhx2抗体を用いた。蛍光標識二次抗体としては比較実験2に記載の抗体を用いて多重染色を行い、核の対比染色にはHoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図8及び図9に示す。浮遊培養開始28日目には、外側がE-Cadherin、N-Cadherin、汎サイトケラチン、Sox2、Six1、Dlx5、Sp8、Pax6、Otx2陽性のプラコード様(嗅上皮様組織)の非神経上皮組織部、内側がE-Cadherin、汎サイトケラチン陰性かつN-Cadherin、Sox2、Sp8、Bf1、Emx2、Tuj1陽性の中枢神経系(大脳)を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部である細胞塊が形成された。また、外側のプラコード様の上皮組織(嗅上皮様組織)中の一部の細胞はLhx2、Ebf2、Tuj1、NCAM、Calretinin陽性の嗅神経細胞又はその未成熟な前駆細胞であった。細胞塊の外側には、Pax6陽性の嗅上皮周縁部が形成されていた。また、嗅上皮様組織の基底面には、NeuroD陽性の細胞がみられた(図8B~M、図9N~AI)。以上より、多能性幹細胞を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、得られた細胞凝集体をBMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養したのちに、さらにBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養することにより、1)嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部、及び、2)神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部を含み、神経系細胞又はその前駆細胞は、中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含み、神経組織部の表面の少なくとも一部が非神経上皮組織部で被覆されている細胞塊を製造できることが分かった。また、非神経上皮組織部は嗅神経細胞又はその前駆細胞が存在する嗅上皮様組織を含み、嗅上皮様組織は、嗅上皮内側部と嗅上皮周縁部とを含んでいた。上記製造方法により形成された細胞塊の模式図を図10に示す。
 [実験3:ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の作製]
 実験3では、図11の上段に示すように、実験2で行ったBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下での培養工程(3b)の代わりに、FGFシグナル伝達経路作用物質であるFGF2の存在下での培養工程(3a)を行い、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製した。また、多能性幹細胞として、ヒトiPS細胞(HC-6#10株、理化学研究所より入手)を用いた。加えて、培養期間を21日とした。特に示された操作以外は実験1と同様の操作を行った。
 具体的には、維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)、工程(1)及び工程(2)を行った後、浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2及びHeparin Sodiumを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3a)開始)。FGF2(FGFシグナル経路作用物質、富士フィルム和光純薬株式会社製)とHeparin Sodium(富士フィルム和光純薬株式会社製)は添加する培地にそれぞれ40ng/ml、20μg/ml添加し、ウェル中の終濃度が20ng/ml、10μg/mlとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6、10、13、17日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2及びHeparin Sodiumを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後21日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図11のA、B)。その結果、実験1でヒトES細胞から形成された場合と同様に、ヒトiPS細胞から直径約600μm前後の球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後21日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載された、神経系の細胞を染色する抗Tuj1抗体及び抗NCAM抗体、神経網膜及びその前駆細胞を染色する抗Chx10抗体、プラコード及び非神経上皮組織を染色する抗Six1抗体、抗汎サイトケラチン(PanCK)抗体、抗E-Cadherin抗体及び抗EpCAM抗体、プラコード及び神経上皮組織を染色する抗N-Cadherin抗体、プラコード及び神経系細胞を染色する抗Sox2抗体及び抗Pax6抗体、嗅上皮プラコード及び中枢神経系細胞を染色する抗Sp8抗体、胚の前方領域を染色する抗Otx2抗体、嗅神経細胞及びその前駆細胞を染色する抗Ebf1抗体及び抗Ebf2抗体用いた。蛍光標識二次抗体として比較実験2に記載の抗体を用いて多重染色を行った。核の対比染色にはHoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図11及び図12に示す。浮遊培養開始21日目には、外側がE-Cadherin、N-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM、Sox2、Six1、Sp8陽性のプラコード様(嗅上皮様組織)の非神経上皮組織部、内側がE-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM陰性かつN-Cadherin、NCAM、Tuj1、Chx10陽性の神経網膜の神経上皮組織である細胞塊が形成された。Otx2陽性であることから、胚の前方領域の組織が形成されていることが分かった。また、外側のプラコード様の上皮組織(嗅上皮様組織)中の一部の細胞はEbf1、Ebf2、Tuj1、NCAM陽性の嗅神経細胞又はその未成熟な前駆細胞であった(図11C~N、図12O~Z)。以上より、多能性幹細胞を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、得られた細胞凝集体をBMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養したのちに、さらにFGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養することにより、1)嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部、及び、2)神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部を含み、神経系細胞又はその前駆細胞は、中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含み、神経組織部の表面の少なくとも一部が前記非神経上皮組織部で被覆されている細胞塊が製造できることが分かった。また、細胞塊の内部の神経組織部は上皮構造を形成しており、神経系細胞又はその前駆細胞は網膜を構成する細胞を含んでいることが分かった。上記製造方法により形成された細胞塊の模式図を図12のAAに示す。
 [実験4:ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の作製]
 実験4では、図13の上段に示すように、工程(3)において、まずFGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養する工程(3a)の後に、FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養する工程(3c)を行い、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製した。培養期間は28日とした。特に示された操作以外は実験3と同様の操作を行った。
 具体的には、維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)、工程(1)及び工程(2)を行った後、浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2及びHeparin Sodiumを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3a)開始)。FGF2とHeparin Sodiumは添加する培地にそれぞれ40ng/ml、20μg/ml添加し、ウェル中の終濃度が20ng/ml、10μg/mlとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6、10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2及びHeparin Sodiumを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。さらに浮遊培養開始後13日目に上記物質に加えK02288を終濃度1μMを含む培地で培養を開始し(工程(3c)開始)、17、21、24日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びK02288を含む培地で半量培地交換を実施した。
 浮遊培養開始後28日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図13のA)。その結果、実験1でヒトES細胞から形成された場合と同様にヒトiPS細胞から直径約600μm前後の球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後28日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載された、Dlx5、NeuroD1、NCAM、p63、Sox2、E-Cadherin、Pax6、Chx10、N-Cadherin、Six1、Sp8、EpCAM、Tuj1、Ebf2、汎サイトケラチンに対する抗体を用いた。蛍光標識二次抗体として比較実験2に記載の抗体を用いて多重染色を行った。核の対比染色には、Hoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図13及び図14に示す。浮遊培養開始28日目には、外側がE-Cadherin、N-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM、Sox2、Six1、Sp8陽性のプラコード様(嗅上皮様組織)の非神経上皮組織部、内側がE-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM陰性かつN-Cadherin、NCAM、Tuj1、Chx10陽性の神経網膜の神経上皮組織である細胞塊が形成された。また、外側のプラコード様の上皮組織(嗅上皮様組織)中の一部の細胞はNeuroD1、Ebf2、Tuj1、NCAM陽性の嗅神経細胞又はその未成熟な前駆細胞であった(図13B~M、図14N~U)。以上より、多能性幹細胞を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、得られた細胞凝集体をBMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で一定期間培養したのちに、FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養し、さらにFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養することにより、実験3と同様の細胞塊が製造できた。また、その細胞塊の内部の神経系細胞又はその前駆細胞は神経網膜の神経上皮組織を形成していた。さらに、実験3と比較したところ、浮遊培養開始13日目からFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の両方の存在下で培養することにより、FGFシグナル伝達経路作用物質のみの存在下で培養した時よりも安定して嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部が形成されることが分かった。上記製造法により形成された細胞塊の模式図を図14のVに示す。
 [実験5:ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞の塊の作製]
 実験5では、図15の上段に示すように、実験4の条件にさらに工程(3c)においてEGFシグナル伝達経路作用物質を添加して、ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製した。特に示された操作以外は実験3と同様の操作を行った。
 具体的には、維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)を行った後、細胞を非細胞接着性の96ウェル培養プレート(PrimeSurface 96V底プレート)に播種して、工程(1)、工程(2)及び工程(3a)を行った後、浮遊培養開始後13日目に上記物質に加えK02288を終濃度1μM、ヒト組み換えEGF(EGFシグナル伝達経路作用物質、PrimeGene社製)を終濃度20ng/mlで添加し(工程(3c)開始)、17、21、24日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium、K02288及びEGFを含む培地で半量培地交換を実施した。
 浮遊培養開始後28日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図15のA)。その結果、実験1でヒトES細胞から形成された場合と同様にヒトiPS細胞から直径約600μm前後の球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後28日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載されたDlx5、NeuroD1、NCAM、p63、Sox2、E-Cadherin、Pax6、Chx10、N-Cadherin、Six1、Sp8、EpCAM、Tuj1、Ebf2、汎サイトケラチンに対する抗体を用いた。蛍光標識二次抗体として、比較実験2に記載の抗体を用いて多重染色を行い、核の対比染色には、Hoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図15及び図16に示す。浮遊培養開始28日目には、外側がE-Cadherin、N-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM、Sox2、Six1、Sp8陽性のプラコード様(嗅上皮様組織)の非神経上皮組織部、内側がE-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM陰性かつN-Cadherin、NCAM、Tuj1、Chx10陽性の神経網膜の神経上皮組織である細胞塊が形成された。また、外側のプラコード様の上皮組織(嗅上皮様組織)中の一部の細胞はNeuroD1、Ebf2、Tuj1、NCAM陽性の嗅神経細胞又はその未成熟な前駆細胞であった(図15B~M、図16N~U)。以上より、多能性幹細胞を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、得られた細胞凝集体をBMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養したのちに、さらにFGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で一定期間培養したのちに、FGFシグナル伝達経路作用物質、BMPシグナル伝達経路阻害物質及びEGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養することにより、実験3と同様の細胞塊が製造できた。また、その細胞塊の内部の神経系細胞又はその前駆細胞は神経網膜の神経上皮組織を形成していることが分かった。さらに、実験3と比較したところ、浮遊培養開始13日目からFGFシグナル伝達経路作用物質、BMPシグナル伝達経路阻害物質に加えてEGFシグナ伝達経路作用物質の存在下で培養することにより、FGFシグナル伝達経路作用物質のみの存在下で培養した時に比べて、より安定して嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部が形成されることが分かった。
 [実験6:ヒトiPS細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の作製]
 実験6では、図17の上段に示すように、工程(3)として最初から工程(3c)を行い、工程(3c)の途中からEGFを添加し、さらにその後第二Wntシグナル伝達経路阻害物質としてXAV939の存在下で培養を行い、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を作製した。特に示された操作以外は実験3と同様の操作を行った。
 具体的には、維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)、工程(1)及び工程(2)を開始した後、浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。FGF2とHeparin Sodium及びK02288は、ウェル中の終濃度が20ng/ml、10μg/ml及び1μMとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6、10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。さらに浮遊培養開始後13日目に上記因子に加え、EGF(PrimeGene社製)を終濃度20ng/mlとなるように添加した。さらに浮遊培養開始後17日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium、K02288及びEGFに加え、XAV939(Cayman Chemicals社製)を終濃度300nMとなるように添加し、浮遊培養開始後21日目及び24日目に半量培地交換を実施した。
 浮遊培養開始後28日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図17のA)。その結果、実験1でヒトES細胞から形成された場合と同様にヒトiPS細胞から直径約600μm前後の球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後28日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体として、表1に記載のDlx5、NeuroD1、NCAM、p63、Sox2、E-Cadherin、Pax6、Chx10、N-Cadherin、Six1、Sp8、EpCAM、Tuj1、Ebf2、汎サイトケラチン、Lhx2、Calretinin、Otx2に対する抗体に加え、未成熟な神経細胞及び神経堤を染色する抗Nestin抗体、嗅上皮プラコード及び中枢神経系の一部の神経核を染色する抗Islet-1抗体、上皮細胞を染色する抗β-catenin抗体、頂端面を染色する抗PKCζ抗体、基底膜を染色する抗Laminin抗体、非神経上皮を染色する抗CK8抗体、プラコードを染色する抗Eya2抗体を用いた。蛍光標識二次抗体として比較実験2に記載の抗体を用いて多重染色を行った。核の対比染色には、Hoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図17~図19に示す。浮遊培養開始28日目には、外側がE-Cadherin、N-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM、Sox2、Six1、Sp8、Eya2、Islet-1、β-Catenin陽性のプラコード様(嗅上皮様組織)の非神経上皮組織部、内側がE-Cadherin、汎サイトケラチン、EpCAM陰性かつN-Cadherin、NCAM、Tuj1、Chx10陽性の神経網膜の神経上皮組織が一部に形成されている細胞塊が形成された。細胞塊の外側の嗅上皮様組織は、外側がPKCζ陽性の頂端面、内側がLaminin陽性の基底面であり、頂端面-基底面の極性が生じていた。また、外側のプラコード様の上皮組織(嗅上皮様組織)中の一部の細胞はLhx2、NeuroD1、Ebf2、Tuj1、Calretinin及びNCAM陽性の嗅神経細胞又はその未成熟な前駆細胞であった。(図17B~M、図18N~AE、図19AF~AJ)。上記の結果より、多能性幹細胞を第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、得られた細胞凝集体をBMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で培養したのちに、さらにFGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で培養し、また、EGFシグナル伝達経路作用物質及び第二Wntシグナル伝達経路素材物質を添加することで、実験3と同様の細胞塊が製造できることが分かった。また、その細胞塊の内部の神経系細胞又はその前駆細胞は神経網膜の神経上皮組織を形成していることが分かった。さらに、実験3と比較したところ、浮遊培養開始13日目にEGFを添加し、浮遊培養開始17日目に新たな第二のWnt経路阻害物質を添加することにより、これらを添加しない条件よりも安定して嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部が形成されることが分かった。形成された細胞塊の模式図を図19のAKに示す。
 [実験7:細胞塊の製造におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の添加濃度の検討]
 実験7では、ヒトES細胞を用いて、工程(2)におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の濃度による、細胞塊の製造効率の検討を行った。実験2(図8上段を参照)と同様の実験操作を行い、工程(2)において、BMP4の培地中の濃度は0.025nM、0.1nM、0.25nM、0.5nM、1.5nM、5nM及び無添加コントロールの7条件とした。
 浮遊培養開始後28日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った。その結果、BMPシグナル伝達経路作用物質を添加しないコントロールを除くいずれのBMP4濃度によっても、実験1と同様にヒトES細胞から直径約600μm前後の球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 さらに、各濃度のBMP4を添加して形成された細胞塊について、全周の80%以上が非神経上皮組織部に被覆されており、球状に近い形態をした細胞塊(Grade1、例=図20のA)、全周40%から80%が非神経上皮組織部に被覆されている細胞塊又は形がいびつな細胞塊(Grade2、例=図20のB)、細胞塊表面の非神経上皮組織部の割合が40%以下である細胞塊(Grade3、例=図20のC)、まったく非神経上皮組織部が形成されていない細胞塊(Grade4、例=図20のD)の4段階に評価した。評価は、倒立顕微鏡を用いた明視野観察により行った。その結果、図20のEに示すように、BMP4を添加しない培養条件では、非神経上皮組織部は観察されなかった。工程(2)において0.5nM以上のBMP4を添加した培養条件では、全周の80%以上が非神経上皮組織部に被覆されており、球状に近い形態をしたGrade1の細胞塊が高効率で形成された。よって、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部を含む、細胞塊の効率的な製造において、工程(2)において添加するBMP4の濃度は0.5nM以上が好ましいことが分かった。
 [実験8:細胞塊の製造における分化誘導開始前の前処理の検討]
 実験8では、ヒトiPS細胞を用いて、前処理工程(a)の有無による、細胞塊の製造効率の検討を行った。実験は、図21の上段に示す手順に従って行い、特に示された操作以外は実験1と同様の実験操作を行った。維持培養されたヒトiPS細胞を、6ウェルプレートに播種した6日後に、StemFit培地の培地交換と同時に、(1)他の条件と同量のDMSOのみ(control)、(2)300nM SAGのみ、(3)5μM SB-431542のみ、(4)5μM SB431542及び300nM SAGを添加する4つの条件にわけて前処理を行った。
 工程(a)の開始から24時間後、実験1と同様にしてY27632(終濃度20μM)、SB-431542(終濃度1μM)及びIWP-2(終濃度2μM)の存在下で浮遊培養を開始し(工程(1)開始)、浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、IWP-2、SB-431542及びBMP4(終濃度1.5nM)を含む培地で半量培地交換を行った(工程(2)開始)。浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。FGF2、Heparin Sodium及びK02288のウェル中の終濃度が20ng/ml、10μg/ml及び1μMとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6、10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後13日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図21のA~G)。前処理を実施しないヒトiPS細胞より形成された細胞凝集体は、(2)~(4)で前処理を行った細胞凝集体に比べて凝集体の直径が小さかった。また、細胞凝集体の外側の非神経上皮組織の形成具合についても、ウェル間でばらつきが見られ、非神経上皮組織が形成された細胞凝集体も、形成されない細胞凝集体も観察された(図21のA~D)。一方で、(2)SAGのみ、(3)SB-431542のみ、(4)SAG+SB-431542のいずれかの条件で前処理を実施した細胞から形成された細胞凝集体のうち、90%以上はコントロールよりも直径が大きく、表面の非神経上皮組織も効率よく形成されていた(図21のE~G)。
 さらに、各条件で前処理を行ったヒトiPS細胞から形成された凝集塊について、実験7と同様にGrade1~4の4段階に評価した。その結果、図21のHに示すように、(2)SAGのみ、(3)SB-431542のみ、(4)SAG+SB-431542のいずれかの条件で前処理を実施した場合に、全周の80%以上が非神経上皮組織部に被覆されており、球状に近い形態をしたGrade1の細胞凝集体が高効率に安定して得られた。よって、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の効率的な製造において、(2)SAGのみ、(3)SB-431542のみ、(4)SAG+SB-431542のいずれかの条件で前処理を実施することが好ましいことが分かった。
 [実験9:細胞塊の製造における第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の検討]
 実験9では、ヒトiPS細胞を用いて、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の種類による、細胞塊の製造効率の検討を行った。図22の上段に示す手順に従って実験を行い、特に示された操作以外は、実験3と同様の実験操作を行った。維持培養及び工程(a)を行ったヒトiPS細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、Y27632(終濃度20μM)及びSB-431542(終濃度1μM)を添加した培地で浮遊培養を開始した。
 第一Wntシグナル伝達経路阻害物質として、IWP-2(Tocris Bioscience社製、終濃度2μM)、IWP-3(Cayman Chemicals社製、終濃度2μM)、IWP-4(Cayman Chemicals社製、終濃度2μM)、Wnt C-59(Cayman Chemicals社製、終濃度20nM)、KY02111(Cayman Chemicals社製、終濃度1μM)を用いた。第一Wntシグナル伝達経路阻害物質無添加のコントロールとしては、DMSOを添加した。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、各第一Wntシグナル伝達経路阻害物質、SB-431542及びBMP4(終濃度1.5nM)を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた。さらに、浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、SB-431542、K02288、FGF2、Heparin Sodium及びEGFを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。K02288、FGF2、Heparin Sodium、EGFはウェル中の終濃度が10μM、20ng/ml、10μg/ml及び20ng/mlとなるようにした。浮遊培養開始後6、10、13、17、21、24日目にY27632とBMP4を含まず、各第一Wntシグナル伝達経路阻害物質とSB-431542、K02288、FGF2、Heparin Sodium及びEGFを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後28日目に、倒立顕微鏡を用いて、明視野観察を行った(図22のA~F)。第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を添加しない条件を除き、実験3と同様に、外側に非神経上皮様の組織が形成された球状の細胞塊が形成されることが分かった。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後28日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体として、表1に記載のプラコード及び非神経上皮組織を染色する抗Six1抗体及び抗汎サイトケラチン抗体、プラコード及び神経系細胞を染色する抗Sox2抗体を用いた。蛍光標識二次抗体として、表2に記載のAlexa488標識ロバ抗ウサギ抗体、CF555標識ロバ抗ヤギ抗体及びAlexa647標識ロバ抗マウス抗体を用いて多重染色を行った。核の対比染色にはHoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図23に示す。第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を添加しない条件では、浮遊培養開始より2日目にBMP4を添加しても細胞凝集体の表面に非神経上皮組織が形成されなかった。一方で、浮遊培養開始時点よりIWP-2、IWP-3、IWP-4、Wnt C-59、KY02111を添加した各条件では、内側に神経上皮様の凝集体が存在し、表面に非神経上皮組織を有する凝集体が形成された。さらに、蛍光免疫染色の結果、各種の第一Wntシグナル伝達経路阻害物質を添加した条件では、Six1、Sox2、サイトケラチン陽性で肥厚している嗅上皮プラコード様の組織が細胞塊表面の非神経上皮中に形成されることが分かった(図23G)。上記の結果より、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の添加が、BMPシグナル伝達経路作用物質の添加による嗅上皮プラコード様の非神経上皮組織を含む細胞塊の製造に有用であることが分かった。
 [実験10:三次元培養器を用いた細胞塊の製造]
 実験10では、ヒトiPS細胞を実験5とは異なる培養容器を用いて培養し、浮遊培養開始4日目にBMPシグナル伝達経路阻害物質の洗浄を行って細胞塊の製造を行った。実験は、図24の上段に示す手順に従い、特に示された実験操作以外は実験3と同様に行った。
 具体的には、維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)を行った後、単一細胞に分散されたヒトiPS細胞を非細胞接着性の96ウェル三次元培養器(PrimeSurface 96スリットウェルプレート、MS-9096S、住友ベークライト株式会社製)に1ウェルあたり1×10細胞になるように100μlの無血清培地に浮遊させ、37℃、5%COの条件下で浮遊培養した。浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)に、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)、SB-431542(終濃度1μM)を添加した。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、IWP-2、SB-431542及びBMP4を含む無血清培地を1プレートあたり19.2ml添加した(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に2.25nM添加し、培地中の終濃度が1.5nMとなるようにした。
 浮遊培養開始後3日目にY27632及びBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、K02288(終濃度10μM)、FGF2(終濃度20ng/ml)、EGF(終濃度20ng/ml)及びHeparin Sodium(終濃度10μg/ml)を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。K02288、FGF2、EGF及びHeparin Sodiumは添加する培地に2倍の濃度で添加し、ウェル中の終濃度が記載の濃度となるようにした。次に、浮遊培養開始後4日目にプレート中の培地をピペットで吸引して除き、15mlのIMDMとF-12の1:1混合液による洗浄操作を3回行い、さらにY27632、BMP4及びK02288を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、EGF及びHeparin Sodiumを含む培地を30ml添加し、プレート中のK02288を可能な限り除去した(工程(3d)開始)。浮遊培養開始後10、13、17日目にY27632、BMP4及びK02288を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、EGF及びHeparin Sodiumを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。
 浮遊培養開始後28日目に、倒立顕微鏡を用いて、明視野観察を行った(図24のA及びB)。三次元培養器であるスリットウェルプレートを用い、培養途中でBMPシグナル伝達経路阻害物質を培地中から除去する分化誘導条件においても、外側に肥厚した嗅上皮様の非神経上皮組織を有する細胞塊が形成された。
 [実験11:細胞塊の製造におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の添加時期の検討]
 実験11では、ヒトiPS細胞を用いて、BMPシグナル伝達経路作用物質の添加時期、すなわち工程(2)の開始時期を浮遊培養開始後1日目から6日目まで変化させ、細胞塊の製造効率の検討を行った。実験は、図25上段に示す手順に従って行い、特に記載された実験操作以外は実験1と同様に行った。
 維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)を行った後、単一細胞に分散されたヒトiPS細胞を非細胞接着性の96ウェル三次元培養器(PrimeSurface 96スリットウェルプレート、MS-9096S、住友ベークライト株式会社製)に1ウェルあたり1×10細胞になるように100μlの無血清培地に浮遊させ、37℃、5%COの条件下で浮遊培養した。浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)に、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)、SB-431542(終濃度1μM)を添加した。
 浮遊培養開始後1、2、3、4、6日目のいずれかの時点でY27632を含まず、IWP-2、SB-431542、BMP4を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に3nM添加し、ウェル中の終濃度が1.5nMとなるようにした。
 さらに、BMP4を含む無血清培地を添加した翌日にY27632とBMP4を含まず、SB-431542、K02288、FGF2及びHeparin Sodium、EGFを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。K02288、FGF2、Heparin Sodium及びEGFは添加する培地にそれぞれ20μM、40ng/ml、20μg/ml、40ng/ml添加し、ウェル中の終濃度が10μM、20ng/ml、10μg/ml、20ng/mlとなるようにした。その後、浮遊培養開始後6、10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びK02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。浮遊培養開始後4及び6日目にBMP4を添加する条件では、浮遊培養開始後3日目にSB-431542とIWP-2のみを含む培地を100μl添加し、BMP4を添加した培地を加える直前にウェルから100μlの培地を除いた。
 浮遊培養開始後13日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図25のA~E)。浮遊培養開始後1、2、3日目のいずれかの時点でBMP4を添加した条件では、細胞凝集体の表面に非神経上皮組織が形成されており、さらに浮遊培養開始後2日目にBMP4を添加した条件が細胞凝集体の直径がより大きく、最も効率よく安定して表面に非神経上皮組織を有する細胞凝集体が形成されていた(図25のA~C)。一方で、浮遊培養開始後4又は6日目にBMP4を添加した条件では、神経網膜の分厚い神経上皮のみが形成されており、細胞凝集体の表面に非神経上皮組織の形成が見られなかった(図25のD、E)。上記の結果から、神経組織部及び非神経上皮組織部を含む細胞塊を製造するためには、浮遊培養開始後96時間以内にBMPシグナル伝達経路作用物質を添加して工程(2)を開始することが好ましく、遊培養開始後24時間以降72時間以内にBMPシグナル伝達経路作用物質を添加することがより好ましいことが分かった。
 [実験12:細胞塊の製造における工程(2)の開始時期の検討]
 実験12は、浮遊培養開始後2日目から6日目の細胞凝集塊の表面を観察し、BMPシグナル伝達経路作用物質の適切な添加時期の検討を行った。実験は、図26上段に示す手順に従って行い、特に示された実験操作以外は、比較実験1と同様に行った。
 維持培養されたヒトiPS細胞を用いて、工程(a)を行った後、単一細胞に分散されたヒトiPS細胞を非細胞接着性の96ウェル三次元培養器(PrimeSurface 96スリットウェルプレート、MS-9096S、住友ベークライト株式会社製)に1ウェルあたり1×10細胞になるように100μlの無血清培地に浮遊させ、37℃、5%COの条件下で浮遊培養した。浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)には、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)及びSB-431542(終濃度1μM)を添加した。
 浮遊培養開始後2、3、4、6日目のいずれかの時点で倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った(図26のA~D)。浮遊培養開始後2日目の凝集体は表面に凹凸がみられ、歪な形状であるのに対し、浮遊培養開始後3、4、6日目の凝集体は2日目に見られた凹凸が減少し、球体に近い形状を呈していた(図26のB~D)。
 比較実験1と同様の方法に従って、浮遊培養開始後2、3、4、6日目の細胞塊の蛍光免疫染色を行った。一次抗体としては、表1に記載の密着結合を染色する抗ZO-1抗体を用いた。蛍光標識二次抗体として、Alexa488標識ロバ抗ウサギ抗体を用い、核の対比染色にはHoechst33342を用いた。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図26に示す。浮遊培養開始後2日目の細胞凝集体では、凝集体の最も表層の細胞の一部がZO-1陽性であり、密着結合を形成していた(図26のE)。浮遊培養開始後3、4、6日目の細胞凝集体では、表層のZO-1陽性の細胞の割合が顕著に減少していた(図26のF~H)。実験11に記載の通り、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造において浮遊培養開始後2日目は好ましいBMPシグナル伝達経路作用物質の添加時期であり、実験12の結果より、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造過程におけるBMPシグナル伝達経路作用物質の添加時期を決定するための手法として、細胞凝集体の最も表層の細胞における密着結合の検出が利用可能であることが分かった。
 [実験13:生体の嗅上皮において発現している遺伝子の解析]
 実験13では、胎生14.5日目ラット胚より嗅上皮を含む頭部の冠状切片を作製し、免疫染色を行い、本願に記載の製造法に製造された嗅上皮と比較した。妊娠14.5日目ラットより子宮内の胚を回収し、PBSで洗浄後、4%パラホルムアルデヒド・りん酸緩衝液(富士フィルム和光純薬株式会社製)で室温1時間固定した。固定後の胚をPBSで洗浄後、凍結時の組織の保護のために10%、20%、30%スクロース/PBS溶液に固定後の胚を沈降するまで順に浸漬した。凍結保護処理後の胚の頸部を解剖用ハサミで切断し、その頭部をクリオモルド<2号>(Sakura Finetek社製)に移し、頭部の周囲の余分な30%スクロース/PBSをマイクロピペッターで除いた後にO.C.Tコンパウンド(Sakura Finetek社製)に包埋し、ドライアイスで冷却したアルミヒートブロック上で急速凍結し、凍結切片作製用のブロックを作製した。上記胚を包埋したブロックからライカCM1950クライオスタット(Leica社製)により10μm厚の凍結切片を作製し、プラチナプロコートスライドグラス(松浪硝子工業株式会社製)に張り付けた。スライドグラス上の凍結切片の周囲をウルトラパップペン(株式会社バイオメディカルサイエンス製)で囲んだ後、0.2%Triton-X100/TBSで室温10分間透過処理し、続けてブロッキング試薬N-102(日油株式会社製)とSuperBlock (TBS) Blocking Buffer(Thermo Fisher Scientific社製)の体積比1:4混合液で室温30分間ブロッキング処理を行った。
 ブロッキング処理後の凍結切片に関し、Antibody Diluent OP Quanto(Thermo Fisher Scientific社製)で希釈した一次抗体をスライドグラス1枚あたり300μl添加し、湿箱中にて4℃で一晩反応させた。一次抗体処理後の凍結切片を0.05% Tween-20/TBSで室温10分間処理する洗浄操作を3回行った後に、Blocking One Histo(ナカライテスク株式会社製)と0.2%Triton-X100/TBSを1:19の割合で混合した緩衝液で二次抗体を希釈し、希釈液をスライドグラス1枚あたり300μl凍結切片に添加し、室温で1時間反応させた。二次抗体処理後の凍結切片を0.05% Tween-20/TBSで室温10分間処理する洗浄操作を3回行った後に、純水で凍結切片を一回洗浄し、その後、NEOカバーグラス(松浪硝子工業株式会社製)とスライドグラス1枚当たり30μlのProlong Diamond(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて凍結切片を封入した。封入後の標本を室温の暗所で一晩静置してProlong Diamondを固化させたのち、透明のマニキュアでカバーグラスの周囲をコーティングし室温の暗所で風乾後、蛍光顕微鏡による観察を行った。標本の観察及び画像の取得には正立蛍光顕微鏡Axio Imager M2(Carl Zeiss社製)及び附属ソフトウェアのAxio Visionを用いた。
 蛍光免疫染色で用いる一次抗体として、表1に記載のSox2、E-Cadherin、Otx2、β-Catenin、Dlx5、Tuj1、Ebf2、汎サイトケラチン、PKCζ、EpCAM、ラミニンに対する抗体、及び嗅神経細胞を染色する抗Ebf1抗体を用いた。蛍光標識二次抗体としては、表2に記載の抗体を用い、核の対比染色のために1μg/mlのHoechst33342を二次抗体希釈液中に添加した。染色結果の陽性と陰性の判断は、予備実験1と同様に行った。
 染色結果を図27に示す。生体の嗅上皮はサイトケラチン、EpCAM、β-Catenin、E-Cadherin陽性の非神経上皮であると同時に、Ebf1、Ebf2、Tuj1陽性の嗅神経細胞が存在することが分かった。さらに、Otx2、Dlx5、Sox2といった胚の前方領域のプラコードマーカー遺伝子を発現していた。加えて、嗅上皮の表面はPKCζ陽性の頂端面であり、内側はLaminin陽性の基底面であり、頂端-基底軸の極性があることが分かった。上記の結果と比較したところ、本願に記載の方法で製造された嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊中の組織は、生体の嗅上皮と極めてよく似た構造を再現することに成功していることが分かった。
 [実験14:細胞塊の製造におけるWntシグナル伝達経路作用物質と阻害物質の併用の検討]
 図28上段に示す手順に従って、Wntシグナル伝達経路作用物質と阻害物質とを併用して細胞塊を作製した。ヒトiPS細胞(HC-6#10株、理化学研究所より入手)は、実験1と同様の方法により維持培養及び工程(a)を行った。1ウェルあたりの細胞数が9×10細胞となるようにした以外は、実験1と同様の方法により96ウェル培養プレートにて浮遊培養を開始した。
 浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)に、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)、SB-431542(終濃度1μM)を添加した。加えて、Wntシグナル伝達経路作用物質としてCHIR99021(Cayman Chemical社製)を終濃度300nMとなるように添加した。Wntシグナル伝達経路阻害物質であるIWP-2とWntシグナル伝達経路作用物質であるCHIR99021とを併用した場合、βカテニン依存的なWnt-Canonical Pathwayは活性化され、βカテニン非依存的なWnt-non-Canonical Pathwayは阻害される。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、SB-431542、BMP4、IWP-2及びCHIR99021を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に3nM添加し、ウェル中の終濃度を1.5nMとした。
 浮遊培養開始後3日目にY27632及びBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2及びCHIR99021を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3a)開始)。その後、浮遊培養開始後6日目と10日目にY27632及びBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、CHIR99021、K02288を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。K02288の濃度及び添加時期は、ヒトiPS細胞株HC-6#10株向けに調整し、浮遊培養開始後6日目に添加する培地に2μM添加し、ウェル中の終濃度が1μMとなるようにした。浮遊培養開始後13日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、CHIR99021及びK02288を含む培地に、終濃度が20ng/mlになるようにEGFを2倍量添加した培地で半量培地交換を行った。浮遊培養開始後17日目にIWP-2、SB-431542、FGF、CHIR99021、K02288、EGFを含む培地で半量培地交換を行い、浮遊培養開始後21日目まで培養した。浮遊培養開始後21日目に倒立顕微鏡を用いて、得られた細胞塊の明視野観察を行った。
 ヒトiPS細胞株HC-6#10より上記分化誘導法で誘導された浮遊培養開始後21日目の細胞塊は、Wntシグナル伝達経路阻害物質であるIWP-2を添加した条件でそのシグナル伝達下流のWntシグナル伝達経路活性化物質CHIR99021を添加しても、嗅上皮様組織が細胞塊の外側に形成されることが分かった。さらに、ヒトiPS細胞株由来細胞塊の内部の神経系組織の死細胞が減少し、より高品質な嗅上皮様組織を含む細胞塊が形成されていた(図28のA、B)。この結果から、1)PORCN阻害剤の非神経上皮組織形成促進作用は、βカテニン依存的なWnt-Canonical Pathwayの阻害によるものではないこと、2)一定の程度(3μM CHIR99021以下程度)のβカテニン依存的なWnt-Canonical Pathwayの活性は、細胞塊内部の神経組織の生存と上皮形成の促進に作用し、ES細胞又はiPS細胞の株の性質によってはWntシグナル伝達経路阻害物質とWntシグナル伝達経路活性化物質との併用が、良質な細胞塊の製造に有効であることが示された。
 [実験15:細胞塊の製造におけるTAK1阻害剤の効果の検討]
 図29上段に示す手順に従って、工程(3)においてTAK1阻害剤を添加して細胞塊を作製した。ヒトiPS細胞(HC-6#10株、理化学研究所より入手)は、実験1と同様の方法により維持培養及び工程(a)を行った。1ウェルあたりの細胞数が9×10細胞となるようにした以外は、実験1と同様の方法により96ウェル培養プレートにて浮遊培養を開始した。
 浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)に、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)、SB-431542(終濃度1μM)及びCHIR99021(終濃度300nM)を添加した。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、SB-431542、BMP4、IWP-2及びCHIR99021を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に3nM添加し、ウェル中の終濃度を1.5nMとした。
 浮遊培養開始後3日目にY27632及びBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium及びCHIR99021を含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った。さらにTAK1阻害剤である5z-7-oxozeaenol(Cayman Chemical社製)を添加する培地に4μM添加し、ウェル中の終濃度が2μMとなるようにした(工程(3a)開始)。その後、浮遊培養開始後6日目と10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium、CHIR99021、K02288及び5z-7-oxozeaenolを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。浮遊培養開始後13日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium、CHIR99021、K02288及び5z-7-oxozeaenolを含む培地にEGFを終濃度が20ng/mlになるように2倍量添加した培地で半量培地交換を行った。浮遊培養開始後17日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、Heparin Sodium、CHIR99021、K02288、5z-7-oxozeaenol及びEGFを含む培地で半量培地交換を行い、浮遊培養開始後21日目まで培養した。浮遊培養開始後21日目に倒立顕微鏡を用いて、得られた細胞塊の明視野観察を行った。
 ヒトiPS細胞株HC-6#10より上記分化誘導法で誘導された浮遊培養開始後21日目の細胞塊は、TAK1阻害剤を添加しない条件で製造された細胞塊よりもさらに効率よく細胞塊の表面に嗅上皮様組織が形成されていた(図29のA、B)。この結果から、工程(3)において、TGF-β受容体阻害剤、BMP受容体阻害剤に加え、TGF-β受容体とBMP受容体の下流の細胞内シグナル伝達因子であるTAK1を阻害することにより、さらに効率よくプラコードと嗅上皮様組織への分化誘導が生じることが分かった。
 [実験16:粘性を有する培地での細胞塊の製造及び同培地中での細胞塊の成熟培養]
 図30上段に示す方法に従って、細胞塊を粘性を有する培地で成熟培養させた。特許第6176770号公報を参照し、粘性を有する培地を調製した。具体的には、メチルセルロース(Sigma Aldrich社製、viscosity:4000cP、M0512)を3g秤量し、撹拌子を入れた500mlの広口メディウム瓶中でオートクレーブにより滅菌した後、100mlの培地を添加した。培地としては、F-12+Glutamax培地とIMDM+Glutamax培地の体積比1:1混合液に5% Knockout Serum Replacement、10%ウシ胎児血清(Biosera社製)、450μM 1-モノチオグリセロール、1x Chemically defined lipid concentrate、50unit/mlペニシリン-50μg/mlストレプトマイシン、20ng/ml FGF-TS、20ng/ml EGF、20ng/ml IGF-1(R&D Systems社製)、10μg/ml Heparin Sodium、1μM SB431542、1μM K02288、300nM CHIR99021、100nM EC23(レチノイン酸シグナル伝達経路作用物質)を添加した培地を用いた。培地を添加したメチルセルロース入りのメディウム瓶を、低温室内で高粘度液体対応のスターラー(アサヒ理化製作所製、AMG-H)を用いて一晩攪拌した。翌日にメチルセルロースの溶け残りがないか確認した後に、冷蔵庫内に3日間静置し、培養液中の気泡を除去した。この方法により調製された3%メチルセルロースを含有する培地は、水あめ状の高い粘性を有する液体であった。
 ガス透過性のフィルム底6cmディッシュ(lumoxディッシュ、94.6077.333、ザルスタット社製)に上記方法で調製した粘性を有する培地をポジティブディスプレイスメント方式のピペット(Micoroman M1000、ギルソン社製)を用いて8ml添加し、COインキュベーター内で平衡化した。その後、実験15に記載の方法で調製した培養21日目の細胞塊を96ウェルプレートから15mlチューブへと回収し、5%KSR gfCDM培地で一度洗浄した後、5%KSR gfCDM培地が入った浮遊培養用6cmディッシュへと移した。さらに、広口のピペットチップを用いてディッシュ中の細胞塊を回収し、培地8μlと一緒に粘性を有する培地が入ったディッシュ中に1個ずつ吐出した。6cmディッシュ1枚当たりの細胞塊の数は24個とした。細胞塊を移し終えたディッシュをCOインキュベーター内に戻し、培養した(工程(3e)開始)。培養開始後3日又は4日に一回、400ng/ml FGF-TS、400ng/ml EGFを含む5%KSR gfCDM 500μlを均一になるように滴下した。高粘性培養開始後24日目、分化誘導開始より45日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った。
 ヒトiPS細胞株HC-6#10より上記分化誘導法で誘導された浮遊培養開始後45日目の細胞塊は、細胞塊の表面により肥厚した嗅上皮様組織が形成されていた(図30のA)。この結果から、粘性を有する培地中で細胞塊を培養することは、組織の物理的損傷を抑制し、長期間の培養に有効であることが分かった。また、その際の培地には、分化誘導の際に用いた因子に加え、IGF、血清及びレチノイン酸シグナル伝達経路作用物質を添加すると嗅上皮様組織をさらに効率よく維持できることが分かった。
 [実験17:細胞塊の製造における基底膜標品の効果の検討]
 図31上段に示す手順に従って、工程(3)において基底膜標品存在下で細胞塊を作製した。ヒトiPS細胞(HC-6#10株、理化学研究所より入手)は、実験1と同様の方法により維持培養及び工程(a)を行った。1ウェルあたりの細胞数が9×10細胞となるようにした以外は、実験1と同様の方法により96ウェル培養プレートにて浮遊培養を開始した。
 浮遊培養開始時(浮遊培養開始後0日目、工程(1)開始)に、上記無血清培地にY27632(終濃度20μM)、IWP-2(終濃度2μM)、SB-431542(終濃度1μM)及びCHIR99021(終濃度300nM)を添加した。
 浮遊培養開始後2日目にY27632を含まず、SB-431542、BMP4、IWP-2及びCHIR99021を含む無血清培地を1ウェルあたり100μl加えた(工程(2)開始)。BMP4は添加する培地に3nM添加し、ウェル中の終濃度を1.5nMとした。
 浮遊培養開始後3日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、CHIR99021、Heparin Sodium及び5z-7-oxozeaenolを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3a)開始)。その後、浮遊培養開始後6日目と10日目にY27632とBMP4を含まず、IWP-2、SB-431542、FGF2、CHIR99021、Heparin Sodium、K02288及び5z-7-oxozeaenolを含む無血清培地を用いて半量培地交換を行った(工程(3c)開始)。浮遊培養開始後13日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、CHIR99021、Heparin Sodium、K02288、5z-7-oxozeaenolを含む培地にEGFを終濃度が20ng/mlになるように2倍量添加した培地で半量培地交換を行った。浮遊培養開始後17日目にIWP-2、SB-431542、FGF2、CHIR99021、Heparin Sodium、K02288、5z-7-oxozeaenol及びEGFを含む培地で半量培地交換を行い、浮遊培養開始後21日目まで培養した。上記培養条件をコントロールとし、浮遊培養開始6、10又は13日目に終濃度が1%となるようにCorning マトリゲル基底膜マトリックスグロースファクターリデュースト(GFR)(Corning社製)を添加した培地で半量培地交換を行った条件と比較した。浮遊培養開始後21日目に倒立顕微鏡を用いて、得られた細胞塊の明視野観察を行った。
 ヒトiPS細胞株HC-6#10より上記分化誘導法で誘導された浮遊培養開始後21日目の細胞塊において、浮遊培養開始6日目にマトリゲルを添加した条件では無添加のコントロールに対し細胞塊が大きく成長する一方、表面の嗅上皮様の上皮の割合は低下していた(図31のA、B)。浮遊培養開始10日目又は13日目にマトリゲルを添加した条件では表面の嗅上皮様の上皮がおおいに肥厚し、増殖していた(図31のC、D)。上記の結果から、細胞塊の製造工程において基底膜標品を添加することにより嗅上皮様組織の成長を促進できることが分かった。またその際の基底膜標品の濃度は、マトリゲルを用いた際には0.5%以上4%以下であることが好ましく、実験操作の点から0.5%以上1.5%以下である際が最も好ましかった。
 [実験18:細胞塊の製造における基底膜標品中での包埋培養の効果の検討]
 図32上段の手順に従って、マトリゲル包埋培養を行った。実験15に記載の方法で調製した培養10日目又は培養13日目の細胞塊を96ウェルプレートから15mlチューブへと回収し、5%KSR gfCDM培地で一度洗浄した後、5%KSR gfCDM培地が入った浮遊培養用6cmディッシュへと移し、37℃に置いた。4℃で保冷しておいた保冷剤の上に置いた浮遊培養用6cmディッシュ中に氷上で解凍したマトリゲルを30μlずつ滴下し、20個程度の液滴を作成した。回収した上記細胞塊をワイドボアチップにより1個ずつディッシュ中のマトリゲル内に吐出した後、37℃に30分間置き、マトリゲルをゲル化させた。マトリゲルが固まったのち、5%KSR gfCDMに20ng/ml FGF-TS、20ng/ml EGF、10μg/ml Heparin Sodium、2μM IWP-2、1μM SB431542、1μM K02288、300nM CHIR99021、2μM 5z-7-Oxozeaenolを添加した培地を5ml加え、培養した(工程(3e)開始)。マトリゲル包埋培養開始後11日目、分化誘導開始より21日目に倒立顕微鏡を用いて明視野観察を行った。
 その結果、培養10日目に細胞塊のマトリゲル包埋培養を実施したサンプルでは、嗅上皮様の上皮組織の外側に神経堤細胞又は頭部間葉系細胞様の組織が形成されていた(図32のA)。培養13日目に包埋培養を実施したサンプルでも同様であった。上記の結果から、マトリゲル包埋培養により嗅上皮と中枢神経系に加え将来の嗅神経鞘細胞となる神経堤細胞又は頭部間葉系組織を備えた細胞塊を形成することができることが分かった。
 本発明によれば、多能性幹細胞から嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊を低コストに効率よく製造することが可能になる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001


Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

Claims (52)

  1.  下記工程(1)~(3)を含む、嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊の製造方法:
     多能性幹細胞を、第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養し、細胞凝集体を形成させる工程(1)、
     前記工程(1)で得られた細胞凝集体を、BMPシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(2)、
     前記工程(2)で得られた細胞凝集体を浮遊培養して、前記細胞塊を得る工程(3)であって、
     FGFシグナル伝達経路作用物質の存在下で浮遊培養する工程(3a)、
     BMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3b)、及び
     FGFシグナル伝達経路作用物質及びBMPシグナル伝達経路阻害物質の存在下で浮遊培養する工程(3c)
     からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含む、工程(3)。
  2.  前記工程(3)は前記工程(3a)を含み、前記工程(3a)の後に、前記工程(3c)をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
  3.  前記工程(3)は、前記工程(3b)又は前記工程(3c)を含み、前記工程(3b)又は前記工程(3c)の後に、BMPシグナル伝達経路阻害物質の非存在下で浮遊培養する工程(3d)をさらに含む、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4.  前記工程(3)において、EGFシグナル伝達経路作用物質がさらに存在する、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
  5.  前記工程(1)の前に、前記多能性幹細胞をフィーダー細胞非存在下で、1)TGFβファミリーシグナル伝達経路阻害物質及びソニック・ヘッジホッグシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つと、2)未分化維持因子と、を含む培地で培養する工程(a)をさらに含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。
  6.  前記BMPシグナル伝達経路作用物質は、BMP2、BMP4、BMP7、BMP13及びGDF7からなる群より選ばれる少なくとも1つのタンパク質を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の製造方法。
  7.  前記工程(3)は、前記工程(3a)及び前記工程(3c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含み、前記FGFシグナル伝達経路作用物質は、FGF2及びFGF8、並びに、これらの改変体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の製造方法。
  8.  前記工程(3)の開始時期は、前記工程(2)のBMPシグナル伝達経路作用物質添加から12時間以降72時間以内である、請求項1~7のいずれか1項に記載の製造方法。
  9.  前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において、前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質が存在する、請求項1~8のいずれか1項に記載の製造方法。
  10.  前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、非古典的Wnt経路に対する阻害活性を有する物質を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の製造方法。
  11.  前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、PORCN阻害剤を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の製造方法。
  12.  前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質は、KY02111及びKY03-Iからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の製造方法。
  13.  前記工程(3)は、前記工程(3b)及び前記工程(3c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程を含み、前記BMPシグナル伝達経路阻害物質は、I型BMP受容体阻害剤を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の製造方法。
  14.  前記工程(1)、前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において、TGFβシグナル伝達経路阻害物質がさらに存在する、請求項1~13のいずれか1項に記載の製造方法。
  15.  前記TGFβシグナル伝達経路阻害物質は、Alk5/TGFβR1阻害剤を含む、請求項14に記載の製造方法。
  16.  前記工程(1)、前記工程(2)及び前記工程(3)からなる群より選ばれる少なくとも1つの工程において、Wntシグナル伝達経路作用物質がさらに存在する、請求項1~15のいずれか1項に記載の製造方法。
  17.  前記Wntシグナル伝達経路作用物質は、前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質の作用点よりも下流のシグナル伝達因子に作用する、請求項16に記載の製造方法。
  18.  前記Wntシグナル伝達経路作用物質は、Wnt-Canonical経路を活性化させる物質を含む、請求項16又は17に記載の製造方法。
  19.  前記Wnt-Canonical経路を活性化させる物質は、βカテニンの分解を阻害又はβカテニンの安定化を促進する、請求項18に記載の製造方法。
  20.  前記Wntシグナル伝達経路作用物質はGSK3阻害剤を含む、請求項16~19のいずれか1項に記載の製造方法。
  21.  前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質はPORCN阻害剤を含み、前記Wntシグナル伝達経路作用物質はGSK3阻害剤を含む、請求項16~20のいずれか1項に記載の製造方法。
  22.  前記工程(3)において、TAK1阻害物質がさらに存在する、請求項1~21のいずれか1項に記載の製造方法。
  23.  前記工程(3)は、前記工程(3a)、前記工程(3b)又は前記工程(3c)の後に、さらに培養を行う工程(3e)を含む、請求項1~22のいずれか1項に記載の製造方法。
  24.  前記工程(3e)において、BMPシグナル伝達経路阻害物質、TGFβシグナル伝達経路阻害物質、Wntシグナル伝達経路作用物質、FGFシグナル伝達経路作用物質及びEGFシグナル伝達経路作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つが存在する、請求項23に記載の製造方法。
  25.  前記工程(3e)において、レチノイン酸伝達経路作用物質、血清、インスリン様成長因子受容体作用物質、神経栄養因子受容体作用物質からなる群より選ばれる少なくとも1つがさらに存在する、請求項23又は24に記載の製造方法。
  26.  前記工程(3e)を、増粘剤を含む培地中で行う、請求項23~25のいずれか1項に記載の製造方法。
  27.  前記増粘剤を含む培地は、100mPa・s以上の粘度を有する、請求項26に記載の製造方法。
  28.  前記工程(3e)において、接着培養を行う、請求項23~27のいずれか1項に記載の製造方法。
  29.  細胞外基質、基底膜標品及び合成細胞接着分子からなる群より選ばれる少なくとも1つでコートされた培養器材上で前記接着培養を行う、請求項28に記載の製造方法。
  30.  前記工程(3e)において、気相液相境界面培養法により培養を行う、請求項23~29のいずれか1項に記載の製造方法。
  31.  前記工程(3)において、細胞凝集体をゲル中に包埋して培養する工程を含む、請求項1~30のいずれか1項に記載の製造方法。
  32.  前記ゲルはマトリゲルである、請求項31に記載の製造方法。
  33.  前記工程(3)において、基底膜標品を含有する培地中で浮遊培養を行う工程を含む、請求項1~32のいずれか1項に記載の製造方法。
  34.  前記基底膜標品がマトリゲルであり、培地中の前記マトリゲルの濃度が0.5%~4%である、請求項33に記載の製造方法。
  35.  前記工程(3)において、前記第一Wntシグナル伝達経路阻害物質とは異なる第二Wntシグナル伝達経路阻害物質がさらに存在する、請求項1~34のいずれか1項に記載の製造方法。
  36.  前記第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、古典的Wnt経路に対する阻害活性を有する物質を含む、請求項35に記載の製造方法。
  37.  前記第二Wntシグナル伝達経路阻害物質は、Tankyrase阻害剤を含む、請求項35又は36に記載の製造方法。
  38.  請求項1~37のいずれか1項に記載の製造方法により得られる嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む細胞塊。
  39.  1)嗅神経細胞又はその前駆細胞を含む非神経上皮組織部、及び、
     2)神経系細胞又はその前駆細胞を含む神経組織部を含み、
      前記神経系細胞又はその前駆細胞は、中枢神経系を構成する神経系細胞又はその前駆細胞を含み、前記神経組織部の表面の少なくとも一部が前記非神経上皮組織部で被覆されている、細胞塊。
  40.  前記嗅神経細胞又はその前駆細胞は、Tuj1、EpCAM及びLhx2を発現している、請求項39に記載の細胞塊。
  41.  非神経上皮組織部は基底膜様構造をさらに含み、前記基底膜様構造は前記非神経上皮組織部と前記神経組織部との間に形成されている、請求項39又は40に記載の細胞塊。
  42.  前記非神経上皮組織部は、多列上皮又は重層上皮を形成している、請求項39に記載の細胞塊。
  43.  前記非神経上皮組織部は、嗅上皮様組織を含み、前記嗅神経細胞又はその前駆細胞は、前記嗅上皮様組織に含まれる、請求項39~42のいずれか1項に記載の細胞塊。
  44.  前記嗅上皮様組織は、基底細胞又はその前駆細胞を含む、請求項43に記載の細胞塊。
  45.  前記嗅上皮様組織は、前記神経組織部に対向している基底面と、前記基底面とは反対側に位置する頂端面とを有し、
     前記基底面は基底膜に面し、
     前記頂端面はPKCζ又はEzrin陽性である、請求項43又は44に記載の細胞塊。
  46.  前記嗅上皮様組織は、嗅上皮内側部と、前記嗅上皮内側部の周囲に設けられた嗅上皮周縁部とを含み、
     前記嗅上皮内側部は、Sox2、Tuj1及びAscl1陽性細胞を含み、
     前記嗅上皮周縁部は、Pax6及びPbx陽性細胞を含む、請求項43~45のいずれか1項に記載の細胞塊。
  47.  前記嗅上皮様組織は、嗅神経鞘細胞又はその前駆細胞をさらに含む、請求項43~46のいずれか1項に記載の細胞塊。
  48.  前記非神経上皮組織部は、前記嗅上皮様組織以外の非神経上皮組織をさらに含む、請求項43~47のいずれか1項に記載の細胞塊。
  49.  前記神経系細胞又はその前駆細胞は、網膜を構成する細胞又はその前駆細胞をさらに含む、請求項39~48のいずれか1項に記載の細胞塊。
  50.  前記神経系細胞又はその前駆細胞は大脳を含む、請求項39~49のいずれか1項に記載の細胞塊。
  51.  請求項38~50のいずれか1項に記載の細胞塊に含まれる細胞又は組織を含む、嗅覚系の障害に基づく疾患の治療薬。
  52.  請求項38~50のいずれか1項に記載の細胞塊に含まれる細胞又は組織を含む、神経組織の障害に基づく疾患の治療薬。
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