WO2023037544A1 - 多能性幹細胞の製造方法 - Google Patents

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WO2023037544A1
WO2023037544A1 PCT/JP2021/033540 JP2021033540W WO2023037544A1 WO 2023037544 A1 WO2023037544 A1 WO 2023037544A1 JP 2021033540 W JP2021033540 W JP 2021033540W WO 2023037544 A1 WO2023037544 A1 WO 2023037544A1
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cell
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stem cells
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正義 塚原
義基 中島
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公益財団法人京都大学iPS細胞研究財団
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/10Cells modified by introduction of foreign genetic material

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing stem cells such as pluripotent stem cells. More specifically, the present invention relates to a method for producing stem cells, etc., including a step of suspension culture of cells in a medium containing a scaffold material containing atelocollagen.
  • ES cells induced pluripotent stem cells
  • planar culture embryonic stem cells
  • EBs embryoid bodies
  • ES cells and iPS cells As a suspension culture method for ES cells and iPS cells, a suspension culture method that forms embryoid bodies (EBs) (three-dimensional cell aggregates formed by suspension culture of pluripotent stem cells) is known. ing. In the culture that forms embryoid bodies, it is necessary to perform an operation to keep the size of the embryoid bodies uniform. Specifically, an operation based on physical mechanics, such as crushing the cell clusters by the shear stress of the propeller in agitation culture, is required. necessary. Therefore, it is difficult to control the size of embryoid bodies in cells of types such as ES cells and iPS cells, which are characterized by the tendency to easily induce cell death by physical stress (see Non-Patent Document 3). there were.
  • microcarriers are sometimes used as scaffolding materials for cells.
  • Microcarriers are microparticles, and by adhering adherent animal cells to the microcarriers and culturing them in this state, mass culture can be carried out under suspension conditions without significantly changing the properties of the adherent animal cells ( See Non-Patent Document 4).
  • scaffolding materials such as microcarriers suitable for attaching pluripotent stem cells to surfaces have not been found so far.
  • microcarriers used for cell culture must be coated with an adhesive substrate containing biological components such as Matrigel (Corning) (a solubilized basement membrane preparation extracted from mouse sarcoma).
  • Matrigel a solubilized basement membrane preparation extracted from mouse sarcoma.
  • small microcarriers with a diameter of 100 ⁇ m or less are not suitable for cell growth, and if negatively charged residues such as carboxymethyl groups are dominant on the surface of the microcarriers, cells may not adhere. It is also known not to do so (see Non-Patent Document 5).
  • type I collagen has a history of being mainly used as a scaffolding material for cell culture dishes for pluripotent stem cells as gelatin, which is a hydrolyzed component thereof, in planar culture called a feeder culture method (Non-Patent Document 1). , 2). Collagen fibers have a cell-adhesive sequence called an RGD sequence, and it is reported that this sequence provides excellent cell affinity (see Non-Patent Document 6).
  • RGD sequence cell-adhesive sequence
  • Gelatin is collagen molecules and fragments thereof that have lost their triple-helical structure, and pluripotent stem cells using gelatin nanofibers have been reported to be cultured (see Patent Document 1).
  • type I collagen exerts its function as a scaffold material for human iPS cells, but in the feederless culture method, adhesion of human iPS cells It has long been known to be weak in its ability to maintain function and proliferation. Therefore, when using commercially available Cytodex-3 (GE Healthcare) using type I collagen (dextran beads bound and coated with denatured porcine skin-derived collagen on the surface), the feeders required for the production of clinical iPS cells In the less culture method, the adhesion function and the function of maintaining cell growth are weak, and it cannot be said to be practical.
  • Patent Document 1 states that human iPS cells cannot be cultured on 0.1% gelatin, and human iPS cells have been successfully grown by processing gelatin into nanofibers.
  • Patent Document 2 pluripotent stem cells are adhered onto a microcarrier coated with an extracellular matrix (such as a mixture of laminin, collagen, heparan sulfate proteoglycan, and entactin 1), and the pluripotent stem cells are subcultured for 3 passages.
  • An extracellular matrix such as a mixture of laminin, collagen, heparan sulfate proteoglycan, and entactin 1
  • Patent Document 3 discloses a method of using a polymer compound (polysaccharides such as hyaluronic acid, deacylated gellan gum, diutan gum, xanthan gum, and carrageenan) as a medium composition for cell or tissue suspension culture.
  • a polymer compound polysaccharides such as hyaluronic acid, deacylated gellan gum, diutan gum, xanthan gum, and carrageenan
  • Patent Document 4 discloses a xeno-free and serum-free medium containing bFGF, ascorbic acid, TGF ⁇ -3, etc., and a method of suspension culture of pluripotent stem cells in the medium.
  • Patent Document 5 discloses a scaffold material for stem cells containing a synthetic resin with a specific composition and a culture method using the same.
  • Patent Document 6 discloses an apparatus for culturing pluripotent stem cells, embryoid bodies, and the like by refluxing a solution between a cell culture tank and a component adjustment liquid reservoir.
  • none of the patent documents disclose a specific method of using atelocollagen as a coating material for microcarriers, and do not disclose specific examples of culturing pluripotent stem cells using atelocollagen. do not have.
  • Collagen has a long history of being used as a scaffold material for culturing pluripotent stem cells as gelatin.
  • the purpose was to use mouse embryonic fibroblasts (MEF) as a scaffold material for feeder culture method.
  • MEF mouse embryonic fibroblasts
  • the culture method using MEF has become a classical method, and the feederless culture method has become mainstream instead.
  • the feederless culture method does not require MEFs or gelatin.
  • type I collagen which constitutes gelatin, has been used for culturing pluripotent stem cells for a long time.
  • the present inventors dared to focus on the culture of pluripotent stem cells using collagen, and as a result of extensive studies to solve the above problems, they were coated with atelocollagen instead of collagen.
  • pluripotent stem cells could be efficiently established and proliferated by using microcarriers for cell culture.
  • microcarriers coated with type I collagen were used, pluripotent stem cells could not be established from somatic cells, whereas when microcarriers coated with atelocollagen were used. found that pluripotent stem cells can be established from somatic cells. Since type I collagen and atelocollagen share most of their structures, the difference in establishment efficiency was surprising.
  • pluripotent stem cells can be efficiently proliferated by culturing pluripotent stem cells using microcarriers coated with atelocollagen.
  • the present inventors have completed the present invention as a result of further studies based on these findings.
  • a method for producing pluripotent stem cells comprising a step of suspension culture of cells in a medium containing a scaffold material containing atelocollagen.
  • the method of [1] wherein the cell is a somatic cell into which a reprogramming factor has been introduced.
  • the method of [2], wherein the somatic cells are planktonic cells.
  • the method of [3], wherein the planktonic cells are hematopoietic cells.
  • the method of [1], wherein the cells are pluripotent stem cells.
  • the pluripotent stem cells are induced pluripotent stem cells or embryonic stem cells.
  • [4-2] The method according to any one of [1] to [4-1], wherein the cells are human-derived cells.
  • the scaffold material is a microcarrier.
  • the scaffold material consists essentially of atelocollagen.
  • the cell suspension culture step is performed using a culture apparatus.
  • a pluripotent stem cell produced by the method according to any one of [1] to [7].
  • a pluripotent stem cell proliferation promoting agent comprising a scaffold material containing atelocollagen.
  • a cell death inhibitor for pluripotent stem cells comprising a scaffold material containing atelocollagen.
  • a pluripotent stem cell viability maintenance agent comprising a scaffold material containing atelocollagen.
  • a differentiated cell produced by the method of [10].
  • a pharmaceutical composition comprising the pluripotent stem cells of [8] or the differentiated cells of [11].
  • stem cells can be produced efficiently, and stem cells can be efficiently proliferated.
  • a method includes a step of suspension culture of cells, and suspension culture facilitates automation of culture and mass culture.
  • the scaffold material used in the production method of the present invention can be prepared simply by coating atelocollagen on a microcarrier or the like, or by molding atelocollagen itself as a scaffold material, so it is excellent in terms of cost.
  • Example 1 shows the results of human iPS cell proliferation test of bead culture in Example 1 (5-6 days after cell seeding).
  • the structure of collagen fibers is shown (Source: Hokkaido Medical University Dental Journal, 2008. 27. 7-14).
  • Collagen which is a major component of living organisms, is a structural protein, and its structural feature is a higher-order structure having three helices.
  • a microfibril is a cylinder (cross-section) in which five molecules are located at each vertex of a regular pentagon.
  • a large number of microfibril aggregates form a fibril, a large number of fibril aggregates form a fiber, and a large number of fibers intertwine to form a fiber bundle.
  • a (pluripotent) stem cell proliferation-promoting agent (hereinafter sometimes referred to as "the agent of the present invention") containing a scaffold material containing atelocollagen is provided.
  • the agent of the present invention a (pluripotent) stem cell proliferation-promoting agent containing a scaffold material containing atelocollagen is provided.
  • the above effect of the atelocollagen-containing scaffold material is that cells such as stem cells and differentiated cells adhere to atelocollagen, thereby suppressing cell death due to shear stress in suspension culture. presumed to be the result.
  • a cell death inhibitor or cell viability maintenance agent comprising a scaffold material containing atelocollagen is also provided.
  • the agent of the present invention may be in the form of a medium. Therefore, a medium containing a scaffold material containing atelocollagen (hereinafter sometimes referred to as "the medium of the present invention") is also provided.
  • the agent of the present invention may be a medium for culturing somatic cells, a medium for culturing stem cells, a medium for inducing differentiation of stem cells, a cell preservation solution for stem cells or stem cell-derived differentiated cells, It can also be used as an organ preservation solution for organs made from stem cell-derived differentiated cells.
  • a cell to be cultured may be a single cell, but is typically a cell population consisting of a plurality of cells. Therefore, in the present specification, unless otherwise specified, "cells" include “cell populations.”
  • a cell population may be composed of one type of cell, or may be composed of two or more types of cells.
  • the agent of the present invention can be used as a composition for preparing a culture medium, using a scaffold material containing atelocollagen as an essential component. That is, all or part of the components in the medium of the present invention are used as composition components, which are solidified or concentrated solutions, dissolved or diluted, compositions for addition to existing media (medium supplements), liquid media and solid components
  • composition components which are solidified or concentrated solutions, dissolved or diluted, compositions for addition to existing media (medium supplements), liquid media and solid components
  • the composition for finally preparing the medium in the present invention can be made in various aspects such as the set of.
  • the term “scaffolding material”, also called scaffold, means a material or base material that functions as a scaffold for cells in cell culture.
  • the scaffold material containing atelocollagen used in the present invention is not limited as long as it can be used for cell suspension culture, but preferably contains a synthetic resin.
  • the scaffolding material may be made of atelocollagen. Specifically, atelocollagen may be molded into a shape suitable for the scaffolding material.
  • “Synthetic resin” means a material whose main component is a polymer (hereinafter simply referred to as “polymer”) obtained by polymerizing (including polycondensation) a polymerizable monomer (hereinafter simply referred to as “monomer”).
  • the polymers also include copolymers of one or more polymerizable monomers.
  • the scaffolding material may be based on an inorganic material such as glass or silicone.
  • polymer examples include (un)saturated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, (unsaturated) fatty acids, aromatic carboxylic acids, (unsaturated) ketones, aromatic ketones, (unsaturated) alcohols, aromatic alcohols, Examples thereof include polymers composed of one or more polymerizable monomers selected from (un)saturated amines, aromatic amines, (un)saturated thiols, aromatic thiols, and organosilicon compounds.
  • polystyrene examples include polystyrene, polyolefin, polyether, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyester, poly(meth)acrylate, epoxy resin, polyamide, polyimide, polyurethane, polycarbonate, cellulose, dextran, and polypeptide. (eg, gelatin, etc.). These polymers may be used singly or in combination of two or more. When two or more types of polymers are combined, two or more types of polymers may be mixed and used, or a polymer obtained by chemically bonding skeletons of two or more types of polymers may be used.
  • the scaffolding material may be manufactured by a known method, or a commercially available product may be used.
  • Commercially available products include, for example, Cytodex-1 (GE Healthcare).
  • a scaffold material containing atelocollagen can be prepared by coating all or part of the surface of the scaffold material with atelocollagen.
  • atelocollagen For the purpose of improving the adhesion between the surface of free scaffold materials such as microcarriers and cells, in addition to atelocollagen, they may be coated with any cell-supporting substrate such as extracellular matrix (ECM).
  • ECM extracellular matrix
  • the cell-supporting substrate can be any material intended for attachment of stem cells or feeder cells (if used).
  • Such cell-supporting matrices include collagen, gelatin, poly-L-lysine, poly-D-lysine, laminin (or partial structures of laminin), and fibronectin and mixtures thereof such as matrigel, and dissolved Examples include cell membrane preparations (see Lancet, 2005.365.9471.1636-1641).
  • the shape of the scaffold material used in the present invention is not particularly limited. Specific examples of such spherical scaffold materials include microcarriers and the like.
  • the size of the scaffolding material is also not particularly limited, but when spherical particles such as microcarriers are used, the particle size (diameter) of the scaffolding material is typically 50 to 1000 ⁇ m, preferably 100 to 400 ⁇ m. is preferred.
  • the particle size can be measured by the Coulter counter method described in the international standard ISO 13319 "Measurement of particle size distribution - electrical detection zone method".
  • a type I collagen molecule consists of about 95% helical (helical) part and about 5% non-helical part (telopeptide) (Fig. 2).
  • This non-helical portion is a highly antigenic region and is cleaved by proteases (proteolytic enzymes).
  • Atelocollagen contained in the scaffold material is a highly purified natural polymer material with extremely low antigenicity obtained by digesting and removing the highly antigenic telopeptide portion with a protease such as pepsin (Matrix, 1992, 12. 274-281 reference).
  • the origin of the atelocollagen used in the present invention is not limited, and examples thereof include those derived from mammals (eg, humans, mice, rats, monkeys, cows, horses, pigs, dogs, etc.). From the viewpoint of preventing contamination with components derived from different species, it is preferable to use atelocollagen derived from the same origin as the cells to be cultured.
  • atelocollagen may be produced by a known method, or a commercially available product may be used.
  • atelocollagen can be purified by treating collagen extracted from cells or tissues containing atelocollagen or collagen secreted from cultured cells with a protease.
  • the “stem cells” targeted by the present invention refer to immature cells having self-renewal ability and differentiation/proliferation ability. cells), unipotent stem cells, and the like. “Pluripotent stem cells” are generally defined as undifferentiated cells that have “self-renewal ability” that can proliferate while maintaining an undifferentiated state and “pluripotency” that can differentiate into all three germ layer lineages. .
  • a pluripotent stem cell means a cell that has the ability to differentiate into all tissues and cells that constitute a living body.
  • Multipotent stem cells refer to cells that have the ability to differentiate into multiple, but not all, types of tissues and cells.
  • a unipotent stem cell means a cell that has the ability to differentiate into a specific tissue or cell.
  • the origin of the stem cells is also not particularly limited. It may be cells of eyes, humans, monkeys, rhesus monkeys, marmosets, orangutans, primates such as chimpanzees, and the like.
  • stem cells include mesenchymal stem cells that differentiate into myoblasts, vascular endothelial cells, osteoblasts, adipocytes, muscle cells, cardiomyocytes, chondrocytes, etc., and neural stem cells that differentiate into neurons and glial cells. , hematopoietic stem cells or bone marrow stem cells that differentiate into leukocytes, erythrocytes, platelets, mast cells, dendritic cells, etc., differentiation into various tissues through the formation of a pseudo-embryo called an embryoid body (EB body) from a spheroid state.
  • EB body embryoid body
  • Embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells (iPS cells), which are known to proceed to the induction step, embryonic germ cells derived from primordial germ cells (EG ) cells, multipotent germlin EStem (mGS) cells isolated during the establishment and culture process of GS cells from testis tissue, multipotent stem cells such as multipotent adult progenitor cells (MAPC) isolated from bone marrow, and the like.
  • EG primordial germ cells
  • mGS multipotent germlin EStem
  • MPC multipotent adult progenitor cells
  • the pluripotent stem cell is an ES cell or any cell derived from a human embryo, the cell may be a cell produced by destroying the embryo, or a cell produced without destroying the embryo. However, from an ethical point of view, the cells are preferably produced without destroying the embryo.
  • the human ES cells used in the present invention are preferably those established from human embryos within 14 days of fertilization.
  • Pluripotent stem cells include, in particular, the above-mentioned ES cells or iPS cells.
  • Stem cells established by culturing early embryos produced by nuclear transfer of somatic cell nuclei are also preferred as pluripotent stem cells (Nature, 1997.385.810-813, Science, 1998.280.1253-1256, Nature Biotechnology, 1999.17.456-461, Nature. 1998.394.369-374, Nature Genetics. 1999.22.127-128, Proc Natl Acad Sci USA.
  • human ES cell lines WA01 (H1) and WA09 (H9) are from the WiCell Research Institute, and KhES-1, KhES-2 and KhES-3 are from the Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University (Kyoto, Japan). Available.
  • the human ES cell line KthES11 for clinical research is available from the Institute for Virology and Regenerative Medicine, Kyoto University.
  • iPS cells include cells that have acquired pluripotency similar to ES cells, obtained by introducing multiple genes or proteins (reprogramming factors) into somatic cells such as skin cells.
  • iPS cells include iPS cells obtained by introducing Oct3/4 gene, Klf4 gene, C-Myc gene and Sox2 gene, and iPS cells obtained by introducing Oct3/4 gene, Klf4 gene and Sox2 gene. cells (Nature Biotechnology, 2008.26.101-106) and the like.
  • initialization factors include Oct3/4, Sox2, Sox1, Sox3, Sox15, Sox17, Klf4, Klf2, c-Myc, N-Myc, L-Myc, Nanog, Lin28, Fbx15, ERAs, ECAT15-2, Tcl1 , beta-catenin, Lin28b, Sall1, Sall4, ESrrb, Nr5a2, Tbx3, Glis1, etc., and these reprogramming factors may be used alone or in combination.
  • Combinations of initialization factors include WO2007/069666, WO2008/118820, WO2009/007852, WO2009/032194, WO2009/058413, WO2009/057831, WO2009/075119, WO2009/079007, WO2009/091659, WO2009/091659 101407 ⁇ WO2009/102983 ⁇ WO2009/114949 ⁇ WO2009/117439 ⁇ WO2009/126250 ⁇ WO2009/126251 ⁇ WO2009/126655 ⁇ WO2009/157593 ⁇ WO2010/009015 ⁇ WO2010/033906 ⁇ WO2010/033920 ⁇ WO2010/042800 ⁇ WO2010/050626 ⁇ WO2010/056831 ⁇ WO2010/068955 ⁇ WO2010/098419 ⁇ WO2010/102267 ⁇ WO2010/111409 ⁇ WO2010/111422 ⁇ WO2010/115050 ⁇ WO2010/124290 ⁇ WO2010/147395 ⁇ WO2010/147612 ⁇ Nat Biotechnol,2008.26.795-797 ⁇ Cell Stem Cell,2008
  • iPS cells are available from designated institutions (RIKEN BioResource Center, Kyoto University). In addition, the establishment of clinical-grade iPS cells is also in Japan (Kyoto University Hospital, Kyoto University iPS Cell Research Institute https://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/rESearch/stock.html), Kyoto University iPS Cellular Research Foundation https://www.cira-foundation.or.jp/j/, the United States (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT03434808, ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02056613), Fujifilm's US subsidiary FUJIFILM Cellular Dynamics, Inc. (FCDI), and the technology of the present invention can also be used for the establishment and maintenance culture of such iPS cells.
  • human iPS cells include strain 253G1 (Riken Cell Bank No. HPS0002), strain 201B7 (Riken Cell Bank No. HPS0063), strain 409B2 (Riken Cell Bank No. HPS0076), strain 454E2 (Riken Cell Bank No. HPS0077), HiPS-RIKEN-1A strain (Riken Cell Bank No. HPS0003), HiPS-RIKEN-2A strain (Riken Cell Bank No. HPS0009), HiPS-RIKEN-12A strain (Riken Cell Bank No. HPS0029), NiPS-B2 strain (Riken Cell Bank No. .HPS0223), iPS cells for clinical use, iPS cells for medical use, iPS cells for regenerative medicine, myiPS (Kyoto University iPS Cell Research Foundation), and the like.
  • Multipotent stem cells particularly include somatic stem cells such as mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, nervous system stem cells, bone marrow stem cells and germ stem cells.
  • Multipotent stem cells are preferably mesenchymal stem cells, more preferably bone marrow mesenchymal stem cells.
  • Mesenchymal stem cells refer to stem cells capable of differentiating into all or some of mesenchymal cells such as osteoblasts, chondroblasts and lipoblasts, or populations of their progenitor cells. means broadly.
  • the term “suspension culture” refers to culture performed under conditions that maintain cells or cell aggregates floating in a culture medium, i.e., cells or cell aggregates, culture vessels and feeders. means culturing under conditions that prevent the formation of strong cell-substratum junctions and cell-cell junctions with cells (if used).
  • the medium of the present invention is a medium (basal medium) conventionally used for culturing somatic cells, culturing stem cells produced from somatic cells, and inducing differentiated cells from stem cells, and atelocollagen is added thereto. It can be prepared by adding free scaffold materials such as containing microcarriers singly or in combination. Examples of such media include the following.
  • basal medium examples include RPMI-1640 medium, Eagle's MEM medium, Dulbecco's modified MEM medium, Glasgow's MEM medium, ⁇ -MEM medium, 199 medium, IMDM medium, DMEM medium, Hybridoma Serum free medium, Chemically Defined Hybridoma Serum Free Medium, Ham's Medium F-12, Ham's Medium F-10, Ham's Medium F12K, ATCC-CRCM30, DM-160, DM-201, BME, Fischer, McCoy's 5A, Leibovitz' s L-15, RITC80-7, MCDB105, MCDB107, MCDB131, MCDB153, MCDB201, NCTC109, NCTC135, Waymouth's MB752/1, CMRL-1066, Williams' medium E, Brinster's BMOC-3 Medium (Medium, E8 Thermo Fisher Scientific), ReproFF2, Primate ES Cell Medium, ReproStem (ReproCELL Co., Ltd.
  • the concentration of atelocollagen in the scaffold material is not particularly limited as long as it exhibits a cell death inhibitory effect on cells. Such concentrations can be appropriately set by those skilled in the art using the methods described in the Examples and conventionally known methods.
  • the mass percent concentration of atelocollagen in the scaffold material (hereinafter, “mass percent concentration” is simply referred to as “concentration”) is, for example, 0.1% or more (e.g., 0.1%, 1%, 10%, 20% %, 25%, 30% or more) and not more than 100%.
  • the scaffold material consists essentially of atelocollagen, and the phrase “consisting essentially of atelocollagen” means not only when the atelocollagen concentration is 100%, but also when the concentration of atelocollagen is close to 100% (e.g., 95%). % or more, preferably 95.5% or more).
  • the concentration of telocollagen in the medium is not particularly limited, and by appropriately setting the concentration of atelocollagen, it is possible to control the proliferation rate of cells.
  • the concentration of atelocollagen in the medium is, for example, 0.01-20%, preferably 0.05-5%, more preferably 0.1-2%.
  • the medium can be supplemented with physiologically active substances and nutrient factors necessary for cell survival or proliferation as necessary.
  • physiologically active substances and nutrient factors necessary for cell survival or proliferation may be added to the medium in advance or may be added during cell culture.
  • the method of addition during culture may be in any form, such as a single solution or a mixed solution of two or more, and may be continuous or intermittent addition.
  • Physiologically active substances include insulin, IGF-1, transferrin, albumin, coenzyme Q10, various cytokines (interleukins (IL-2, IL-7, IL-15, etc.), stem cell factor (SCF), activin, etc.). , various hormones, various growth factors (leukemia inhibitory factor (LIF), basic fibroblast growth factor (bFGF), TGF- ⁇ , etc.).
  • Nutritional factors include sugars, amino acids, vitamins, hydrolysates or lipids. Sugars include glucose, mannose, fructose, and the like, and are used singly or in combination of two or more.
  • Amino acids include L-alanine, L-arginine, L-asparagine, L-aspartic acid, L-cysteine, L-glutamic acid, L-glutamine, glycine, L-histidine, L-isoleucine, L-leucine, and L-lysine. , L-methionine, L-phenylalanine, L-proline, L-serine, L-threonine, L-tryptophan, L-tyrosine, L-valine and the like, which may be used singly or in combination of two or more.
  • Vitamins include d-biotin, D-pantothenic acid, choline, folic acid, myo-inositol, niacinamide, pyrodoxal, riboflavin, thiamine, cyanocobalamin, DL- ⁇ -tocopherol, etc., and may be used alone or in combination of two or more.
  • hydrolysates include those obtained by hydrolyzing soybeans, wheat, rice, peas, corn, cottonseed, yeast extracts, and the like.
  • Lipids include cholesterol, linoleic acid, linolenic acid, and the like.
  • antibiotics such as kanamycin, streptomycin, penicillin or hygromycin may be added to the medium as necessary.
  • an acidic substance such as sialic acid is added to the medium, it is desirable to adjust the pH of the medium to pH 5-9, preferably pH 6-8, which is a neutral range suitable for cell growth.
  • the medium of the present invention may be a serum (eg, fetal bovine serum (FBS), human serum, horse serum)-containing medium or serum-free medium.
  • serum-free medium means a medium that does not contain unadjusted or unpurified serum.
  • the serum-free medium may contain purified blood-derived components or animal tissue-derived components (eg, growth factors).
  • the medium of the present invention may or may not contain serum substitutes as well as serum.
  • Serum substitutes include, for example, albumin substitutes such as albumin, lipid-rich albumin and recombinant albumin, vegetable starch, dextrans, protein hydrolysates, transferrin or other iron transporters, fatty acids, insulin, collagen precursors, trace amounts elements, 2-mercaptoethanol, 3'-thioglycerol, or equivalents thereof.
  • Specific examples of serum substitutes include those prepared by the method described in International Publication No. 98/30679, commercially available knockout Serum Replacement [KSR] (Life Technologies), Chemically-defined Lipid concentrated (Life Technologies) ) and Glutamax (Life Technologies).
  • KSR knockout Serum Replacement
  • biological factors include platelet-rich plasma (PRP), culture supernatant components of human mesenchymal stem cells, and the like.
  • Cell preservation solutions and organ preservation solutions that have been widely used clinically include University of Wisconsin organ preservation solution (UW solution), HBSS (Hank's Balanced Salt Solution), histidine-tryptophan-ketogluta-rate (HTK) solution, Euro-Collins liquid, Celsior liquid, ET-Kyoto liquid, IGL-1 liquid, EP-TU liquid, and the like.
  • UW solution University of Wisconsin organ preservation solution
  • HBSS Hort's Balanced Salt Solution
  • HTK histidine-tryptophan-ketogluta-rate
  • Euro-Collins liquid Celsior liquid
  • ET-Kyoto liquid IGL-1 liquid
  • EP-TU liquid and the like.
  • the present invention provides a method for producing stem cells (hereinafter sometimes referred to as "the method for producing stem cells of the present invention”), which comprises the step of suspension culture of cells in the medium of the present invention.
  • the method for producing stem cells of the present invention comprises the step of suspension culture of cells in the medium of the present invention.
  • the self-renewal ability of stem cells proliferates (ie, produces stem cells). Therefore, a method for growing stem cells (or a method for maintaining and culturing stem cells), which includes a step of floating culturing stem cells in the medium of the present invention, is also provided.
  • pluripotent stem cells when the stem cells are pluripotent stem cells, pluripotent stem cells are established by culturing and reprogramming the cells (starting cells) that are the raw material for the pluripotent stem cells. can do. Therefore, in another aspect of the present invention, a method for producing pluripotent stem cells (hereinafter referred to as "method for producing pluripotent stem cells of the present invention") comprising a step of suspension culture of cells in the medium of the present invention. There is) or a method for establishing pluripotent stem cells is provided.
  • the term "production method of the present invention” may be used to include both the method of producing stem cells of the present invention and the method of producing pluripotent stem cells of the present invention.
  • stem cells produced by the production method of the present invention are also provided.
  • cells to be cultured in the medium of the present invention are not limited as long as they are cells that serve as raw materials for pluripotent stem cells (starting cells).
  • starting cells include somatic cells into which the reprogramming factors have been introduced.
  • they may be somatic cells in the process of reprogramming (eg, cells expressing at least Oct4, etc.).
  • Somatic cells used in the method for producing pluripotent stem cells of the present invention may be suspension cells (eg, blood cells, etc.) or adherent cells, preferably suspension cells.
  • somatic cells used in the production method of the present invention include skin fibroblasts, skin cells, visual cells, brain cells, hair cells, oral mucosa, lung cells, hepatocytes, gastric mucosa cells, enterocytes, and spleen.
  • tissue stem cells pancreatic cells, renal cells, neural stem cells, mesenchymal stem cells derived from wisdom teeth, tissue stem cells, tissue progenitor cells, hematopoietic cells (e.g., hematopoietic stem cells, peripheral blood mononuclear cells (T cells and non-T cells) ), umbilical cord blood cells, etc.), epithelial cells, endothelial cells (eg, vascular endothelial cells), muscle cells, etc., but are not limited thereto.
  • Methods for introducing reprogramming factors into somatic cells include, when the reprogramming factors are in the form of DNA, vectors such as viruses, plasmids, and artificial chromosomes, methods such as lipofection, liposomes, and microinjection, and techniques in the form of RNA. Examples include techniques such as lipofection and microinjection, and in the case of protein forms, techniques such as lipofection, fusion with cell membrane-permeable peptides (e.g., HIV-derived TAT and polyarginine), and microinjection. be able to.
  • vectors such as viruses, plasmids, and artificial chromosomes
  • methods such as lipofection, liposomes, and microinjection
  • techniques in the form of RNA include techniques such as lipofection and microinjection, and in the case of protein forms, techniques such as lipofection, fusion with cell membrane-permeable peptides (e.g., HIV-derived TAT and polyarginine), and microinjection.
  • Methods using viral vectors include methods using retroviral vectors, methods using episomal vectors, Sendai virus typified by ID Pharma's initialization kit "CytoTune (registered trademark)-iPS 2.0" Examples include, but are not limited to, methods using vectors, methods using lentiviral vectors, methods using adenoviral vectors, and the like.
  • the method for producing pluripotent stem cells of the present invention may include a step of introducing reprogramming factors into somatic cells.
  • the cells to be cultured can be dispersed cells or non-dispersed cells.
  • Dispersed cells refer to cells that have been treated to facilitate cell dispersal.
  • Dispersed cells include cells that form single cells or small clusters of a few (typically 2-50, 2-20, or 2-10) cells.
  • Dispersed cells can be free-floating (suspension) cells or cells adhered to free scaffolding materials such as microcarriers.
  • the step of culturing cells in suspension in the medium of the present invention may be a step in which a scaffold material containing atelocollagen is previously added to the medium and the cells are cultured in suspension in such a medium. It may be a step of adding a scaffold material containing and carrying out suspension culture.
  • the cells may be suspended cultured in the medium of the present invention over the entire period of cell culture in the production method of the present invention, or the cells may be suspended cultured in the medium of the present invention only for a part of the period.
  • the cells when establishing pluripotent stem cells, the cells may be suspended cultured in the medium of the present invention only at the stage where pluripotent stem cells or adherent cells in the process of reprogramming appear.
  • cells may be cultured in the medium of the present invention from the initial stage of establishment of pluripotent stem cells (eg, the stage of starting the culture of somatic cells into which reprogramming factors have been introduced).
  • the scaffolding material may be removed, or the scaffolding material and cells may be separated.
  • atelocollagen is dissolved by adding collagenase at a concentration of 0.1% and treating at 37° C. for 1 hour or longer. Collagenase may be added to the medium at the appropriate timing, or the medium may be replaced with a medium containing collagenase.
  • the culture vessel used for floating culture is not particularly limited as long as it allows "suspension culture", and can be appropriately determined by those skilled in the art.
  • Examples of such culture vessels include flasks, tissue culture flasks, dishes, Petri dishes, tissue culture dishes, multidishes, microplates, microwell plates, micropores, multiplates, multiwell plates, chamber slides, petri dishes, tubes, trays, culture bags, or roller bottles.
  • a bioreactor is exemplified as a vessel for suspension culture.
  • These culture vessels are preferably cell non-adhesive in order to enable suspension culture.
  • the non-cell-adhesive culture vessel the surface of the culture vessel is not artificially treated (for example, coated with an extracellular matrix or the like) for the purpose of improving adhesion to cells.
  • Suspension culture can be carried out by, for example, seeding cells in the various containers described above, shaking or shaking the container by an appropriate method, or stirring the medium in the container.
  • suspension culture can be performed using a culture device such as a bioreactor or an automatic culture device.
  • cell culture is performed automatically in a closed environment under mechanical control of cell seeding, medium exchange, cell image acquisition, cultured cell collection, and pH, temperature, oxygen concentration, etc. are controlled.
  • a bioreactor or an automatic culture apparatus capable of high-density culture. Techniques for supplying new medium during cultivation using these devices to supply the cells with the required substances in just the right amount include fed-batch culture, continuous culture, and perfusion culture, all of which are methods of the present invention.
  • culture vessels used in bioreactors and automatic culture equipment include open culture vessels that are easy to open and close and have a large contact area with the outside (for example, culture vessels with lids), and open culture vessels that are not easy to open and close and have contact with the outside.
  • There are closed culture vessels with a small area for example, cartridge-type culture vessels), but any culture vessel can be used in the production method of the present invention.
  • the rotation speed can be set appropriately.
  • the rotation speed of the bioreactor is 10 to 100 rpm, 80 to 100 rpm for a 5 mL bioreactor, 30 to 50 rpm for a 100 mL bioreactor, and 30 to 50 rpm for a 500 mL bioreactor. is exemplified by 10 to 30 rpm.
  • the culture density of cells is not particularly limited as long as the cells can grow.
  • 1.0 ⁇ 10 1 to 1.0 ⁇ 10 9 cells/ml more preferably 1.0 ⁇ 10 2 to 1.0 ⁇ 10 9 cells/ml, still more preferably 1.0 ⁇ 10 3 to 1.0 ⁇ 10 9 cells/ml, most preferably 3.0 ⁇ 10 4 to 1.0 ⁇ 10 9 cells/ml.
  • stem cells When stem cells are adherently cultured on free scaffolding materials such as microcarriers, they may be cultured in the presence of feeder cells.
  • Stromal cells such as fetal fibroblasts can be used as feeder cells (e.g., Manipulating the Mouse Embryo A Laboratory Manual, Fourth Edition (Cold Spring Harbor Laboratory PrESs, 2014), Gene Targeting: A Practical Approach (Oxford University PrESs,1993), Proc Natl Acad Sci USA,1981.78.12.7634-7638, Nature,1981.292.5819.154-156, J.Virol,1969.4.5.549-553, Science,1996.272.5262.722-724, J 191.81 Cell Physiol -95, WO/2001/088100, WO/2005/080554).
  • some cells may be separated from free scaffold materials such as microcarriers. 236) or suspension culture using high-molecular polymers such as methylcellulose (StemCellReports, 2014.2.5.734-745).
  • Stem cell suspension culture includes stem cell dispersed culture and stem cell aggregate suspension culture.
  • the term “dispersed culture of stem cells” refers to the culture of suspended stem cells, and includes the dispersed culture of single cells or small cell clusters composed of several (eg, 2 to 20) stem cells. When the dispersion culture is continued, the cultured dispersed cells form a larger stem cell cluster, and then aggregate suspension culture can be performed.
  • aggregation suspension culture examples include embryoid body culture method (see Curr Opin Cell Biol, 1995.7.6.862-869), SFEB method (Nature Neuroscience, 2005.8.3.288-296, International Publication WO/2005/123902), A sphere culture method (StemCellReports, 2014.2.5.734-745) in which a cell line is passaged by mechanical treatment using a mesh filter can be mentioned.
  • Culture conditions such as temperature, dissolved CO 2 concentration, dissolved oxygen concentration and pH can be appropriately set based on techniques conventionally used for culturing cells derived from animal tissues.
  • the culture temperature is not particularly limited, but may be 30-40°C, preferably 37°C.
  • the temperature at which the organ preservation solution or cell preservation solution is used can be 0°C to room temperature, preferably 0°C to 4°C.
  • the dissolved CO 2 concentration can be 1-10%, preferably 2-5%.
  • the oxygen partial pressure can be 1-10%.
  • the number of days of culture is not particularly limited as long as stem cells are produced, but it is usually 2 days or longer, preferably 3 days or longer, and more preferably 4 days or longer.
  • the upper limit of the culture period is not particularly limited, it is usually 30 days or less, preferably 25 days or less.
  • Stem cell growth promoter is used for the content of the basal medium, physiologically active substances, nutritional factors, etc.
  • a scaffold material containing atelocollagen can have a cell death inhibitory effect on cells such as stem cells and differentiated cells. Therefore, the agent or medium of the present invention can also be used when producing differentiated cells from stem cells. Therefore, a method for producing differentiated cells (hereinafter sometimes referred to as "the method for producing differentiated cells of the present invention") comprising a step of suspension culture of cells in the medium of the present invention is also provided.
  • the cells cultured in the medium of the present invention may be stem cells (including stem cells produced by the method of producing the present invention), or cells after induction of differentiation (e.g., differentiated cells differentiating cells such as progenitor cells), or differentiated cells.
  • a step of preparing stem cells produced by the production method of the present invention or a step of producing stem cells by the production of the present invention (2) culturing the prepared cells in a medium for inducing differentiation; and (3) culturing the cultured cells in the medium of the present invention in fine suspension culture.
  • differentiated cells produced by the method for producing differentiated cells of the present invention are also provided.
  • the step of culturing cells in suspension in the medium of the present invention may be a step in which a scaffold material containing atelocollagen is previously added to the medium and the cells are cultured in suspension in such a medium. It may be a step of adding a scaffold material containing and culturing.
  • the cells may be suspended cultured in the medium of the present invention over the entire period of cell culture in the method for producing differentiated cells of the present invention, or the cells may be suspended cultured in the medium of the present invention only for a part of the period. good too.
  • the scaffolding material when the atelocollagen-containing scaffolding material is no longer needed, the scaffolding material may be removed, or the scaffolding material and the cells may be separated.
  • atelocollagen is dissolved by adding collagenase at a concentration of 0.1% and treating at 37° C. for 1 hour or longer. Collagenase may be added to the medium at the appropriate timing, or the medium may be replaced with a medium containing collagenase.
  • Differentiated cells produced by the method for producing differentiated cells of the present invention are not particularly limited. , immune cells such as dendritic cells, and the like.
  • the step of suspension culture of cells in the medium of the present invention is a step of suspension culture of stem cells in a differentiation-inducing medium containing a scaffold material containing atelocollagen.
  • Induction of differentiation of stem cells for example, in the process of inducing differentiation of cardiomyocytes, 0.5 ng/ml BMP-4 is added to the medium (for example, STEM diff APEL Medium, STEM CELL), and one day later, the medium is added to 10 ng/ml BMP-4.
  • mesenchymal stem cells are cultured in a medium (90% ⁇ MEM medium, 10% fetal bovine serum (FBS), 2 mM L-glutamine, 0.1 ⁇ M dexamethasone).
  • a differentiation-inducing agent such as retinoic acid
  • BMP inhibitors, Wnt inhibitors, Nodal inhibitors, retinoic acid and the like can also be used as differentiation inducers.
  • TPO thrombopoietin
  • IL3 interleukin 3
  • IL6 interleukin 6
  • SCF stem cell factor
  • Production method of the present invention is “the production method of differentiated cells of the present invention”
  • the “stem cells” cultured in the medium of the present invention are “stem cells, cells after induction of differentiation, or cells in the process of differentiation”.
  • “Stem cells” to be manufactured shall be read as “differentiated cells”.
  • the cell pharmaceutical composition of the present invention also contains stem cells or differentiated cells produced by the production method of the present invention or the differentiated cell production method of the present invention (hereinafter sometimes referred to as "the cells of the present invention”). , provides a cell pharmaceutical composition (hereinafter sometimes referred to as the “pharmaceutical composition of the present invention”).
  • the cells of the present invention may be dispersed cells, cell populations forming cell masses of a predetermined shape, or differentiated cell populations forming tissue structures or organelles (tissue construction using a bio 3D printer, etc.). Since the cell pharmaceutical composition can be used as a cell source for regenerative medicine, the pharmaceutical composition of the present invention can be used for cell transplantation therapy, for example.
  • treatment or prevention of diseases by administering or transplanting an effective amount of the cells of the present invention to mammals to be treated or prevented (e.g., humans, mice, rats, monkeys, cows, horses, pigs, dogs, etc.) Methods are also included in the invention.
  • mammals to be treated or prevented e.g., humans, mice, rats, monkeys, cows, horses, pigs, dogs, etc.
  • HLA-DR 3 loci or 4 loci including HLA-C are somatic cells that have the same HLA type.
  • the cells of the present invention are produced as parenteral preparations such as injections, suspensions, infusions, etc. by mixing with pharmaceutically acceptable carriers according to conventional methods. Accordingly, in one aspect, a method of making a cell pharmaceutical composition is also provided, comprising formulating the cells of the invention.
  • a production method includes (1) a step of preparing stem cells produced by the production method of the present invention or a step of producing stem cells by the production method of the present invention, and/or (2) a differentiated cell produced by the production method of the present invention.
  • a step of preparing cells or a step of producing differentiated cells by the method for producing differentiated cells of the present invention may be included. Further, a step of preserving stem cells or differentiated cells can be included.
  • compositions of the present invention contains, for example, buffers (e.g., phosphate buffers, sodium acetate buffers), soothing agents (e.g., benzalkonium chloride, procaine hydrochloride, etc.), stabilizers (e.g., human serum), albumin, polyethylene glycol, etc.), preservatives, antioxidants and the like.
  • buffers e.g., phosphate buffers, sodium acetate buffers
  • soothing agents e.g., benzalkonium chloride, procaine hydrochloride, etc.
  • stabilizers e.g., human serum
  • albumin e.g., albumin, polyethylene glycol, etc.
  • cells When formulating the pharmaceutical composition of the present invention as an aqueous suspension, for example, cells may be suspended in the above aqueous solution at a concentration of about 1 ⁇ 10 6 to about 1 ⁇ 10 8 cells/mL. .
  • the dose or transplantation amount and the administration frequency or transplantation frequency of the cells or pharmaceutical composition of the present invention can be appropriately determined according to the age, body weight, symptoms, etc. of the mammal to be administered.
  • the pharmaceutical composition of the present invention is provided in a state of cryopreservation under conditions normally used for cryopreservation of cells, and can be thawed before use.
  • it may further contain serum or its substitutes, an organic solvent (eg, DMSO), and the like.
  • the concentration of serum or its substitutes is not particularly limited, but can be about 1 to about 30% (v/v), preferably about 5 to about 20% (v/v).
  • the concentration of the organic solvent is not particularly limited, but can be from 0 to about 50% (v/v), preferably from about 5 to about 20% (v/v).
  • Example 1 Establishment of iPS cells
  • Human iPS cell establishment efficiencies were comparatively evaluated using atelocollagen microcarriers and collagen microcarriers.
  • Human mononuclear cells used for establishment of human iPS cells were purchased from PRECISION (Human PBMC 93219, Lot 2010114001). The method for culturing human mononuclear cells is the “Protocol for establishment of iPS cells for research ver. /img/protocol/20210507new_protocol_ver1_1.pdf).
  • the procedure was as follows. (1) Add IL-6 (50 ng/mL), SCF (50 ng/mL), TPO (10 ng/mL), Flt3L (20 ng/mL) to StemFit AK03 (Ajinomoto) medium A and B mixture ), IL-3 (20 ng/mL), and G-CSF (10 ng/mL) are added to prepare a medium for granulocytic cells. (2) Human mononuclear cells are seeded into one well of a 24-well plate (Sumitomo Bakelite MS-80240) at a concentration of 1.5 ⁇ 10 6 cells/mL and cultured using a medium for granulocytic cells.
  • microcarrier experimental conditions are as follows.
  • Collagen microcarriers Cytodex-3 (GE Healthcare) (dextran beads bound and coated with denatured porcine skin-derived collagen) at a concentration of 300 ⁇ g (equivalent to 100,000 beads)/well Addition to wells
  • Experimental conditions [2] Atelocollagen microcarriers: Atelocollagen-beads (MIC-00) (microcarriers for cell culture) (95.5% or higher purity) at a concentration of 300 ⁇ g (equivalent to 100,000 beads)/well (approximately 1%) added to 6 wells
  • Table 1 shows the results. Under the experimental condition [1], 0,0,0,0,0 iPS cell colonies were confirmed in 5 visual fields within the well 10 days after infection with the Sendai virus vector (mean value 0 per visual field). rice field. Under experimental conditions [2], 1, 1, 3, 1, and 1 iPS cell colonies were confirmed in the 5 visual fields in the well 10 days after infection with the Sendai virus vector (average value: 1.4 per visual field). there were. In addition, under the experimental condition [2], 15 days after infection with the Sendai virus vector, the colonies were confirmed to be viable iPS cell colonies by confirming pseudopodia using an optical microscope (x 400) (Fig. 1). ). Cells were passaged once, and the results of cell counting on the 12th day are described.
  • the total cell count was 1.76 ⁇ 10 4 cells/ml, the viable cell count was 0.00 ⁇ 10 0 cells/ml (viable cell rate: 0%), and no viable cells were observed. I didn't.
  • the total cell count was 6.39 ⁇ 10 5 cells/ml, the viable cell count was 4.22 ⁇ 10 5 cells/ml (viable cell rate: 66%), and viable cells were observed.
  • mRNA was obtained from a cell suspension of 1/10 the amount of cells used for passage, real-time PCR was performed, and mRNA expression analysis of iPS cell markers was performed. gone.
  • OCT3/4 (CT value: 20.94), NANOG (CT value: 20.93), SOX2 (CT value: 21.56), ⁇ -actin (CT value: 17.37), and mRNA expression of iPS cell markers were confirmed. rice field.
  • CT value: 20.94 CT value: 20.94
  • NANOG CT value: 20.93
  • SOX2 CT value: 21.56
  • ⁇ -actin CT value: 17.37
  • mRNA expression of iPS cell markers were confirmed. rice field.
  • iPS cells were then fluorescently immunostained with Tra-1-60, an iPS cell marker (Human GloLIVE TRA-1-60(R) NorthernLights TM NL557-conjugated Antibody).
  • iPS cell marker Human GloLIVE TRA-1-60(R) NorthernLights TM NL557-conjugated Antibody.
  • iPS cells cannot be established in a three-dimensional environment when the cell culture microcarrier surface is collagen, but iPS cells can be established in a three-dimensional environment when the surface is atelocollagen. became.
  • Example 2 Proliferation of human iPS cells
  • Human iPS cells and culture method For culturing human iPS cells, refer to “Protocol Feeder-Free Establishment and Maintenance of Human iPS Cells (Kyoto University iPS Cell Research Institute)” (https://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/rESearch /img/protocol/hiPSprotocolFf_140311.pdf).
  • Table 2 shows the results.
  • the cell growth ability in three-dimensional culture using cell culture microcarriers with atelocollagen as a scaffold material is as follows: The average cell number on day 6 of culture is It was 2.4 ⁇ 10 6 cells. This result indicates that atelocollagen microcarriers are suitable scaffold materials for three-dimensional culture.
  • mouse iPS cells when cultured with Cytodex-3, it has been reported that the iPS cells grew only 4 times in 7 days (Cytotechnology, 2016. 68. 45-59). The proliferation seems to occur not on the bead surface but in the interstices between the beads), and the effect with atelocollagen microcarriers was more pronounced than that of the prior art.
  • stem cells can be efficiently produced, and stem cells can be efficiently proliferated.
  • Such a method includes a step of suspension culture of cells, and suspension culture facilitates automation of culture and mass culture. Therefore, the present invention is extremely useful as a research tool using stem cells, or for producing safe stem cell-derived transplant cells that can be used in regenerative medicine.

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Abstract

本発明は、アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、幹細胞の製造方法、およびアテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、分化細胞の製造方法を提供する。また、本発明は、前記方法により製造された幹細胞および分化細胞も提供する。

Description

多能性幹細胞の製造方法
 本発明は、多能性幹細胞などの幹細胞の製造方法等に関する。より詳しくは、アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、幹細胞の製造方法等に関する。
 人工多能性幹細胞(iPS細胞)、胚性幹細胞(ES細胞)等の多分化能幹細胞を、細胞培養ディッシュ等の底面へ細胞を接着させ培養する技術(平面培養)がこれまでに開発されてきた(非特許文献1、2参照)。一方、多分化能幹細胞であるES細胞は、胚盤胞の内部細胞塊に由来しており、本来の生育様態に近い培養方法とするためには、細胞の浮遊培養および半浮遊培養など、3次元(3D)的につくられた臓器(オルガノイド)形成の製造過程における培養と同様の培養を行う必要がある。
 ES細胞およびiPS細胞の浮遊培養方法として、胚様体(embryoid body; EB)(多能性幹細胞を浮遊培養することによって形成される三次元の細胞凝集塊)を形成する浮遊培養方法が知られている。胚様体を形成する培養において、胚様体のサイズを均一に保つ操作が必要であり、具体的には、攪拌培養におけるプロペラの剪断応力によって細胞塊を砕く等の物理的な力学による操作が必要となる。そのため、ES細胞やiPS細胞などの物理的ストレスによって容易に細胞死を誘発しやすい特徴を持つタイプの細胞(非特許文献3参照)においては、胚様体のサイズの制御が難しいとの欠点があった。
 ところで、細胞培養においては、マイクロキャリアを細胞の足場材料として用いることがある。マイクロキャリアは微小粒子であり、接着性動物細胞をマイクロキャリアに接着させ、この状態で培養を行うことで、接着性動物細胞の性質を大きく変えることなく、浮遊条件で大量培養することができる(非特許文献4参照)。しかし、多能性幹細胞を表面に接着させるのに適するマイクロキャリアなどの足場材料はこれまでに見つかっていなかった。
 細胞培養に用いるマイクロキャリアの表面は、マトリゲル(Corning)(マウス肉腫から抽出した、可溶化基底膜調製品)などの生体由来成分による接着基質で被覆する必要があることが報告されている。また、細胞培養において、直径100 μm以下の小さなマイクロキャリアは細胞の増殖に向かず、また、カルボキシメチル基などの負電荷を持つ残基がマイクロキャリアの表面において支配的であると、細胞が接着しないことも知られている(非特許文献5参照)。例えば、タイプIコラーゲンは、その加水分解成分であるゼラチンとして、多能性幹細胞の細胞培養ディッシュの足場材料として主にフィーダー培養法と呼ばれる平面培養に用いられてきた歴史がある(非特許文献1、2参照)。コラーゲン線維は、RGD配列と呼ばれる細胞接着配列を有しており、かかる配列により細胞親和性に優れていることが報告されている(非特許文献6参照)。コラーゲン分子およびその断片で3本鎖らせん構造を失ったものがゼラチンであり、ゼラチンナノファイバーを用いた多能性幹細胞の培養実績が報告されている(特許文献1参照)。しかし、タイプI コラーゲンは、マウス胎児線維芽細胞(MEF)を用いたフィーダー培養法においては、ヒトiPS細胞の足場材料としての機能を発揮するが、フィーダーレス培養法においては、ヒトiPS細胞の接着機能および増殖を維持する機能が弱いことが以前から知られている。そのため、タイプIコラーゲンを用いた市販のCytodex-3(GE Healthcare)(表面に変性したブタ皮膚由来コラーゲンを結合・被覆したデキストランビーズ)を用いた場合、臨床用iPS細胞の製造に必要となるフィーダーレス培養法では、細胞の接着機能および増殖を維持する機能が弱く、実用に足るとはいえない。また、特許文献1では、0.1%ゼラチン上ではヒトiPS細胞は培養できないことが記載されており、ゼラチンをナノファイバーに加工することでヒトiPS細胞の増殖に成功している。
 また、特許文献2では、細胞外マトリックス(ラミニン、コラーゲン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、およびエンタクチン1の混合物等)で被覆したマイクロキャリア上に多能性幹細胞を付着させて、多能性幹細胞を3継代以上懸濁培養する方法が開示されている。特許文献3では、細胞または組織の浮遊培養用培地組成物として高分子化合物(ヒアルロン酸、脱アシル化ジェランガム、ダイユータンガム、キサンタンガム、カラギーナン等の多糖類)を用いる方法が開示されている。特許文献4では、bFGF、アスコルビン酸、TGFβ-3等を含むゼノフリーかつ無血清の培地、および該培地中で多能性幹細胞を浮遊培養する方法が開示されている。特許文献5では、特定組成の合成樹脂を含有する幹細胞用の足場材料と、それを用いた培養方法が開示されている。さらに、特許文献6では、細胞培養槽と成分調整液貯留槽との間で溶液を還流させて、多能性幹細胞や胚様体等を培養する装置が開示されている。しかし、いずれの特許文献においても、マイクロキャリアの被覆材料としてのアテロコラーゲンの具体的な利用方法は示されておらず、またアテロコラーゲンを用いた多能性幹細胞の培養に関する具体的な事例は開示されていない。
特開2013-247943 特表2011-514169 WO2014/017513 特表2013-510567 特願2019-562494 WO2013/161885
Nature, 1981. 292. 154-156 Science, 1998. 282. 1145-1147 Nature Biotechnology, 2007. 25. 681-686 Nature, 1967. 216. 64-65 Stem Cell RES, 2011. 7. 97-111 Biomaterials, 2003, 24. 4385-4415
 本発明は、幹細胞の樹立および増殖において、浮遊状態での培養を可能とする新規な方法を提供することを課題とする。また、かかる方法により、細胞の均質化や培養の自動化を可能とし、多能性幹細胞などの幹細胞の産業利用を加速することも課題とする。
 コラーゲンはゼラチンとして多能性幹細胞培養の足場材料として以前より使われてきた歴史があった。しかし、その目的はマウス胎児線維芽細胞(MEF)を用いたフィーダー培養法の足場材料としての用途であった。近年においてはMEFを使う培養方法は古典的な手法との位置づけとなり、代わりにフィーダーレス培養法が主流となっている。フィーダーレス培養法ではMEFもゼラチンも不要である。そのため、ゼラチンを構成するタイプIコラーゲンを多能性幹細胞の培養に用いてきた歴史はあるが、フィーダーレス培養法が確立した近年においては、時系列において、多能性幹細胞の培養にコラーゲンを用いることはおろか、コラーゲンに代えてアテロコラーゲンを用いようとする動機付けは存在しなかった。このような状況下であったが、本発明者らは、あえてコラーゲンを用いた多能性幹細胞の培養に着目し、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、コラーゲンではなくアテロコラーゲンで被覆したマイクロキャリアを細胞培養に用いることで、効率よく多能性幹細胞を樹立でき、また多能性幹細胞を増殖できるのではないかとの着想を得た。かかる着想に基づき研究を進めた結果、タイプIコラーゲンで被覆したマイクロキャリアを用いた場合には、体細胞から多能性幹細胞が樹立できなかった一方で、アテロコラーゲンで被覆したマイクロキャリアを用いた場合には、体細胞から多能性幹細胞を樹立できることを見出した。タイプIコラーゲンとアテロコラーゲンでは、構造の大部分が共通するため、上記樹立効率の違いは驚くべきものであった。さらに、アテロコラーゲンで被覆したマイクロキャリアを用いて多能性幹細胞を培養することで、効率よく多能性幹細胞を増殖できることも見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
 アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、多能性幹細胞の製造方法。
[2]
 前記細胞が初期化因子が導入された体細胞である、[1]に記載の方法。
[3]
 前記体細胞が浮遊性細胞である、[2]に記載の方法。
[3-1]
 前記浮遊性細胞が血球系細胞である、[3]に記載の方法。
[4]
 前記細胞が多能性幹細胞である、[1]に記載の方法。
[4-1]
 前記多能性幹細胞が人工多能性幹細胞又は胚性幹細胞である、[4]に記載の方法。
[4-2]
 前記細胞がヒト由来の細胞である、[1]~[4-1]のいずれか1つに記載の方法。
[5]
 前記足場材料がマイクロキャリアである、[1]~[4-2]のいずれか1つに記載の方法。
[6]
 前記足場材料が実質的にアテロコラーゲンからなる、[1]~[5]のいずれか1つに記載の方法。
[7]
 前記細胞を浮遊培養する工程が培養装置を用いて行われる、[1]~[6]のいずれか1つに記載の方法。
[8]
 [1]~[7]のいずれか1つに記載の方法により製造された多能性幹細胞。
[9]
 アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む、多能性幹細胞増殖促進剤。
[9-1]
 アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む、多能性幹細胞の細胞死抑制剤。
[9-2]
 アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む、多能性幹細胞生存維持剤。
[10]
 [1]~[7]のいずれか1つに記載の方法により製造された多能性幹細胞を準備する工程、
 該準備された細胞を分化誘導用培地中で培養する工程、および
 該培養された細胞をアテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で浮遊培養する工程
を含む、分化細胞の製造方法。
[11]
 [10]に記載の方法により製造された分化細胞。
[12]
 [8]に記載の多能性幹細胞または[11]に記載の分化細胞を含む、医薬組成物。
 本発明の製造方法では、幹細胞を効率よく製造することができ、また幹細胞を効率よく増殖させることができる。かかる方法では、細胞を浮遊培養する工程を含むが、浮遊培養は培養の自動化、大量培養が容易となる。さらには、本発明の製造方法で用いる足場材料は、マイクロキャリア等にアテロコラーゲンを被覆するだけで、あるいはアテロコラーゲン自体を足場材料として成形するだけで調製することができるため、費用面でも優れている。
実施例1のビーズ培養のヒトiPS細胞増殖試験結果(細胞播種後5-6日目)を示す。 コラーゲン線維の構造を示す(出典:北海道医療大学歯学雑誌,2008. 27. 7-14)。生体主要構成成分であるコラーゲンは構造タンパク質で、その構造上の特徴は3本らせんを有する高次構造である。コラーゲン線維の基本単位はmicrofibrilであり、分子(矢印)が横隣りの分子と670Å=Dだけずれて並んでおり、同列上の分子間には0.6Dの間隙(hole zone)がある。分子間には分子末端(テロペプチド)で分子間架橋が生成される。microfibrilは5本の分子が正5角形の各頂点に位置した(断面)円筒である。microfibrilが多数集まってfibrilを作り、fibrilが多数集合してfiberを作り、多数のfiberがからみ合ってfiber bundleを作る。
 以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
1.幹細胞増殖促進剤
 後述の実施例で示される通り、アテロコラーゲンを含有する足場材料を用いることで、体細胞から多能性幹細胞を効率よく製造することができ、また幹細胞を効率よく増殖させることができた。したがって、アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む、(多能性)幹細胞増殖促進剤(以下、「本発明の剤」と称することがある。)が提供される。いかなる理論にも拘束されることはないが、アテロコラーゲンを含有する足場材料による上記効果は、幹細胞や分化細胞などの細胞がアテロコラーゲンに接着することにより、浮遊培養におけるせん断応力による細胞死が抑制された結果であると推測される。したがって、アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む、細胞死抑制剤または細胞生存維持剤も提供される。
 本発明の剤は、培地の形態であってもよい。したがって、アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地(以下、「本発明の培地」と称することがある。)も提供される。あるいは、本発明の剤は、体細胞の培養のための培地、幹細胞の培養のための培地、幹細胞の分化誘導のための分化誘導用培地、幹細胞や幹細胞由来分化細胞のための細胞保存液、幹細胞由来分化細胞から作製された臓器のための臓器保存液として用いることもできる。本発明において、培養される細胞は、単一の細胞であってもよいが、典型的には、複数の細胞からなる細胞集団である。したがって、本明細書において、特に断りのない限り、「細胞」には、「細胞集団」が含まれるものとする。細胞集団は、1種類の細胞から構成されていてもよく、2種類以上の細胞から構成されていてもよい。
 また、本発明の剤は、アテロコラーゲンを含有する足場材料を必須の成分として、培地作製用組成物とすることができる。すなわち、本発明の培地における成分の全部ないし一部を組成成分として、これを固形化ないし濃縮溶液とし、溶解や希釈、既存培地に添加するための組成物(培地サプリメント)、液体培地と固形成分のセットなど種々の態様で、本発明における培地を最終的に作製するための組成物とすることができる。
[足場材料]
 本明細書において、「足場材料」とは、スキャフォールドとも呼ばれ、細胞培養において細胞の足場として機能する材料または基材を意味する。本発明に用いるアテロコラーゲンを含有する足場材料は、細胞の浮遊培養に用いることができる限りに制限されないが、合成樹脂を含有することが好ましい。また、上記足場材料は、アテロコラーゲンからなるものであってもよく、具体的には、アテロコラーゲンを足場材料として適した形状に成形したものが挙げられる。
 合成樹脂は、重合性モノマー(以下、単に「モノマー」ともいう)を重合(重縮合も含む)して得られるポリマー(以下、単に「ポリマー」ともいう)を主成分とするものを意味する。上記ポリマーは一種または二種以上の重合性モノマーのコポリマーも含む。あるいは、足場材料は、ガラスやシリコーンなどの無機材料を主成分としたものでもよい。
 上記ポリマーとしては、例えば、(不)飽和炭化水素、芳香族炭化水素、(不)飽和脂肪酸、芳香族カルボン酸、(不)飽和ケトン、芳香族ケトン、(不)飽和アルコール、芳香族アルコール、(不)飽和アミン、芳香族アミン、(不)飽和チオール、芳香族チオール、有機ケイ素化合物の1種以上の重合性モノマーからなるポリマーが挙げられる。
 具体的な上記ポリマーとしては、例えば、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、セルロース、デキストラン、ポリペプチド(例:ゼラチン等)などが挙げられる。これらのポリマーは、一種類で用いてもよいし、二種類以上組み合わせて用いてもよい。二種類以上のポリマーを組み合わせる場合は、二種類以上のポリマーを混合して用いてもよいし、二種類以上のポリマーの骨格を化学結合させたポリマーとして用いてもよい。
 足場材料は公知の方法により製造してもよいし、市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば、Cytodex-1(GE Healthcare)などが挙げられる。
 典型的には、上記足場材料の表面の全部または一部をアテロコラーゲンで被覆(コーティング)することで、アテロコラーゲンを含有する足場材料を調製することができる。マイクロキャリア等の遊離した足場材料の表面と細胞との接着性を向上させる目的で、アテロコラーゲンに加えて、細胞外マトリックス(ECM)等の任意の細胞支持用基質でコーティングされたものであり得る。細胞支持用基質は、幹細胞またはフィーダー細胞(用いられる場合)の接着を目的とする任意の物質であり得る。このような細胞支持用基質としては、コラーゲン、ゼラチン、ポリ-L-リジン、ポリ-D-リジン、ラミニン(または、ラミニンの一部構造体)、およびフィブロネクチン並びにそれらの混合物、例えばマトリゲル、並びに溶解細胞膜調製物などが挙げられる(Lancet,2005.365.9471.1636-1641参照)。
 本発明に用いる足場材料の形状は特に限定されないが、例えば、円筒形、長球の形状、球形などが挙げられるが、好ましくは球形である。かかる球形の足場材料としては、具体的には、マイクロキャリアなどが挙げられる。足場材料の大きさも特に限定されないが、マイクロキャリアなどの球形のものを用いる場合には、足場材料の粒径(直径)は、典型的には、50~1000μmであり、100~400μmであることが好ましい。粒径は、国際規格 ISO 13319「粒度分布の測定-電気的検知帯法」に記載のコールターカウンター法により測定することができる。
 I型コラーゲン分子は、約95%のらせん(ヘリックス)部分と約5%の非らせん部分(テロペプチド)からできている(図2)。この非ヘリックス部分は抗原性の強い領域であり、プロテアーゼ(タンパク質分解酵素)により切断される。抗原性の強いテロペプチド部分をペプシンなどのプロテアーゼで消化・除去後に高度精製した抗原性の極めて低い天然高分子材料が、足場材料に含有されるアテロコラーゲンである(Matrix, 1992, 12. 274-281参照)。本発明に用いるアテロコラーゲンの由来は限定されず、例えば、哺乳動物(例:ヒト、マウス、ラット、サル、ウシ、ウマ、ブタ、イヌ等)由来のものなどが挙げられる。異種動物由来成分の混入防止の観点からは、培養する細胞と同一由来のアテロコラーゲンを用いることが好ましい。かかるアテロコラーゲンは公知の方法により製造してもよく、市販品を用いてもよい。例えば、アテロコラーゲンを含む細胞や組織から抽出したコラーゲンや、培養細胞から分泌させたコラーゲンをプロテアーゼで処理してアテロコラーゲンを精製することができる。
[幹細胞]
 本発明が対象とする「幹細胞」は、自己複成能および分化増殖能を有する未熟な細胞をいい、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)等が含まれる。「多能性幹細胞」は、一般に、未分化状態を保持したまま増殖できる「自己再生能」と、三胚葉系列すべてに分化できる「分化多能性」とを有する未分化細胞と定義されている。
 多能性幹細胞とは、生体を構成する全ての組織や細胞へ分化し得る能力を有する細胞を意味する。
 複能性幹細胞とは、全ての種類ではないが、複数種の組織や細胞へ分化し得る能力を有する細胞を意味する。
 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細胞を意味する。
 幹細胞の由来種も特に限定されず、例えば、ラット、マウス、ハムスター、モルモット等のげっ歯類、ウサギ等のウサギ目、ブタ、ウシ、ヤギ、ヒツジ等の有蹄目、イヌ、ネコ等のネコ目、ヒト、サル、アカゲザル、マーモセット、オランウータン、チンパンジーなどの霊長類などの細胞であってよい。
 幹細胞の具体例としては、例えば、筋芽細胞、血管内皮細胞、骨芽細胞、脂肪細胞、筋細胞、心筋細胞、軟骨細胞等へ分化する間葉系幹細胞、ニューロンやグリア細胞へ分化する神経幹細胞、白血球、赤血球、血小板、肥満細胞、樹状細胞等へ分化する造血幹細胞または骨髄幹細胞、スフェロイド状態から胚様体(EB体)と呼ばれる擬似的な胚の形成を経て様々な組織への分化・誘導のステップに進むことが知られている胚性幹細胞(Embryonic stem cell:ES細胞)や誘導性多能性幹細胞(induced pluripotent stem cell:iPS細胞)、始原生殖細胞に由来する胚性生殖(EG)細胞、精巣組織からのGS細胞の樹立培養過程で単離されるmultipotent germlinEStem(mGS)細胞、骨髄から単離されるmultipotent adult progenitor cell(MAPC)等の多能性幹細胞などが挙げられる。上記多能性幹細胞がES細胞またはヒト胚に由来する任意の細胞である場合、その細胞は胚を破壊して作製された細胞であっても、胚を破壊することなく作製された細胞であってもよいが、倫理的な観点からは、胚を破壊することなく作製された細胞であることが好ましい。また、本発明で用いるヒトES細胞は、受精14日以内のヒト胚から樹立されたものであることが好ましい。
 多能性幹細胞としては、特に、上述のES細胞またはiPS細胞を挙げることができる。体細胞の核を核移植することによって作製された初期胚を培養することによって樹立した幹細胞も、多能性幹細胞としてまた好ましい(Nature,1997.385.810-813、Science,1998.280.1253-1256、Nature Biotechnology,1999.17.456-461、Nature.1998.394.369-374、Nature Genetics.1999.22.127-128、Proc Natl Acad Sci USA.1999.96.14984-14989、Nature Genetics,2000.24.372-376)。
 例えば、ヒトES細胞株であるWA01(H1)およびWA09(H9)は、WiCell RESerch Instituteから、KhES-1、KhES-2およびKhES-3は、京都大学再生医科学研究所(京都、日本)から入手可能である。また、臨床研究用ヒトES細胞株KthES11は、京都大学のウイルス・再生医科学研究所から入手可能である。
 iPS細胞としては、例えば、皮膚細胞等の体細胞に複数の遺伝子またはタンパク質(初期化因子)を導入して得られる、ES細胞同様の多分化能を獲得した細胞が挙げられる。iPS細胞として、例えば、Oct3/4遺伝子、Klf4遺伝子、C-Myc遺伝子およびSox2遺伝子を導入することによって得られるiPS細胞や、Oct3/4遺伝子、Klf4遺伝子およびSox2遺伝子を導入することによって得られるiPS細胞(Nature Biotechnology,2008.26.101-106)等が挙げられる。初期化因子として、例えば、Oct3/4、Sox2、Sox1、Sox3、Sox15、Sox17、Klf4、Klf2、c-Myc、N-Myc、L-Myc、Nanog、Lin28、Fbx15、ERas、ECAT15-2、Tcl1、beta-catenin、Lin28b、Sall1、Sall4、ESrrb、Nr5a2、Tbx3またはGlis1等が例示され、これらの初期化因子は、単独で用いても良く、組み合わせて用いても良い。初期化因子の組み合わせとしては、WO2007/069666、WO2008/118820、WO2009/007852、WO2009/032194、WO2009/058413、WO2009/057831、WO2009/075119、WO2009/079007、WO2009/091659、WO2009/101084、WO2009/101407、WO2009/102983、WO2009/114949、WO2009/117439、WO2009/126250、WO2009/126251、WO2009/126655、WO2009/157593、WO2010/009015、WO2010/033906、WO2010/033920、WO2010/042800、WO2010/050626、WO2010/056831、WO2010/068955、WO2010/098419、WO2010/102267、WO2010/111409、WO2010/111422、WO2010/115050、WO2010/124290、WO2010/147395、WO2010/147612、Nat Biotechnol,2008.26.795-797、Cell Stem Cell,2008.2.525-528、Stem Cells,2008.26.2467-2474、Nat Biotechnol,2008.26.1269-1275、Cell Stem Cell,2008.3.568-574、Cell Stem Cell,2008.3.475-479、Cell Stem Cell,2008.3.132-135、Nat Cell Biol,2009.11.197-203、Nat Biotechnol,2009.27.459-461、Proc Natl Acad Sci USA,2009.106.8912-8917、Nature,2009.461.643-649、Cell Stem Cell,2009.5.491-503、Cell Stem Cell,2010.6.167-74、Nature,2010.463.1096-1100、Stem Cells,2010.28.713-720、Nature,2011.474.225-229に記載の組み合わせが例示される。
 iPS細胞は、所定の機関(理研バイオリソースセンター、京都大学)より入手可能である。また、臨床グレードのiPS細胞の樹立も日本(京都大学病院、京都大学iPS細胞研究所 https://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/rESearch/stock.html)、京都大学iPS細胞研究財団 https://www.cira-foundation.or.jp/j/、および米国(ClinicalTrials.gov Identifier:NCT03434808、ClinicalTrials.gov Identifier:NCT02056613)や、富士フィルム株式会社の米国子会社FUJIFILM Cellular Dynamics, Inc.(FCDI社)にて進められており、かかるiPS細胞の樹立及び維持培養に本発明の技術も使われ得る。
 ヒトiPS細胞としてより具体的には、253G1株(理研セルバンクNo.HPS0002)、201B7株(理研セルバンクNo.HPS0063)、409B2株(理研セルバンクNo.HPS0076)、454E2株(理研セルバンクNo.HPS0077)、HiPS-RIKEN-1A株(理研セルバンクNo.HPS0003)、HiPS-RIKEN-2A株(理研セルバンクNo.HPS0009)、HiPS-RIKEN-12A株(理研セルバンクNo.HPS0029)、NiPS-B2株(理研セルバンクNo.HPS0223)、および、臨床用iPS細胞、医療用iPS細胞、再生医療用iPS細胞、myiPS(京都大学iPS細胞研究財団)などを挙げることができる。
 複能性幹細胞としては、特に、間葉系幹細胞、造血系幹細胞、神経系幹細胞、骨髄幹細胞および生殖幹細胞等の体性幹細胞等が挙げられる。複能性幹細胞は、好ましくは間葉系幹細胞、より好ましくは骨髄間葉系幹細胞である。なお、間葉系幹細胞とは、骨芽細胞、軟骨芽細胞および脂肪芽細胞等の間葉系の細胞の全て、または、いくつかへの分化が可能な幹細胞、または、その前駆細胞の集団を広義に意味する。
[培地]
 本明細書において、「浮遊培養」とは、細胞または細胞の凝集体が培養液中に浮遊して存在する状態を維持する条件で行われる培養、すなわち細胞または細胞の凝集体と培養容器およびフィーダー細胞(用いられる場合)との間に強固な細胞-基質間結合(cell-substratum junction)および細胞-細胞間結合(cell-cell junction)を作らせない条件での培養を意味する。また、本発明の培地は、体細胞の培養や、体細胞から製造された幹細胞の培養、および幹細胞からの分化細胞の誘導のために従来から用いられている培地(基礎培地)に、アテロコラーゲンを含有するマイクロキャリア等の遊離した足場材料を単体もしくは組み合わせで添加することにより調製可能である。このような培地としては、例えば、以下を挙げることができる。
 上記基礎培地としては、例えば、RPMI-1640培地、EagleのMEM培地、ダルベッコ改変MEM培地、Glasgow’s MEM培地、α-MEM培地、199培地、IMDM培地、DMEM培地、Hybridoma Serum free培地、Chemically Defined Hybridoma Serum Free培地、Ham’s Medium F-12、Ham’s Medium F-10、Ham’s Medium F12K、ATCC-CRCM30、DM-160、DM-201、BME、Fischer、McCoy’s 5A、Leibovitz’s L-15、RITC80-7、MCDB105、MCDB107、MCDB131、MCDB153、MCDB201、NCTC109、NCTC135、Waymouth’s MB752/1、CMRL-1066、Williams’ medium E、Brinster’s BMOC-3 Medium、E8 Medium(以上サーモフィッシャーサイエンティフィック社)、ReproFF2、Primate ES Cell Medium、ReproStem(以上リプロセル株式会社)、ProculAD(ロート製薬株式会社)、MSCBM-CD、MSCGM-CD(以上Lonza社)、EX-CELL302培地(SAFC社)またはEX-CELL-CD-CHO(SAFC社)、ReproMedTM iPSC Medium(リプロセル株式会社)、Cellartis MSC Xeno-Free Culture Medium(タカラバイオ株式会社)、TESR-E8 (株式会社べリタス)、StemFit(登録商標)AK02N、AK03N(味の素株式会社)およびこれらの混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。
 足場材料におけるアテロコラーゲンの濃度は、細胞に対して細胞死抑制効果を示す濃度である限りにおいて、特に限定されない。このような濃度は、実施例記載の方法および従来公知の方法を用いて当業者が適宜設定することができる。足場材料におけるアテロコラーゲンの質量パーセント濃度(以下では、「質量パーセント濃度」を単に「濃度」と称する。)は、例えば、0.1%以上(例:0.1%、1%、10%、20%、25%、30%またはそれ以上)であり、100%以下である。本発明の一態様において、足場材料は実質的にアテロコラーゲンからなるが、「実質的にアテロコラーゲンからなる」とは、アテロコラーゲンの濃度が100%の場合だけでなく、100%に近い濃度(例えば、95%以上、好ましくは95.5%以上)であることを意味する。
 また、培地におけるテロコラーゲンの濃度も特に制限されず、アテロコラーゲンの濃度を適宜設定することで、細胞の増殖率を制御することも可能となる。培地におけるアテロコラーゲンの濃度は、例えば0.01~20%、好ましくは0.05~5%、より好ましくは0.1~2%である。
 また、培地には、必要に応じて細胞の生存または増殖に必要な生理活性物質および栄養因子などを添加できる。これらの添加物は、培地に予め添加されていてもよく、細胞培養中に添加されてもよい。培養中に添加する方法は、1溶液または2種以上の混合溶液などいかなる形態によってでもよく、連続的または断続的な添加であってもよい。
 生理活性物質としては、インシュリン、IGF-1、トランスフェリン、アルブミン、補酵素Q10、各種サイトカイン(インターロイキン類(IL-2、IL-7、IL-15等)、幹細胞因子(SCF)、アクチビン等)、各種ホルモン、各種増殖因子(白血病抑制因子(LIF)、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)、TGF-β等)などが挙げられる。
 栄養因子としては、糖、アミノ酸、ビタミン、加水分解物または脂質などが挙げられる。
 糖としては、グルコース、マンノースまたはフルクトースなどが挙げられ、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。
 アミノ酸としては、L-アラニン、L-アルギニン、L-アスパラギン、L-アスパラギン酸、L-システイン、L-グルタミン酸、L-グルタミン、グリシン、L-ヒスチジン、L-イソロイシン、L-ロイシン、L-リジン、L-メチオニン、L-フェニルアラニン、L-プロリン、L-セリン、L-スレオニン、L-トリプトファン、L-チロシンまたはL-バリンなどが挙げられ、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。
 ビタミンとしては、d-ビオチン、D-パントテン酸、コリン、葉酸、myo-イノシトール、ナイアシンアミド、ピロドキサール、リボフラビン、チアミン、シアノコバラミンまたはDL-α―トコフェロールなどが挙げられ、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。
 加水分解物としては、大豆、小麦、米、えんどう豆、とうもろこし、綿実、酵母抽出物などを加水分解したものが挙げられる。
 脂質としては、コレステロール、リノール酸またはリノレイン酸などが挙げられる。
 さらに、培地には、カナマイシン、ストレプトマイシン、ペニシリンまたはハイグロマイシンなどの抗生物質を必要に応じて添加してもよい。シアル酸等の酸性物質を培地に添加する場合には、培地のpHを細胞の成育に適した中性域であるpH5~9、好ましくはpH6~8に調整することが望ましい。
 本発明の培地は、血清(例えば、ウシ胎児血清(FBS)、ヒト血清、ウマ血清)含有培地であっても無血清培地であってもよい。異種動物由来成分の混入防止の観点からは血清を含有しないか、培養される細胞と同種動物由来の血清が用いられることが好ましい。ここで、無血清培地とは、無調整または未精製の血清を含まない培地を意味する。無血清培地は、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)を含有していてもよい。
 本発明の培地は、血清と同様に、血清代替物についてもこれを含んでいても含んでいなくともよい。血清代替物としては、例えば、アルブミン、脂質リッチアルブミンおよび組換えアルブミン等のアルブミン代替物、植物デンプン、デキストラン、タンパク質加水分解物、トランスフェリンまたは他の鉄輸送体、脂肪酸、インスリン、コラーゲン前駆体、微量元素、2-メルカプトエタノール、3’-チオグリセロールあるいはこれらの均等物などが挙げられる。血清代替物の具体例として、例えば、国際公開第98/30679号記載の方法により調製されるものや、市販のknockout Serum Replacement[KSR](Life Technologies社)、Chemically-defined Lipid concentrated(Life Technologies社)およびGlutamax(Life Technologies社)などが挙げられる。また、生体由来因子としては、多血小板血漿(PRP)、ヒト間葉系幹細胞の培養上清成分などが挙げられる。
[細胞保存液や臓器保存液]
 臨床で汎用されてきた細胞保存液や臓器保存液としては、University of Wisconsin臓器保存液(UW液)、HBSS (Hank's Balanced Salt Solution)、histidine-tryptophan-ketogluta- rate(HTK)液、Euro-Collins液、Celsior液、ET-Kyoto液、IGL-1液、EP-TU液などが挙げられる。
2.幹細胞の製造方法
 別の態様において、本発明は、本発明の培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、幹細胞の製造方法(以下、「本発明の幹細胞の製法」と称することがある。)を提供する。本発明の培地中で幹細胞を培養することで、幹細胞の自己再生能により、幹細胞が増殖する(すなわち、幹細胞が製造される)。したがって、本発明の培地中で幹細胞を浮遊培養する工程を含む、幹細胞の増殖方法(あるいは維持培養方法)も提供される。
 また、本発明の幹細胞の製法において、幹細胞が多能性幹細胞である場合、該多能性幹細胞の原料となる細胞(出発細胞)を培養して初期化することで、多能性幹細胞を樹立することができる。したがって、本発明の別の態様において、本発明の培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、多能性幹細胞の製造方法(以下、「本発明の多能性幹細胞の製法」と称することがある)または多能性幹細胞の樹立方法が提供される。本明細書において、本発明の幹細胞の製法と本発明の多能性幹細胞の製法の両方が包含されるものとして、「本発明の製法」との用語を用いる場合がある。
 さらに別の態様において、本発明の製法により製造された幹細胞も提供される。
[細胞]
 本発明の多能性幹細胞の製法において、本発明の培地で培養する細胞としては、多能性幹細胞の原料となる細胞(出発細胞)であれば限定されない。例えば、製造される多能性幹細胞がiPS細胞の場合には、出発細胞として、上記初期化因子が導入された体細胞が挙げられる。あるいは、初期化途上の体細胞(例:少なくともOct4を発現する細胞等)であってもよい。本発明の多能性幹細胞の製法に用いる体細胞としては、浮遊性細胞(例:血球系細胞等)であっても接着性細胞であってもよいが、好ましくは浮遊性細胞である。本発明の製法で用いる体細胞としては、例えば、皮膚等の線維芽細胞、皮膚細胞、視覚細胞、脳細胞、有毛細胞、口腔粘膜、肺細胞、肝細胞、胃粘膜細胞、腸細胞、脾細胞、膵細胞、腎細胞、神経幹細胞、智歯などに由来する間葉系幹細胞、組織幹細胞、組織前駆細胞、血球系細胞(例:造血幹細胞、末梢血単核球細胞(T細胞および非T細胞を含む)、臍帯血細胞等)、上皮細胞、内皮細胞(例:血管内皮細胞)、筋肉細胞などが挙げられるが、これらに限定されない。
 初期化因子を体細胞に導入する方法としては、初期化因子がDNAの形態の場合、例えば、ウイルス、プラスミド、人工染色体等のベクター、リポフェクション、リポソーム、マイクロインジェクション等の手法等、RNAの形態の場合、例えば、リポフェクション、マイクロインジェクション等の手法等、タンパク質の形態の場合、例えば、リポフェクション、細胞膜透過性ペプチド(例えば、HIV由来のTATおよびポリアルギニン)との融合、マイクロインジェクションなどの手法等を挙げることができる。ウイルスベクターを用いた方法としては、レトロウイルスベクターを用いた方法、エピソーマルベクターを用いた方法、IDファーマ社の初期化キット「CytoTune(登録商標)-iPS 2.0」に代表されるようなセンダイウイルスベクターを用いた方法、レンチウイルスベクターを用いた方法、アデノウイルスベクターを用いた方法等が挙げられるが、これらに限定されない。また、本発明の多能性幹細胞の製法において、体細胞に初期化因子を導入する工程が含まれていてもよい。
 培養される細胞は、分散細胞または非分散細胞であり得る。分散細胞とは、細胞分散を促進するために処理された細胞をいう。分散細胞としては、シングルセル、もしくは、数個(典型的に2~50、2~20、または2~10個)の細胞からなる小さな細胞塊を形成している細胞が挙げられる。分散細胞は、浮遊性(懸濁)細胞、またはマイクロキャリア等の遊離した足場材料に接着した細胞であり得る。
[培養方法]
 本発明の培地中で細胞を浮遊培養する工程は、培地にアテロコラーゲンを含有する足場材料を予め添加しておき、かかる培地で細胞を浮遊培養する工程であってもよく、あるいは細胞培養中にアテロコラーゲンを含有する足場材料を添加して浮遊培養する工程であってもよい。また、本発明の製法における細胞培養の全期間に亘って本発明の培地中で細胞を浮遊培養してもよく、一部の期間のみ本発明の培地中で細胞を浮遊培養してもよい。例えば、多能性幹細胞を樹立する場合には、多能性幹細胞や初期化途上の接着性細胞が現れる段階でのみ本発明の培地中で細胞を浮遊培養してもよい。また、多能性幹細胞の樹立の初期段階(例えば、初期化因子を導入した体細胞の培養を開始する段階など)から、細胞を本発明の培地中で培養してもよい。また、本発明の製法において、アテロコラーゲンを含有する足場材料が必要なくなった時点で、該足場材料を除去してもよく、あるいは足場材料と細胞とを分離してもよい。具体的には、例えば、0.1%濃度のコラゲナーゼを添加し、37℃の条件において1時間以上処理することでアテロコラーゲンは溶解することが知られているため、本発明の製法において、任意のタイミングでコラゲナーゼを培地に添加するか、あるいはコラゲナーゼを含む培地と培地交換をしてもよい。
 浮遊培養を行う際に用いられる培養容器は、「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。このような培養容器としては、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、またはローラーボトルが挙げられる。さらに、浮遊培養用の容器としてバイオリアクターが例示される。これらの培養容器は、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容器としては、培養容器の表面が、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、細胞外マトリクス等によるコーティング処理)されていないものなどを使用できる。
 浮遊培養は、例えば前記の各種容器に細胞を播種し、容器を適切な方法で搖動もしくは振とうするか、あるいは容器中の培地を撹拌して実施することができる。あるいは、浮遊培養は、バイオリアクターや自動培養装置などの培養装置を用いて行うこともできる。具体的には、細胞の培養は、機械的な制御下のもと閉鎖環境下で細胞播種、培地交換、細胞画像取得、培養細胞回収を自動で実行し、pH、温度、酸素濃度などを制御しながら、高密度での培養が可能なバイオリアクターや自動培養装置によって行うことができる。これら装置を用いて培養の途中に新しい培地を補給し、要求する物質を過不足なく細胞に供給する手法として、流加培養、連続培養および灌流培養があるが、いずれの手法も本発明の製法に用いることができる。また、バイオリアクターや自動培養装置に用いられる培養容器には、開閉が容易で外界との接触面積が大きい開放系培養容器(例えば蓋を有する培養容器)と、開閉が容易ではなく外界との接触面積の小さい閉鎖系培養容器(例えばカートリッジ型培養容器)があるが、いずれの培養容器も本発明の製法に用いることができる。
 浮遊培養の容器として撹拌子を備えたバイオリアクターを用いる場合、回転数は適宜設定することができる。特に限定されないが、バイオリアクターの回転数としては10~100rpmが例示され、5mLバイオリアクターの回転数としては80~100rpm、100mLバイオリアクターの回転数としては30~50rpm、500mLバイオリアクターの回転数としては10~30rpmが例示される。
 細胞の培養密度は、細胞が増殖できる限り特に限定されない。好ましくは1.0×10~1.0×10細胞/ml、より好ましくは1.0×10~1.0×10細胞/ml、さらにより好ましくは1.0×10~1.0×10細胞/ml、最も好ましくは3.0×10~1.0×10細胞/mlである。
 幹細胞をマイクロキャリア等の遊離した足場材料上で接着培養を行う場合、フィーダー細胞の存在下で培養してもよい。フィーダー細胞には、胎児線維芽細胞等のストローマ細胞を用いることができる(例えば、Manipulating the Mouse Embryo A Laboratory Manual,Fourth Edition(Cold Spring Harbor Laboratory PrESs,2014)、Gene Targeting: A Practical Approach(Oxford University PrESs,1993)、Proc Natl Acad Sci USA,1981.78.12.7634-7638、 Nature,1981.292.5819.154-156、J.Virol,1969.4.5.549-553、Science,1996.272.5262.722-724、J Cell Physiol,1982.112.1.89-95、国際公開WO/2001/088100号、国際公開WO/2005/080554号参照)。
 本発明の製法において、一部の細胞がマイクロキャリア等の遊離した足場材料から遊離していても良く、幹細胞の浮遊培養の態様としては、担体上での浮遊培養(J Biotechnol,2007.132.2.227-236)またはメチルセルロースなどの高分子ポリマーを用いた浮遊培養(Stem Cell Reports,2014.2.5.734-745)などが挙げられる。
 幹細胞の浮遊培養としては、幹細胞の分散培養および幹細胞の凝集浮遊培養が挙げられる。幹細胞の分散培養との用語は、懸濁された幹細胞を培養することをいい、シングルセル、もしくは、数個(例、2~20個)の幹細胞からなる小さな細胞塊の分散培養が挙げられる。分散培養を継続した場合、培養された分散細胞がより大きな幹細胞塊を形成し、その後凝集浮遊培養が実行され得る。このような凝集浮遊培養としては、胚様体培養法(Curr Opin Cell Biol,1995.7.6.862-869参照)、SFEB法(Nature Neuroscience,2005.8.3.288-296、国際公開WO/2005/123902号)、メッシュフィルターを用いて機械的処理により細胞株を継代させるスフェア培養法(Stem Cell Reports,2014.2.5.734-745)が挙げられる。
 温度、溶存CO濃度、溶存酸素濃度およびpHなどの培養条件は、動物組織に由来する細胞の培養に従来用いられている技術に基づいて適宜設定できる。例えば、培養温度は、特に限定されるものではないが30~40℃、好ましくは37℃であり得る。臓器保存液や細胞保存液を用いる温度は0℃~室温、好ましくは0℃~4℃であり得る。溶存CO濃度は、1~10%、好ましくは2~5%であり得る。酸素分圧は、1~10%であり得る。培養日数も、幹細胞が製造される限り特に限定されないが、通常2日以上、好ましくは3日以上、より好ましくは4日以上である。培養期間の上限も特に制限されないが、通常30日以下、好ましくは25日以下である。
 基礎培地、生理活性物質や栄養因子などの内容は、「1.幹細胞増殖促進剤」の内容が全て援用される。
3.分化細胞の製造方法
 上述の通り、アテロコラーゲンを含有する足場材料は、幹細胞や分化細胞などの細胞に対して、細胞死抑制効果を有し得る。よって、本発明の剤または培地は、幹体細胞から分化細胞を製造する際にも用いることができる。したがって、本発明の培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、分化細胞の製造方法(以下、「本発明の分化細胞の製法」と称することがある。)も提供される。本発明の分化細胞の製法において、本発明の培地で培養する細胞は、幹細胞(本発明の製法により製造された幹細胞を含む)であってもよく、また分化誘導後の細胞(例:分化細胞の前駆細胞などの分化途上の細胞)であってもよく、さらには分化細胞であってもよい。
 本発明の分化細胞の製法の一態様において、
 (1)本発明の製法により製造された幹細胞を準備する工程または本発明の製造により幹細胞を製造する工程、
 (2)該準備された細胞を分化誘導用培地中で培養する工程、および
 (3)該培養された細胞を本発明の培地中で細浮遊培養する工程
を含む、分化細胞の製造方法
が提供される。
 さらに別の態様において、本発明の分化細胞の製法により製造された分化細胞も提供される。
 本発明の培地中で細胞を浮遊培養する工程は、培地にアテロコラーゲンを含有する足場材料を予め添加しておき、かかる培地で細胞を浮遊培養する工程であってもよく、あるいは細胞培養中にアテロコラーゲンを含有する足場材料を添加して培養する工程であってもよい。また、本発明の分化細胞の製法における細胞培養の全期間に亘って本発明の培地中で細胞を浮遊培養してもよく、一部の期間のみ本発明の培地中で細胞を浮遊培養してもよい。例えば、本発明の分化細胞の製法において、アテロコラーゲンを含有する足場材料が必要なくなった時点で、該足場材料を除去してもよく、あるいは足場材料と細胞とを分離してもよい。具体的には、例えば、0.1%濃度のコラゲナーゼを添加し、37℃の条件において1時間以上処理することでアテロコラーゲンは溶解することが知られているため、本発明の製法において、任意のタイミングでコラゲナーゼを培地に添加するか、あるいはコラゲナーゼを含む培地と培地交換をしてもよい。
 本発明の分化細胞の製法で製造される分化細胞としては、特に制限されず、例えば、骨芽細胞、神経細胞、肝細胞、平滑筋細胞、脂肪細胞、心筋細胞、上皮細胞、網膜色素上皮細胞、樹状細胞等の免疫細胞等が挙げられる。
 一態様において、本発明の培地中で細胞を浮遊培養する工程は、幹細胞を、アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む分化誘導用培地中で浮遊培養する工程である。幹細胞の分化誘導は、例えば心筋細胞の分化誘導プロセスでは、培地(例えば、STEMdiff APEL Medium、STEMCELL社)に0.5ng/ml BMP-4を添加し、1日後、培地を10ng/ml BMP-4、10ng/ml Activin A、5ng/ml bFGFを添加した物に交換し、4日目後、培地を10ng/ml VEGF、150ng/ml Dkk1を添加した物に交換し、8日目後、培地を10ng/ml VEGF、150ng/ml Dkk1、10ng/ml bFGFを添加した物に交換することで自律的な拍動を伴う心筋細胞を確認できる。臨床試験の例では、ヒトES細胞由来の心筋前駆細胞((CD15+、Isl-1+)progenitors)をフィブリンバッチへ封入したシートなどが報告されている(ClinicalTrials.gov Identifier:NCT02057900)。また、大阪大学の澤芳樹教授らのグループは、iPS細胞由来心筋細胞をシート状に培養し心不全患者の心臓に貼って機能の再生を促す「心筋シート」の開発および臨床応用を進めており(http://www2.med.osaka-u.ac.jp/surg1/technology/regenerative-medicine/)、同手法に対して本発明を用いて培養された細胞も使われ得る。さらに、病態の解明を目的とした活動としては、患者由来の心疾患モデルiPS細胞(ClinicalTrials.gov Identifier:NCT02413450)を用いた心疾患のリスク評価(ClinicalTrials.gov Identifier:NCT01517425、ClinicalTrials.gov Identifier:NCT01865981)などの例も報告されており、同方法に対して本発明を用いて培養された細胞も使われ得る。
 また、例えば、軟骨細胞の分化誘導プロセスでは、培地(90%αMEM培地、10%牛胎児血清(FBS)、2mM L-グルタミン、0.1μMのデキサメタゾン)中で、間葉系幹細胞を培養することによって行うことができる。さらに、例えばレチノイン酸などの分化誘導剤を培地に添加することにより、幹細胞を神経系細胞などに分化させることが可能となる。分化誘導剤には、BMP阻害剤、Wnt阻害剤、Nodal阻害剤、レチノイン酸なども用いることができる。血小板分化誘導プロセスの過程で必要となる巨核球の形成には、血清含有培地(20%FCS)において誘導された胚葉体を経て、トロンボポエチン(TPO)、インターロイキン3(IL3)、インターロイキン6(IL6)および幹細胞因子(SCF)等の因子が使用され得る。
 培養容器、出発細胞の幹細胞、細胞の培養密度、培養条件、培養容器や培養装置、浮遊培養の様態などの内容は、「1.幹細胞増殖促進剤および2.幹細胞の製造方法」の内容が全て援用される。この場合において、「本発明の製法」は「本発明の分化細胞の製法」と、本発明の培地で培養される「幹細胞」は「幹細胞、分化誘導後の細胞または分化途上の細胞」と、製造される「幹細胞」は「分化細胞」と読み替えるものとする。
4.細胞医薬組成物
 本発明はまた、本発明の製法または本発明の分化細胞の製法により製造された幹細胞または分化細胞(以下、「本発明の細胞」と称することがある。)を含有してなる、細胞医薬組成物(以下、「本発明の医薬組成物」と称することがある。)を提供する。本発明の細胞は、分散された細胞、所定形状の細胞塊を形成した細胞集団、あるいは組織構造や小器官を形成した分化細胞集団(バイオ3Dプリンターを用いた組織構築など)であり得る。細胞医薬組成物は、再生医療用の細胞ソースのために利用され得るため、本発明の医薬組成物は、例えば、細胞移植療法に用いることができる。また、本発明の細胞の有効量を治療または予防の対象とする哺乳動物(例:ヒト、マウス、ラット、サル、ウシ、ウマ、ブタ、イヌ等)に投与または移植する、疾患の治療または予防方法も、本発明に包含される。
 本発明の細胞を、細胞移植療法に用いる場合、拒絶反応が起こらないという観点から、移植先の個体のHLA遺伝子型が同一若しくは実質的に同一である体細胞から樹立したiPS細胞に由来する細胞を用いることが望ましい。ここで、「実質的に同一」とは、移植した細胞に対して免疫抑制剤により免疫反応が抑制できる程度にHLA遺伝子型が一致していることであり、例えば、HLA-A、HLA-BおよびHLA-DRの3遺伝子座或いはHLA-Cを加えた4遺伝子座が一致するHLA型を有する体細胞である。上記細胞が、疾患の患者由来の細胞である場合には、例えば、ゲノム編集(例:CRISPRシステム、TALEN、ZFN等)などの手法を用いて、疾患の原因となる遺伝子の変異を予め修復しておくことが好ましい。年齢や体質などの理由から充分な細胞が得られない場合には、ポリエチレングリコールやシリコーンのようなカプセル、多孔性の容器などに包埋して拒絶反応を回避した状態で移植することも可能である。
 本発明の細胞は、常套手段にしたがって医薬上許容される担体と混合するなどして、注射剤、懸濁剤、点滴剤等の非経口製剤として製造される。したがって、一態様において、本発明の細胞を製剤化する工程を含む、細胞医薬組成物の製法も提供される。かかる製法は、(1)本発明の製法により製造された幹細胞を準備する工程もしくは本発明の製法により幹細胞を製造する工程、および/または(2)本発明の分化細胞の製法により製造された分化細胞を準備する工程もしくは本発明の分化細胞の製法により分化細胞を製造する工程、を含んでいてもよい。さらに、幹細胞または分化細胞を保存する工程を含むことができる。
 当該非経口製剤に含まれ得る医薬上許容される担体としては、例えば、生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液(例えば、D-ソルビトール、D-マンニトール、塩化ナトリウムなど)などの注射用の水性液を挙げることができる。本発明の医薬組成物は、例えば、緩衝剤(例えば、リン酸塩緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液)、無痛化剤(例えば、塩化ベンザルコニウム、塩酸プロカインなど)、安定剤(例えば、ヒト血清アルブミン、ポリエチレングリコールなど)、保存剤、酸化防止剤などと配合してもよい。本発明の医薬組成物を水性懸濁液剤として製剤化する場合、例えば、上記水性液に約1×106~約1×108細胞/mLとなるように、細胞を懸濁させればよい。また、本発明の細胞または医薬組成物の投与量または移植量および投与回数または移植回数は、投与される哺乳動物の年齢、体重、症状などによって適宜決定することができる。
 本発明の医薬組成物は、細胞の凍結保存に通常使用される条件で凍結保存された状態で提供され、用時融解して用いることもできる。その場合、血清若しくはその代替物、有機溶剤(例、DMSO)等をさらに含んでいてもよい。この場合、血清若しくはその代替物の濃度は、特に限定されるものではないが約1~約30%(v/v)、好ましくは約5~約20%(v/v)であり得る。有機溶剤の濃度は、特に限定されるものではないが0~約50%(v/v)、好ましくは約5~約20%(v/v)であり得る。
 以下に、本発明を実施例により説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1:iPS細胞の樹立]
 アテロコラーゲンマイクロキャリアおよびコラーゲンマイクロキャリアを用いて、ヒトiPS細胞樹立効率を比較評価した。
(方法)
 ヒトiPS細胞の樹立に用いるヒト単核球はPRECISION社より購入した(Human PBMC 93219, Lot 2010114001)。ヒト単核球の培養法は、「研究用iPS 細胞の樹立プロトコール ver.1.1」(京都大学 iPS 細胞研究財団のホームページより入手可能 https://www.cira-foundation.or.jp/j/research/img/protocol/20210507new_protocol_ver1_1.pdf)に従い実施した。また、センダイウイルスベクターを用いたiPS細胞樹立のプロトコールは、「SRVTM iPSC-2 Vector を用いたヒト末梢血単核球・単球からのiPS細胞誘導プロトコール(TKB_P-003-02)」(ときわバイオのホームページより入手可能 https://tokiwa-bio.com/jp/wp/wp-content/uploads/2020/12/3_%E3%83%92%E3%83%88%E6%9C%AB%E6%A2%A2%E8%A1%80%E5%8D%98%E6%A0%B8%E7%90%83%E3%83%BB%E5%8D%98%E7%90%83%E3%81%8B%E3%82%89%E3%81%AEiPS%E7%B4%B0%E8%83%9E%E8%AA%98%E5%B0%8E%E3%83%95%E3%82%9A%E3%83%AD%E3%83%88%E3%82%B3%E3%83%AB_02.pdf)に従い実施した。
 具体的には以下の手順により行った。
(1)StemFit AK03(味の素)培地のA,B液混合液に、IL-6(50 ng/mL)、SCF(50 ng/mL)、TPO(10 ng/mL)、Flt3L(20 ng/mL)、IL-3(20 ng/mL)、G-CSF(10 ng/mL)を添加し、顆粒球系細胞用培地を調製する。
(2)ヒト単核球は、1.5×106cell/mLの濃度で24well plate (住友ベークライト MS-80240)の1 wellへ播種し、顆粒球系細胞用培地を用いて培養する。
(3)播種後3日目に細胞を回収し、細胞を1.0×105cell/tube(1.5 mLチューブ)に分注し遠心(300g×5 min×4℃)する。
(4)遠心後に得られた細胞ペレットに、SRV iPSC-2 vector (ときわバイオ S1011694A, Lot T002)を10 μLを添加する。
(5)顆粒球系細胞用培地10 μLを添加する。
(6)CO2インキュベーター(37℃)で2時間静置する。
(7)顆粒球系細胞用培地で洗浄し遠心する(3回繰り返す)。
(8)顆粒球系細胞用培地で培養する。この際に、下記実験条件に示すマイクロキャリアをそれぞれ添加する。
(9)顆粒球系細胞用培地で培養後1日目、3日目、5日目、7日目に、StemFit AK03(味の素)培地のA,B,C液混合液を添加する(2/3量)。
(10)顆粒球系細胞用培地で培養後9日目、11日目、13日目に、StemFit AK03(味の素)培地のA,B,C液混合液で培地交換する。
 マイクロキャリアの実験条件は以下の通りである。
実験条件[1]コラーゲンマイクロキャリア:Cytodex-3(GE Healthcare)(表面に変性したブタ皮膚由来コラーゲンを結合・被覆したデキストランビーズ)を300μg(ビーズ量で10万個相当)/wellの濃度で6 wellへ添加
実験条件[2] アテロコラーゲンマイクロキャリア:Atelocollagen-beads(MIC-00)(細胞培養用マイクロキャリア)(純度95.5%以上)を300μg(ビーズ量で10万個相当)/wellの濃度(約1%)で6 wellへ添加
(結果)
 結果を表1に示す。実験条件[1]では、センダイウイルスベクター感染10日後にwell内の5視野内に確認されたiPS細胞コロニー数は0,0,0,0,0個(平均値0個/視野内)であった。実験条件[2]では、センダイウイルスベクター感染10日後にwell内の5視野内に確認されたiPS細胞コロニー数は1,1,3,1,1個(平均値1.4個/1視野内)であった。また、実験条件[2]では、センダイウイルスベクター感染15日後に、光学顕微鏡(×400)を用いてコロニーが仮足を出すことを確認し生きたiPS細胞コロニーであることを確認した(図1)。細胞を1継代し、12日目にセルカウントを行った結果を記載する。細胞培養用マイクロキャリア表面がコラーゲンの場合には総細胞数:1.76×104 cells/ml、生細胞数:0.00×100 cells/ml (生細胞率:0%)であり生細胞は認められなかった。表面がアテロコラーゲンの場合には総細胞数:6.39×105 cells/ml、生細胞数:4.22×105 cells/ml(生細胞率:66%)であり生細胞が認められた。また、この細胞がiPS細胞であることを確認するために、継代に用いる細胞の1/10量の細胞懸濁液からmRNAを取得し、リアルタイムPCRを行い、iPS細胞マーカーのmRNA発現解析を行った。その結果、OCT3/4(CT値:20.94)、NANOG(CT値:20.93)、SOX2(CT値:21.56)、β-actin(CT値:17.37)であり、iPS細胞マーカーのmRNA発現が確認された。また、iPS細胞の樹立直後においては細胞の初期化を誘導するベクターの残留により細胞の初期化が強く誘導されている可能性もあり得るため、樹立後に6回継代を行い、6継代目の細胞を、今度は、iPS細胞マーカーであるTra-1-60で蛍光免疫染色した(Human GloLIVE TRA-1-60(R) NorthernLightsTM NL557-conjugated Antibody)。その結果、アテロコラーゲン上で樹立された細胞はTra-1-60陽性細胞でありiPS細胞と判断された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 以上の結果より、細胞培養用マイクロキャリア表面がコラーゲンの場合には3次元環境下におけるiPS細胞樹立はできないが、表面がアテロコラーゲンの場合には3次元環境下におけるiPS細胞樹立が出来ることが明らかとなった。
[実施例2:ヒトiPS細胞の増殖]
 アテロコラーゲンマイクロキャリアを用いた樹立済iPS細胞の増殖を試験した。他方、コラーゲンマイクロキャリア:Cytodex-3(GE Healthcare)では、iPS細胞が樹立出来なかったため、増殖試験は行っていない。一方、樹立済のヒトiPS細胞を用いて、コラーゲンマイクロキャリア:Cytodex-3(GE Healthcare)を用いて、培養実験を行ったが、細胞は増殖しなかった。
(ヒトiPS細胞と培養方法)
 ヒトiPS細胞の培養は、「プロトコール フィーダーフリーでのヒト iPS 細胞の樹立・維持培養(京都大学iPS細胞研究所)」(https://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/rESearch/img/protocol/hiPSprotocolFf_140311.pdf)に従い行った。
実験条件[3]:6 well plate (FALCON 353046)の各 wellへ、Y-27632 (富士フィルムWako) 10 μM濃度を含むStemFit AK03(味の素)5 mLを1.0×10cells/mL/wellの濃度のヒトiPS細胞株(15M66)と共に、Atelocollagen-beads(MIC-00)(細胞培養用マイクロキャリア)を300μg(ビーズ量で10万個相当)/wellの濃度で細胞と混合した。播種後6日目まで培地交換は行わなかった。細胞播種6日目に、細胞をトリプシン・EDTAで剥離してセルカウントを行った。
(結果)
 結果を表2に示す。アテロコラーゲンを足場材料とする細胞培養用マイクロキャリアを用いた3次元培養における細胞増殖能は、細胞播種量(1.0×10cells)に対して、培養6日目の細胞数の平均値は2.4×10cellsであった。この結果は、アテロコラーゲンマイクロキャリアが3次元培養に適する足場材料であることを示す。マウスiPS細胞において、Cytodex-3を用いて培養した場合には、7日間でiPS細胞が4倍しか増殖しなかったことが報告されている(Cytotechnology, 2016. 68. 45-59)ため(しかも増殖はビーズ表面ではなく、ビーズ間の間隙で起こっているようにも見える)、アテロコラーゲンマイクロキャリアでの効果は従来技術の効果よりも顕著なものであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本発明によれば、幹細胞を効率よく製造することができ、また幹細胞を効率よく増殖させることができる。かかる方法では、細胞を浮遊培養する工程を含むが、浮遊培養は培養の自動化、大量培養が容易となる。したがって、本発明は幹細胞を用いたリサーチツールとして、あるいは、再生医療に利用可能な安全な幹細胞由来の移植細胞を作製するのに、きわめて有用である。

Claims (10)

  1.  アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で細胞を浮遊培養する工程を含む、多能性幹細胞の製造方法。
  2.  前記細胞が初期化因子が導入された体細胞である、請求項1に記載の方法。
  3.  前記体細胞が浮遊性細胞である、請求項2に記載の方法。
  4.  前記細胞が多能性幹細胞である、請求項1に記載の方法。
  5.  前記足場材料がマイクロキャリアである、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  6.  前記足場材料が実質的にアテロコラーゲンからなる、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
  7.  前記細胞を浮遊培養する工程が培養装置を用いて行われる、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の方法により製造された多能性幹細胞。
  9.  アテロコラーゲンを含有する足場材料を含む、多能性幹細胞増殖促進剤。
  10.  請求項1~7のいずれか1項に記載の方法により製造された多能性幹細胞を準備する工程、
     該準備された細胞を分化誘導用培地中で培養する工程、および
     該培養された細胞をアテロコラーゲンを含有する足場材料を含む培地中で浮遊培養する工程
    を含む、分化細胞の製造方法。

     
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