WO2024101385A1 - 多能性幹細胞の製造方法及び多能性幹細胞に対する分化誘導方法 - Google Patents

多能性幹細胞の製造方法及び多能性幹細胞に対する分化誘導方法 Download PDF

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WO2024101385A1
WO2024101385A1 PCT/JP2023/040192 JP2023040192W WO2024101385A1 WO 2024101385 A1 WO2024101385 A1 WO 2024101385A1 JP 2023040192 W JP2023040192 W JP 2023040192W WO 2024101385 A1 WO2024101385 A1 WO 2024101385A1
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WO
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culture
cells
pluripotent stem
less
stem cells
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PCT/JP2023/040192
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Inventor
昌 神林
洋平 林
真美 ▲高▼崎
Original Assignee
株式会社カネカ
国立研究開発法人理化学研究所
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing pluripotent stem cells by suspension culture and a method for inducing differentiation of pluripotent stem cells obtained by this production method.
  • Pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells have the ability to proliferate indefinitely and differentiate into various somatic cells.
  • the practical application of a therapy that involves transplanting somatic cells induced to differentiate from pluripotent stem cells has the potential to fundamentally revolutionize the treatment of intractable diseases and lifestyle-related diseases.
  • technology has already been developed to induce differentiation from pluripotent stem cells into a wide variety of somatic cells, including nerve cells, cardiomyocytes, blood cells, and retinal cells, at the test tube level.
  • pluripotent stem cell culture methods are roughly divided into adhesion culture, in which cells are attached to a flat culture substrate (plate) and cultured, and suspension culture, in which cells are suspended in a liquid medium and cultured.
  • adhesion culture in which cells are attached to a flat culture substrate (plate) and cultured
  • suspension culture in which cells are suspended in a liquid medium and cultured.
  • a culture substrate (plate) of 10 6 cm 2 or more is required, which is equivalent to about 20,000 general 10 cm dishes.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method of using a spinner flask as a cell culture vessel for suspension culture and culturing pluripotent stem cells in suspension while stirring the liquid medium.
  • Non-Patent Document 2 discloses a method for suppressing spontaneous differentiation of pluripotent stem cells by adding a protein kinase C (PKC) inhibitor to the medium in adhesion culture of pluripotent stem cells.
  • PLC protein kinase C
  • Non-Patent Document 3 discloses a method for suppressing spontaneous differentiation of pluripotent stem cells by adding a tankyrase (TNKS) inhibitor to the medium in adhesion culture of pluripotent stem cells.
  • TNKS tankyrase
  • Patent Document 1 discloses a method for maintaining the undifferentiated state of pluripotent stem cells by suppressing spontaneous differentiation into all three germ layers in suspension culture of pluripotent stem cells by coexisting a PKC ⁇ inhibitor with a TNKS inhibitor, which is a WNT inhibitor.
  • the present invention aims to produce pluripotent stem cells that maintain high differentiation efficiency while suppressing spontaneous differentiation into all three germ layers, and to use the resulting pluripotent stem cells to induce differentiation with excellent differentiation efficiency.
  • the inventors discovered culture conditions for the above suspension culture that improve the differentiation efficiency during culture for differentiation induction while maintaining the process of suspension culture in a medium containing a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor to maintain the undifferentiated state of pluripotent stem cells, and thus completed the present invention.
  • the present invention encompasses the following: (1) Suspension culturing pluripotent stem cells in a first liquid medium containing a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor; Thereafter, the pluripotent stem cells are suspension-cultured in a second liquid medium substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor. (2) The production method described in (1), wherein the second liquid medium is substantially free of either a PKC ⁇ inhibitor or a WNT inhibitor, but contains the other. (3) The production method according to (1), further comprising a step of exchanging the first liquid medium with the second liquid medium. (4) The method according to (1), wherein the concentration of the WNT inhibitor contained in the second liquid medium is less than 90 nM.
  • the method according to (1) wherein the concentration of the PKC ⁇ inhibitor contained in the second liquid medium is less than 25 nM.
  • the method for producing the cell population according to (1) characterized in that the step of suspension culturing in the second liquid medium produces a cell population in which the ratio of cells positive for OCT4 is 90% or more, the ratio of cells positive for SOX2 is 90% or more, and the ratio of cells positive for NANOG is 90% or more.
  • the method for producing pluripotent stem cells according to the present invention makes it possible to produce pluripotent stem cell populations by suspension culture, which maintain an undifferentiated state and exhibit excellent differentiation efficiency.
  • the method of inducing differentiation of pluripotent stem cells according to the present invention can achieve excellent differentiation efficiency for pluripotent stem cells that maintain an undifferentiated state.
  • FIG. 1 is a characteristic diagram showing the expression levels of undifferentiated markers (OCT4, NANOG, and SOX2) and differentiation markers (TBXT, SOX17, and PAX6) measured by quantitative real-time PCR for cells cultured in suspension in Comparative Examples 1 and 2, and Examples 1, 2, and 3.
  • FIG. 1 is a characteristic diagram showing the expression levels of differentiation markers (TBX3 and MESP1) and undifferentiation marker (NANOG) measured by quantitative real-time PCR for cells treated with differentiation induction in Comparative Examples 3 and 4, and Examples 4, 5, and 6.
  • Method for producing pluripotent stem cells 1-1. Overview The method for producing pluripotent stem cells according to the present invention is characterized in that pluripotent stem cells are cultured in suspension in the presence of a protein kinase C ⁇ (PKC ⁇ ) inhibitor and a WNT inhibitor, and then cultured in suspension in a medium substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor, thereby obtaining pluripotent stem cells or a pluripotent stem cell population that maintains an undifferentiated state and has excellent differentiation efficiency.
  • PKC ⁇ protein kinase C ⁇
  • pluripotency refers to cells that have the multipotency (multipotency) to differentiate into all types of cells that constitute a living body, and can continue to grow indefinitely while maintaining pluripotency when cultured in vitro under appropriate conditions. More specifically, pluripotency means the ability to differentiate into germ layers that constitute an individual (in vertebrates, the three germ layers of ectoderm, mesoderm, and endoderm, or a common precursor cell of endoderm and mesoderm called mesendoderm).
  • ES cells embryonic stem cells
  • EG cells embryonic germ stem cells
  • GS cells germline stem cells
  • iPS cells induced pluripotent stem cells
  • ES cells are pluripotent stem cells prepared from early embryos.
  • EG cells are pluripotent stem cells prepared from fetal primordial germ cells (Shamblott M.J. et al., 1998, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 95:13726-13731).
  • GS cells are pluripotent stem cells prepared from the testis (Conrad S., 2008, Nature, 456:344-349).
  • iPS cells refer to reprogrammed pluripotent stem cells that are produced by introducing genes encoding a small number of reprogramming factors into differentiated somatic cells to produce undifferentiated somatic cells.
  • the pluripotent stem cells referred to in this specification may be cells derived from a multicellular organism. They are preferably cells derived from animals, and more preferably cells derived from mammals. Examples include rodents such as mice, rats, hamsters, and guinea pigs, livestock or pets such as dogs, cats, rabbits, cows, horses, sheep, and goats, and primates such as humans, rhesus monkeys, gorillas, and chimpanzees. Cells derived from humans are particularly preferred.
  • Pluripotent stem cells as used herein include naive pluripotent stem cells and primed pluripotent stem cells.
  • Naive pluripotent stem cells are defined as being in a state close to the pluripotency seen in the inner cell mass before implantation
  • primed pluripotent stem cells are defined as being in a state close to the pluripotency seen in the epiblast after implantation.
  • Primed pluripotent stem cells are characterized by having a lower chimera formation ability, only one X chromosome transcription activity, and a high level of transcriptionally repressive histone modification compared to naive pluripotent stem cells.
  • primed pluripotent stem cells are OTX2, and the marker genes in naive pluripotent stem cells are REX1 and KLF family. Furthermore, the colonies formed by primed pluripotent stem cells are flat, while the colonies formed by naive pluripotent stem cells are dome-shaped. It is preferable to use primed pluripotent stem cells as the pluripotent stem cells used herein.
  • the pluripotent stem cells used in this specification may be commercially available cells or cells provided by a supplier, or may be newly prepared cells. Although not limited thereto, when used in each invention in this specification, the pluripotent stem cells are preferably iPS cells or ES cells.
  • iPS cells used in this specification are commercially available products, they are not limited to, for example, 253G1 strain, 253G4 strain, 201B6 strain, 201B7 strain, 409B2 strain, 454E2 strain, 606A1 strain, 610B1 strain, 648A1 strain, HiPS-RIKEN-1A strain, HiPS-RIKEN-2A strain, HiPS-RIKEN-12A strain, Nips-B2 strain, TkDN4-M strain, TkD A3-1 strain, TkDA3-2 strain, TkDA3-4 strain, TkDA3-5 strain, TkDA3-9 strain, TkDA3-20 strain, hiPSC38-2 strain, MSC-iPSC1 strain, BJ-iPSC1 strain, RPChiPS771-2, WTC-11 strain, 1231A3 strain, 1383D2 strain, 1383D6 strain, 1210B2 strain, 1201C1 strain, 1205B2 strain, etc. can be used.
  • the iPS cells used in this specification are clinical strains, for example, but not limited to, the QHJI01s01 strain, the QHJI01s04 strain, the QHJI14s03 strain, the QHJI14s04 strain, the Ff-l14s03 strain, the Ff-l14s04 strain, the YZWI strain, etc. can be used.
  • the combination of genes of the reprogramming factors to be introduced is not limited, but may be, for example, a combination of OCT3/4 genes, KLF4 genes, SOX2 genes, and c-Myc genes (Yu J, et al. 2007, Science, 318: 1917-20.), or a combination of OCT3/4 genes, SOX2 genes, LIN28 genes, and NANOG genes (Takahashi K, et al. 2007, Cell, 131: 861-72.).
  • the manner in which these genes are introduced into the cells is not particularly limited, but may be, for example, gene introduction using a plasmid, introduction of synthetic RNA, or introduction as a protein.
  • iPS cells produced by a method using microRNA, RNA, low molecular weight compounds, etc. may be used, or newly produced clinical grade iPS cells may be used.
  • ES cells used in this specification are commercially available products, for example, but not limited to, KhES-1 strain, KhES-2 strain, KhES-3 strain, KhES-4 strain, KhES-5 strain, SEES1 strain, SEES2 strain, SEES3 strain, SEES-4 strain, SEES-5 strain, SEES-6 strain, SEES-7 strain, HUES8 strain, CyT49 strain, H1 strain, H9 strain, HS-181 strain, etc. can be used.
  • Pluripotent stem cell markers are gene markers that are specifically or excessively expressed in pluripotent stem cells, and examples of such markers include alkaline phosphatase, NANOG, OCT4, SOX2, TRA-1-60, c-Myc, KLF4, LIN28, SSEA-4, and SSEA-1.
  • Pluripotent stem cell markers can be detected by any detection method in the art.
  • Methods for detecting cell markers include, but are not limited to, flow cytometry.
  • a fluorescently labeled antibody is used as a detection reagent in flow cytometry, a cell is determined to be "positive" for the marker when a cell is detected that emits stronger fluorescence compared to a negative control (isotype control or FMO control).
  • the ratio of cells that are positive for a fluorescently labeled antibody analyzed by flow cytometry is sometimes referred to as the "positive rate.”
  • any antibody known in the art can be used as the fluorescently labeled antibody, and examples include, but are not limited to, antibodies labeled with fluorescein isothiocyanate (FITC), phycoerythrin (PE), allophycocyanin (APC), etc.
  • FITC fluorescein isothiocyanate
  • PE phycoerythrin
  • API allophycocyanin
  • Supension culture is one of the cell culture methods, and refers to growing cells in a suspended state in a medium.
  • “suspension state” refers to a non-adherent state in which cells are not fixed to a culture vessel or the like in a culture solution.
  • a culture method in which cells are attached to a microcarrier and cultured in a suspended state in a culture solution can be considered as a suspension culture because the cells adhere to the microcarrier but the cell mass containing the microcarrier floats without adhering to the culture vessel.
  • “Suspension culture method” is a method of culturing cells in suspension, and in this method, cells generally exist mainly in a single-cell state at the start of culture, and exist as aggregated cell masses in the culture solution as the culture progresses. Another culture method in contrast to the suspension culture method is the adhesion culture method.
  • “Adhesion culture method” is a method of culturing cells in adhesion.
  • “Adhesion culture” refers to growing cells by adhering them to an external matrix such as a culture vessel. At this time, the external matrix to which the cells are attached is not suspended in the culture solution.
  • the above-mentioned adhesive cells can usually be cultured not only by adhesion culture but also by suspension culture.
  • the suspension culture method carried out in the present invention is preferably a suspension culture method that does not use microcarriers.
  • first liquid medium and “second liquid medium” are used, with the former being a liquid medium containing a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor, and the latter being a liquid medium substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor.
  • the second liquid medium need only substantially not contain either a PKC ⁇ inhibitor or a WNT inhibitor, and need not substantially contain both.
  • the term "medium” refers to a liquid or solid substance prepared for culturing cells. In principle, it contains the minimum amount of components essential for cell growth and/or maintenance. Unless otherwise specified, the medium in this specification refers to a liquid medium for animal cells used to culture cells derived from animals.
  • the term "basal medium” refers to a medium that is the basis for various animal cell culture media. It is possible to culture the medium alone, and it can also be prepared into a medium specific to various cells depending on the purpose by adding various culture additives.
  • the basal medium used in the present specification includes BME medium, BGJb medium, CMRL1066 medium, Glasgow MEM medium, Improved MEM Zinc Option medium, IMDM medium (Iscove's Modified Dulbecco's Medium), Medium 199 medium, Eagle MEM medium, ⁇ MEM medium, DMEM medium (Dulbecco's Modified Eagle's Medium), Ham's F10 medium, Ham's F12 medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, and mixed media thereof (e.g., DMEM/F12 medium (Dulbecco's Modified Eagle's Medium)
  • a culture medium such as DMEM/Nutrient Mixture F-12 (Ham) can be used, but is not particularly limited thereto.
  • DMEM/F12 medium a culture medium in which the weight ratio of DMEM medium and Ham's F12 medium is mixed preferably in the range of 60/40 to 40/60, for example, 58/42, 55/45, 52/48, 50/50, 48/52, 45/55, or 42/58 is used.
  • a culture medium used for culturing human iPS cells or human ES cells can also be suitably used.
  • the medium used in the present invention is preferably a medium that does not contain serum, ie, a serum-free medium.
  • a "culture additive” refers to a substance other than serum that is added to a culture medium for the purpose of culture.
  • culture additives include, but are not limited to, L-ascorbic acid, insulin, transferrin, selenium, sodium bicarbonate, growth factors, fatty acids or lipids, amino acids (e.g., non-essential amino acids), vitamins, cytokines, antioxidants, 2-mercaptoethanol, pyruvic acid, buffers, inorganic salts, antibiotics, etc.
  • Insulin, transferrin, and cytokines may be naturally derived substances isolated from tissues or serum of animals (preferably humans, mice, rats, cows, horses, goats, etc.), or may be recombinant proteins produced by genetic engineering.
  • growth factors examples include, but are not limited to, FGF2 (basic fibroblast growth factor-2), TGF- ⁇ 1 (transforming growth factor- ⁇ 1), Activin A, IGF-1, MCP-1, IL-6, PAI, PEDF, IGFBP-2, LIF, and IGFBP-7.
  • antibiotics examples include, but are not limited to, penicillin, streptomycin, amphotericin B, etc.
  • Particularly preferred growth factors as culture additives for the medium used in the present invention are FGF2 and/or TGF- ⁇ 1.
  • the medium preferably contains a ROCK inhibitor.
  • a ROCK inhibitor is Y-27632.
  • the concentration of the ROCK inhibitor in the medium can have a lower limit of 1 ⁇ M, 2 ⁇ M, 3 ⁇ M, 5 ⁇ M, 7 ⁇ M, or 10 ⁇ M, and an upper limit of 50 ⁇ M, 40 ⁇ M, 30 ⁇ M, 20 ⁇ M, or 10 ⁇ M.
  • the medium composition does not contain LIF. Furthermore, when the culture medium is to be used to culture primed pluripotent stem cells, it is preferable that the medium composition does not contain either a GSK3 inhibitor or a MEK/ERK inhibitor, preferably both.
  • a medium that does not contain LIF, a GSK3 inhibitor, or a MEK/ERK inhibitor can culture primed pluripotent stem cells without na ⁇ veizing them and while maintaining their undifferentiated state.
  • the medium used in the present invention may contain one or more of the culture additives.
  • the medium to which the culture additives are added is generally, but not limited to, the basal medium.
  • the culture additives can be added to the medium in the form of a solution, a derivative, a salt, a mixed reagent, or the like.
  • L-ascorbic acid may be added to the medium in the form of a derivative such as magnesium 2-phosphate ascorbate
  • selenium may be added to the medium in the form of a selenite (sodium selenite, etc.).
  • Insulin, transferrin, and selenium can also be added to the medium in the form of an ITS reagent (insulin-transferrin-selenium).
  • ITS reagent insulin-transferrin-selenium
  • a commercially available medium to which at least one selected from L-ascorbic acid, insulin, transferrin, selenium, and sodium bicarbonate has been added can also be used.
  • CHO-S-SFM II Life Technologies Japan, Inc.
  • Hybridoma-SFM Life Technologies Japan, Inc.
  • eRDF Dry Powdered Media Life Technologies Japan, Inc.
  • UltraCULTURE TM BioWhittaker
  • UltraDOMA TM BioWhittaker
  • UltraCHO TM BioWhittaker
  • UltraMDCK BioWhittaker
  • STEMPRO registered trademark
  • the most preferred medium for use in the present invention is a serum-free medium containing L-ascorbic acid, insulin, transferrin, selenium, sodium bicarbonate, and at least one growth factor.
  • serum-free DMEM/F12 medium containing L-ascorbic acid, insulin, transferrin, selenium, sodium bicarbonate, and at least one growth factor (preferably FGF2 and TGF- ⁇ 1).
  • protein kinase C beta (PKC beta) inhibitor refers to a substance that inhibits or suppresses the activity of PKC beta.
  • PKC beta protein kinase C beta
  • Protein kinases have a catalytic domain on the C-terminus and a regulatory domain on the N-terminus.
  • the catalytic domain is composed of a sequence that recognizes phosphorylated residues on a substrate protein and a sequence that binds ATP/Mg2 + .
  • the regulatory domain is composed of a C1 domain and a C2 domain.
  • PKC includes conventional isozymes PKC ⁇ , PKC ⁇ I, PKC ⁇ II, and PKC ⁇ .
  • PKC also includes novel isozymes PKC ⁇ , PKC ⁇ , PKC ⁇ , and PKC ⁇ , and atypical isozymes PKC ⁇ , PKC ⁇ , and PKC ⁇ .
  • PKC ⁇ refers to both PKC ⁇ I and PKC ⁇ II, or to either PKC ⁇ I or PKC ⁇ II.
  • PKC ⁇ inhibitors refer to substances that inhibit at least PKC ⁇ I and/or PKC ⁇ II among the conventional, new and atypical isozymes.
  • PKC ⁇ inhibitors include substances that inhibit or suppress only the activity of PKC ⁇ I, substances that inhibit or suppress only the activity of PKC ⁇ II, and substances that inhibit or suppress the activity of PKC ⁇ I and PKC ⁇ II.
  • the PKC ⁇ inhibitor may be a substance that specifically inhibits or suppresses only the activity of PKC ⁇ , but may also be a substance that inhibits or suppresses the activity of other isozymes in addition to PKC ⁇ I or PKC ⁇ II.
  • the PKC ⁇ inhibitor may be a substance that inhibits or suppresses the activity of all of the conventional, new and atypical isozymes described above, including PKC ⁇ I and PKC ⁇ II.
  • the PKC ⁇ inhibitor may also be a substance that inhibits or suppresses the activity of conventional isozymes PKC ⁇ and PKC ⁇ in addition to PKC ⁇ I and PKC ⁇ II.
  • the PKC ⁇ inhibitor may be a substance that inhibits or suppresses the activity of new isozymes PKC ⁇ , PKC ⁇ , PKC ⁇ and PKC ⁇ in addition to PKC ⁇ I and PKC ⁇ II.
  • PKC ⁇ inhibitors include compounds that act directly or indirectly on PKC ⁇ , antisense nucleic acids against the gene encoding PKC ⁇ , RNA interference-inducing nucleic acids (e.g., siRNA), dominant negative mutants, and expression vectors thereof.
  • RNA interference-inducing nucleic acids e.g., siRNA
  • a PKC ⁇ inhibitor can be a compound having the following structural formula [Formula I].
  • R 1 is a hydrogen atom or an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms (preferably a methoxy group)
  • R 2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms (preferably a methyl group), or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms substituted with -N(R A ) 2 (preferably -(CH 2 ) 3 -N(CH 3 ) 2 ), R A is independently an ethyl group or a methyl group (preferably a methyl group);
  • Examples of salts of the compound represented by formula I include hydrochloride and sulfate.
  • PKC ⁇ inhibitors having the above structural formula [Formula I] include Go6983, GF109203X, LY-333531, Enzastaurin, Sotrastaurin, Ro-31-8220-mesylate, Ro-32-0432-hydrochloride, Go6976, Rottlerin, Midostaurin, Daphnetin, and D
  • the compound include compounds selected from the group consisting of equalinium chloride, baicalein, quercetin, luteolin, bisindolylmaleimide II, calphostin C, chelerythrine chloride, L-threo dihydrosphingosine, and melittin.
  • LY-333531 ((9S)-[(dimethylamino)methyl]-6,7,10,11-tetrahydro-9H,18H-5,21:12,17-dimethenodibenzo[e,k]pyrrolo[3,4-h][1,4,13]oxadiazacyclohexadecin-18,20(19H)-dione, monohydroxychloride) is shown below.
  • Enzastaurin (3-(1-methylindol-3-yl)-4-[1-[1-(pyridin-2-ylmethyl)piperidin-4-yl]indol-3-yl]pyrrole-2,5-dione) is shown below.
  • sotrastaurin (3-(1H-indol-3-yl)-4-(2-(4-methylpiperazin-1-yl)quinazolin-4-yl)-1H-pyrrole-2,5-dione) is shown below.
  • WNT signal (WNT) inhibitor includes all substances that inhibit or reduce WNT signals.
  • WNT is a secreted intercellular signaling protein, and is known to be involved in intracellular signaling. Signaling pathways in which WNT is involved control cell proliferation, differentiation, movement, body axis formation during early embryonic development, organ formation, and the like. Signaling pathways in which WNT is involved include several different intracellular signaling mechanisms that are activated by the action of WNT on cells.
  • WNT Signaling pathways in which WNT is involved include the ⁇ -catenin pathway that controls gene expression via ⁇ -catenin, the PCP (planar cell polarity) pathway that controls the planar polarity of cells, and the Ca 2+ pathway that promotes intracellular mobilization of Ca 2+ .
  • the WNT inhibitor may be one that inhibits any pathway included in the signaling pathways in which WNT is involved.
  • WNT inhibitors include proteins such as secreted Frizzled-related protein, Dickkopf (DKK) protein, sclerostin, Cerberus, and Kremen.
  • WNT inhibitors include, but are not limited to, IWR-1-endo, IWP-2, IWP-3, WNT-C59, XAV-939, CCT251545, KY1220, iCRT14, iCRT3, LF3, PNU-74654, KYA1797K, Capmatinib (INCB28060), KY02111, RCM-1, Resibufogenin, MSAB, PRI-724, Tegatrabetan (BC-2059), JW55, Adavivint (SM04690), Tryptonide, Isocercitrin, IQ-1, Salinomycin, and FH535.
  • WNT inhibitors include WNT receptor inhibitors, soluble WNT receptors, WNT antibodies, casein kinase inhibitors, and dominant negative WNT proteins.
  • WNT inhibitors include so-called tankirase (TNKS) inhibitors, and in the present invention, it is particularly preferable to use a TNKS inhibitor as the WNT inhibitor.
  • TNKS tankirase
  • tankyrase (TNKS) inhibitor refers to a substance that inhibits or suppresses the activity of tankyrase.
  • Tankyrase (sometimes referred to as tankyrase) belongs to the poly(ADP-ribosyl)transferase (PARP) family that poly(ADP-ribosyl)ates target proteins, and tankyrase-1 (tankyrase-1/PARP-5a) and tankyrase-2 (tankyrase-2/PARP-5b) are known.
  • PARP poly(ADP-ribosyl)transferase
  • tankyrase-1 tankyrase-1/PARP-5a
  • tankyrase-2 tankyrase-2/PARP-5b
  • Tankyrase is known to have the function of promoting telomere elongation by telomerase by poly(ADP-ribosyl)ating the telomeric protein TRF1 and releasing it from the telomere.
  • TNKS refers to both tankirase 1 and tankirase 2, or to either tankirase 1 or tankirase 2.
  • TNKS inhibitors refer to substances that inhibit tankirase 1 and/or tankirase 2.
  • TNKS inhibitors include substances that inhibit or suppress only the activity of tankirase 1, substances that inhibit or suppress only the activity of tankirase 2, and substances that inhibit or suppress the activity of tankirase 1 and tankirase 2.
  • TNKS inhibitors include compounds that act directly or indirectly on TNKS, antisense nucleic acids against the gene encoding TNKS, RNA interference-inducing nucleic acids (e.g., siRNA), dominant negative mutants, and expression vectors thereof.
  • RNA interference-inducing nucleic acids e.g., siRNA
  • the TNKS inhibitor may be a compound selected from the group consisting of IWR-1-endo, XAV939, G007-LK, G244-LM, MSC2504877, and WIKI4.
  • G007-LK The structural formula of G007-LK (4-[5-[(1E)-2-[4-(2-chlorophenyl)-5-[5-(methylsulfonyl)-2-pyridinyl]-4H-1,2,4-thiazol-3-yl]ethenyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl]-benzonitrile) is shown below.
  • G244-LM (3,5,7,8-tetrahydro-2-[4-[2-(methylsulfonyl)phenyl]-1-piperazinyl]-4H-thiopyrano[4,3-d]pyrimidin-4-one) is shown below.
  • WIKI4 (2-[3-[[4-(4-methoxyphenyl)-5-(4-pyridinyl)-4H-1,2,4-thiazol-3-yl]thio]propyl]-1H-benzo[de]isoquinoline-1,3(2H)-dione) is shown below.
  • composition 1-3-1 Composition 1-3-1.
  • First liquid medium The first liquid medium used in the method for producing pluripotent stem cells according to the present invention contains the PKC ⁇ inhibitor and WNT inhibitor defined in 1-2 above.
  • the first liquid medium can also be prepared using a pluripotent stem cell differentiation inhibitor containing a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor as active ingredients.
  • the PKC ⁇ inhibitor contained in the first liquid medium may be one type or a combination of two or more different types.
  • the lower limit of the concentration of the PKC ⁇ inhibitor is not particularly limited and can be determined according to the range in which it has a differentiation inhibitory effect on pluripotent stem cells.
  • the final concentration of the PKC ⁇ inhibitor in the first liquid medium can be 25 nM or more, 30 nM or more, 50 nM or more, 80 nM or more, 100 nM or more, 150 nM or more, 200 nM or more, 500 nM or more, or 700 nM or more.
  • the upper limit of the concentration of the PKC ⁇ inhibitor is not particularly limited, and can be determined depending on the range in which it has a differentiation-suppressing effect on pluripotent stem cells, the range in which it is not toxic to pluripotent stem cells, the solubility of the PKC ⁇ inhibitor, etc.
  • the final concentration of the PKC ⁇ inhibitor in the first liquid medium can be 15 ⁇ M or less, 10 ⁇ M or less, 5 ⁇ M or less, 3 ⁇ M or less, or 1 ⁇ M or less.
  • the WNT inhibitor contained in the first liquid medium may be one type or a combination of two or more different types.
  • the lower limit of the concentration of the WNT inhibitor is not particularly limited and can be determined according to the range in which it has a differentiation inhibitory effect on pluripotent stem cells.
  • the final concentration of the WNT inhibitor in the first liquid medium can be 90 nM or more, 100 nM or more, 150 nM or more, 200 nM or more, 300 nM or more, 400 nM or more, 500 nM or more, 600 nM or more, 700 nM or more, 800 nM or more, or 900 nM or more.
  • the upper limit of the concentration of the WNT inhibitor is not particularly limited, and can be determined depending on the range in which it has a differentiation-suppressing effect on pluripotent stem cells, the range in which it is not toxic to pluripotent stem cells, the solubility of the WNT inhibitor, etc.
  • the final concentration of the WNT inhibitor in the first liquid medium can be 40 ⁇ M or less, 35 ⁇ M or less, 30 ⁇ M or less, 15 ⁇ M or less, 10 ⁇ M or less, 5 ⁇ M or less, 3 ⁇ M or less, 1.5 ⁇ M or less, or 1 ⁇ M or less.
  • the lower limit of the ratio of the concentration (molar concentration) of the PKC ⁇ inhibitor to the WNT inhibitor in the first liquid culture medium is not particularly limited, and can be, for example, 167:1 or more, 111:1 or more, 56:1 or more, 33:1 or more, 11:1 or more, 7.8:1 or more, 5.6:1 or more, 2.2:1 or more, 1.7:1 or more, or 1.1:1 or more.
  • the upper limit of the ratio of the concentration (molar concentration) of the PKC ⁇ inhibitor to the WNT inhibitor in the first liquid medium is not particularly limited, but may be, for example, 1:1600 or less, 1:1400 or less, 1:1200 or less, 1:600 or less, 1:400 or less, 1:200 or less, 1:120 or less, 1:60 or less, 1:40 or less, 1:36 or less, 1:32 or less, 1:28 or less, 1:24 or less, 1:20 or less, 1:16 or less, 1:12 or less, 1:8 or less, 1:6 or less, or 1:4 or less.
  • the ratio of the concentration (molar concentration) of the PKC ⁇ inhibitor to the WNT inhibitor in the first liquid medium is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 167:1 or more and 1:1600 or less. Furthermore, the ratio of the concentration (molar concentration) of the PKC ⁇ inhibitor to the WNT inhibitor in the first liquid culture medium can preferably be in the range of 111:1 or more and 1:1600 or less, 56:1 or more and 1:1600 or less, 33:1 or more and 1:1600 or less, 11:1 or more and 1:1600 or less, 7.8:1 or more and 1:1600 or less, 5.6:1 or more and 1:1600 or less, 2.2:1 or more and 1:1600 or less, 1.7:1 or more and 1:1600 or less, or 1.1:1 or more and 1:1600 or less.
  • the ratio of the concentration (molar concentration) of the PKC ⁇ inhibitor to the WNT inhibitor in the first liquid medium can be in the range of 167:1 or more and 1:1400 or less, 167:1 or more and 1:1200 or less, 167:1 or more and 1:600 or less, 167:1 or more and 1:400 or less, 167:1 or more and 1:200 or less, 167:1 or more and 1:120 or less, 167:1 or more and 1:60 or less, or 167:1 or more and 1:40 or less.
  • 167:1 to 1:36 it can be in the range of 167:1 to 1:36, it can be in the range of 167:1 to 1:32, it can be in the range of 167:1 to 1:28, it can be in the range of 167:1 to 1:24, it can be in the range of 167:1 to 1:20, it can be in the range of 167:1 to 1:16, it can be in the range of 167:1 to 1:12, it can be in the range of 167:1 to 1:8, it can be in the range of 167:1 to 1:6, it can be in the range of 167:1 to 1:4.
  • the active ingredients can be added to the medium in combination with a carrier.
  • the carrier includes a solvent and/or an excipient.
  • Solvents include, for example, water, buffers (including PBS), saline, organic solvents (DMSO, DMF, xylene, lower alcohols), etc.
  • the excipients include antibiotics, buffers, thickeners, colorants, stabilizers, surfactants, emulsifiers, preservatives, preservatives, antioxidants, etc.
  • Antibiotics are not particularly limited, but examples of the antibiotics that can be used include penicillin, streptomycin, amphotericin B, etc.
  • Buffers include, for example, phosphate buffer, Tris-HCl buffer, glycine buffer, etc.
  • Thickeners include, for example, gelatin, polysaccharides, etc.
  • Colorants include, for example, phenol red, etc.
  • Stabilizers include, for example, albumin, dextran, methylcellulose, gelatin, etc.
  • Surfactants include, for example, cholesterol, alkyl glycosides, alkyl polyglucosides, alkyl monoglyceryl ethers, glucosides, maltosides, neopentyl glycols, polyoxyethylene glycols, thioglucosides, thiomaltosides, peptides, saponins, phospholipids, fatty acid sorbitan esters, fatty acid diethanolamides, etc.
  • emulsifiers include glycerin fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, propylene glycol fatty acid esters, sucrose fatty acid esters, etc.
  • preservatives include aminoethylsulfonic acid, benzoic acid, sodium benzoate, ethanol, sodium edetate, agar, dl-camphor, citric acid, sodium citrate, salicylic acid, sodium salicylate, phenyl salicylate, dibutylhydroxytoluene, sorbic acid, potassium sorbate, nitrogen, dehydroacetic acid, sodium dehydroacetate, 2-naphthol, sucrose, honey, isobutyl parahydroxybenzoate, isopropyl parahydroxybenzoate, ethyl parahydroxybenzoate, butyl parahydroxybenzoate, propyl parahydroxybenzoate, methyl parahydroxybenzoate, 1-menthol, eucalyptus oil, etc.
  • preservatives include benzoic acid, sodium benzoate, ethanol, sodium edetate, dried sodium sulfite, citric acid, glycerin, salicylic acid, sodium salicylate, dibutylhydroxytoluene, D-sorbitol, sorbic acid, potassium sorbate, sodium dehydroacetate, isobutyl parahydroxybenzoate, isopropyl parahydroxybenzoate, ethyl parahydroxybenzoate, butyl parahydroxybenzoate, propyl parahydroxybenzoate, methyl parahydroxybenzoate, propylene glycol, and phosphoric acid.
  • antioxidants include citric acid, citric acid derivatives, vitamin C and its derivatives, lycopene, vitamin A, carotenoids, vitamin B and its derivatives, flavonoids, polyphenols, glutathione, selenium, sodium thiosulfate, vitamin E and its derivatives, ⁇ -lipoic acid and its derivatives, pycnogenol, flavangenol, superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase, glutathione-S-transferase, glutathione reductase, catalase, ascorbate peroxidase, and mixtures thereof.
  • SOD superoxide dismutase
  • the first liquid medium and the second liquid medium may also contain one or more growth factors.
  • growth factors include FGF2 and TGF- ⁇ 1.
  • Second liquid medium In the method for producing pluripotent stem cells according to the present invention, after culturing in the first liquid medium, the pluripotent stem cells are cultured in a liquid medium (second liquid medium) that is substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor.
  • the second liquid medium is a liquid medium that differs from the first liquid medium described above in that it does not substantially contain a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor.
  • the condition that the second liquid medium does not substantially contain a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor is not limited to the case where the medium does not contain any PKC ⁇ inhibitor and/or WNT inhibitor, or the PKC ⁇ inhibitor and/or WNT inhibitor in the medium is below the detection limit, but also includes the case where the PKC ⁇ inhibitor and/or WNT inhibitor is at a concentration below the level at which it exhibits an effect of suppressing differentiation of pluripotent stem cells.
  • the "concentration below which the PKC ⁇ inhibitor exhibits an effect of suppressing differentiation of pluripotent stem cells” varies depending on the type of pluripotent stem cells, other medium compositions, and culture conditions, but is interpreted as including, for example, a final concentration of less than 25 nM.
  • the second liquid medium can have a final concentration of the PKC ⁇ inhibitor of less than 25 nM, less than 23 nM, less than 20 nM, less than 15 nM, less than 10 nM, less than 5 nM, or less than 3 nM.
  • the second liquid medium is one in which the PKC ⁇ inhibitor is below the detection limit.
  • concentration below which the WNT inhibitor exhibits an effect of suppressing differentiation of pluripotent stem cells varies depending on the type of pluripotent stem cells, other medium compositions, and culture conditions, but is interpreted as including, for example, a final concentration of less than 90 nM.
  • the second liquid medium can have a final concentration of the WNT inhibitor of less than 90 nM, less than 85 nM, less than 80 nM, less than 75 nM, less than 70 M, less than 65 nM, less than 60 nM, less than 55 nM, less than 50 nM, less than 45 nM, less than 40 nM, less than 35 nM, less than 30 nM, less than 25 nM, less than 20 nM, less than 15 nM, less than 10 nM, less than 5 nM, or less than 3 nM.
  • the second liquid medium is one in which the WNT inhibitor is below the detection limit.
  • the second liquid medium need only be substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor, and may contain either a PKC ⁇ inhibitor or a WNT inhibitor. If the second liquid medium contains either a PKC ⁇ inhibitor or a WNT inhibitor, the concentration thereof may be the concentration described in the above section 1-3-1. First liquid medium.
  • Suspension culture using the second liquid medium is for culturing pluripotent stem cells after suspension culture using the first liquid medium containing a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor, so there is a possibility that the PKC ⁇ inhibitor and WNT inhibitor contained in the first liquid medium will be carried over when the pluripotent stem cells are seeded.
  • a PKC ⁇ inhibitor or WNT inhibitor is carried over into the second liquid medium when the pluripotent stem cells are seeded, as long as the concentration is within the above-mentioned range, the pluripotent stem cells will be cultured in suspension in the second liquid medium that does not substantially contain a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor.
  • the embodiment includes the suspension culture of pluripotent stem cells in the second liquid medium that does not substantially contain a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor, so long as the concentration is within the above-mentioned range.
  • pluripotent stem cells to be subjected to differentiation induction are produced by culturing pluripotent stem cells in a second liquid medium that is substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor.
  • a second liquid medium that is substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor.
  • pluripotent stem cells in a second liquid medium that is substantially free of both a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor, it is possible to produce pluripotent stem cells that exhibit excellent differentiation efficiency for all of the ectoderm, mesoderm, and endoderm. Furthermore, by culturing pluripotent stem cells in a second liquid medium that contains a WNT inhibitor and is substantially free of a PKC ⁇ inhibitor, it is possible to produce pluripotent stem cells that exhibit excellent differentiation efficiency for the ectoderm.
  • pluripotent stem cells that exhibit excellent differentiation efficiency for the mesoderm and endoderm.
  • the method of this embodiment includes a suspension culture step using a first liquid medium and a suspension culture step using a second liquid medium as essential steps, and a maintenance culture step and a recovery step as optional steps.
  • the suspension culture step using the first liquid medium is a step of culturing cells, cell populations, or cell aggregates maintained in adhesion culture or suspension culture in which the cells are cultured while attached to a culture substrate such as a container or a carrier, in order to proliferate the cells while maintaining their undifferentiated state.
  • the culture vessel used for the culture is preferably one with low cell adhesion to the inner surface of the vessel.
  • a plate with a hydrophilic surface treatment with a biocompatible substance can be used as the culture vessel.
  • Nunclon TM Sphera (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) can be used as the culture vessel.
  • the shape of the culture vessel is not particularly limited, but examples include culture vessels in the shape of a dish, flask, well, bag, spinner flask, etc.
  • the capacity of the culture vessel to be used can be appropriately selected and is not particularly limited, but it is preferable that the lower limit of the area of the bottom surface of the portion accommodating the culture medium when viewed in plan is 0.32 cm2 or more, 0.65 cm2 or more, 1.9 cm2 or more, 3.0 cm2 or more, 3.5 cm2 or more, 9.0 cm2 or more, or 9.6 cm2 or more, and the upper limit is 1000 cm2 or less, 500 cm2 or less, 300 cm2 or less, 150 cm2 or less, 75 cm2 or less, 55 cm2 or less, 25 cm2 or less, 21 cm2 or less, 10 cm2 or less, or 3.5 cm2 or less.
  • the capacity of the culture vessel used can be appropriately selected and is not particularly limited, but it is preferable that the lower limit of the volume capable of containing and culturing the first liquid medium is 1 mL or more, 2 mL or more, 4 mL or more, 10 mL or more, 20 mL or more, 30 mL or more, 50 mL or more, 100 mL or more, 200 mL or more, 500 mL or more, 1 L or more, 3 L or more, 5 L or more, 10 L or more, or 20 L or more, and the upper limit is 100 L or less, 50 L or less, 20 L or less, 10 L or less, 5 L or less, 3 L or less, 1 L or less, 500 mL or less, 200 mL or less, 100 mL or less, 50 mL or less, or 30 mL or less.
  • the amount of the first liquid medium may be appropriately adjusted depending on the culture vessel used. Although not particularly limited, these are exemplified. For example, when a 12-well plate (the area of the well bottom in a plan view is 3.5 cm 2 per well) is used, the amount per well can be 0.5 mL or more, 1.5 mL or less, preferably about 1.3 mL. When a 6-well plate (the area of the well bottom in a plan view is 9.6 cm 2 per well) is used, the lower limit of the amount per well can be 1.5 mL or more, 2 mL or more, or 3 mL or more, and the upper limit can be 6 mL or less, 5 mL or less, or 4 mL or less.
  • the lower limit of the amount per vessel can be 10 mL or more, 15 mL or more, 20 mL or more, 25 mL or more, or 30 mL or more, and the upper limit can be 50 mL or less, 45 mL or less, or 40 mL or less.
  • the lower limit of the amount per container can be 100 mL or more, 105 mL or more, 110 mL or more, 115 mL or more, or 120 mL or more, and the upper limit can be 150 mL or less, 145 mL or less, 140 mL or less, 135 mL or less, 130 mL or less, or 125 mL or less.
  • the lower limit of the amount per container can be 250 mL or more, 260 mL or more, 270 mL or more, 280 mL or more, or 290 mL or more
  • the upper limit can be 350 mL or less, 340 mL or less, 330 mL or less, 320 mL or less, or 310 mL or less.
  • the lower limit of the amount per bag can be 100mL or more, 200mL or more, 300mL or more, 400mL or more, 500mL or more, 600mL or more, 700mL or more, 800mL or more, 900mL or more, or 1000mL or more
  • the upper limit can be 2000mL or less, 1900mL or less, 1800mL or less, 1700mL or less, 1600mL or less, 1500mL or less, 1400mL or less, 1300mL or less, 1200mL or less, or 1100mL or less.
  • the lower limit of the amount per bag can be 500mL or more, 1L or more, 2L or more, 3L or more, 4L or more, or 5L or more, and the upper limit can be 10L or less, 9L or less, 8L or less, 7L or less, or 6L or less.
  • the lower limit of the amount per reactor can be 300 mL or more, 350 mL or more, 400 mL or more, 450 mL or more, or 500 mL or more, and the upper limit can be 1 L or less, 900 mL or less, 800 mL or less, 700 mL or less, or 600 mL or less.
  • the working volume can be within the range specified by each manufacturer.
  • seeding density In suspension culture, the density of cells seeded in a new medium (seeding density) can be appropriately adjusted taking into consideration the culture time, cell state after culture, and the number of cells required after culture.
  • the lower limit is usually, for example, 0.01 ⁇ 10 5 cells/mL or more, 0.1 ⁇ 10 5 cells/mL or more, 1 ⁇ 10 5 cells/mL or more, or 2 ⁇ 10 5 cells/mL or more
  • the upper limit is, for example, 20 ⁇ 10 5 cells/mL or less, or 10 ⁇ 10 5 cells/mL or less.
  • Culture conditions such as culture temperature, time, and CO2 concentration are not particularly limited. Culture may be performed within the range of conventional methods in the field.
  • the culture temperature may be 20°C or higher, or 35°C or higher, and 45°C or lower, or 40°C or lower, preferably 37°C.
  • the culture time for one passage period may be 0.5 hours or more, or 6 hours or more, and 9 days or less, 7 days or less, 120 hours or less, 96 hours or less, 72 hours or less, or 48 hours or less.
  • the CO2 concentration during culture may be 0.5% or more, 1% or more, 2% or more, 3% or more, 4% or more, or 4.5% or more, and 10% or less, or 5.5% or less, preferably 5%.
  • the CO2 concentration during culture does not need to be constant, and may be changed or changed during culture.
  • the medium can be replaced at an appropriate frequency.
  • the frequency of medium exchange varies depending on the cell type to be cultured, but may be, for example, at least once every 5 days, at least once every 4 days, at least once every 3 days, at least once every 2 days, at least once a day, or at least twice a day, but is not limited thereto.
  • medium exchange may be performed continuously by perfusion. The medium exchange may be performed by recovering the cells in the same manner as in the recovery process, adding fresh medium, gently dispersing the cell mass, and then culturing again. When medium exchange is performed by perfusion, the cells and medium may be separated with a filter to keep the cells in the culture system, and the medium may be exchanged.
  • the frequency and method of medium exchange are not limited to the above frequency and method, and the optimal method may be appropriately adopted.
  • the timing of the end of culture and the timing of the medium change can also be determined based on, for example, the concentration of lactic acid in the medium.
  • Lactic acid is produced by the cells during culture and accumulates in the medium. It is known that lactic acid produced by the cells or lactic acid originally contained in the medium damages the cells, thereby inhibiting the maintenance of undifferentiated state of pluripotent stem cells and adversely affecting proliferation, particularly cell proliferation ability after subculture. Therefore, by determining the timing of the end of culture and/or the timing and amount of medium change based on the concentration of lactic acid in the medium, it is possible to avoid the inhibitory effect of lactic acid on the maintenance of undifferentiated state and the decrease in cell proliferation ability caused by lactic acid.
  • the end of the suspension culture process using the first liquid medium can also be set in conjunction with the suspension culture process using the second liquid medium described below.
  • the culture time required for the suspension culture process using the second liquid medium described below is set first, and the culture time for the suspension culture process using the first liquid medium can be set by subtracting it from the total culture time required for the pluripotent stem cells to be cultured.
  • suspension culture i.e., culture without cells adhering to the container
  • flow culture refers to culture under conditions in which the medium flows.
  • a method in which the medium flows so as to promote cell aggregation is preferred. Examples of such culture methods include rotation culture, rocking culture, stirring culture, and combinations thereof.
  • the "rotating culture method” refers to a culture method in which the culture medium flows so that the cells gather at one point due to the stress caused by the swirling flow (centrifugal force, centripetal force). Specifically, this is done by rotating the culture vessel containing the cell-containing culture medium so that it describes a closed orbit such as a circle, ellipse, flattened circle, or flattened ellipse along a roughly horizontal plane.
  • the rotation speed is not particularly limited, but the lower limit can be, for example, 1 rpm or more, 10 rpm or more, 50 rpm or more, 60 rpm or more, 70 rpm or more, 80 rpm or more, 83 rpm or more, 85 rpm or more, or 90 rpm or more.
  • the upper limit can be, for example, 200 rpm or less, 150 rpm or less, 120 rpm or less, 115 rpm or less, 110 rpm or less, 105 rpm or less, 100 rpm or less, 95 rpm or less, or 90 rpm or less.
  • the amplitude of the shaker used for rotational culture is not particularly limited, but the lower limit can be, for example, 1 mm or more, 10 mm or more, or 20 mm or more.
  • the upper limit can be, for example, 200 mm or less, 100 mm or less, 50 mm or less, or 30 mm or less.
  • the radius of rotation during rotational culture is not particularly limited, but is preferably set so that the amplitude is within the above range.
  • the lower limit of the radius of rotation can be, for example, 5 mm or more or 10 mm or more, and the upper limit can be, for example, 100 mm or less or 50 mm or less.
  • setting the rotation conditions within the above range is preferable because it makes it easier to produce cell aggregates of appropriate size.
  • the "rocking culture method” refers to a culture method in which a rocking flow is applied to the medium by a linear reciprocating motion such as rocking stirring. Specifically, the culture vessel containing the medium containing the cells is rocked in a plane perpendicular to a horizontal plane.
  • the rocking speed is not particularly limited, but for example, if one reciprocating motion is considered as one time, the lower limit is 2 times or more, 4 times or more, 6 times or more, 8 times or more, or 10 times or more per minute, while the upper limit is 50 times or less, 25 times or less, 20 times or less, or 15 times or less per minute.
  • the culture vessel During rocking, it is preferable to give the culture vessel a slight angle, i.e., an induction angle, with respect to the vertical plane.
  • the rocking angle is not particularly limited, but for example, the lower limit can be 0.1° or more, 2° or more, 4° or more, 6° or more, or 8° or more, while the upper limit can be 20° or less, 18° or less, 15° or less, 12° or less, or 10° or less.
  • the above range of rocking conditions is preferable because it makes it easier to manufacture cell aggregates of appropriate sizes.
  • the culture can be performed while stirring by combining the above-mentioned rotation and rocking movements.
  • the "agitation culture method” refers to a method of culturing under conditions in which the culture vessel is left stationary and the medium in the vessel is agitated using an agitation means such as a stirrer bar or an agitation blade.
  • agitation culture can be achieved by using a spinner flask-shaped culture vessel with an agitation blade.
  • Such culture vessels are commercially available and can be used.
  • the amount of cell culture composition recommended by the manufacturer can be suitably used.
  • the agitation speed by the above agitation means is not particularly limited, but the lower limit can be 1 rpm or more, 10 rpm or more, 30 rpm or more, 50 rpm or more, or 70 rpm or more, 90 rpm or more, 110 rpm or more, or 130 rpm or more.
  • the upper limit can be 200 rpm or less, or 150 rpm or less.
  • agitated culture method it is preferable to control the shear stress applied to the cells during culture.
  • Animal cells, including pluripotent stem cells are generally more vulnerable to physical stress than other cells. Therefore, if the shear stress applied to the cells during agitated culture is too great, the cells may suffer physical damage, reducing their proliferation ability or, in the case of pluripotent stem cells, being unable to maintain their undifferentiated state.
  • the physical damage that cells in agitated culture inflicts can be affected by the local shear stress around the agitator blade.
  • the local shear stress around the agitator blade is related to, for example, the blade tip speed (the circumferential speed at the part where the blade diameter is the largest), although it is not limited thereto.
  • the blade tip speed is not necessarily limited, but is preferably 0.05 m/s or more, preferably 0.08 m/s or more, preferably 0.10 m/s or more, preferably 0.13 m/s or more, preferably 0.17 m/s or more, preferably 0.20 m/s or more, preferably 0.23 m/s or more, preferably 0.25 m/s or more, and preferably 0.30 m/s or more.
  • the blade tip speed is not necessarily limited, but is preferably 0.05 m/s or more, preferably 0.08 m/s or more, preferably 0.10 m/s or more, preferably 0.13 m/s or more, preferably 0.17 m/s or more, preferably 0.20 m/s or more, preferably 0.23 m/s or more, preferably 0.25 m/s or more, and preferably 0.30 m/s or more.
  • the blade tip speed is not necessarily limited, but is preferably 1.37 m/s or less, preferably 1.00 m/s or less, preferably 0.84 m/s or less, preferably 0.50 m/s or less, preferably 0.42 m/s or less, preferably 0.34 m/s or less, and preferably 0.30 m/s or less.
  • the above-mentioned preferred range of the impeller tip speed can also be applied to single-use reactors provided by ABLE for suspension culture of pluripotent stem cells.
  • the rotation speed of the agitator impeller can be determined using the constant Pv formula.
  • Pv refers to the agitation power required per unit volume, and agitation culture can be performed in the same way between different scales by making Pv the same.
  • the extent to which the number of cells should be increased in this process and the state of the cells should be adjusted can be determined appropriately depending on the type of cells being cultured, the purpose of cell aggregation, the type of medium, and the culture conditions.
  • the suspension culture step using the second liquid medium is a step following the suspension culture step using the first liquid medium in the method for producing pluripotent stem cells according to the present invention, and is a step for obtaining pluripotent stem cells that maintain an undifferentiated state and are to be subjected to differentiation induction treatment.
  • the suspension culture step using the second liquid medium is described, but other than the use of the second liquid medium, it is basically similar to the culture method described in the above-mentioned "2-2-1.
  • Suspension culture step using the first liquid medium Therefore, here, the description common to the above-mentioned "2-2-1.
  • Suspension culture step using the first liquid medium is omitted, and only the characteristic points of the suspension culture step using the second liquid medium are described in detail.
  • the pluripotent stem cells used in this process are pluripotent stem cells obtained in the suspension culture process using the first liquid medium described above.
  • the pluripotent stem cells obtained in the suspension culture process using the first liquid medium may be subjected to this process in the form of single cells, or may be subjected to this process in the form of cell clusters.
  • the second liquid medium described above in this process it is possible to obtain pluripotent stem cells that maintain an undifferentiated state and have excellent differentiation efficiency.
  • Whether or not the undifferentiated state is maintained can be determined based on the proportion (ratio) of cells that express pluripotent stem cell markers (e.g., OCT4, SOX2, NANOG, also known as undifferentiated markers) and/or are positive for the pluripotent stem cell markers in the pluripotent stem cell population obtained after this process.
  • pluripotent stem cell markers e.g., OCT4, SOX2, NANOG, also known as undifferentiated markers
  • pluripotent stem cells during suspension culture can be removed to confirm whether they are maintaining an undifferentiated state.
  • pluripotent stem cell markers include alkaline phosphatase, NANOG, OCT4, SOX2, TRA-1-60, c-Myc, KLF4, LIN28, SSEA-4, SSEA-1, etc.
  • Methods for detecting these pluripotent stem cell markers include, as described above, flow cytometry, for example.
  • the positivity rate of the pluripotent stem cell marker among the pluripotent stem cells extracted from the medium after completion of this process or from the medium during culture is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 91% or more, more preferably 92% or more, more preferably 93% or more, more preferably 94% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, more preferably 98% or more, more preferably 99% or more, more preferably 100%, it can be determined that the stem cells remain undifferentiated.
  • the expression levels of three germ layer markers in pluripotent stem cells extracted during the culture can be measured to confirm whether the cells are maintained in an undifferentiated state.
  • the positive rates of these endodermal cell markers, mesodermal cell markers, and ectodermal cell markers are all preferably 20% or less, more preferably 10% or less, more preferably 9% or less, more preferably 8% or less, more preferably 7% or less, more preferably 6% or less, more preferably 5% or less, more preferably 4% or less, more preferably 3% or less, more preferably 2% or less, more preferably 1% or less, and more preferably below the detection limit, it can be determined that the cells are maintained in an undifferentiated state.
  • Endodermal cell markers are genes specific to endodermal cells, and examples include SOX17, FOXA2, CXCR4, AFP, GATA4, and EOMES. Endodermal cells differentiate into tissues of organs such as the digestive tract, lungs, thyroid gland, pancreas, and liver, cells of secretory glands that open into the digestive tract, peritoneum, pleura, larynx, Eustachian tube, trachea, bronchi, and urinary tract (bladder, most of the urethra, and part of the ureter), etc.
  • Mesodermal cell markers are genes specific to mesodermal cells, and examples include TBXT (BRACHYURY), MESP1, MESP2, FOXF1, HAND1, EVX1, IRX3, CDX2, TBX6, MIXL1, ISL1, SNAI2, FOXC1, and PDGFR ⁇ .
  • Mesodermal cells differentiate into the body cavity and the mesothelium that lines it, muscle, skeleton, skin dermis, connective tissue, heart, blood vessels (including vascular endothelium), blood (including blood cells), lymphatic vessels, spleen, kidney, ureter, gonads (testis, uterus, and gonadal epithelium), etc.
  • Ectodermal cell markers are genes specific to ectodermal cells, and examples include FGF5, NESTIN, SOX1, and PAX6.
  • Ectodermal cells form the epidermis of the skin, the epithelium of the distal part of the male urethra, hair, nails, skin glands (including mammary glands and sweat glands), sensory organs (including the epithelium of the distal parts of the oral cavity, pharynx, nose, and rectum, and salivary glands), lenses, and the peripheral nervous system.
  • part of the ectoderm invaginates into a groove during development to form the neural tube, which also becomes the source of neurons and melanocytes in the central nervous system, such as the brain and spinal cord.
  • the expression levels of these three germ layer markers can be measured by any detection method in the art.
  • Methods for measuring the expression of the three germ layer markers include, but are not limited to, quantitative real-time PCR analysis, RNA-Seq, Northern hybridization, and hybridization using DNA arrays.
  • quantitative real-time PCR analysis the expression level of the marker gene to be measured is converted to a relative expression level with respect to the expression level of an internal standard gene, and the expression level of the marker gene can be evaluated based on the relative expression level.
  • internal standard genes include the glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) gene and the ⁇ -actin (ACTB) gene.
  • the differentiation efficiency of the obtained pluripotent stem cells can be judged based on the three germ layer markers (endodermal cell markers, mesodermal cell markers, and ectodermal cell markers) in the cells after differentiation induction treatment. For example, if the expression of these markers increases in a relatively short time after the start of culture for differentiation induction, the pluripotent stem cells can be evaluated as having excellent differentiation efficiency. At this time, it is also possible to evaluate the differentiation efficiency by confirming that the expression of the above-mentioned pluripotent stem cell markers is reduced.
  • the second liquid medium when a medium that is substantially free of both a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor is used as the second liquid medium, all of the endodermal cell markers, mesodermal cell markers, and ectodermal cell markers can be used as indicators of differentiation efficiency in pluripotent stem cells. Furthermore, when a medium that contains a WNT inhibitor and is substantially free of a PKC ⁇ inhibitor is used as the second liquid medium, the ectodermal cell markers can be used as indicators of differentiation efficiency in pluripotent stem cells into ectodermal cells.
  • the mesodermal cell markers and endodermal cell markers can be used as indicators of differentiation efficiency in pluripotent stem cells into mesendodermal cells.
  • pluripotent stem cells after suspension culture using the second liquid medium are cultured for differentiation induction, and the culture time is measured until the positive rate for any of the endodermal cell markers, mesodermal cell markers, and ectodermal cell markers becomes, for example, 25% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, or 100%. If the positive rate is significantly shorter than when pluripotent stem cells after suspension culture using the first liquid medium are induced to differentiate, it can be evaluated that the differentiation efficiency of pluripotent stem cells after suspension culture using the second liquid medium has been improved.
  • Methods for detecting the three germ layer markers include, but are not limited to, flow cytometry.
  • a fluorescently labeled antibody is used as a detection reagent in flow cytometry, a cell is determined to be "positive” for the marker when it is detected to have a stronger fluorescence than a negative control (isotype control or FMO control).
  • the ratio of cells that are positive can be defined as the "positive rate.”
  • the pluripotent stem cells recovered after the suspension culture process using the first liquid medium is inoculated into a second liquid medium that is substantially free of a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor, and suspension culture can be initiated. At this time, by washing the recovered pluripotent stem cells, it is possible to avoid carrying over the PKC ⁇ inhibitor and WNT inhibitor contained in the first liquid medium.
  • the concentration of the PKC ⁇ inhibitor and/or the WNT inhibitor can be gradually reduced to transition to a suspension culture step using a second liquid medium that is substantially free of the PKC ⁇ inhibitor and/or the WNT inhibitor.
  • the second liquid medium that is substantially free of the PKC ⁇ inhibitor and/or the WNT inhibitor can be used as the medium used for perfusion in the suspension culture step using the first liquid medium.
  • the concentration of the PKC ⁇ inhibitor and/or the WNT inhibitor contained in the medium used for perfusion in the suspension culture step using the first liquid medium can be gradually reduced and perfusion can be continued to transition to a suspension culture step using the second liquid medium that is substantially free of the PKC ⁇ inhibitor and/or the WNT inhibitor.
  • the process of floating culture of pluripotent stem cells in the second liquid medium can be set to a culture time that improves the differentiation efficiency of the obtained pluripotent stem cells, which can be defined as described above.
  • the lower limit of the culture time can be set to a culture time that improves the differentiation efficiency of the obtained pluripotent stem cells, which can be defined as described above.
  • This culture time cannot be determined univocally because it varies depending on the strain and quality of the pluripotent stem cells used, the medium conditions, the culture conditions, etc.
  • a preliminary experiment can be performed in which the type of pluripotent stem cells used, the medium conditions, the culture conditions, the differentiation induction treatment conditions, etc.
  • the culture time at which the positive rate after the differentiation induction treatment is significantly high can be set. More specifically, the end of the process of floating culture using the second liquid medium can be, for example, 8 hours, 12 hours, 24 hours, 48 hours, 60 hours, 72 hours, 84 hours, 96 hours, 108 hours, 120 hours, 132 hours, or 144 hours after starting the floating culture of pluripotent stem cells in the second liquid medium.
  • a medium that does not substantially contain a PKC ⁇ inhibitor and/or a WNT inhibitor is used, so if the culture time is extended, it may not be possible to maintain the undifferentiated state. Therefore, it is preferable to terminate the suspension culture process using the second liquid medium to the extent that the pluripotent stem cells can maintain an undifferentiated state.
  • the culture time for this step of cultured pluripotent stem cells in suspension in the second liquid medium cannot be determined unambiguously because it varies depending on the type of pluripotent stem cells used, the medium conditions, the culture conditions, etc.
  • a preliminary experiment can be performed with the same type of pluripotent stem cells used, the medium conditions, the culture conditions, etc., and the culture time can be set under conditions where the positivity rates of the above-mentioned endodermal cell markers, mesodermal cell markers, and ectodermal cell markers are all preferably 20% or less, more preferably 10% or less, more preferably 9% or less, more preferably 8% or less, more preferably 7% or less, more preferably 6% or less, more preferably 5% or less, more preferably 4% or less, more preferably 3% or less, more preferably 2% or less, more preferably 1% or less, and more preferably below the detection limit.
  • the culture time in this process can also be set using the concentration of lactic acid, which has an adverse effect on cells, as an indicator.
  • the culture time can be set so that the concentration of lactic acid accumulated in the culture medium is 15 mM or less, 14 mM or less, 13 mM or less, 12 mM or less, or 10 mM or less, and it is particularly preferable to set the culture time so that the concentration of lactic acid accumulated in the culture medium is 9 mM or less, 8 mM or less, 7 mM or less, 6 mM or less, or 5 mM or less. If the concentration of lactic acid accumulated in the culture medium is within this range, adverse effects on cells can be avoided.
  • the culture time can also be set based on the size of the cell aggregates.
  • the upper limit of the size of the cell aggregates can be, for example, 800 ⁇ m, 700 ⁇ m, 600 ⁇ m, 500 ⁇ m, 400 ⁇ m, 300 ⁇ m, 250 ⁇ m, or 200 ⁇ m.
  • the lower limit of the size of the cell aggregates can be, for example, 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, or 150 ⁇ m. Cell aggregates in this range (especially smaller cell aggregates) are preferable as a cell growth environment because oxygen and nutrients are easily supplied to the cells inside.
  • the medium is sampled, and if the medium contains cell aggregates of this size, this can be the end of the suspension culture process using the second liquid medium.
  • the end of the suspension culture process using the second liquid medium can be determined when the cell masses defined by the above ranges account for 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 98% or more, or 100% of the observed cell masses by volume.
  • the end of the suspension culture process using the second liquid medium can be, for example, 12 hours, 24 hours, 48 hours, 60 hours, 72 hours, 84 hours, 96 hours, 108 hours, 120 hours, 132 hours, or 144 hours after starting suspension culture of pluripotent stem cells in the second liquid medium.
  • the "recovery step” is a step of recovering cultured cells or cell aggregates from the culture medium after the suspension culture step using the first liquid medium or the suspension culture step using the second liquid medium, and is a selection step in the method of the present invention.
  • (cell) recovery refers to obtaining the cells by separating the culture medium from the cells.
  • the method for recovering the cells may be any method commonly used in cell culture methods in the field, and is not particularly limited.
  • the cells After the suspension culture process using the first liquid medium and the suspension culture process using the second liquid medium, the cells are present in a suspended state in the culture solution. Therefore, the recovery of the cells can be achieved by removing the liquid components of the supernatant in a stationary state or by centrifugation.
  • the cells can also be recovered using a filtration filter, a hollow fiber separation membrane, or the like.
  • the centrifugation may be performed at a centrifugal acceleration and processing time that do not damage the cells due to the centrifugal force.
  • the lower limit of the centrifugal acceleration is not particularly limited as long as the cells can be precipitated, but may be, for example, 100 x g or more, 300 x g or more, 800 x g or more, or 1000 x g or more.
  • the upper limit may be a speed at which the cells are not or are less likely to be damaged by the centrifugal force, for example, 1600 x g or less, 1500 x g or less, or 1400 x g or less.
  • the lower limit of the processing time is not particularly limited as long as the cells can be precipitated by the centrifugal acceleration, but may be, for example, 30 seconds or more, 1 minute or more, 3 minutes or more, or 5 minutes or more.
  • the upper limit may be a time that does not damage the cells or is unlikely to damage them by the centrifugal acceleration, for example, 10 minutes or less, 8 minutes or less, 6 minutes or less, or 30 seconds or less.
  • the culture solution may be passed through a nonwoven fabric or mesh filter to remove the filtrate, and the remaining cell aggregates may be collected.
  • the culture solution and the cells may be separated and collected using an apparatus equipped with a hollow fiber separation membrane, such as a cell concentration and washing system (Kaneka Corporation).
  • the collected cells and cell aggregates can be washed as necessary.
  • the washing method may be the same as that described in the "Post-process treatment" in the maintenance culture process described above.
  • a buffer e.g., PBS buffer
  • saline e.g., saline
  • culture medium basal culture medium is preferred
  • the differentiation induction method according to the present invention is characterized in that it uses pluripotent stem cells produced by the above-mentioned pluripotent stem cell production method.
  • pluripotent stem cells obtained by suspension culture in a liquid medium containing a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor, a differentiation inhibitory signal remains in the cells, and recovery culture is required to remove the differentiation inhibitory signal.
  • the differentiation efficiency of the pluripotent stem cells used is excellent, so recovery culture is not necessary, and the obtained pluripotent stem cells or pluripotent stem cells stored for a predetermined period of time can be directly subjected to culture for differentiation induction.
  • the method for inducing differentiation of pluripotent stem cells comprises a step of culturing, in a medium for inducing differentiation (differentiation induction step), pluripotent stem cells obtained by the above-mentioned method for producing pluripotent stem cells, i.e., a method for producing pluripotent stem cells comprising a step of performing suspension culture in a first liquid medium and then a step of performing suspension culture in a second liquid medium.
  • the method of this embodiment includes the above-mentioned differentiation induction step as an essential step, and also includes a recovery step of recovering the pluripotent stem cells obtained by the above-mentioned production method, and a recovery step of recovering the cells or cell aggregates after differentiation induction as optional steps.
  • Differentiation induction refers to the phenomenon in which the pluripotent stem cells produced as described above are caused to differentiate into different cells upon contact with other cells or upon stimulation with a differentiation induction factor or the like.
  • differentiation induction factors refer to substances used for the purpose of promoting differentiation induction, and examples thereof include, but are not limited to, gene products in vivo such as growth factors, low molecular weight compounds that control the action of gene products in vivo, hormones, vitamins, and other physiologically active substances.
  • differentiation induction factors include, but are not limited to, Activin/TGF ⁇ signal activators or inhibitors, BMP signal activators, BMP signal inhibitors, retinoic acid signal activators, hedgehog signal activators, hedgehog signal inhibitors, Notch signal inhibitors, WNT/ ⁇ -catenin signal activators, JNK signal inhibitors, Src signal inhibitors, AMPK signal inhibitors, EGF signal activators, EGF signal inhibitors, HGF signal activators, and VEGF signal activators.
  • the pluripotent stem cells obtained by suspension culture using the second liquid medium described above are cultured in a medium containing a differentiation-inducing factor.
  • a medium containing a differentiation-inducing factor There are no particular limitations on the medium to which the differentiation-inducing factor is added, and any medium that has been conventionally used for differentiation induction can be used as appropriate.
  • the medium used in this step can be the medium described for the first liquid medium and the second liquid medium described above.
  • pluripotent stem cells obtained using a medium that is substantially free of both a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor as the second liquid medium in the above manufacturing method have excellent differentiation efficiency into endodermal cells, mesodermal cells or ectodermal cells, or mesendodermal cells (early differentiated cells common to endoderm and mesoderm). Therefore, in this case, endodermal cells, mesodermal cells or ectodermal cells, or mesendodermal cells can be efficiently obtained by using the pluripotent stem cells.
  • pluripotent stem cells obtained using a medium containing a WNT inhibitor and substantially not containing a PKC ⁇ inhibitor as the second liquid medium have excellent differentiation efficiency into ectodermal cells. Therefore, in this case, ectodermal cells can be efficiently obtained by using the pluripotent stem cells.
  • the pluripotent stem cells obtained using a medium containing a PKC ⁇ inhibitor and substantially not containing a WNT inhibitor have excellent differentiation efficiency into mesendodermal cells, mesodermal cells, and endodermal cells. Therefore, in this case, mesendodermal cells, mesodermal cells, or endodermal cells can be efficiently obtained by using the pluripotent stem cells.
  • the medium volume was 60 mL/dish only when the medium was replaced on culture day 1, and 30 mL/dish otherwise.
  • Y-27632 (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the medium to a final concentration of 10 ⁇ M only when the cells were seeded.
  • the cells were treated with TrypLE TM Select Enzyme (Thermo Fisher Scientific) containing 10 ⁇ M Y-27632 (FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation) for subculture, and dispersed into single cells while detaching the cells from the culture surface.
  • the cells were suspended and collected in StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) containing a final concentration of 10 ⁇ M Y-27632 and 20 ⁇ M IWR-1-endo (FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation).
  • Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04 Suspension culture was performed using the cells collected in Reference Example 1.
  • a single-use bottle (Satake Multimix Co., Ltd.) was used as the culture vessel, and a VMF reactor (Satake Multimix Co., Ltd.) was used as the reactor system for controlling the culture.
  • Calibration of the pH sensor and DO sensor attached to the reactor was performed according to the method specified by the manufacturer.
  • the culture volume was 300 mL, and the cells were seeded so that the cell density at the start of the culture was 1 x 10 5 cells/mL, and the culture was started.
  • the medium used at the time of seeding was StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Ltd.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 10 ⁇ M and IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M.
  • the culture temperature was kept at 37°C
  • the supply gas amount was kept at 0.1 L/min
  • the carbon dioxide gas supply was automatically controlled so that the pH was kept at 7.1 to 7.2.
  • the supply gas was prepared by mixing an arbitrary amount of carbon dioxide gas with air, and was aerated from the top.
  • the stirring speed was 80 mm/sec.
  • the day when the culture was started was considered as culture day 0, and the entire medium was exchanged on the first and second days of culture.
  • StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Ltd.) was used with the addition of Y-27632 at a final concentration of 6.9 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M on the first day of culture
  • StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Ltd.) was used with the addition of Y-27632 at a final concentration of 3.0 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M on the second day of culture.
  • the cell aggregates were collected on the third day of culture, treated with TrypLE SELECT (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and single-celled by pipetting.
  • Production Example 2 Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04
  • the cells recovered and dissociated into single cells in Production Example 1 were cultured in suspension and recovered in the same manner as in Production Example 1, except that StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 10 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M was used as the medium for seeding.
  • StemFit registered trademark
  • AK02N Alignitrile-endo
  • LY-333531 a final concentration of 1 ⁇ M
  • Example 1 Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04 using a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor
  • Suspension culture was performed using the cells collected in Production Example 2.
  • a 30 mL reactor (Able) was used as the culture vessel, and the cells were cultured at 37°C in an incubator with 5% CO2 at an agitation speed of 100 rpm.
  • the amount of culture solution was 30 mL, and the cells were seeded so that the cell density at the start of the culture was 1 x 105 cells/mL, and the culture was started.
  • the medium used at the time of seeding was StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 10 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M.
  • the day when the culture was started was considered as culture day 0, and the medium was completely replaced on the first and second days of culture.
  • the medium after the replacement was StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Ltd.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 7.7 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M on the first day of culture, and StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Ltd.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 3.6 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M on the second day of culture.
  • the cell aggregates were collected, treated with TrypLE SELECT (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and single-celled by pipetting.
  • Comparative Example 2 Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04 using PKC ⁇ inhibitor and WNT inhibitor at gradually decreasing concentrations
  • the cells recovered in Production Example 2 were used for suspension culture, the cells were cultured in the same manner as in Comparative Example 1, except that StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 7.7 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 11.8 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 0.59 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the first day of culture, and StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 3.6 ⁇ M, IWR-1-endo at a final concentration of 2.9 ⁇ M, and LY-333531 at a final concentration of 0.15 ⁇ M
  • Example 1 Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04
  • the cells were cultured in the same manner as in Comparative Example 1, except that StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 7.7 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the first day of culture, and StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 3.6 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the second day of culture.
  • StemFit registered trademark
  • AK02N Ajinomoto Co., Inc.
  • Example 2 Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04 using a PKC ⁇ inhibitor
  • the cells recovered in Production Example 2 were used for suspension culture, the cells were cultured in the same manner as in Comparative Example 1, except that StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 7.7 ⁇ M and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the first day of culture, and StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 3.6 ⁇ M and LY-333531 at a final concentration of 1 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the second day of culture.
  • StemFit registered trademark
  • AK02N Ajinomoto Co., Inc.
  • Example 3 Suspension culture of human iPS cell line Ff-I14s04 using WNT inhibitor
  • the cells were cultured in the same manner as in Comparative Example 1, except that StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 7.7 ⁇ M and IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the first day of culture, and StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 3.6 ⁇ M and IWR-1-endo at a final concentration of 20 ⁇ M was used as the medium used for medium replacement on the second day of culture.
  • StemFit registered trademark
  • AK02N Ajinomoto Co., Inc.
  • Comparative Example 3 Induction of mesendoderm differentiation of human iPS cells cultured in suspension using a PKC ⁇ inhibitor and a WNT inhibitor
  • the cells collected in Comparative Example 1 were seeded in suspension culture for mesendoderm differentiation induction.
  • a 6-well plate (Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was used as the culture vessel, and the cells were cultured at a rotation speed of 90 rpm in an incubator at 37°C and 5% CO2 .
  • the amount of culture solution was 4 mL/well, and the cells were seeded so that the cell density at the start of culture was 1 x 10 5 cells/mL, and culture was started.
  • the medium used at the time of seeding was StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Ltd.) (only solution A and solution B) supplemented with Y-27632 at a final concentration of 10 ⁇ M and BMP4 at a final concentration of 2 ng/mL.
  • the day when the culture was started was designated as culture day 0.
  • the medium was replaced with StemFit (registered trademark) AK02N (Ajinomoto Co., Inc.) (solutions A and B only) supplemented with Activin A at a final concentration of 12 ng/mL, BMP4 at a final concentration of 10 ng/mL, and bFGF at a final concentration of 10 ng/mL.
  • Comparative Example 4 Induction of mesendoderm differentiation of human iPS cells cultured in suspension using gradually decreasing amounts of PKC ⁇ inhibitor and WNT inhibitor
  • the cells collected in Comparative Example 2 were cultured in the same manner as in Comparative Example 3, and induced to differentiate into mesendoderm.
  • Example 4 Induction of mesendoderm differentiation of suspension-cultured human iPS cells
  • the cells collected in Example 1 were cultured in the same manner as in Comparative Example 3, and induced to differentiate into mesendoderm.
  • Example 5 Induction of mesendoderm differentiation of suspension-cultured human iPS cells using a PKC ⁇ inhibitor The cells collected in Example 2 were cultured in the same manner as in Comparative Example 3, and induced to differentiate into mesendoderm.
  • Example 6 Induction of mesendoderm differentiation of suspension-cultured human iPS cells using a WNT inhibitor
  • the cells collected in Example 3 were cultured in the same manner as in Comparative Example 3 and induced to differentiate into mesendoderm.
  • RNA was separated, and 2 ⁇ L of ReverTra Ace (registered trademark) qPCR RT Master mix (Toyobo Co., Ltd.) and RNase Free dH 2 O were added to prepare 10 ⁇ L, and cDNA synthesis was performed using a SimpleAmp Thermal Cycler (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).
  • the reaction conditions for cDNA synthesis were 15 minutes at 37 ° C, followed by 5 minutes at 50 ° C, and 5 minutes at 98 ° C, and then cooled to 4 ° C.
  • the synthesized cDNA solution was diluted 100 times with 10 mM Tris-HCl pH 8.0 (Nacalai Tesque Co., Ltd.) and added to a 384-well PCR plate (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) at 5 ⁇ L / well.
  • KOD SYBR (registered trademark) qPCR Mix (Toyobo Co., Ltd.) forward primer prepared at 50 ⁇ M, reverse primer prepared at 50 ⁇ M, and DEPC-treated water (Nacalai Tesque Co., Ltd.) were mixed in a ratio of 100: 1: 1: 48, and this mixture was added to the 384-well PCR plate at 15 ⁇ L / well and mixed.
  • the 384-well PCR plate was centrifuged to remove air bubbles in the wells, and quantitative real-time PCR analysis was performed using QuantStudio 7 Flex Real-Time PCR System (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.). The reaction conditions are shown in Table 1.
  • ACTB (Forward): 5'-CCTCATGAAGATCCTCACCGA-3' (SEQ ID NO: 1)
  • ACTB (Reverse): 5'-TTGCCAATGGTGATGACCTGG-3' (SEQ ID NO: 2)
  • OCT4 (Forward): 5'-AGTGGGTGGAGGAAGCTGACAAC-3' (SEQ ID NO: 3)
  • OCT4 (Reverse): 5'-TCGTTGTGCATAGTCGCTGCTTG-3' (SEQ ID NO: 4)
  • SOX2 (Forward): 5'-CACCAATCCCATCCACACTCAC-3' (SEQ ID NO: 5)
  • SOX2 (Reverse): 5'-GCAAAGCTCCTACCGTACCAC-3' (SEQ ID NO: 6)
  • NANOG (Forward): 5'-AGCCTCCAGCAGATGCAAGAACTC-3' (SEQ ID NO: 7)
  • NANOG (Reverse): 5'-TT): 5'-AGCC
  • Evaluation Example 2 Quantitative Real-Time PCR Analysis
  • undifferentiation markers and differentiation markers were measured by quantitative real-time PCR analysis for cells after differentiation induction into mesoderm. That is, quantitative real-time PCR analysis was performed in the same manner as in Evaluation Example 1 using cells on the second day of culture in Comparative Examples 3 and 4 and Examples 4, 5, and 6.
  • NANOG was measured as an undifferentiation marker
  • TBX3 and MESP1 were measured as mesoderm differentiation markers.
  • ACTB (Forward): 5'-CCTCATGAAGATCCTCACCGA-3' (SEQ ID NO: 1)
  • ACTB (Reverse): 5'-TTGCCAATGGTGATGACCTGG-3' (SEQ ID NO: 2)
  • NANOG (Forward): 5'-AGCCTCCAGCAGATGCAAGAACTC-3' (SEQ ID NO: 7)
  • NANOG (Reverse): 5'-TTGCTCCACATTGGAAGGTTCCCCA-3' (SEQ ID NO: 8)
  • TBX3 (Forward): 5'-TACCAAGTCGGGGAAGGCGAA-3' (SEQ ID NO: 15)
  • TBX3 (Reverse): 5'-GGGCTGTCCGGGTGAATGTA-3' (SEQ ID NO: 16)
  • MESP1 (Forward): 5'-AGCCCAAGTGACAAGGGACAACT-3' (SEQ ID NO: 17)
  • MESP1 (Reverse): 5'-AGCCCAAGTGACA

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

三胚葉全ての方向への自発的分化を抑制しながらも、分化効率が向上した多能性幹細胞を製造する。多能性幹細胞をPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含む液体培地にて浮遊培養した後、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない液体培地にて浮遊培養する。

Description

多能性幹細胞の製造方法及び多能性幹細胞に対する分化誘導方法
 本発明は、浮遊培養による多能性幹細胞の製造方法及び当該製造方法により得られた多能性幹細胞に対する分化誘導方法に関する。
 ES細胞やiPS細胞等の多能性幹細胞は、無限に増殖できる能力と様々な体細胞に分化する能力を有している。多能性幹細胞から分化誘導させた体細胞を移植する治療法の実用化は、難治性疾患や生活習慣病に対する治療法を根本的に変革できる可能性がある。例えば、多能性幹細胞から、神経細胞をはじめとして、心筋細胞、血液細胞、及び網膜細胞等の多種多様な体細胞に試験管レベルで分化誘導する技術が既に開発されている。
 一方で、多能性幹細胞を用いた再生医療は、実用化に向けて課題が残されており、その課題の一つは、多能性幹細胞そのものの生産性である。例えば、肝臓の再生には約2×1011個の細胞が必要と言われている。多能性幹細胞の培養方法は、平坦な培養基板(プレート)上に細胞接着させて培養する接着培養と、液体培地中に細胞を浮遊させて培養する浮遊培養に大別される。接着培養により前記個数の細胞を培養するには10cm以上の培養基板(プレート)が必要であり、これは一般的な10cmディッシュで約20,000枚分に相当する。このように、培養基板(プレート)表面上での接着培養では得られる細胞数が培養面積に依存するため、スケールアップに膨大な面積が必要となり、再生医療に必要な量の細胞を供給することは困難である。一方、浮遊培養では液体培地中で細胞を浮遊させながら培養することから、得られる細胞数は培地体積に依存するため、浮遊培養はスケールアップが比較的現実的であり、細胞の大量生産に適していると考えられている。例えば、非特許文献1には、浮遊培養の細胞培養容器としてスピナーフラスコを用い、液体培地を撹拌しながら多能性幹細胞を浮遊培養する方法が開示されている。
 また、前記再生医療の実用化に向けた別の課題としては、目的とする体細胞の生産性も挙げられる。目的体細胞を効率的に生産するための取り組みとして、質の良い多能性幹細胞を培養することで分化誘導効率を向上させる取り組みが挙げられ、その方法は種々報告されている。例えば、非特許文献2には、多能性幹細胞の接着培養において、プロテインキナーゼC(PKC)阻害剤を培地中に添加することで、多能性幹細胞の自発的分化を抑制する方法が開示されている。また、非特許文献3には、多能性幹細胞の接着培養において、タンキレース(TNKS)阻害剤を培地中に添加することで、多能性幹細胞の自発的分化を抑制する方法が開示されている。
 さらに、特許文献1には、多能性幹細胞の浮遊培養において、PKCβ阻害剤と、WNT阻害剤であるTNKS阻害剤とを共存させることで、三胚葉全ての方向への自発的分化を抑制して、多能性幹細胞の未分化状態を維持する方法が開示されている。
Olmer R.et al.,Tissue Engineering:Part C,Volume 18(10):772-784(2012) M.Kinehara et al.,PLoS One.2013;8(1):e54122 T.Sumi et al.,PLoS One.2013;8(5):e63378
WO2021/162090
 上述のように、多能性幹細胞をPKCβ阻害剤とWNT阻害剤を含む培地で浮遊培養することで三胚葉全ての方向への自発的分化を抑制する技術は開発された。しかしながら、当該技術を適用して得られた多能性幹細胞を目的とする細胞へ分化させる際、PKCβ阻害剤とWNT阻害剤のいずれも含有しない培地で浮遊培養した多能性幹細胞と比較すると分化効率が低下するといった問題があった。
 そこで、本発明は、三胚葉全ての方向への自発的分化を抑制しながらも、分化効率を高く維持した多能性幹細胞を製造すること、及び得られた多能性幹細胞を使用することで優れた分化効率で分化誘導することを目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、多能性幹細胞の未分化状態を維持するためPKCβ阻害剤とWNT阻害剤を含む培地で浮遊培養する工程は維持しつつ、分化誘導のための培養に際して分化効率を改善する上記浮遊培養における培養条件を見いだし、本発明を完成するに至った。
 本発明は以下を包含する。
 (1)多能性幹細胞をPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含む第1の液体培地にて浮遊培養する工程と、
 その後、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地にて浮遊培養する工程と
 を含む多能性幹細胞の製造方法。
 (2)上記第2の液体培地は、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤のいずれか一方を実質的に含まず、他方を含むことを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (3)上記第1の液体培地から上記第2の液体培地に培地交換する工程を含むことを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (4)上記第2の液体培地に含まれるWNT阻害剤の濃度が90nM未満であることを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (5)上記第2の液体培地に含まれるPKCβ阻害剤の濃度が25nM未満であることを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (6)上記第1の液体培地に含まれるWNT阻害剤の濃度が90nM以上40μM以下であり、PKCβ阻害剤の濃度が25nM以上15μM以下であることを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (7)上記第2の液体培地で浮遊培養する工程により、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、SOX2が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上である細胞集団を製造することを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (8)上記第2の液体培地はPKCβ阻害剤を含み、且つWNT阻害剤を実質的に含まない培地であって、上記第2の液体培地で浮遊培養する工程により中内胚葉系細胞への分化に適した多能性幹細胞を製造することを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (9)上記第2の液体培地はWNT阻害剤を含み、且つPKCβ阻害剤を実質的に含まない培地であって、上記第2の液体培地で浮遊培養する工程により外胚葉系細胞への分化に適した多能性幹細胞を製造することを特徴とする(1)記載の製造方法。
 (10)上記(1)~(9)のいずれかに記載の製造方法により製造された多能性幹細胞を分化誘導用の培地にて培養する工程を含む、多能性幹細胞に対する分化誘導方法。
 本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2022-179472の開示内容を包含する。
 本発明に係る多能性幹細胞の製造方法によれば、浮遊培養により多能性幹細胞集団を製造するに際して、未分化状態を維持し、優れた分化効率を示す多能性幹細胞を得ることができる。
 また、本発明に係る多能性幹細胞に対する分化誘導方法によれば、未分化状態を維持した多能性幹細胞に対して優れた分化効率を達成することができる。
比較例1、2、実施例1、2及び3で浮遊培養した細胞について、定量的リアルタイムPCRにより測定した未分化マーカー(OCT4、NANOG及びSOX2)の発現量及び分化マーカー(TBXT、SOX17及びPAX6)の発現量を示す特性図である。 比較例3、4、実施例4、5及び6で分化誘導処理した細胞について、定量的リアルタイムPCRにより測定した分化マーカー(TBX3及びMESP1)の発現量及び未分化マーカー(NANOG)の発現量を示す特性図である。
1.多能性幹細胞の製造方法
1-1.概要
 本発明に係る多能性幹細胞の製造方法は、プロテインキナーゼCβ(PKCβ)阻害剤及びWNT阻害剤の存在下に多能性幹細胞を浮遊培養した後に、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない培地にて浮遊培養することで、未分化状態を維持し、且つ分化効率に優れた多能性幹細胞や多能性幹細胞集団を得ることに特徴がある。したがって、本発明に係る多能性幹細胞の製造方法により得られた多能性幹細胞を使用することにより、効率よく分化誘導することができる。
1-2.用語の定義
 本明細書で使用する以下の用語について定義する。
≪細胞≫
 本明細書において発明の対象となる「多能性幹細胞」とは、生体を構成する全ての種類の細胞に分化することができる多分化能(多能性)を有し、適切な条件下のインビトロ(in vitro)での培養において多能性を維持したまま無限に増殖を続けることができる細胞をいう。より具体的には、多能性とは、個体を構成する胚葉(脊椎動物では外胚葉、中胚葉及び内胚葉の三胚葉、若しくは、中内胚葉(Mesendoderm)と呼ばれる内胚葉と中胚葉の共通の前駆細胞)に分化できる能力を意味する。このような細胞としては、例えば、胚性幹細胞(ES細胞:embryonic stem cell)、胚性生殖幹細胞(EG細胞:embryonic germ cell)、生殖系幹細胞(GS細胞:germline stem cell)、そして人工多能性幹細胞(iPS細胞:induced pluripotent stem cells)等が挙げられる。「ES細胞」とは、初期胚より調製された多能性幹細胞である。「EG細胞」とは、胎児の始原生殖細胞より調製された多能性幹細胞である(Shamblott M.J.et al.,1998,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,95:13726-13731)。「GS細胞」とは、細胞精巣より調製された多能性幹細胞である(Conrad S.,2008,Nature,456:344-349)。また、「iPS細胞」とは、分化済みの体細胞に少数の初期化因子をコードする遺伝子を導入することによって体細胞を未分化状態にするリプログラミングされた多能性幹細胞をいう。
 本明細書における多能性幹細胞は、多細胞生物に由来する細胞であればよい。好ましくは動物由来細胞、より好ましくは哺乳動物由来細胞である。例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類、イヌ、ネコ、ウサギ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ等の家畜又は愛玩動物、そしてヒト、アカゲザル、ゴリラ、チンパンジー等の霊長類が挙げられる。特に好ましくは、ヒト由来細胞である。
 本明細書で使用する多能性幹細胞は、ナイーブ型多能性幹細胞及びプライム型多能性幹細胞を含む。ナイーブ型多能性幹細胞は着床前の内部細胞塊でみられる多能性に近い状態であり、プライム型多能性幹細胞は着床後のエピブラスト内でみられる多能性に近い状態と定義される。プライム型多能性幹細胞は、ナイーブ型多能性幹細胞と比較して、キメラ形成能が低く、X染色体の転写活性が一本のみであり、転写抑制ヒストン修飾が高レベルであるといった特徴がある。また、プライム型多能性幹細胞におけるマーカー遺伝子はOTX2であり、ナイーブ型多能性幹細胞のマーカー遺伝子はREX1、KLFファミリーである。さらに、プライム型多能性幹細胞のコロニー形成は扁平であり、ナイーブ型多能性幹細胞のコロニー形成はドーム状である。本明細書で使用する多能性幹細胞は、特にプライム型多能性幹細胞を用いることが好ましい。
 本明細書で使用する多能性幹細胞は、市販の細胞又は分譲を受けた細胞を用いてもよいし、新たに作製した細胞を用いてもよい。なお、限定はしないが、本明細書の各発明に用いる場合、多能性幹細胞は、iPS細胞又はES細胞が好ましい。
 本明細書で使用するiPS細胞が市販品の場合、限定はしないが、例えば253G1株、253G4株、201B6株、201B7株、409B2株、454E2株、606A1株、610B1株、648A1株、HiPS-RIKEN-1A株、HiPS-RIKEN-2A株、HiPS-RIKEN-12A株、Nips-B2株、TkDN4-M株、TkDA3-1株、TkDA3-2株、TkDA3-4株、TkDA3-5株、TkDA3-9株、TkDA3-20株、hiPSC38-2株、MSC-iPSC1株、BJ-iPSC1株、RPChiPS771-2、WTC-11株、1231A3株、1383D2株、1383D6株、1210B2株、1201C1株、1205B2株等を使用することができる。
 また、本明細書で使用するiPS細胞が臨床用株の場合、限定はしないが、例えばQHJI01s01株、QHJI01s04株、QHJI14s03株、QHJI14s04株、Ff-l14s03株、Ff-l14s04株、YZWI株等を使用することができる。
 また、本明細書で使用するiPS細胞が新たに作製された細胞の場合、導入される初期化因子の遺伝子の組み合わせは、限定はしないが、例えばOCT3/4遺伝子、KLF4遺伝子、SOX2遺伝子及びc-Myc遺伝子の組み合わせ(Yu J,et al.2007,Science,318:1917-20.)、OCT3/4遺伝子、SOX2遺伝子、LIN28遺伝子及びNANOG遺伝子の組み合わせ(Takahashi K,et al.2007,Cell,131:861‐72.)を使用することができる。これらの遺伝子の細胞への導入形態は特に限定されないが、例えば、プラスミドを用いた遺伝子導入、合成RNAの導入であってもよいし、タンパク質として導入してもよい。また、microRNAやRNA、低分子化合物等を用いた方法で作製されたiPS細胞を用いてもよく、新たに作製された臨床グレードのiPS細胞を用いてもよい。
 本明細書で使用するES細胞が市販品の場合、限定はしないが、例えばKhES-1株、KhES-2株、KhES-3株、KhES-4株、KhES-5株、SEES1株、SEES2株、SEES3株、SEES-4株、SEES-5株、SEES-6株、SEES-7株、HUES8株、CyT49株、H1株、H9株、HS-181株等を使用することができる。
 多能性幹細胞マーカー(未分化マーカーとも称する)は、多能性幹細胞で特異的に又は過剰に発現している遺伝子マーカーで、例えば、Alkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等が例示できる。
 多能性幹細胞マーカーは、当該技術分野において任意の検出方法により検出することができる。細胞マーカーを検出する方法としては、限定はしないが、例えばフローサイトメトリーが挙げられる。フローサイトメトリーにおいて、検出試薬として蛍光標識抗体を用いる場合、ネガティブコントロール(アイソタイプコントロール、又はFMOコントロール)と比較してより強い蛍光を発する細胞が検出されたときに、当該細胞は当該マーカーについて「陽性」と判定される。フローサイトメトリーによって解析した蛍光標識抗体について陽性を呈する細胞の比率は、「陽性率」と記載されることがある。また、蛍光標識抗体は、当該技術分野において公知の任意の抗体を使用することができ、例えば、イソチオシアン酸フルオレセイン(FITC)、フィコエリスリン(PE)、アロフィコシアニン(APC)等により標識された抗体が挙げられるが、これらに限定されない。
≪培養及び培地≫
 「浮遊培養」とは、細胞培養方法の一つで、培地中で細胞を浮遊状態で増殖させることをいう。本明細書において「浮遊状態」とは、培養液中で細胞が培養容器等に対して固定されていない、非接着の状態をいう。また、例えば、マイクロキャリアに細胞を付着させ培養液中で浮遊させた状態で培養する培養法は、細胞がマイクロキャリアに接着してはいるが、マイクロキャリアを含む細胞塊としては培養容器に接着することなく浮遊しており、浮遊培養と見なすことができる。「浮遊培養法」は、細胞を浮遊培養する方法であって、この方法での細胞は、一般的に、培養開始においては主に単細胞化された状態で存在し、培養が進むにつれて培養液中で凝集した細胞塊で存在する。浮遊培養法に対する他の培養方法として、接着培養法がある。「接着培養法」は、細胞を接着培養する方法である。「接着培養」とは、細胞を培養容器等の外部マトリクス等に接着させて、増殖させることをいう。このとき、細胞が接着している外部マトリクス等は培養液中に浮遊していないものである。なお、前述の接着性細胞は、通常、接着培養のみならず、浮遊培養での培養も可能である。本発明で行う浮遊培養法としては、好ましくはマイクロキャリアを使用しない浮遊培養法である。
 本明細書において、第1の液体培地及び第2の液体培地という用語を使用するが、第1の液体培地及び第2の液体培地は、前者がPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含む液体培地であり、後者がPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない液体培地を意味する。なお、第2の液体培地は、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の一方を実質的に含まなければ良く、両方を実質的に含まなくても良い。
 本明細書において「培地」とは、細胞を培養するために調製された液状又は固形状の物質をいう。原則として、細胞の増殖及び/又は維持に不可欠の成分を必要最小限以上含有する。本明細書の培地は、特に断りがない限り、動物由来細胞の培養に使用する動物細胞用の液体培地が該当する。
 本明細書において「基礎培地」とは、様々な動物細胞用培地の基礎となる培地をいう。単体でも培養は可能であり、また様々な培養添加物を加えて、目的に応じた各種細胞に特異的な培地に調製することもできる。本明細書で使用する基礎培地としては、BME培地、BGJb培地、CMRL1066培地、Glasgow MEM培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地(Iscove’S Modified Dulbecco’S Medium)、Medium 199培地、Eagle MEM培地、αMEM培地、DMEM培地(Dulbecco’S Modified Eagle’S Medium)、ハムF10培地、ハムF12培地、RPMI 1640培地、Fischer’S培地、及びこれらの混合培地(例えば、DMEM/F12培地(Dulbecco’S Modified Eagle’S Medium/Nutrient MixtureF-12 Ham))等の培地を使用することができるが、特に限定されない。DMEM/F12培地としては、特に、DMEM培地とハムF12培地の重量比を好ましくは60/40以上40/60以下の範囲、例えば58/42、55/45、52/48、50/50、48/52、45/55、又は42/58等で混合した培地を用いる。その他、ヒトiPS細胞やヒトES細胞の培養に使用されている培地も好適に使用することができる。
 本発明で用いる培地は、好ましくは血清を含まない培地、すなわち無血清培地である。
 本明細書において「培養添加物」とは、培養目的で培地に添加される血清以外の物質である。培養添加物の具体例として、限定はしないが、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン、炭酸水素ナトリウム、増殖因子、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、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、抗生剤等が挙げられる。インスリン、トランスフェリン、及びサイトカインは、動物(好ましくは、ヒト、マウス、ラット、ウシ、ウマ、ヤギ等)の組織又は血清等から分離した天然由来のものであってもよいし、遺伝子工学的に作製した組換えタンパク質であってもよい。また、増殖因子は、限定するものではないが、例えば、FGF2(Basic fibroblast growth factor-2)、TGF-β1(Transforming growth factor-β1)、Activin A、IGF-1、MCP-1、IL-6、PAI、PEDF、IGFBP-2、LIF、及びIGFBP-7を使用することができる。抗生剤は、限定するものではないが、例えば、ペニシリン、ストレプトマイシン、アンホテリシンB等を使用することができる。本発明で用いる培地の培養添加物として、特に好ましい増殖因子は、FGF2及び/又はTGF-β1である。
 また、培地には、ROCK阻害剤を含有することが好ましい。ROCK阻害剤としては、Y-27632が挙げられる。ROCK阻害剤を培地に含有することで、多能性幹細胞の浮遊培養における細胞死を大幅に抑制することができ、また、細胞塊の強度を増大させ、物理的ダメージへの耐性を向上させることができる。例えば、培地中のROCK阻害剤の濃度は、下限を1μM、2μM、3μM、5μM、7μM、又は10μMとすることができ、上限を50μM、40μM、30μM、20μM、又は10μMとすることができる。
 さらに、培地は、特にプライム型多能性幹細胞を培養対象とする場合、LIFを含まない組成とすることが好ましい。さらに、プライム型多能性幹細胞を培養対象とする場合、GSK3阻害剤及びMEK/ERK阻害剤のいずれか一方、好ましくは両方を含まない培地組成とすることが好ましい。これらLIF、GSK3阻害剤、及びMEK/ERK阻害剤を含まない培地であれば、プライム型多能性幹細胞をナイーブ化することなく、且つ未分化状態を維持して培養することができる。
 本発明で用いる培地は、前記培養添加物を1種以上含むことができる。前記培養添加物を添加する培地としては、限定はしないが、前記基礎培地が一般的である。
 培養添加物は、溶液、誘導体、塩又は混合試薬等の形態で培地に添加することができる。例えば、L-アスコルビン酸は、2-リン酸アスコルビン酸マグネシウム等の誘導体の形態で培地に添加してもよく、セレンは亜セレン酸塩(亜セレン酸ナトリウム等)の形態で培地に添加してもよい。また、インスリン、トランスフェリン、及びセレンに関しては、ITS試薬(インスリン-トランスフェリン-セレン)の形態で培地に添加することもできる。また、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウムから選択される少なくとも1つが添加された市販の培地を使用することもできる。インスリン及びトランスフェリンを添加した市販の培地としては、CHO-S-SFM II(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、Hybridoma-SFM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、eRDF Dry Powdered Media(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、UltraCULTURETM(BioWhittaker社)、UltraDOMATM(BioWhittaker社)、UltraCHOTM(BioWhittaker社)、UltraMDCKTM(BioWhittaker社)、STEMPRO(登録商標)hESC SFM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、Essential8TM(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、StemFit(登録商標)AK02N(味の素社)、mTeSR1(Veritas社)、TeSR2(Veritas社)、ReproMed(リプロセル社)、及びStemScale(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)等が挙げられる。
 なお、本発明で用いる培地として最も好ましいものは、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン及び炭酸水素ナトリウム、並びに、少なくとも1つの増殖因子を含む無血清培地である。特に好ましくは、L-アスコルビン酸、インスリン、トランスフェリン、セレン、及び炭酸水素ナトリウム、並びに、少なくとも1つの増殖因子(好ましくはFGF2及びTGF-β1)を含み、血清を含まないDMEM/F12培地である。
≪PKCβ阻害剤≫
 本明細書において「プロテインキナーゼCβ(PKCβ)阻害剤」とは、PKCβの活性を阻害又は抑制する物質を意味する。プロテインキナーゼは、C末端側の触媒領域及びN末端側の調節領域を有している。触媒領域は、基質タンパク質上のリン酸化残基を認識する配列と、ATP/Mg2+結合する配列とから構成される。調節領域はC1ドメインとC2ドメインから構成される。
 PKCには、在来型(Conventional)アイソザイムとしてPKCα、PKCβI、PKCβII及びPKCγがある。また、PKCには、新型(Novel)アイソザイムとしてPKCδ、PKCε、PKCθ及びPKCηがあり、非典型(Atypical)アイソザイムとしてPKCζ、PKCλ及びPKCμがある。
 本明細書において、PKCβという場合、これらPKCβI及びPKCβIIの両者を含む場合、若しくは、PKCβI及びPKCβIIのうち一方を含む場合を意味する。また、本明細書においてPKCβ阻害剤という場合、これら従来型、新型及び非典型アイソザイムのうち、少なくともPKCβI及び/又はPKCβIIを阻害する物質を意味する。すなわち、PKCβ阻害剤は、PKCβIの活性のみを阻害又は抑制する物質、PKCβIIの活性のみを阻害又は抑制する物質、及びPKCβI及びPKCβIIの活性を阻害又は抑制する物質を含む意味である。
 なお、PKCβ阻害剤は、PKCβの活性のみを特異的に阻害又は抑制する物質でもよいが、PKCβI又はPKCβII以外に他のアイソザイムの活性を阻害又は抑制する物質であってもよい。例えば、PKCβ阻害剤は、PKCβI及びPKCβIIを含む、前述した全ての従来型、新型及び非典型アイソザイムの活性を阻害又は抑制する物質でもよい。また、PKCβ阻害剤は、PKCβI及びPKCβIIの他に従来型アイソザイムであるPKCα及びPKCγの活性を阻害又は抑制する物質であっても良い。さらに、PKCβ阻害剤は、PKCβI及びPKCβIIの他に新型アイソザイムであるPKCδ、PKCε、PKCθ及びPKCηの活性を阻害又は抑制する物質であっても良い。
 上記のPKCβ阻害剤としては、PKCβに対して直接又は間接的に作用する化合物、PKCβをコードする遺伝子に対するアンチセンス核酸、RNA干渉誘導性核酸(例えば、siRNA)、ドミナントネガティブ変異体、及びそれらの発現ベクターが挙げられる。
 一例として、PKCβ阻害剤は、下記構造式[式I]を有する化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
で表される化合物又はその塩。
 式Iにおいて、
 Rは水素原子または炭素数1~3のアルコキシ基(好ましくはメトキシ基)であり、 Rは、水素原子、炭素数1~3のアルキル基(好ましくはメチル基)、又は、-N(Rにより置換された炭素数1~3のアルキル基(好ましくは-(CH-N(CH)であり、
 Rは独立にエチル基又はメチル基(好ましくはメチル基)であり、
 Rは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

又は
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
で表される基であり、
 Rは、水素原子、-S-C(=NH)(-NH)により置換された炭素数2~4のアルキル基(好ましくは-(CH-S-C(=NH)(-NH))、又は
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
で表される基であり、
 或いは、RとRとが一体となって下記の二価基
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
を形成していてもよく、ここで、#はRの結合位置への結合を指し、##はRの結合位置への結合を指し、
 前記二価基に含まれる不斉炭素の立体配置は特に限定されないが、好ましくは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
であり、
 Rは、-N(Rにより置換された炭素数1~3のアルキル基(好ましくは-(CH)-N(CH)であり、
 Rは独立にエチル基又はメチル基(好ましくはメチル基)である。
 式Iで表される化合物の塩としては塩酸塩又は硫酸塩が例示できる。
 上記構造式[式I]を有するPKCβ阻害剤としては、具体的に、Go6983、GF109203X、LY-333531、Enzastaurin、Sotrastaurin、Ro-31-8220-mesylate、Ro-32-0432-hydrochloride、Go6976、Rottlerin、Midostaurin、Daphnetin、Dequalinium Chloride、Baicalein、Quercetin、Luteolin、Bisindolylmaleimide II、Calphostin C、Chelerythrine chloride、L-threo Dihydrosphingosine及びMelittinからなる群から選ばれる化合物を挙げることができる。特に、上記構造式を有するPKCβ阻害剤の中でも、Go6983、GF109203X及びLY-333531からなる群から選ばれる化合物を使用することが好ましい。
 Go6983(3-[1-[3-(ジメチルアミノ)プロピル]-5-メトキシ-1H-インドール-3-イル]-4-(1H-インドール-3-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 GF109203X(2-[1-(3-ジメチルアミノプロピル)インドール-3-イル]-3-(インドール-3-イル)マレイミド)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 LY-333531((9S)-[(ジメチルアミノ)メチル]-6,7,10,11-テトラヒドロ-9H,18H-5,21:12,17-ジメテノジベンゾ[e,k]ピロロ[3,4-h][1,4,13]オキサジアザシクロヘキサデシン-18,20(19H)-ジオン、モノヒドロキシクロライド)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 Enzastaurin(3-(1-メチルインドール-3-イル)-4-[1-[1-(ピリジン-2-イルメチル)ピペリジン-4-イル]インドール-3-イル]ピロール-2,5-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 Sotrastaurin(3-(1H-インドール-3-イル)-4-(2-(4-メチルピペラジン-1-イル)キナゾリン-4-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 Ro-31-8220-mesylate(3-[3-[2,5-ジヒドロ-4-(1-メチル-1H-インドール-3-イル)-2,5-ジオキソ-1H-ピロール-3-yl]-1H-インドール-1-イル]プロピルカルバムイミドチオ酸エステルメシラート)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 Ro-32-0432-hydrochloride(3-[(8S)-8-[(ジメチルアミノ)メチル]-6,7,8,9-テトラヒドロピリド[1,2-a]インドール-10-イル]-4-(1-メチル-1H-インドール-3-イル)-1H-ピロール-2,5-ジオン塩酸塩)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
≪WNT阻害剤≫
 本明細書において、「WNTシグナル(WNT)阻害剤」とは、WNTシグナルを阻害、低減させる全ての物質を含む意味である。WNTは、分泌性の細胞間シグナル伝達タンパク質で、細胞内シグナル伝達に関与していることが知られている。WNTが関与するシグナル伝達経路は、細胞の増殖や分化、運動、初期胚発生時の体軸形成や器官形成等を制御している。WNTが関与するシグナル経路には、WNTが細胞に作用することで活性化される、幾つかの異なる細胞内シグナル伝達機構が含まれる。WNTが関与するシグナル経路には、β-カテニンを介して遺伝子発現を制御するβ-カテニン経路、細胞の平面内極性を制御するPCP(planar cell polarity、平面内細胞極性)経路、Ca2+の細胞内動員を促進するCa2+経路等が含まれる。本明細書において、WNT阻害剤は、WNTが関与するシグナル伝達経路に含まれるいずれの経路を阻害するものであってもよい。
 WNT阻害剤としては、分泌型Frizzled関連タンパク質、Dickkopf(DKK)タンパク、スクレロスチン、Cerberus、Kremenなどのタンパク質を挙げることができる。WNT阻害剤の具体例としては、特に限定されないが、IWR-1-endo、IWP-2、IWP-3、WNT-C59、XAV-939、CCT251545、KY1220、iCRT14、iCRT3、LF3、PNU-74654、KYA1797K、Capmatinib(INCB28060)、KY02111、RCM-1、Resibufogenin、MSAB、PRI-724、Tegatrabetan(BC-2059)、JW55、Adavivint(SM04690)、Triptonide、Isoquercitrin、IQ-1、Salinomycin及びFH535を挙げることができる。さらに、WNT阻害剤として、WNT受容体阻害剤、可溶型WNT受容体、WNT抗体、カゼインキナーゼ阻害剤、ドミナントネガティブWNTタンパク質を挙げることができる。
 これらWNT阻害剤の中には、いわゆるタンキレース(TNKS)阻害剤が含まれており、本発明では特に、WNT阻害剤としてTNKS阻害剤を使用することが好ましい。
≪TNKS阻害剤≫
 本明細書において「タンキレース(TNKS)阻害剤」とは、タンキレースの活性を阻害又は抑制する物質を意味する。タンキレース(タンキラーゼと称する場合もある)は、標的タンパク質をポリ(ADP-リボシル)化するポリ(ADP-リボシル)化酵素(PARP)ファミリーに属し、タンキレース1(tankyrase-1/PARP-5a)及びタンキレース2(tankyrase-2/PARP-5b)が知られている。タンキレースについては、テロメア蛋白質TRF1をポリ(ADP-リボシル)化し、これをテロメアから遊離させることにより、テロメラーゼによるテロメア伸長を促進する機能が知られている。
 本明細書において、TNKSという場合、これらタンキレース1及びタンキレース2の両者を含む場合、若しくはタンキレース1及びタンキレース2のうち一方を含む場合を意味する。また、本明細書においてTNKS阻害剤という場合、タンキレース1及び/又はタンキレース2を阻害する物質を意味する。すなわち、TNKS阻害剤は、タンキレース1の活性のみを阻害又は抑制する物質、タンキレース2の活性のみを阻害又は抑制する物質、及びタンキレース1並びにタンキレース2の活性を阻害又は抑制する物質を含む意味である。
 TNKS阻害剤は、TNKSに対して直接又は間接的に作用する化合物、TNKSをコードする遺伝子に対するアンチセンス核酸、RNA干渉誘導性核酸(例えば、siRNA)、ドミナントネガティブ変異体、及びそれらの発現ベクターが挙げられる。
 一例として、TNKS阻害剤としては、IWR-1-endo、XAV939、G007-LK、G244-LM、MSC2504877及びWIKI4からなる群から選ばれる化合物を挙げることができる。特に、TNKS阻害剤の中でも、IWR-1-endo及び/又はXAV939を使用することが好ましい。
 IWR-1-endo(4-(1,3,3a,4,7,7a-ヘキサヒドロ-1,3-ジオキソ-4,7-メタノ-2H-イソインドール-2-イル)-N-8-キノリニル-ベンズアミド)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 XAV939(3,5,7,8-テトラヒドロ-2-[4-(トリフルオロメチル)フェニル]-4H-チオピラノ[4,3-d]ピリミジン-4-オン)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 G007-LK(4-[5-[(1E)-2-[4-(2-クロロフェニル)-5-[5-(メチルスルフォニル)-2-ピリジニル]-4H-1,2,4-チアゾル-3-イル]エテニル]-1,3,4-オキサジアゾ-ル-2-イル]-ベンゾニトリル)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 G244-LM(3,5,7,8-テトラヒドロ-2-[4-[2-(メチルスルフォニル)フェニル]-1-ピペラジニル]-4H-チオピラノ[4,3-d]ピリミジン-4-オン)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 WIKI4(2-[3-[[4-(4-メトキシフェニル)-5-(4-ピリジニル)-4H-1,2,4-チアゾル-3-イル]チオ]プロピル]-1H-ベンゾ[デ]イソキノリン-1,3(2H)-ジオン)の構造式を下記に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
1-3.構成
1-3-1.第1の液体培地
 本発明に係る多能性幹細胞の製造方法にて使用する第1の液体培地は、上記1-2.で定義したPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含有する。なお、当該第1の液体培地は、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を有効成分として含む多能性幹細胞分化抑制剤を使用して調製することもできる。
 ここで、当該第1の液体培地に含まれるPKCβ阻害剤は、1種、又は異なる2種以上の組み合わせであってもよい。
 PKCβ阻害剤の濃度の下限は、特に限定されず、多能性幹細胞に対する分化抑制作用を有する範囲に応じて決定することができる。例えば、PKCβ阻害剤は、第1の液体培地中の終濃度として25nM以上とすることができ、30nM以上とすることができ、50nM以上とすることができ、80nM以上とすることができ、100nM以上とすることができ、150nM以上とすることができ、200nM以上とすることができ、500nM以上とすることができ、700nM以上とすることができる。
 PKCβ阻害剤の濃度の上限は、特に限定されず、多能性幹細胞に対する分化抑制作用を有する範囲や、多能性幹細胞に対して毒性を呈しない範囲、PKCβ阻害剤の溶解度等に応じて決定することができる。例えば、PKCβ阻害剤は、第1の液体培地中の終濃度として15μM以下とすることができ、10μM以下とすることができ、5μM以下とすることができ、3μM以下とすることができ、1μM以下とすることができる。
 一方、第1の液体培地に含まれるWNT阻害剤は、1種、又は異なる2種以上の組み合わせであってもよい。
 WNT阻害剤の濃度の下限は、特に限定されず、多能性幹細胞に対する分化抑制作用を有する範囲に応じて決定することができる。例えば、WNT阻害剤は、第1の液体培地中の終濃度として90nM以上とすることができ、100nM以上とすることができ、150nM以上とすることができ、200nM以上とすることができ、300nM以上とすることができ、400nM以上とすることができ、500nM以上とすることができ、600nM以上とすることができ、700nM以上とすることができ、800nM以上とすることができ、900nM以上とすることができる。
 WNT阻害剤の濃度の上限は、特に限定されず、多能性幹細胞に対する分化抑制作用を有する範囲や、多能性幹細胞に対して毒性を呈しない範囲、WNT阻害剤の溶解度等に応じて決定することができる。例えば、WNT阻害剤は、第1の液体培地中の終濃度として40μM以下とすることができ、35μM以下とすることができ、30μM以下とすることができ、15μM以下とすることができ、10μM以下とすることができ、5μM以下とすることができ、3μM以下とすることができ、1.5μM以下とすることができ、1μM以下とすることができる。
 また、第1の液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度(モル濃度)の比率の下限は、特に限定されないが、例えば167:1以上、111:1以上、56:1以上、33:1以上、11:1以上、7.8:1以上、5.6:1以上、2.2:1以上、1.7:1以上、又は1.1:1以上とすることができる。第1の液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度(モル濃度)の比率の上限は、特に限定されないが、例えば、1:1600以下、1:1400以下、1:1200以下、1:600以下、1:400以下、1:200以下、1:120以下、1:60以下、1:40以下、1:36以下、1:32以下、1:28以下、1:24以下、1:20以下、1:16以下、1:12以下、1:8以下、1:6以下、又は1:4以下とすることができる。第1の液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度(モル濃度)の比率は、特に限定されないが、例えば、167:1以上1:1600以下の範囲とすることができる。また、第1の液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度(モル濃度)の比率は、好ましくは、111:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、56:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、33:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、11:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、7.8:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、5.6:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、2.2:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、1.7:1以上1:1600以下の範囲とすることができ、1.1:1以上1:1600以下の範囲とすることができる。さらに第1の液体培地中のPKCβ阻害剤とWNT阻害剤の含有濃度(モル濃度)の比率は、167:1以上1:1400以下の範囲とすることができ、167:1以上1:1200以下の範囲とすることができ、167:1以上1:600以下の範囲とすることができ、167:1以上1:400以下の範囲とすることができ、167:1以上1:200以下の範囲とすることができ、167:1以上1:120以下の範囲とすることができ、167:1以上1:60以下の範囲とすることができ、167:1以上1:40以下の範囲とすることができ、167:1以上1:36以下の範囲とすることができ、167:1以上1:32以下の範囲とすることができ、167:1以上1:28以下の範囲とすることができ、167:1以上1:24以下の範囲とすることができ、167:1以上1:20以下の範囲とすることができ、167:1以上1:16以下の範囲とすることができ、167:1以上1:12以下の範囲とすることができ、167:1以上1:8以下の範囲とすることができ、167:1以上1:6以下の範囲とすることができ、167:1以上1:4以下の範囲とすることができる。
 また、有効成分であるPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤は、担体と組み合わせて培地に添加することもできる。担体には、溶媒及び/又は賦形剤が含まれる。
 溶媒としては、例えば、水、バッファ(PBSを含む)、生理食塩水、有機溶媒(DMSO、DMF、キシレン、低級アルコール)等が挙げられる。
 賦形剤としては、抗生剤、緩衝剤、増粘剤、着色剤、安定化剤、界面活性剤、乳化剤、防腐剤、保存剤、抗酸化剤等を挙げることができる。抗生剤は、特に限定されないが、例えば、ペニシリン、ストレプトマイシン、アンホテリシンB等を使用することができる。緩衝剤としては、例えば、リン酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液、グリシン緩衝液などが挙げられる。増粘剤としては、例えば、ゼラチン、多糖類などが挙げられる。着色剤としては、例えば、フェノールレッドなどが挙げられる。安定化剤としては、例えば、アルブミン、デキストラン、メチルセルロース、ゼラチンなどが挙げられる。界面活性剤としては、例えば、コレステロール、アルキルグリコシド、アルキルポリグルコシド、アルキルモノグリセリルエーテル、グルコシド、マルトシド、ネオペンチルグリコール系、ポリオキシエチレングリコール系、チオグルコシド、チオマルトシド、ペプチド、サポニン、リン脂質、脂肪酸ソルビタンエステル、脂肪酸ジエタノールアミドなどが挙げられる。乳化剤としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルなどが挙げられる。防腐剤としては、例えば、アミノエチルスルホン酸、安息香酸、安息香酸ナトリウム、エタノール、エデト酸ナトリウム、カンテン、dl-カンフル、クエン酸、クエン酸ナトリウム、サリチル酸、サリチル酸ナトリウム、サリチル酸フェニル、ジブチルヒドロキシトルエン、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、窒素、デヒドロ酢酸、デヒドロ酢酸ナトリウム、2-ナフトール、白糖、ハチミツ、パラオキシ安息香酸イソブチル、パラオキシ安息香酸イソプロピル、パラオキシ安息香酸エチル、パラオキシ安息香酸ブチル、パラオキシ安息香酸プロピル、パラオキシ安息香酸メチル、l-メントール、ユーカリ油などが挙げられる。保存剤としては、例えば、安息香酸、安息香酸ナトリウム、エタノール、エデト酸ナトリウム、乾燥亜硫酸ナトリウム、クエン酸、グリセリン、サリチル酸、サリチル酸ナトリウム、ジブチルヒドロキシトルエン、D-ソルビトール、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸イソブチル、パラオキシ安息香酸イソプロピル、パラオキシ安息香酸エチル、パラオキシ安息香酸ブチル、パラオキシ安息香酸プロピル、パラオキシ安息香酸メチル、プロピレングリコール、リン酸などが挙げられる。抗酸化剤としては、例えば、クエン酸、クエン酸誘導体、ビタミンC及びその誘導体、リコペン、ビタミンA、カロテノイド類、ビタミンB及びその誘導体、フラボノイド類、ポリフェノール類、グルタチオン、セレン、チオ硫酸ナトリウム、ビタミンE及びその誘導体、αリポ酸及びその誘導体、ピクノジェノール、フラバンジェノール、スーパーオキサイドディスムターゼ(SOD)、グルタチオンペルオキシダーゼ、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ、グルタチオン還元酵素、カタラーゼ、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ、及びこれらの混合物などが挙げられる。
 また、第1の液体培地、第2の液体培地は、1種以上の増殖因子を含有してもよい。増殖因子には、例えば、FGF2及びTGF-β1が挙げられる。
1-3-2.第2の液体培地
 本発明に係る多能性幹細胞の製造方法においては、第1の液体培地を用いた培養の後、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない液体培地(第2の液体培地)中で多能性幹細胞を培養する。
 第2の液体培地は、上述の第1の液体培地と比較してPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含有しない点で相違する液体培地である。ここで、本明細書においては、第2の液体培地がPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含有しないという条件は、培地中にPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤が全く含まれないか、培地中のPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤が検出限界以下である場合に限定されず、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤が、多能性幹細胞の分化を抑制する作用を示す濃度未満である場合を含む。
 PKCβ阻害剤が多能性幹細胞の分化を抑制する作用を示す濃度未満とは、多能性幹細胞の種類やその他の培地組成や培養条件によって異なるが、例えば、終濃度として25nM未満である場合も含むと解釈する。言い換えると、第2の液体培地は、PKCβ阻害剤を終濃度として25nM未満、23nM未満、20nM未満、15nM未満、10nM未満、5nM未満又は3nM未満とすることができる。最も好ましくは、第2の液体培地は、PKCβ阻害剤が検出限界以下の場合である。
 WNT阻害剤が多能性幹細胞の分化を抑制する作用を示す濃度未満とは、多能性幹細胞の種類やその他の培地組成や培養条件によって異なるが、例えば、終濃度として90nM未満である場合も含むと解釈する。言い換えると、第2の液体培地は、WNT阻害剤を終濃度として90nM未満、85nM未満、80nM未満、75nM未満、70M未満、65nM未満、60nM未満、55nM未満、50nM未満、45nM未満、40nM未満、35nM未満、30nM未満、25nM未満、20nM未満、15nM未満、10nM未満、5nM未満又は3nM未満とすることができる。最も好ましくは、第2の液体培地は、WNT阻害剤が検出限界以下の場合である。
 なお、第2の液体培地は、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まなければよく、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤のいずれか一方が含まれていてもよい。第2の液体培地は、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤のいずれか一方を含む場合、その濃度は上記1-3-1.第1の液体培地の項目で説明した濃度とすることができる。
 第2の液体培地を用いた浮遊培養は、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含む第1の液体培地を用いた浮遊培養の後の多能性幹細胞を培養するため、多能性幹細胞を播種する段階で第1の液体培地に含まれていたPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を持ち込む可能性がある。しかしながら、多能性幹細胞を播種する際にPKCβ阻害剤やWNT阻害剤が第2の液体培地に持ち込まれたとしても、上述した濃度範囲であれば、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含有しない第2の液体培地にて多能性幹細胞を浮遊培養するという態様となる。
 また、第2の液体培地にて培養する多能性幹細胞の種類や培養条件等によっては、上述したPKCβ阻害剤やWNT阻害剤に限らず、PKCβやWNTシグナルに対する阻害作用を有する物質が培地中に産生される場合がある。この場合であっても、上述した濃度範囲であれば、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含有しない第2の液体培地にて多能性幹細胞を浮遊培養するという態様に含まれる。
1-4.効果
 本発明の多能性幹細胞の製造方法によれば、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地で多能性幹細胞を培養することで、分化誘導に供する多能性幹細胞を製造する。このように第2の液体培地を用いて多能性幹細胞を培養することで、得られた多能性幹細胞の分化効率を向上させることができる。したがって、本発明の多能性幹細胞の製造方法を適用することで、分化効率に優れた多能性幹細胞を取得することができる。
 特に、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の両方を実質的に含まない第2の液体培地で多能性幹細胞を培養することで、外胚葉、中胚葉及び内胚葉のいずれに対しても優れた分化効率を示す多能性幹細胞を製造することができる。また、WNT阻害剤を含み、PKCβ阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地で多能性幹細胞を培養することで、外胚葉に対して優れた分化効率を示す多能性幹細胞を製造することができる。さらに、また、PKCβ阻害剤を含み、WNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地で多能性幹細胞を培養することで、中胚葉及び内胚葉に対して優れた分化効率を示す多能性幹細胞を製造することができる。
2.多能性幹細胞の製造方法の更に詳細な説明
2-1.概要
 以下では、本発明に係る多能性幹細胞の製造方法に含まれる、第1の液体培地を用いて浮遊培養する工程と、その後、第2の液体培地を用いて浮遊培養する工程と、更にその他の任意の工程について説明する。
2-2.方法
 本態様の方法は、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程と、第2の液体培地を用いた浮遊培養工程とを必須の工程として、また、維持培養工程並びに回収工程を任意の選択工程として含む。
2-2-1.第1の液体培地を用いた浮遊培養工程
 第1の液体培地を用いた浮遊培養工程では、容器、担体等の培養基材に接着させながら培養する接着培養若しくは浮遊培養で維持された細胞、細胞集団或いは細胞塊を、未分化状態を維持した状態で細胞を増殖させるために培養する工程である。
(培養容器)
 培養に用いる培養容器は、容器内面への細胞の接着性が低い容器が好ましい。容器内面への細胞の接着性が低い容器としては、例えば、生体適合性がある物質で親水性表面処理されているようなプレートが挙げられる。例えば、NunclonTM Sphera(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)を培養容器として使用できる。
 培養容器の形状は特に限定されないが、例えば、ディッシュ状、フラスコ状、ウェル状、バッグ状、スピナーフラスコ状等の形状の培養容器が挙げられる。
 使用する培養容器の容量は適宜選択することができ、特に限定されないが、培地を収容する部分の底面を平面視したときの面積の下限が、0.32cm以上、0.65cm以上、1.9cm以上、3.0cm以上、3.5cm以上、9.0cm以上、又は9.6cm以上で、上限が、1000cm以下、500cm以下、300cm以下、150cm以下、75cm以下、55cm以下、25cm以下、21cm以下、10cm以下、又は3.5cm以下であることが好ましい。
 また使用する培養容器の容量は、適宜選択することができ、特に限定されないが、第1の液体培地を収容し培養可能な体積の下限が、1mL以上、2mL以上、4mL以上、10mL以上、20mL以上、30mL以上、50mL以上、100mL以上、200mL以上、500mL以上、1L以上、3L以上、5L以上、10L以上、又は20L以上で、上限が、100L以下、50L以下、20L以下、10L以下、5L以下、3L以下、1L以下、500mL以下、200mL以下、100mL以下、50mL以下、又は30mL以下であることが好ましい。
(培養液量)
 第1の液体培地の量は、使用する培養容器によって適宜調整すればよい。特に限定されないが、これらに関して例示する。例えば、12ウェルプレート(平面視でのウェル底面の面積が1ウェルあたり3.5cm)を使用する場合は、1ウェルあたりの量を0.5mL以上、1.5mL以下、好ましくは約1.3mLとすることができる。また、6ウェルプレート(平面視でのウェル底面の面積が1ウェルあたり9.6cm)を使用する場合には、1ウェルあたりの量を下限は1.5mL以上、2mL以上、又は3mL以上とすることができ、また、上限は6mL以下、5mL以下、4mL以下とすることができる。さらに、125mL三角フラスコ(容量が125mLの三角フラスコ)を使用する場合は、容器当たりの量を下限は10mL以上、15mL以上、20mL以上、25mL以上、又は30mL以上とすることができ、また、上限は50mL以下、45mL以下、又は40mL以下とすることができる。また、容量が500mLの三角フラスコを使用する場合は、容器当たりの量を下限は100mL以上、105mL以上、110mL以上、115mL以上、又は120mL以上とすることができ、また上限は150mL以下、145mL以下、140mL以下、135mL以下、130mL以下、又は125mL以下とすることができる。さらに、容量が1000mLの三角フラスコを使用する場合は、容器当たりの量を下限は250mL以上、260mL以上、270mL以上、280mL以上、又は290mL以上とすることができ、また、上限は350mL以下、340mL以下、330mL以下、320mL以下、又は310mL以下とすることができる。さらに、例えば、容量が2Lのディスポーザブル培養バッグを使用する場合は、1バッグ当たりの量を下限は100mL以上、200mL以上、300mL以上、400mL以上、500mL以上、600mL以上、700mL以上、800mL以上、900mL以上、又は1000mL以上とすることができ、上限は2000mL以下、1900mL以下、1800mL以下、1700mL以下、1600mL以下、1500mL以下、1400mL以下、1300mL以下、1200mL以下、又は1100mL以下とすることができる。また、容量が10Lのディスポーザブル培養バッグを使用する場合は、1バッグ当たりの量を下限は500mL以上、1L以上、2L以上、3L以上、4L以上、又は5L以上とすることができ、上限は10L以下、9L以下、8L以下、7L以下、又は6L以下とすることができる。また、容量が1Lのシングルユースリアクターを使用する場合は、1リアクター当たりの量を下限は300mL以上、350mL以上、400mL以上、450mL以上、又は500mL以上とすることができ、上限は1L以下、900mL以下、800mL以下、700mL以下、又は600mL以下とすることができる。また、任意の容量の攪拌翼型リアクターを使用する場合は、各メーカー指定のワーキングボリュームの範囲内とすることができる。
(播種密度)
 浮遊培養に際して、新たな培地に播種する細胞の密度(播種密度)は、培養時間や培養後の細胞状態、培養後に必要な細胞数を勘案して適宜調整することができる。限定はしないが、通常、下限は、例えば、0.01×10cells/mL以上、0.1×10cells/mL以上、1×10cells/mL以上、又は2×10cells/mL以上、そして、上限は、例えば、20×10cells/mL以下、又は10×10cells/mL以下の範囲である。
(培養条件)
 培養温度、時間、CO濃度等の培養条件は特に限定しない。当該分野における常法の範囲で行えばよい。例えば、培養温度は下限が20℃以上、又は35℃以上、そして上限が45℃以下、又は40℃以下であればよく、好ましくは37℃である。また、1継代期間の培養時間は下限が0.5時間以上又は6時間以上、そして上限が9日間以下、7日間以下、120時間以下、96時間以下、72時間以下、又は48時間以下の範囲である。培養時のCO濃度は、下限が0.5%以上、1%以上、2%以上、3%以上、4%以上、又は4.5%以上、そして上限が10%以下、又は5.5%以下であればよく、好ましくは5%である。なお、培養時のCO濃度は一定である必要はなく、培養途中で変更・変化してもよい。また、適当な頻度で培地交換を行うことができる。培地交換の頻度は培養する細胞種によって異なるが、例えば、5日に1回以上、4日に1回以上、3日に1回以上、2日に1回以上、1日に1回以上、又は1日に2回以上で行えばよいが、それらに限定されない。また、灌流方式で常に連続して培地交換を行ってもよい。培地交換は、回収工程と同様の方法で細胞を回収した後、新鮮な培地を添加し、穏やかに細胞塊を分散させた後、再度培養すればよい。灌流方式で培地交換を行う場合は、培養系中に細胞を留めるためにフィルターで細胞と培地を分離し培地交換すればよい。なお、培地交換の頻度や方法等については、上記の頻度や方法には限定されず、適宜最適な方法を採用すればよい。
 また、培養終了のタイミング及び培地交換のタイミングは、例えば、培地中の乳酸濃度に基づいて決定することもできる。乳酸は、培養中に細胞により産生され、培地中に蓄積される。細胞が産生した乳酸、或いは、元から培地中に含まれていた乳酸は、細胞にダメージを与え、その結果、多能性幹細胞の未分化性維持を阻害し、増殖、特に継代後の細胞増殖能を低下させるなどの悪影響を与えることが知られている。そこで、培地中の乳酸濃度に基づいて培養終了のタイミング及び/又は培地交換のタイミングや量を決定することで、乳酸による未分化性維持の阻害作用、乳酸による細胞増殖能の低下作用を回避することができる。
 さらに、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程の終期は、後述する第2の液体培地を用いた浮遊培養工程と併せて設定することもできる。すなわち、後述する第2の液体培地を用いた浮遊培養工程に必要な培養時間を先に設定しておき、培養対象の多能性幹細胞に必要な全体の培養時間から差し引くことで、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程の培養時間を設定することができる。
(培養方法)
 本方法では、浮遊培養、すなわち容器に細胞が接着しない状態で培養するため、第1の液体培地が流動する流動培養が適用される。「流動培養」とは、培地を流動させる条件下で培養することをいう。流動培養の場合、細胞の凝集を促進するように培地を流動させる方法が好ましい。そのような培養方法として、例えば、旋回培養法、揺動培養法、撹拌培養、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
 「旋回培養法」(振盪培養法を含む)とは、旋回流による応力(遠心力、求心力)により細胞が一点に集まるように培地が流動する条件で培養する方法をいう。具体的には、細胞を含む培地を収容した培養容器を概ね水平面に沿って円、楕円、扁平した円、扁平した楕円等の閉じた軌道を描くように旋回させることにより行う。
 旋回速度は、特に限定されないが、下限は、例えば、1rpm以上、10rpm以上、50rpm以上、60rpm以上、70rpm以上、80rpm以上、83rpm以上、85rpm以上、又は90rpm以上とすることができる。一方、上限は、例えば、200rpm以下、150rpm以下、120rpm以下、115rpm以下、110rpm以下、105rpm以下、100rpm以下、95rpm以下、又は90rpm以下とすることができる。旋回培養に使用するシェーカーの振幅は、特に限定されないが、下限は、例えば、1mm以上、10mm以上、又は20mm以上とすることができる。一方、上限は、例えば、200mm以下、100mm以下、50mm以下、又は30mm以下とすることができる。旋回培養の際の回転半径も特に限定されないが、好ましくは振幅が前記の範囲となるように設定される。回転半径の下限は、例えば、5mm以上又は10mm以上であり、上限は、例えば、100mm以下又は50mm以下とすることができる。特に、後述する細胞塊の製造方法等では、旋回条件を前記範囲にすることで、適切なサイズの細胞塊を製造することが容易となるため好ましい。
 「揺動培養法」とは、揺動(ロッキング)撹拌のような直線的な往復運動により培地に揺動流を付与する条件で培養する方法をいう。具体的には、細胞を含む培地を収容した培養容器を概ね水平面に垂直な平面内で揺動させることにより行う。揺動速度は特に限定されないが、例えば、1往復を1回とした場合、下限は1分間に2回以上、4回以上、6回以上、8回以上、又は10回以上、一方、上限は1分間に50回以下、25回以下、20回以下、又は15回以下で揺動すればよい。揺動の際、垂直面に対して若干の角度、すなわち誘導角度を培養容器につけることが好ましい。揺動角度は特に限定されないが、例えば、下限は0.1°以上、2°以上、4°以上、6°以上、又は8°以上、一方、上限は20°以下、18°以下、15°以下、12°以下又は10°以下とすることができる。後述する細胞塊の製造方法等では、揺動条件を前記範囲とすることで、適切なサイズの細胞塊を製造することが容易となるため好ましい。
 さらに、上記旋回と揺動とを組み合わせた運動により撹拌しながら培養することもできる。
 「撹拌培養法」とは、培養容器は静置させたままでスターラ―バーや撹拌翼のような撹拌手段を用いて容器内の培地を撹拌する条件で培養する方法をいう。例えば、撹拌翼の付いたスピナーフラスコ状の培養容器を用いることで撹拌培養を達成し得る。そのような培養容器は市販されており、それらを利用することもできる。市販のスピナーフラスコ状の培養容器であれば、細胞培養組成物の量として、メーカー推奨の量を好適に使用することができる。上記撹拌手段による撹拌速度は特に限定されないが、下限は1rpm以上、10rpm以上、30rpm以上、50rpm以上、又は70rpm以上、90rpm以上、110rpm以上、130rpm以上とすることができる。一方、上限は200rpm以下、又は150rpm以下とすることができる。
 また、「撹拌培養法」においては、培養中の細胞にかかる剪断応力を制御することが好ましい。多能性幹細胞を含む動物細胞は、一般的に、他の細胞と比較して物理的ストレスに弱い場合が多い。そのため、攪拌培養に際して細胞に負荷される剪断応力が大きすぎると、細胞が物理的なダメージを受け、増殖能が低下したり、多能性幹細胞であれば未分化性を維持できなくなったりする場合がある。
 攪拌培養において細胞に負荷される物理的なダメージは、攪拌翼周辺の局所的な剪断応力に影響される場合がある。攪拌翼周辺の局所的な剪断応力は、限定されないが、例えば、翼先端速度(翼径が最も大きな部分での周速)と関係する。翼先端速度は、翼径[m]×円周率×回転数[rps]=翼先端速度[m/s]として求めることができる。
 具体的には、第1の液体培地を用いた浮遊培養においては、翼先端速度が0.23m/s以上といった非常に大きな値であっても、多能性幹細胞の未分化性を維持しながら攪拌培養することができる。
 また、翼先端速度は、必ずしも限定されないが、0.05m/s以上とすることが好ましく、0.08m/s以上とすることが好ましく、0.10m/s以上とすることが好ましく、0.13m/s以上とすることが好ましく、0.17m/s以上とすることが好ましく、0.20m/s以上とすることが好ましく、0.23m/s以上とすることが好ましく、0.25m/s以上とすることが好ましく、0.30m/s以上とすることが好ましい。翼先端速度をこの範囲とすることで、多能性幹細胞の未分化を維持しながら、細胞同士の過凝集を抑制することができる。
 さらに、翼先端速度は、必ずしも限定されないが、1.37m/s以下とすることが好ましく、1.00m/s以下とすることが好ましく、0.84m/s以下とすることが好ましく、0.50m/s以下とすることが好ましく、0.42m/s以下とすることが好ましく、0.34m/s以下とすることが好ましく0.30m/s以下とすることが好ましい。翼先端速度をこの範囲とすることで、多能性幹細胞の未分化を維持しながら、培養系内の培地流動状態を安定化することができる。
 上記の翼先端速度の好ましい範囲は、多能性幹細胞の浮遊培養用に提供されているABLE社のシングルユースリアクターにも適用することができる。また攪拌培養において、特に限定するものではないが、培養スケールを変更する際はPv一定の式を用いて攪拌翼の回転数を決定すれば良い。Pvとは単位体積当たりの攪拌所要動力のことであり、Pvを同じにすることで異なるスケール間で同様に攪拌培養することができる。Pv一定の式は、単位時間当たりの回転数[rpm、又は、rps]×(翼径[m])2/3=定数と表すことができる。
 本工程で細胞の数をどこまで増やすか、また細胞の状態をどこに合わせるかについては、培養する細胞の種類、細胞凝集の目的、培地の種類や培養条件に応じて適宜定めればよい。
2-2-2.第2の液体培地を用いた浮遊培養工程
 第2の液体培地を用いた浮遊培養工程は、本発明に係る多能性幹細胞の製造方法において、上述した第1の液体培地を用いた浮遊培養工程の後の工程であって、分化誘導処理に供する、未分化状態を維持した多能性幹細胞を得るための工程である。本項では、第2の液体培地を用いた浮遊培養工程を説明するが、第2の液体培地を使用する以外は、基本的に前述の「2-2-1.第1の液体培地を用いた浮遊培養工程」に記載の培養方法に準ずる。したがって、ここでは上述した「2-2-1.第1の液体培地を用いた浮遊培養工程」と共通する説明については省略し、第2の液体培地を用いた浮遊培養工程に特徴的な点についてのみ詳述する。
 本工程で使用する多能性幹細胞は、上述した第1の液体培地を用いた浮遊培養工程で得られた多能性幹細胞である。第1の液体培地を用いた浮遊培養工程で得られた多能性幹細胞は、単一細胞の状態にして本工程に供しても良いし、細胞塊の状態のまま本工程に供しても良い。本工程は、上述した第2の液体培地を使用することで、未分化状態を維持しつつ、且つ、分化効率に優れた多能性幹細胞を得ることができる。
 未分化状態を維持しているかは、本工程後に得られる多能性幹細胞集団において多能性幹細胞マーカー(例えばOCT4、SOX2、NANOG、未分化マーカーとも称する)を発現する、及び/又は、多能性幹細胞マーカーが陽性を呈する細胞の割合(比率)に基づいて判断することができる。
 なお、本工程では、浮遊培養途中の多能性幹細胞の一部を取り出し、未分化状態を維持しているか確認することができる。例えば、培養中に取り出した多能性幹細胞に発現する多能性幹細胞マーカーの発現度合いを測定することで、未分化状態を維持しているか確認することができる。多能性幹細胞マーカーとしては、上述したように、例えば、Alkaline Phosphatase、NANOG、OCT4、SOX2、TRA-1-60、c-Myc、KLF4、LIN28、SSEA-4、SSEA-1等が例示できる。これら多能性幹細胞マーカーの検出方法も、上述したように、例えばフローサイトメトリーが挙げられる。
 本工程の終了後の培地又は培養中の培地から取り出した多能性幹細胞のなかで多能性幹細胞マーカーの陽性率が、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは91%以上、より好ましくは92%以上、より好ましくは93%以上、より好ましくは94%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上、より好ましくは100%の場合、未分化を維持していると判断することができる。
 また、第2の液体培地を用いた浮遊培養の工程において、培養途中で取り出した多能性幹細胞における三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)の発現度合いを測定することで、未分化状態を維持しているか確認することもできる。すなわち、これら内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカーの陽性率がいずれも、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、より好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下、より好ましくは7%以下、より好ましくは6%以下、より好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、より好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下、より好ましくは検出限界以下の場合、未分化を維持していると判断することができる。
 内胚葉系細胞マーカーとは、内胚葉系細胞に特異的な遺伝子であり、例えば、SOX17、FOXA2、CXCR4、AFP、GATA4、EOMES等を挙げることができる。なお、内胚葉系細胞は、消化管、肺、甲状腺、膵臓、肝臓などの器官の組織、消化管に開口する分泌腺の細胞、腹膜、胸膜、喉頭、耳管、気管、気管支、尿路(膀胱、尿道の大部分、尿管の一部)などへと分化する。
 中胚葉系細胞マーカーとは、中胚葉系細胞に特異的な遺伝子であり、例えば、TBXT(BRACHYURY)、MESP1、MESP2、FOXF1、HAND1、EVX1、IRX3、CDX2、TBX6、MIXL1、ISL1、SNAI2、FOXC1及びPDGFRα等を挙げることができる。なお、中胚葉系細胞は、体腔及びそれを裏打ちする中皮、筋肉、骨格、皮膚真皮、結合組織、心臓、血管(血管内皮も含む)、血液(血液細胞も含む)、リンパ管、脾臓、腎臓、尿管、性腺(精巣、子宮、性腺上皮)などへと分化する。
 外胚葉系細胞マーカーとは、外胚葉系細胞に特異的な遺伝子であり、例えば、FGF5、NESTIN、SOX1、PAX6等を挙げることができる。なお、外胚葉系細胞は、皮膚の表皮や男性の尿道末端部の上皮、毛髪、爪、皮膚腺(乳腺、汗腺を含む)、感覚器(口腔、咽頭、鼻、直腸の末端部の上皮を含む、唾液腺)、水晶体、末梢神経系などを形成する。また、外胚葉の一部は発生過程で溝状に陥入して神経管を形成し、脳や脊髄などの中枢神経系のニューロンやメラノサイトなどの元にもなる。
 これら三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)の発現度合いは、当該技術分野において任意の検出方法により測定することができる。三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)の発現を測定する方法としては、限定はしないが、例えば、定量的リアルタイムPCR解析、RNA-Seq法、ノーザンハイブリダイゼーション、又はDNAアレイを利用したハイブリダイゼーション法等が挙げられる。定量的リアルタイムPCR解析においては、測定対象のマーカー遺伝子の発現量を内部標準遺伝子の発現量に対する相対発現量に換算し、当該相対発現量に基づいてマーカー遺伝子の発現量を評価できる。内部標準遺伝子としては、例えば、グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素(GAPDH)遺伝子やβ-アクチン(ACTB)遺伝子を挙げることができる。
 一方、得られた多能性幹細胞における分化効率は、分化誘導処理後の細胞における三胚葉マーカー(内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカー)に基づいて判断することができる。例えば、分化誘導のための培養を開始してから比較的に短時間でこれらマーカーの発現が向上した場合、分化効率に優れた多能性幹細胞と評価することができる。なお、このとき、上述した多能性幹細胞マーカーの発現が低下することを併せて確認し、分化効率を評価しても良い。
 特に、第2の液体培地として、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の両方を実質的に含まない培地を使用した場合、内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカーの全てを多能性幹細胞における分化効率の指標とすることができる。また、第2の液体培地として、WNT阻害剤を含み、PKCβ阻害剤を実質的に含まない培地を使用した場合、外胚葉系細胞マーカーを多能性幹細胞における外胚葉系細胞への分化効率の指標とすることができる。さらに、第2の液体培地として、PKCβ阻害剤を含み、WNT阻害剤を実質的に含まない培地を使用した場合、中胚葉系細胞マーカー及び内胚葉系細胞マーカーを多能性幹細胞における中内胚葉系細胞への分化効率の指標とすることができる。
 例えば、第2の液体培地を用いた浮遊培養後の多能性幹細胞に対して分化誘導のための培養を行い、内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカーのいずれかについて、陽性率が例えば、25%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、100%となるまで培養時間を測定し、第1の液体培地を用いた浮遊培養後の多能性幹細胞に対して分化誘導した場合と比較して有意に短くなっている場合、第2の液体培地を用いた浮遊培養後の多能性幹細胞の分化効率が向上していると評価することができる。
 なお、三胚葉マーカーを検出する方法としては、限定はしないが、例えばフローサイトメトリーが挙げられる。フローサイトメトリーにおいて、検出試薬として蛍光標識抗体を用いる場合、ネガティブコントロール(アイソタイプコントロール、又はFMOコントロール)と比較してより強い蛍光を発する細胞が検出されたときに、当該細胞は当該マーカーについて「陽性」と判定される。そして、陽性を呈する細胞の比率を「陽性率」として定義することができる。
 一つの態様として、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程の終了後に回収した多能性幹細胞を、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地に接種し、浮遊培養を開始することができる。このとき、回収した多能性幹細胞を洗浄することで第1の液体培地に含まれていたPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の持ち込みを回避することができる。
 また、別の態様として、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程において、灌流方式で連続して培地交換を行う場合、徐々にPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤の濃度を低減することで、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤が実質的に含まない第2の液体培地を用いた浮遊培養工程へと移行することできる。このとき、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程において灌流に使用する培地として、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地を使用することができる。また、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程において灌流に使用する培地に含まれるPKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤の濃度を徐々に低減し、灌流し続けることによって、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地を用いた浮遊培養工程へと移行することもできる。
(培養時間)
 第2の液体培地で多能性幹細胞を浮遊培養する本工程は、得られた多能性幹細胞における、上述のように定義できる分化効率が向上する培養時間とすることができる。すなわち、培養時間の下限は、得られた多能性幹細胞における、上述のように定義できる分化効率が向上する培養時間とすることができる。この培養時間は、使用する多能性幹細胞の株や品質、培地条件、培養条件などによって異なるため、一義的に定めることはできない。一例としては、使用する多能性幹細胞の種類や、培地条件、培養条件、分化誘導処理条件などを揃えた予備実験を行い、分化誘導処理後の陽性率が有意に高くなる培養時間を設定することができる。より具体的には、多能性幹細胞を第2の液体培地で浮遊培養を開始してから、例えば8時間後、12時間後、24時間後、48時間後、60時間後、72時間後、84時間後、96時間後、108時間後、120時間後、132時間後、又は144時間後を第2の液体培地を用いた浮遊培養の工程の終期とすることができる。
 ところで、第2の液体培地で多能性幹細胞を浮遊培養する本工程では、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤が実質的に含まれていない培地を使用するため、培養時間が長期間になると、未分化状態を維持できなくなる場合がある。よって、第2の液体培地を用いた浮遊培養工程は、多能性幹細胞が未分化状態を維持できる範囲で終了することが好ましい。
 第2の液体培地で多能性幹細胞を浮遊培養する本工程の培養時間については、使用する多能性幹細胞の種類や、培地条件、培養条件などによって異なるため、一義的に定めることはできない。一例としては、使用する多能性幹細胞の種類や、培地条件、培養条件などを揃えた予備実験を行い、上述した内胚葉系細胞マーカー、中胚葉系細胞マーカー及び外胚葉系細胞マーカーの陽性率がいずれも、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、より好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下、より好ましくは7%以下、より好ましくは6%以下、より好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、より好ましくは3%以下、より好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下、より好ましくは検出限界以下となる条件として培養時間を設定することができる。
 また、本工程は、上述のように未分化性を維持する条件に加えて、細胞に対する悪影響を有する乳酸の濃度を指標として培養時間を設定することもできる。本工程では、培養液に蓄積される乳酸濃度が15mM以下、14mM以下、13mM以下、12mM以下、10mM以下となる培養時間とすることができ、特に、培養液に蓄積される乳酸濃度が9mM以下、8mM以下、7mM以下、6mM以下、5mM以下となる培養時間とすることが好ましい。培養液に蓄積される乳酸濃度がこの範囲であれば、細胞に対する悪影響を回避することができる。
 さらに、本工程は、上述のように未分化性を維持する条件に加えて、細胞塊のサイズに基づいて培養時間を設定することもできる。例えば、本工程は、細胞塊のサイズの上限については、例えば、800μm、700μm、600μm、500μm、400μm、300μm、250μm、又は200μmとすることができる。また、細胞塊のサイズの下限については、例えば、50μm、100μm、又は150μmとすることができる。この範囲の細胞塊は(なかでも、小サイズの細胞塊ほど)、内部の細胞にも酸素や栄養成分が供給され易く細胞の増殖環境として好ましい。第2の液体培地を用いた浮遊培養において、培地をサンプリングし、培地中にこのサイズの細胞塊が含まれている場合、第2の液体培地を用いた浮遊培養の工程の終期とすることができる。あるいは、観察された細胞塊のうち、上記範囲で定義される細胞塊が体積基準で10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、98%以上、又は100%となった段階で、第2の液体培地を用いた浮遊培養の工程の終期とすることができる。
 一例として、多能性幹細胞を第2の液体培地で浮遊培養を開始してから、例えば12時間後、24時間後、48時間後、60時間後、72時間後、84時間後、96時間後、108時間後、120時間後、132時間後、又は144時間後を第2の液体培地を用いた浮遊培養の工程の終期とすることができる。
2-2-3.回収工程
 「回収工程」は、第1の液体培地を用いた浮遊培養工程、又は第2の液体培地を用いた浮遊培養工程後の培養液から培養した細胞或いは細胞塊を回収する工程で、本発明の方法における選択工程である。
 本明細書において「(細胞の)回収」とは、培養液と細胞とを分離して細胞を取得することをいう。細胞の回収方法は、当該分野の細胞培養法で使用される常法に従えばよく、特に限定はしない。
 第1の液体培地を用いた浮遊培養工程、及び第2の液体培地を用いた浮遊培養工程の後、細胞は培養液中に浮遊した状態で存在する。したがって、細胞の回収は、静置状態又は遠心分離により上清の液体成分を除去することで達成できる。また、濾過フィルターや中空糸分離膜等を用いて回収することもできる。静置状態で液体成分を除去する場合、培養液の入った容器を静置状態で5分程度置き、沈降した細胞や細胞塊を残して上清を除去すればよい。また、遠心分離は、遠心力によって細胞がダメージを受けない遠心加速度と処理時間で行えばよい。例えば、遠心加速度の下限は、細胞を沈降できれば特に限定はされないが、例えば、100×g以上、300×g以上、800×g以上、又は1000×g以上であればよい。一方、上限は細胞が遠心力によるダメージを受けない、又は受けにくい速度であればよく、例えば、1600×g以下、1500×g以下、又は1400×g以下であればよい。また、処理時間の下限は、上記遠心加速度により細胞を沈降できる時間であれば特に限定はされないが、例えば30秒以上、1分以上、3分以上、又は5分以上であればよい。また、上限は、上記遠心加速度により細胞がダメージを受けない、又は受けにくい時間であればよく、例えば10分以下、8分以下、6分以下、又は30秒以下であればよい。フィルトレーションで液体成分を除去する場合、例えば、不織布やメッシュフィルターに培養液を通して濾液を除去し、残った細胞凝集塊を回収すればよい。また、中空糸分離膜で液体成分を除去する場合、例えば、細胞濃縮洗浄システム(カネカ社)のような中空糸分離膜を備えた装置を用いて培養液と細胞を分離し、回収すればよい。
 回収した細胞及び細胞塊は、必要に応じて洗浄することができる。洗浄方法は、限定しない。例えば、前述の維持培養工程における「工程後処理」に記載の洗浄方法と同様に行えばよい。洗浄液には、バッファ(例えばPBSバッファ)、生食、又は培地(基礎培地が好ましい)を使用すればよい。
3.分化誘導方法の更に詳細な説明
3-1.概要
 以下では、本発明に係る多能性幹細胞の分化誘導方法について説明する。本発明に係る分化誘導方法は、上述した多能性幹細胞の製造方法で製造された多能性幹細胞を使用する点に特徴がある。従来、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含む液体培地で浮遊培養して得られた多能性幹細胞においては、分化抑制シグナルが細胞内に残留するため、当該分化抑制シグナルを除去するための回復培養が必要であった。これに対して、本発明に係る多能性幹細胞の分化誘導方法によれば、使用する多能性幹細胞における分化効率に優れるため、回復培養が不要となり、得られた多能性幹細胞又は所定期間保存後の多能性幹細胞をそのまま分化誘導のための培養に供することができる。
3-2.方法
 本発明に係る多能性幹細胞の分化誘導方法は、上記多能性幹細胞の製造方法、すなわち、第1の液体培地を用いて浮遊培養する工程と、その後、第2の液体培地を用いて浮遊培養する工程と含む多能性幹細胞の製造方法によって得られた多能性幹細胞を、分化誘導用の培地にて培養する工程(分化誘導工程)を含む。
 本態様の方法は、上記分化誘導工程を必須の工程として、また、上記製造方法で得られた多能性幹細胞を回収する回収工程、分化誘導後の細胞又は細胞塊を回収する回収工程を任意の選択工程として含む。
3-2-1.分化誘導工程
 分化誘導とは、上述のように製造された多能性幹細胞が、他の細胞との接触や分化誘導因子などの刺激により、異なる細胞に分化を引き起こす現象を意味する。
 ここで、分化誘導因子とは、分化誘導を促進する目的で使用される物質を意味し、例えば、増殖因子等の生体内の遺伝子産物、生体内の遺伝子産物の働きを制御する低分子化合物、ホルモン類、ビタミン等生理活性物質類などが挙げられるが、特に限定されない。分化誘導因子の具体例として、限定はしないが、Activin/TGFβシグナル活性化剤又は阻害剤、BMPシグナル活性化剤、BMPシグナル阻害剤、レチノイン酸シグナル活性化剤、ヘッジホッグシグナル活性化剤、ヘッジホッグシグナル阻害剤、Notchシグナル阻害剤、WNT/β-cateninシグナル活性化剤、JNKシグナル阻害剤、Srcシグナル阻害剤、AMPKシグナル阻害剤、EGFシグナル活性化剤、EGFシグナル阻害剤、HGFシグナル活性化剤、VEGFシグナル活性化剤が挙げられる。
 本工程では、上述した第2の液体培地を用いた浮遊培養で得られた多能性幹細胞を、分化誘導因子を含む培地にて培養する。分化誘導因子を添加する培地については、特に限定されず、従来、分化誘導に際して使用されている培地を適宜使用することができる。本工程で使用する培地としては、上述した第1の液体培地及び第2の液体培地に関して説明した培地を使用することができる。
 特に、上記製造方法における第2の液体培地として、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の両方を実質的に含まない培地を使用して得られた多能性幹細胞は、内胚葉系細胞、中胚葉系細胞又は外胚葉系細胞、若しくは中内胚葉系細胞(内胚葉と中胚葉の共通の初期分化細胞)への分化効率が優れている。よって、この場合、当該多能性幹細胞を使用することで内胚葉系細胞、中胚葉系細胞又は外胚葉系細胞、若しくは中内胚葉系細胞を効率よく取得することができる。
 また、上記製造方法における第2の液体培地として、WNT阻害剤を含み、PKCβ阻害剤を実質的に含まない培地を使用して得られた多能性幹細胞は、外胚葉系細胞への分化効率が優れている。よって、この場合、当該多能性幹細胞を使用することで外胚葉系細胞を効率よく取得することができる。
 さらに、上記製造方法における第2の液体培地として、PKCβ阻害剤を含み、WNT阻害剤を実質的に含まない培地を使用して得られた多能性幹細胞は、中内胚葉系細胞、中胚葉系細胞及び内胚葉系細胞への分化効率が優れている。よって、この場合、当該多能性幹細胞を使用することで中内胚葉系細胞、中胚葉系細胞又は内胚葉系細胞を効率よく取得することができる。
 以下、実施例により、多能性幹細胞の製造方法を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
(参考例1:ヒトiPS細胞Ff-I14s04株の接着培養)
 凍結された状態のヒトiPS細胞Ff-I14s04株を解凍後、iMatrix-511(ニッピ社)を0.5μg/cmでコーティングした150cmディッシュ2枚に、3000cells/cmで播種し、37℃、5%CO雰囲気下で接着培養を行った。培地はStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用し、細胞を播種した日を培養0日目とし、培養1日目、培養4日目、培養6日目に全量培地交換を行った。培地量は、培養1日目の培地交換時のみ60mL/ディッシュとし、それ以外は30mL/ディッシュとした。細胞播種時のみY-27632(富士フイルム和光純薬社)を最終濃度が10μMとなるように培地に添加した。培養7日目に継代のため10μMのY-27632(富士フイルム和光純薬社)を添加したTrypLETM Select Enzyme(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)で細胞を処理し、培養面から細胞を剥離しながら単一細胞に分散した。この細胞を最終濃度10μMのY-27632、及び20μMのIWR-1-endo(富士フイルム和光純薬社)を含むStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)で懸濁し回収した。
(製造例1:ヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 参考例1で回収した細胞を用いて、浮遊培養を行った。培養容器としてシングルユースボトル(佐竹マルチミクス社)を用い、また培養を制御するためのリアクターシステムとしてVMFリアクター(佐竹マルチミクス社)を用いた。リアクターに備え付けのpHセンサーDOセンサーのキャリブレーションはメーカー指定の方法で行った。培養液量は300mL、培養開始時の細胞密度が1×10cells/mLとなるように細胞を播種し培養を開始した。播種時の培地は終濃度10μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endoを添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用し、培養中、培養温度は37℃、供給ガス量は0.1L/minを保ち、pHが7.1~7.2に保たれるように炭酸ガス供給を自動制御した。なお、供給ガスは空気に任意量の炭酸ガスを混合することで調製し、上面通気させた。攪拌速度は80mm/secとした。培養開始した日を培養0日目として、培養1日目、培養2日目に培地を全量交換した。交換後の培地には、培養1日目には終濃度6.9μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endo、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を、培養2日目には終濃度3.0μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endo、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した。培養3日目に細胞凝集塊を回収し、TrypLE SELECT(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)で処理して、ピペッティングによって単細胞化した。
(製造例2:ヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 製造例1で回収し、単細胞化した細胞を、播種時の培地として終濃度10μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endo、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した以外は製造例1と同様に浮遊培養し、回収した。
(比較例1:PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を用いたヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 製造例2で回収した細胞を用いて、浮遊培養を行った。培養容器として30mLリアクター(エイブル社)を用い、37℃、5%CO条件のインキュベーター内で、100rpmの攪拌速度で培養した。培養液量は30mL、培養開始時の細胞密度が1×10cells/mLとなるように細胞を播種し培養を開始した。播種時の培地は終濃度10μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endo、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した。培養開始した日を培養0日目として、培養1日目、培養2日目に培地を全量交換した。交換後の培地には、培養1日目には終濃度7.7μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endo、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を、培養2日目には終濃度3.6μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endo、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した。培養3日目に細胞凝集塊を回収し、TrypLE SELECT(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)で処理して、ピペッティングによって単細胞化した。
(比較例2:PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を濃度漸減で用いたヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 製造例2で回収した細胞を用いて浮遊培養するに際して、培養1日目に培地交換に用いる培地として終濃度7.7μMのY-27632、終濃度11.8μMのIWR-1-endo、終濃度0.59μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を、培養2日目に培地交換に用いる培地として終濃度3.6μMのY-27632、終濃度2.9μMのIWR-1-endo、終濃度0.15μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した以外は比較例1と同様に培養した。
(実施例1:ヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 製造例2で回収した細胞を用いて浮遊培養するに際して、培養1日目に培地交換に用いる培地として終濃度7.7μMのY-27632を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を、培養2日目に培地交換に用いる培地として終濃度3.6μMのY-27632を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した以外は比較例1と同様に培養した。
(実施例2:PKCβ阻害剤を用いたヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 製造例2で回収した細胞を用いて浮遊培養するに際して、培養1日目に培地交換に用いる培地として終濃度7.7μMのY-27632、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を、培養2日目に培地交換に用いる培地として終濃度3.6μMのY-27632、終濃度1μMのLY-333531を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した以外は比較例1と同様に培養した。
(実施例3:WNT阻害剤を用いたヒトiPS細胞Ff-I14s04株の浮遊培養)
 製造例2で回収した細胞を用いて浮遊培養するに際して、培養1日目に培地交換に用いる培地として終濃度7.7μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endoを添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を、培養2日目に培地交換に用いる培地として終濃度3.6μMのY-27632、終濃度20μMのIWR-1-endoを添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)を使用した以外は比較例1と同様に培養した。
(比較例3:PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を用いて浮遊培養したヒトiPS細胞の中内胚葉分化誘導)
 比較例1で回収した細胞を、中内胚葉分化誘導のための浮遊培養へと播種した。培養容器として6well plate(住友ベークライト社)を用い、37℃、5%CO条件のインキュベーター内で、90rpmの旋回速度で培養した。培養液量は4mL/well、培養開始時の細胞密度が1×10cells/mLとなるように細胞を播種し培養を開始した。播種時の培地は終濃度10μMのY-27632、終濃度2ng/mLのBMP4を添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)(A液、B液のみ)を使用した。培養開始した日を培養0日目として、培養1日目に、終濃度12ng/mLのActivin A、終濃度10ng/mLのBMP4、終濃度10ng/mLのbFGFを添加したStemFit(登録商標)AK02N(味の素社)(A液、B液のみ)で培地交換した。
(比較例4:PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を漸減で用いて浮遊培養したヒトiPS細胞の中内胚葉分化誘導)
 比較例2で回収した細胞を、比較例3と同様に培養し、中内胚葉へと分化誘導した。
(実施例4:浮遊培養したヒトiPS細胞の中内胚葉分化誘導)
 実施例1で回収した細胞を、比較例3と同様に培養し、中内胚葉へと分化誘導した。
(実施例5:PKCβ阻害剤を用いて浮遊培養したヒトiPS細胞の中内胚葉分化誘導)
 実施例2で回収した細胞を、比較例3と同様に培養し、中内胚葉へと分化誘導した。
(実施例6:WNT阻害剤を用いて浮遊培養したヒトiPS細胞の中内胚葉分化誘導)
 実施例3で回収した細胞を、比較例3と同様に培養し、中内胚葉へと分化誘導した。
(評価例1:定量的リアルタイムPCR解析)
 比較例1、2、実施例1、2、3の培養後に回収した細胞をTRIzolTM Reagent(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)を用いて溶解させた。PureLink(登録商標)RNA Miniキット(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)を用いて、TRIzolTM Reagentで溶解させた溶液からtotal RNAを単離及び精製した。精製したRNAをBioSpec-nano(島津製作所社)を用いて濃度測定し、500ng分取した。分取したRNAに対し、ReverTra Ace(登録商標)qPCR RT Master mix(東洋紡社)を2μLとRnase Free dHOを添加して10μLに調製し、SimpliAmp Thermal Cycler(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)を用いてcDNA合成を行った。cDNA合成の反応条件は、37℃で15分反応後、50℃で5分反応、98℃で5分反応を連続して行い、4℃に冷却した。合成したcDNA溶液を10mM Tris-HCl pH8.0(ナカライテスク社)で100倍に希釈し、384well PCRプレート(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)に5μL/wellで添加した。KOD SYBR(登録商標)qPCR Mix(東洋紡社)、50μMに調製したForwardプライマー、50μMに調製したReverseプライマー、DEPC処理水(ナカライテスク社)を100:1:1:48の割合で混合し、この混合液を15μL/wellで前記384well PCRプレートに添加して混合した。384well PCRプレートを遠心分離してウェル内の気泡を除去し、QuantStudio 7 Flex Real-Time PCR System(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)を用いて定量的リアルタイムPCR解析を実施した。反応条件を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
 定量的リアルタイムPCR解析に使用したプライマーの塩基配列を以下に示した。
ACTB(Forward):5’-CCTCATGAAGATCCTCACCGA-3’(配列番号1)
ACTB(Reverse):5’-TTGCCAATGGTGATGACCTGG-3’(配列番号2)
OCT4(Forward):5’-AGTGGGTGGAGGAAGCTGACAAC-3’(配列番号3)
OCT4(Reverse):5’-TCGTTGTGCATAGTCGCTGCTTGA-3’(配列番号4)
SOX2(Forward):5’-CACCAATCCCATCCACACTCAC-3’(配列番号5)
SOX2(Reverse):5’-GCAAAGCTCCTACCGTACCAC-3’(配列番号6)
NANOG(Forward):5’-AGCCTCCAGCAGATGCAAGAACTC-3’(配列番号7)
NANOG(Reverse):5’-TTGCTCCACATTGGAAGGTTCCCA-3’(配列番号8)
TBXT(Forward):5’-TCACAAAGAGATGATGGAGGAAC-3’(配列番号9)
TBXT(Reverse):5’-ACATGCAGGTGAGTTGTCAG-3’(配列番号10)
SOX17(Forward):5’-ATCTGCACTTCGTGTGCAAG-3’(配列番号11)
SOX17(Reverse):5’-GAGTCTGAGGATTTCCTTAGCTC-3’(配列番号12)
PAX6(Forward):5’-AGGAATGGACTTGAAACAAGG-3’(配列番号13)
PAX6(Reverse):5’-GCAAAGCTTGTTGATCATGG-3’(配列番号14)
 定量的リアルタイムPCR解析により遺伝子発現を測定した結果を図1に示す。各検体ともに、未分化マーカー(OCT4、NANOG及びSOX2)の発現は十分に高く、且つ、分化マーカー(TBXT(中胚葉マーカー遺伝子)、SOX17(内胚葉マーカー遺伝子)及びPAX6(外胚葉マーカー遺伝子))の発現も十分に低く抑えられていることが示された。また、分化誘導のための浮遊培養の直前の浮遊培養において、PKCβ阻害剤とWNT阻害剤を両方含む培地を使用した条件と比べて、いずれか一方又は両方を含まない培地を使用した条件もすべて同等の結果であった。このことから、分化誘導のための浮遊培養の直前の浮遊培養であればPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤の一方又は両方を含まない培地を用いても、未分化状態を高度に維持して多能性幹細胞の浮遊培養が可能であることが示された。
(評価例2:定量的リアルタイムPCR解析)
 評価例2では、中胚葉への分化誘導後の細胞に対して未分化マーカー及び分化マーカーを定量的リアルタイムPCR解析により測定した。すなわち、比較例3、4、実施例4、5、6の培養2日目の細胞を用いて、評価例1と同様に定量的リアルタイムPCR解析を行った。評価例2では、未分化マーカーとしてNANOG、中胚葉分化マーカーとしてTBX3及びMESP1を測定した。
 定量的リアルタイムPCR解析に使用したプライマーの塩基配列を以下に示した。
ACTB(Forward):5’-CCTCATGAAGATCCTCACCGA-3’(配列番号1)
ACTB(Reverse):5’-TTGCCAATGGTGATGACCTGG-3’(配列番号2)
NANOG(Forward):5’-AGCCTCCAGCAGATGCAAGAACTC-3’(配列番号7)
NANOG(Reverse):5’-TTGCTCCACATTGGAAGGTTCCCA-3’(配列番号8)
TBX3(Forward):5’-TACCAAGTCGGGAAGGCGAA-3’(配列番号15)
TBX3(Reverse):5’-GGGCTGTCCGGGTGAATGTA-3’(配列番号16)
MESP1(Forward):5’-AGCCCAAGTGACAAGGGACAACT-3’(配列番号17)
MESP1(Reverse):5’-AAGGAACCACTTCGAAGGTGCTGA-3’(配列番号18)
 定量的リアルタイムPCR解析により遺伝子発現を測定した結果を図2に示す。WNT阻害剤を含む培地で浮遊培養した直後の多能性幹細胞を用いて分化誘導をした比較例3、4及び実施例6に比べて、WNT阻害剤を含まない培地で浮遊培養した直後の多能性幹細胞を用いて分化誘導をした実施例4及び5において、分化マーカーであるTBX3とMESP1の発現が顕著に高く、未分化マーカーであるNANOGの発現が顕著に低下していることが明らかとなった。この結果より、分化誘導のための浮遊培養の直前の浮遊培養においてWNT阻害剤を含まない培地を使用することで、中内胚葉への分化誘導がより効率的に進行したことが示された。換言すると、多能性幹細胞の浮遊培養を、中内胚葉への自発的分化による品質低下を抑制するためにWNT阻害剤を用いて行った場合、直後に分化誘導に供すると細胞内に強力な分化の抑制シグナルが残留しているために、目的とする中内胚葉への分化が阻害されることが示された。
 以上の結果より、多能性幹細胞の浮遊培養を、外胚葉への自発的分化による品質低下を抑制するためにPKCβ阻害剤を用いて行った場合、直後に分化誘導に供すると細胞内に強力な分化の抑制シグナルが残留しているために、目的とする外胚葉への分化が阻害されることが示唆される。しかし、分化誘導のための浮遊培養の直前の浮遊培養においてPKCβ阻害剤を含まない培地を使用することで、外胚葉への分化誘導がより効率的に進行する蓋然性が高いといえる。

Claims (10)

  1.  多能性幹細胞をPKCβ阻害剤及びWNT阻害剤を含む第1の液体培地にて浮遊培養する工程と、
     その後、PKCβ阻害剤及び/又はWNT阻害剤を実質的に含まない第2の液体培地にて浮遊培養する工程と
     を含む多能性幹細胞の製造方法。
  2.  上記第2の液体培地は、PKCβ阻害剤及びWNT阻害剤のいずれか一方を実質的に含まず、他方を含むことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  3.  上記第1の液体培地から上記第2の液体培地に培地交換する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  4.  上記第2の液体培地に含まれるWNT阻害剤の濃度が90nM未満であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  5.  上記第2の液体培地に含まれるPKCβ阻害剤の濃度が25nM未満であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  6.  上記第1の液体培地に含まれるWNT阻害剤の濃度が90nM以上40μM以下であり、PKCβ阻害剤の濃度が25nM以上15μM以下であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  7.  上記第2の液体培地で浮遊培養する工程により、OCT4が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、SOX2が陽性を呈する細胞の比率が90%以上であり、NANOGが陽性を呈する細胞の比率が90%以上である細胞集団を製造することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  8.  上記第2の液体培地はPKCβ阻害剤を含み、且つWNT阻害剤を実質的に含まない培地であって、上記第2の液体培地で浮遊培養する工程により中内胚葉系細胞への分化に適した多能性幹細胞を製造することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  9.  上記第2の液体培地はWNT阻害剤を含み、且つPKCβ阻害剤を実質的に含まない培地であって、上記第2の液体培地で浮遊培養する工程により外胚葉系細胞への分化に適した多能性幹細胞を製造することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  10.  請求項1乃至9いずれか一項記載の製造方法により製造された多能性幹細胞を分化誘導用の培地にて培養する工程を含む、多能性幹細胞に対する分化誘導方法。 
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