JP2018011538A - Method for producing hepatic precursor cells - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、多能性幹細胞から肝前駆細胞を製造する際に、多能性幹細胞から肝前駆細胞を誘導し得る従来の培地(特にHDI培地又はL15培地)と比較して、より長期間、肝前駆細胞を培養することができ、あるいは、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得ることができる、「肝前駆細胞の製造方法」や、「多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に添加する培地添加剤」や、「多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地」を提供することを目的とする。【解決手段】解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養することを特徴とする。かかる解糖系抑制剤としては、解糖系を構成する物質のアナログ物質や、解糖系を構成する酵素の抑制物質が挙げられ、中でも、2−デオキシ−D−グルコース、3−ブロモピルビン酸が好ましく挙げられる。前述の解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地としては、解糖系抑制剤を含むウィリアムE培地が好ましく挙げられる。【選択図】なしThe present invention relates to a method for producing hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells in comparison with a conventional medium (particularly HDI medium or L15 medium) that can induce hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells. Liver progenitor cells can be cultured for a long period of time, or more hepatic progenitor cells can be obtained by suppressing the decrease of hepatic progenitor cells. The object is to provide a medium additive to be added to a differentiation-inducing medium from stem cells to hepatic progenitor cells and a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells. A pluripotent stem cell is cultured in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose. Examples of such glycolytic inhibitors include analog substances that constitute glycolysis and inhibitors of enzymes that constitute glycolysis, among which 2-deoxy-D-glucose and 3-bromopyruvic acid. Are preferred. As the hepatic progenitor cell induction medium containing the aforementioned glycolytic inhibitor and glucose, William E medium containing a glycolytic inhibitor is preferably exemplified. [Selection figure] None
Description
本発明は、肝前駆細胞の製造方法や、多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に添加する培地添加剤や、多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に関する。 The present invention relates to a method for producing hepatic progenitor cells, a medium additive added to a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, and a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells.
多能性幹細胞は、自分自身を複製する自己複製能と多分化能を共に有する細胞である。近年、多能性幹細胞から分化させた細胞を使用する移植療法が、機能不全や機能障害を起こした細胞、組織、器官の再生や機能の回復を目的とした再生医療において注目されている。また、多能性幹細胞から分化させた細胞を、薬剤の毒性試験などに応用することが期待されている。このように、多能性幹細胞から目的とする細胞を分化誘導し、増幅することは、医薬分野において大きな課題である。 A pluripotent stem cell is a cell that has both self-replicating ability and pluripotency to replicate itself. In recent years, transplantation therapy using cells differentiated from pluripotent stem cells has attracted attention in regenerative medicine for the purpose of regenerating or recovering the function, function, or failure of cells, tissues, or organs. In addition, it is expected that cells differentiated from pluripotent stem cells will be applied to drug toxicity tests. Thus, inducing differentiation and amplification of a target cell from pluripotent stem cells is a major problem in the pharmaceutical field.
多能性幹細胞としては、人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells:以下、iPS細胞と略称することがある)や、胚性幹細胞(embryonic stem cells:以下、ES細胞と略称することがある)などが知られている。これら多能性幹細胞は、目的とする細胞に分化誘導させて使用する移植療法などの再生医学や、薬剤の毒性試験などへの応用が期待されている。特にiPS細胞は、ES細胞のような倫理的な問題がない他、患者自身の細胞から作製したiPS細胞は免疫拒絶の問題がないことから、移植療法には理想的な細胞源である。 Examples of pluripotent stem cells include induced pluripotent stem cells (hereinafter sometimes abbreviated as iPS cells) and embryonic stem cells (hereinafter abbreviated as ES cells). Etc. are known. These pluripotent stem cells are expected to be applied to regenerative medicine such as transplantation therapy used by inducing differentiation into the target cells and to drug toxicity tests. In particular, iPS cells are an ideal cell source for transplantation therapy because they have no ethical problems like ES cells, and iPS cells prepared from the patient's own cells have no immune rejection problems.
例えば、ヒトiPS細胞から肝細胞を分化誘導することができれば、肝不全症例に対する移植療法への発展が期待される。肝臓は、主に肝実質細胞である肝細胞と、胆管上皮細胞などの肝非実質細胞などにより構成される。肝臓は、胆汁の分泌、吸収栄養分の濾過と解毒、薬物代謝、糖分の貯蔵と血糖の調節を行う他に、フィブリノーゲン、ヘパリンおよび貧血阻止物質などの生成器官であり生命必須のものである。そのため、機能する肝細胞が極度に減少する肝不全は致命的な病態であり、肝不全の症例では極度の凝固因子の不足による出血傾向、肝性昏睡などの大変重篤な状態となる。肝細胞の移植はこのような病態の根本的な治療法になり得る。 For example, if differentiation of hepatocytes can be induced from human iPS cells, development to transplantation therapy for liver failure cases is expected. The liver is mainly composed of hepatocytes that are hepatocytes, non-hepatocytes such as biliary epithelial cells, and the like. In addition to the secretion of bile, filtration and detoxification of absorbed nutrients, drug metabolism, storage of sugar and regulation of blood glucose, the liver is a vital organ that is a vital organ, such as fibrinogen, heparin, and anemia inhibitor. Therefore, liver failure in which functioning hepatocytes are extremely reduced is a fatal disease state, and in cases of liver failure, a very serious state such as bleeding tendency due to insufficient coagulation factor and hepatic coma. Hepatocyte transplantation can be a fundamental treatment for such pathologies.
ヒトiPS細胞から肝細胞を分化誘導する技術は、肝細胞への分化を促進する増殖因子および/または転写因子をそれぞれヒトiPS細胞の培養に添加し、導入する方法などが報告されている(非特許文献1〜3)。また、ヒトiPS細胞から肝臓を形成する方法が報告されている(非特許文献4)。この方法は、まずインビトロ(in vitro)でiPS細胞から肝細胞への分化を促進し、次いで血管内皮細胞および間葉系幹細胞と混合してマウスの脳に移植することにより肝臓を作成するものである。ヒトに応用するときには異種タンパクへの曝露のないことが条件となる。また、肝細胞への分化を促進したiPS細胞は、マウスの脳に移植しないでインビトロで維持すると死滅してしまう。さらに、かかる方法によるインビトロでの肝細胞への分化誘導には数週間を要し、しかも成熟した肝細胞は得られない(非特許文献5)。したがってヒトに応用するためには、異種タンパクに曝露しないiPS細胞から肝細胞を短期間に製造する方法の開発が必須である。 As a technique for inducing the differentiation of hepatocytes from human iPS cells, a method has been reported in which growth factors and / or transcription factors that promote differentiation into hepatocytes are added to the culture of human iPS cells, respectively, and introduced (Non-Non-Patent Document) Patent Documents 1 to 3). In addition, a method for forming a liver from human iPS cells has been reported (Non-patent Document 4). In this method, differentiation from iPS cells to hepatocytes is first promoted in vitro, and then mixed with vascular endothelial cells and mesenchymal stem cells and transplanted into the mouse brain to produce the liver. is there. When applied to humans, the condition is that there is no exposure to foreign proteins. In addition, iPS cells that have been promoted to differentiate into hepatocytes are killed if maintained in vitro without being transplanted to the mouse brain. Furthermore, induction of differentiation into hepatocytes in vitro by such a method takes several weeks, and mature hepatocytes cannot be obtained (Non-patent Document 5). Therefore, in order to apply to humans, it is essential to develop a method for producing hepatocytes in a short time from iPS cells that are not exposed to heterologous proteins.
このように、iPS細胞は再生医学への応用が期待されているが、iPS細胞から目的の細胞をインビトロで分化誘導する場合、得られる細胞群には目的の細胞の他に未分化のiPS細胞が含まれるため、移植すると残存する未分化iPS細胞が腫瘍を形成する可能性がある。したがって、iPS細胞から分化誘導された細胞を移植などの再生医療に利用するためには、分化誘導された細胞と未分化iPS細胞とを含む細胞群から、分化誘導された細胞を分離する必要がある。 Thus, iPS cells are expected to be applied to regenerative medicine. However, when differentiation of target cells from iPS cells is performed in vitro, the resulting cell group includes undifferentiated iPS cells in addition to target cells. Therefore, when transplanted, remaining undifferentiated iPS cells may form a tumor. Therefore, in order to use cells induced to differentiate from iPS cells for regenerative medicine such as transplantation, it is necessary to separate the cells induced to differentiate from the cell group including the cells induced to differentiate and undifferentiated iPS cells. is there.
本発明者らは、ヒトiPS細胞とヒト初代培養肝細胞との共培養より、ヒトiPS細胞を死滅させヒト初代培養肝細胞のみを回収する方法、及び、該方法で使用する肝細胞選択培地(hepatocyte selection medium; HSM)を開発し、報告している(特許文献1及び非特許文献6)。このHSM培地は、細胞の生存に必須であるグルコース及びアルギニンを除き、ガラクトース及びオルニチンを添加して作製する。肝細胞は糖新生経路や尿素サイクルに関する一連の酵素群を有し、糖新生経路によりガラクトースからグルコースを、及び、尿素サイクルによりオルニチンからアルギニンを合成することができるため、HSM培地で培養しても生存することができる。しかし、ヒトiPS細胞は糖新生経路や尿素サイクルを有していないので、HSM培地で培養すると3日で死滅する。そのため、ヒトiPS細胞から肝細胞を製造する方法が確立された場合、製造された細胞群をHSM培地で3日間培養することにより、残存する未分化なヒトiPS細胞を細胞群から除去することができ、実質的に肝細胞からなる細胞培養物を得ることができる。HSM培地では通常の培地に含有される成分のみで構成されるので、得られた肝細胞に障害が生じる可能性は極めて低い。 The present inventors have disclosed a method of killing human iPS cells and recovering only human primary cultured hepatocytes from a co-culture of human iPS cells and human primary cultured hepatocytes, and a hepatocyte selection medium used in the method ( hepatocyte selection medium (HSM) has been developed and reported (Patent Document 1 and Non-Patent Document 6). This HSM medium is prepared by adding galactose and ornithine except for glucose and arginine which are essential for cell survival. Hepatocytes have a series of enzymes related to the gluconeogenesis pathway and the urea cycle, and can synthesize glucose from galactose by the gluconeogenesis pathway and arginine from ornithine by the urea cycle. Can survive. However, since human iPS cells do not have a gluconeogenic pathway or urea cycle, they die in 3 days when cultured in HSM medium. Therefore, when a method for producing hepatocytes from human iPS cells has been established, the remaining undifferentiated human iPS cells can be removed from the cell group by culturing the produced cell group in an HSM medium for 3 days. And a cell culture substantially consisting of hepatocytes can be obtained. Since the HSM medium is composed of only components contained in a normal medium, the possibility of damage to the obtained hepatocytes is extremely low.
本発明者は、ヒトiPS細胞をHSM培地で2日間培養すると、胎生期肝細胞(肝芽細胞)等の肝前駆細胞や肝実質細胞などの肝細胞系細胞のマーカーであるα−フェトプロテイン(α-feto protein:AFP)の発現が顕著に亢進することを見いだした(特許文献2)。本発明者はさらに、HSM培地に、「オンコスタチンM(oncostatin M)」、「肝細胞機能性増殖誘導物質1(hepatocyte functional proliferation inducer 1; FPH1)」、「アポトーシス阻害剤であるM50054」、「マウスES細胞の生存に効果のある非必須アミノ酸(non-essential amino acid; NEAA)」、「ピルビン酸ナトリウム」、「ニコチンアミド」、及び「L−グルタミン」を添加して作製した肝細胞分化誘導物質(hepatocyte differentiation inducer; HDI)培地を開発し、報告している(特許文献2)。本発明者は、ヒトiPS細胞をHDI培地で2日間培養すると、肝細胞マーカーであるAFPと、胆管上皮細胞マーカーであるγ−グルタミル トランスペプチダーゼ(γ-glutamyl trans peptidase; G−GTP)の両方の発現の亢進が認められ、また、肝芽細胞等の肝前駆細胞のマーカーであるデルタ様1ホモログ(Delta like-1 homolog; DLK−1)等の発現の亢進が認められたことを見いだしている(特許文献2)。このように、ヒトiPS細胞をHSM培地やHDI培地で培養すると、肝芽細胞等の肝前駆細胞(未分化な肝細胞であって、肝細胞及び胆管上皮細胞に分化する能力を有する細胞)が得られることは知られていた。 When the present inventors cultured human iPS cells in HSM medium for 2 days, α-fetoprotein (α, which is a marker for hepatic progenitor cells such as embryonic hepatocytes (hepatoblasts) and hepatocyte cells such as hepatocytes. -feto protein: AFP) was found to be significantly enhanced (Patent Document 2). The inventor further added “oncostatin M”, “hepatocyte functional proliferation inducer 1 (FPH1)”, “M50054 which is an apoptosis inhibitor”, “ Hepatocyte differentiation induction prepared by adding “non-essential amino acid (NEAA)”, “sodium pyruvate”, “nicotinamide”, and “L-glutamine” effective for survival of mouse ES cells A substance (hepatocyte differentiation inducer; HDI) medium has been developed and reported (Patent Document 2). When the present inventors cultured human iPS cells in HDI medium for 2 days, both AFP, a hepatocyte marker, and γ-glutamyl trans peptidase (G-GTP), a bile duct epithelial cell marker, were obtained. It has been found that increased expression is observed, and that increased expression of delta like-1 homolog (DLK-1), which is a marker of hepatic progenitor cells such as hepatoblasts, has been found. (Patent Document 2). Thus, when human iPS cells are cultured in HSM medium or HDI medium, hepatic progenitor cells such as hepatoblasts (undifferentiated hepatocytes and cells capable of differentiating into hepatocytes and bile duct epithelial cells) are obtained. It was known to be obtained.
しかし、ヒトiPS細胞をHSM培地で培養しても、肝前駆細胞は3日間でほぼ死滅してしまい、また、ヒトiPS細胞をHDI培地で培養しても、肝前駆細胞は7日間でほぼ死滅してしまった。したがって、ヒトiPS細胞から肝前駆細胞を製造する場合に、かかる細胞が7日間を超えて生存できる肝前駆細胞誘導培地や、肝前駆細胞の製造方法が求められていた。 However, even if human iPS cells are cultured in HSM medium, hepatic progenitor cells are almost killed in 3 days. Even if human iPS cells are cultured in HDI medium, hepatic progenitor cells are almost killed in 7 days. have done. Therefore, when producing hepatic progenitor cells from human iPS cells, a hepatic progenitor cell induction medium in which such cells can survive for more than 7 days and a method for producing hepatic progenitor cells have been demanded.
解糖系とは生物の体内にある糖の代謝経路であり、真核生物や嫌気性真正細菌における解糖系は特にエムデン−マイヤーホフ経路(Embden-Meyerhof pathway;EM経路)と呼ばれる。また、このEM経路は酸素を必要としないので、嫌気的解糖とも呼ばれる。EM経路は、グルコースがピルビン酸又は乳酸まで嫌気的に分解される代謝経路であり、かかる経路全体で、グルコース1mol当たりATP2molを生成し、及び、2molのNAD+を還元してNADHを生成する。解糖系の最終産物であるピルビン酸は、その後、クエン酸回路に入り、細胞の生存に必要なエネルギーをさらに生成する。 The glycolytic system is a metabolic pathway of sugar in the living body, and the glycolytic system in eukaryotes and anaerobic eubacteria is particularly called the Emden-Meyerhof pathway (EM pathway). This EM pathway is also called anaerobic glycolysis because it does not require oxygen. The EM pathway is a metabolic pathway in which glucose is anaerobically degraded to pyruvate or lactic acid, and throughout this pathway, 2 mol of ATP is produced per mol of glucose and 2 mol of NAD + is reduced to produce NADH. Pyruvate, the end product of the glycolysis, then enters the citrate cycle to generate more energy necessary for cell survival.
様々な物質には、その物質のアナログが知られている。解糖系の出発物質であるグルコースのアナログとして、2−デオキシ−D−グルコース(2-Deoxy-d-glucose;2DG)が知られている。かかる2DGは、グルコースと同様に細胞に取り込まれるが、EM経路等では代謝されずに細胞内に蓄積する性質を有している。フッ素19で標識した2DGは、ポジトロン断層法(Positron emission tomography;PET)に応用されている(非特許文献7)。また、解糖系の最終産物であるピルビン酸のアナログとして、3−ブロモピルビン酸(3-Bromopyruvate; 3BP)は、解糖系を抑制することが知られている(非特許文献8)。 For various substances, analogs of the substances are known. 2-Deoxy-d-glucose (2-DG) is known as an analog of glucose, which is a glycolytic starting material. Such 2DG is taken up into cells like glucose, but has the property of accumulating in cells without being metabolized through the EM pathway or the like. 2DG labeled with fluorine 19 is applied to positron emission tomography (PET) (Non-patent Document 7). Moreover, 3-bromopyruvate (3-BP) is known to suppress the glycolysis as an analog of pyruvate, which is the final product of glycolysis (Non-patent Document 8).
しかし、解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養すると、かかる肝前駆細胞が7日間を超えて生存できること等は知られていなかった。 However, it has not been known that when pluripotent stem cells are cultured in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose, such hepatic progenitor cells can survive for more than 7 days.
本発明の課題は、多能性幹細胞から肝前駆細胞を製造する際に、多能性幹細胞から肝芽細胞等の肝前駆細胞を誘導し得る従来の培地(特にHDI培地又はL15培地)と比較して、より長期間、肝前駆細胞を培養することができ、あるいは、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得ることができる、「肝前駆細胞の製造方法」や、「多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に添加する培地添加剤」や、「多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地」を提供することにある。 The object of the present invention is to compare hepatic progenitor cells such as hepatoblasts from pluripotent stem cells when producing hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells (particularly HDI medium or L15 medium). Thus, hepatic progenitor cells can be cultured for a longer period of time, or more hepatic progenitor cells can be obtained by suppressing the decrease in hepatic progenitor cells, The object is to provide a “medium additive to be added to a differentiation-inducing medium from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells” and “a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells”.
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を行ったところ、グルコースを含む肝前駆細胞誘導培地(例えばウィリアムE培地)に、「解糖系抑制剤である2−デオキシ−D−グルコース(2DG)及び/又は3−ブロモピルビン酸(3BP)」を添加した培地で多能性幹細胞を培養した場合、解糖系抑制剤及びグルコースを含んでいない肝前駆細胞誘導培地(特にHDI培地又はL15培地)で培養した場合と比較して、肝前駆細胞をより長期間培養することができ、及び、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得ることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, hepatic progenitor cell-inducing medium containing glucose (for example, William E medium) has a “glycolytic inhibitor 2-deoxy-D. -When pluripotent stem cells are cultured in a medium supplemented with “glucose (2DG) and / or 3-bromopyruvic acid (3BP)”, hepatic progenitor cell-inducing medium containing no glycolytic inhibitor and glucose (particularly HDI) Compared with the case of culturing in medium or L15 medium), hepatic progenitor cells can be cultured for a longer period of time, and more hepatic progenitor cells can be obtained by suppressing the decrease in hepatic progenitor cells. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は
(1)解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養する工程を有することを特徴とする肝前駆細胞の製造方法や、
(2)解糖系抑制剤が、解糖系を構成する物質のアナログ物質、又は、解糖系を構成する酵素の抑制物質であることを特徴とする上記(1)に記載の肝前駆細胞の製造方法や、
(3)解糖系抑制剤が、2−デオキシ−D−グルコース、3−ブロモピルビン酸のいずれか又はその両方を含むことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の肝前駆細胞の製造方法や、
(4)肝前駆細胞誘導培地中の2−デオキシ−D−グルコースの濃度が、0.05〜30μMであることを特徴とする上記(3)に記載の肝前駆細胞の製造方法や、
(5)肝前駆細胞誘導培地中の3−ブロモピルビン酸の濃度が、0.05〜30μMであることを特徴とする上記(3)又は(4)に記載の肝前駆細胞の製造方法や、
(6)肝前駆細胞誘導培地が、解糖系抑制剤を含むウィリアムE培地であることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の肝前駆細胞の製造方法や、
(7)少なくとも7日間以上培養することを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載の肝前駆細胞の製造方法に関する。
That is, the present invention includes (1) a method for producing hepatic progenitor cells, comprising a step of culturing pluripotent stem cells in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose,
(2) The hepatic progenitor cell according to (1) above, wherein the glycolytic inhibitor is an analog substance of a substance constituting a glycolytic system or an inhibitor of an enzyme constituting a glycolytic system Manufacturing method,
(3) The hepatic progenitor cell according to (1) or (2) above, wherein the glycolytic inhibitor includes any one or both of 2-deoxy-D-glucose and 3-bromopyruvic acid Manufacturing method,
(4) The method for producing hepatic progenitor cells according to (3) above, wherein the concentration of 2-deoxy-D-glucose in the hepatic progenitor cell induction medium is 0.05 to 30 μM,
(5) The method for producing hepatic progenitor cells according to (3) or (4) above, wherein the concentration of 3-bromopyruvic acid in the hepatic progenitor cell induction medium is 0.05 to 30 μM,
(6) The method for producing hepatic progenitor cells according to any one of (1) to (5) above, wherein the hepatic progenitor cell induction medium is William E medium containing a glycolytic inhibitor;
(7) The present invention relates to the method for producing hepatic progenitor cells according to any one of (1) to (6) above, wherein the cells are cultured for at least 7 days.
また、本発明は、
(8)多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に添加するための培地添加剤であって、解糖系抑制剤を含む培地添加剤や、
(9)解糖系抑制剤が、解糖系を構成する物質のアナログ物質、又は、解糖系を構成する酵素の抑制物質であることを特徴とする上記(8)に記載の培地添加剤や、
(10)さらに、グルコースを含むことを特徴とする上記(8)又は(9)に記載の培地添加剤に関する。
The present invention also provides:
(8) A medium additive for adding to a differentiation-inducing medium from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, a medium additive containing a glycolytic inhibitor,
(9) The culture medium additive according to (8) above, wherein the glycolytic inhibitor is an analog substance of a substance constituting a glycolytic system or an inhibitor of an enzyme constituting a glycolytic system Or
(10) The medium additive according to (8) or (9), further comprising glucose.
さらに、本発明は、
(11)解糖系抑制剤とグルコースとを含むことを特徴とする、多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に関する。
Furthermore, the present invention provides
(11) A medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, comprising a glycolytic inhibitor and glucose.
本発明によれば、多能性幹細胞から肝前駆細胞を製造する際に、多能性幹細胞から肝前駆細胞を誘導し得る従来の培地(特にHDI培地又はL15培地)と比較して、肝前駆細胞をより長期間培養することができ、及び/又は、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得ることができる。 According to the present invention, when producing hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells, hepatic progenitor compared to conventional media (particularly HDI medium or L15 medium) that can induce hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells. Cells can be cultured for a longer period and / or more hepatic progenitor cells can be obtained by suppressing the decrease in hepatic progenitor cells.
本発明は、「解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養する工程を有することを特徴とする肝前駆細胞の製造方法」(以下、「本発明の肝前駆細胞の製造方法」とも表示する。)や、「多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に添加する培地添加剤であって、解糖系抑制剤とグルコースとを含む培地添加剤」(以下、「本発明の培地添加剤」とも表示する。)や、「解糖系抑制剤とグルコースとを含む、多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地」(以下、「本発明の分化誘導培地」とも表示する。)等からなる。 The present invention is directed to “a method for producing hepatic progenitor cells, comprising a step of culturing pluripotent stem cells in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose” (hereinafter referred to as “the present invention”). And "a medium additive to be added to a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, comprising a glycolytic inhibitor and glucose." "Additives" (hereinafter also referred to as "medium additive of the present invention") and "differentiation induction medium from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells containing a glycolytic inhibitor and glucose" (hereinafter, It is also indicated as “differentiation induction medium of the present invention”).
本発明における「多能性幹細胞」としては、初期胚より単離される胚性幹細胞(embryonic stem cells:ES細胞)や、胎児期の始原生殖細胞から単離される胚性生殖細胞(embryonic germ cells:EG細胞)(例えばProc Natl Acad Sci U S A. 1998, 95:13726-31参照)や、出生直後の精巣から単離される生殖細胞系列幹細胞(germline stem cells:GS細胞)(例えば、Nature. 2008, 456:344-9参照)や、腸骨骨髄、顎骨骨髄等の骨髄由来の幹細胞や、脂肪組織由来の幹細胞などの間葉系幹細胞や、皮膚、骨髄等の間葉系組織から選択して得られた多能性を有する細胞(Muse細胞[Multi-lineage differentiating Stress Enduring cell])や、皮膚細胞等の体細胞に複数の遺伝子を導入することで、被検体自身の体細胞の脱分化を誘導し、ES細胞同様の多能性を有する体細胞由来の誘導多能性幹細胞(iPS;induced pluripotent stemcell)を挙げることができ、これらの中でもiPS細胞が好ましい。また、本発明の肝前駆細胞の製造方法により製造した肝前駆細胞を、哺乳動物細胞に移植して肝疾患の治療に用いる場合、移植による拒絶反応のリスクを考慮すると、肝疾患に罹患した患者由来の体細胞から得られたiPS細胞や、肝疾患に罹患した患者とヒト白血球抗原(HLA;Human leukocyte antigen)遺伝子型が同一又は実質的に同一である対象(ヒト)由来の体細胞から得られたiPS細胞を好適に例示することができる。ここで「HLA遺伝子型が実質的に同一」とは、移植した細胞に対して免疫抑制剤により免疫反応が抑制できる程度にHLA遺伝子型が一致していることを意味する。したがって、上記HLA遺伝子型が実質的に同一である対象(ヒト)由来の体細胞としては、具体的には、HLA−A、HLA−B及びHLA−DRのHLA遺伝子型3種、或いはかかるHLA遺伝子型3種にHLA−Cを加えたHLA遺伝子型4種が一致するHLA遺伝子型が同一である対象(ヒト)由来の体細胞を挙げることができる。 The “pluripotent stem cell” in the present invention is an embryonic stem cell (embryonic stem cells: ES cell) isolated from an early embryo or an embryonic germ cell (embryonic germ cells: EG cells) (for example, see Proc Natl Acad Sci US A. 1998, 95: 13726-31) and germline stem cells (GS cells) isolated from testis immediately after birth (for example, Nature. 2008, 456: 344-9), mesenchymal stem cells such as iliac bone marrow and jaw bone marrow, stem cells derived from adipose tissue, and mesenchymal tissues such as skin and bone marrow. Introducing multiple genes into somatic cells such as muscular cells (Muse cells [Multi-lineage differentiating Stress Enduring cells]) and skin cells, etc., induces dedifferentiation of the subject's own somatic cells Induced pluripotency derived from somatic cells having pluripotency similar to ES cells Sexual stem cells (iPS; induced pluripotent stemcell) can be mentioned, and among these, iPS cells are preferred. In addition, when hepatic progenitor cells produced by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention are transplanted into mammalian cells and used for the treatment of liver disease, considering the risk of rejection due to transplantation, patients suffering from liver disease Obtained from iPS cells obtained from somatic cells derived from the subject, or from somatic cells derived from a subject (human) having the same or substantially the same human leukocyte antigen (HLA) genotype as the patient suffering from liver disease The obtained iPS cells can be preferably exemplified. Here, “the HLA genotype is substantially the same” means that the HLA genotype matches to such an extent that the immune response can be suppressed by the immunosuppressive agent for the transplanted cells. Therefore, as a somatic cell derived from a subject (human) having substantially the same HLA genotype, specifically, three HLA genotypes of HLA-A, HLA-B and HLA-DR, or such HLA Examples include somatic cells derived from a subject (human) having the same HLA genotype in which four HLA genotypes obtained by adding HLA-C to three genotypes are identical.
本発明における「多能性幹細胞」の由来となる生物種としては、哺乳動物である限り特に制限されず、中でも、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ネコ、イヌ、ウマ、ウシ、サル、ヒツジ、ヤギ、ブタ等の哺乳動物を好ましく挙げることができ、中でもヒトを特に好ましく挙げることができる。 The biological species from which the “pluripotent stem cell” in the present invention is derived is not particularly limited as long as it is a mammal. Among them, humans, mice, rats, guinea pigs, rabbits, cats, dogs, horses, cows, monkeys, Preferred examples include mammals such as sheep, goats, and pigs, and particularly preferred examples include humans.
本発明における「解糖系抑制剤」としては、哺乳動物細胞の解糖系(以下、特に言及がない限り、解糖系とはエムデン−マイヤーホフ経路を表す)のいずれか1つ又は2つ以上の反応を抑制する性質を有する剤である限り特に制限されず、例えば、解糖系を構成する物質(以下、「解糖系構成物質」とも表示する。)のアナログ物質や、解糖系を構成する酵素(以下、「解糖系構成酵素」とも表示する。)の抑制物質などが好ましく挙げられ、中でも、解糖系構成物質のアナログ物質がより好ましく挙げられる。解糖系構成物質、及びそのアナログ物質の例を表1に記載し、解糖系構成酵素を表2に記載する。なお、解糖系構成物質としては、表1に記載のもの以外にも、例えば、フルクトース−6−リン酸、フルクトース−1,6−ビスリン酸、グリセルアルデヒド−3−リン酸、ジヒドロキシアセトンリン酸、3−ホスホグリセリン酸、2−ホスホグリセリン酸、ホスホエノールピルビン酸が挙げられる。 As the “glycolytic inhibitor” in the present invention, any one or two or more glycolytic systems of mammalian cells (hereinafter, unless otherwise specified, the glycolytic system represents the Emden-Meyerhof pathway). The agent is not particularly limited as long as it is an agent having a property of suppressing the reaction of, for example, an analog substance of a substance constituting a glycolytic system (hereinafter also referred to as “glycolytic constituent substance”) or a glycolytic system Preferred examples include inhibitors of constituent enzymes (hereinafter also referred to as “glycolytic constituent enzymes”), and among them, analog substances of glycolytic constituents are more preferred. Examples of glycolytic constituent substances and analog substances thereof are shown in Table 1, and glycolytic constituent enzymes are shown in Table 2. Examples of glycolytic constituents other than those listed in Table 1 include, for example, fructose-6-phosphate, fructose-1,6-bisphosphate, glyceraldehyde-3-phosphate, dihydroxyacetone phosphate Examples include acids, 3-phosphoglyceric acid, 2-phosphoglyceric acid, and phosphoenolpyruvate.
本発明において「解糖系構成物質Aのアナログ物質」とは、解糖系構成物質Aに類似した構造を有する物質であって、哺乳動物細胞に取り込ませた場合にその哺乳動物細胞の解糖系の反応を抑制する作用を有する物質を意味する。前述の解糖系構成物質Aに類似した構造を有する物質としては、物質Aの官能基を、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1〜5のハロゲン化していてもよい炭化水素基に置換等した物質が挙げられる。 In the present invention, “analogue substance of glycolytic constituent substance A” is a substance having a structure similar to glycolytic constituent substance A, and when it is incorporated into mammalian cells, the glycolysis of the mammalian cells It means a substance having an action of suppressing the reaction of the system. As a substance having a structure similar to the above-mentioned glycolytic constituent substance A, the functional group of substance A is substituted with a hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms which may be halogenated. Substances.
解糖系構成物質Aに類似した構造を有する試験物質が、解糖系構成物質Aのアナログ物質であるか否かは、例えば、当業者に公知である一般的な評価方法により確認することが可能である。例えば、哺乳動物細胞における解糖系の反応量を、試験物質の存在下および不存在下において比較する。試験物質の存在下における解糖系の反応量が、試験物質の不存在下における解糖系の反応量と比べて低減または欠失している場合には、当該試験物質を解糖系構成物質Aのアナログ物質として同定することができる。また、解糖系構成物質Aのアナログ物質は、例えば、当業者に公知である一般的なスクリーニング方法により取得することが可能である。例えば、哺乳動物細胞における解糖系の反応量を、試験物質の存在下および不存在下において比較する。試験物質の存在下における解糖系の反応量が、試験物質の不存在下における解糖系の反応量と比べて低減または欠失している場合には、当該試験物質を解糖系構成物質Aのアナログ物質として取得することができる。 Whether or not a test substance having a structure similar to the glycolytic constituent A is an analog substance of the glycolytic constituent A can be confirmed by, for example, a general evaluation method known to those skilled in the art. Is possible. For example, the amount of glycolytic reaction in mammalian cells is compared in the presence and absence of the test substance. When the amount of glycolytic reaction in the presence of the test substance is reduced or deleted compared to the amount of glycolytic reaction in the absence of the test substance, the test substance is treated as a glycolytic constituent. It can be identified as an analog substance of A. Moreover, the analog substance of glycolytic constituent substance A can be obtained by, for example, a general screening method known to those skilled in the art. For example, the amount of glycolytic reaction in mammalian cells is compared in the presence and absence of the test substance. When the amount of glycolytic reaction in the presence of the test substance is reduced or deleted compared to the amount of glycolytic reaction in the absence of the test substance, the test substance is treated as a glycolytic constituent. It can be obtained as an analog substance of A.
本発明において「解糖系構成酵素の抑制物質」とは、解糖系における上記表2の解糖系構成酵素による酵素反応を抑制し得る物質を意味する。かかる物質として例えば、エノラーゼによる酵素反応を抑制するフッ化ナトリウム(NaF)や、グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼによる酵素反応を抑制するヨード酢酸、セスキテルペンラクトン、BZL101(半枝蓮(Scutellaria barbata)の水抽出物)、コニンギン酸などが挙げられる。 In the present invention, the “inhibitor of glycolytic constituent enzymes” means a substance capable of inhibiting the enzymatic reaction by the glycolytic constituent enzymes shown in Table 2 in the glycolytic system. Examples of such substances include sodium fluoride (NaF), which suppresses the enzyme reaction by enolase, iodoacetic acid, sesquiterpene lactone, BZL101 (Scutellaria barbata, which suppresses the enzyme reaction by glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. ) Water extract), coningic acid and the like.
ある試験物質が解糖系構成酵素の抑制物質であるか否かは、例えば、当業者に公知である一般的な評価方法により確認することが可能である。例えば、解糖系構成酵素の活性を、試験物質の存在下および不存在下において比較する。試験物質の存在下における酵素活性が、試験物質の不存在下における酵素活性と比べて低減または欠失している場合には、当該試験物質を解糖系構成酵素の抑制物質として同定することができる。また、解糖系構成酵素の抑制物質は、例えば、当業者に公知である一般的なスクリーニング方法により取得することが可能である。例えば、解糖系構成酵素の活性を、試験物質の存在下および不存在下において比較する。試験物質の存在下における酵素活性が、試験物質の不存在下における酵素活性と比べて低減または欠失している場合には、当該試験物質を解糖系構成酵素の抑制物質として取得することができる。 Whether or not a certain test substance is an inhibitor of glycolytic constituent enzymes can be confirmed by, for example, a general evaluation method known to those skilled in the art. For example, the activity of glycolytic constitutive enzymes is compared in the presence and absence of the test substance. If the enzyme activity in the presence of the test substance is reduced or deleted compared to the enzyme activity in the absence of the test substance, the test substance may be identified as an inhibitor of glycolytic constituent enzymes. it can. Moreover, the glycolytic constituent enzyme inhibitory substance can be obtained by, for example, a general screening method known to those skilled in the art. For example, the activity of glycolytic constitutive enzymes is compared in the presence and absence of the test substance. If the enzyme activity in the presence of the test substance is reduced or deleted compared to the enzyme activity in the absence of the test substance, the test substance may be obtained as an inhibitor of glycolytic constituent enzymes. it can.
本発明における好適な「解糖系抑制剤」としては、2−デオキシ−D−グルコース(2DG)、3−ブロモピルビン酸(3BP)、2−デオキシ−D−グルコース−6−リン酸、フッ化ナトリウム、ヨード酢酸、セスキテルペンラクトン、BZL101及びコニンギン酸からなる群から選択される1種又は2種以上を挙げることができ、中でも、2DG、3BPのいずれか又はその両方を好ましく挙げることができる。 Suitable “glycolytic inhibitors” in the present invention include 2-deoxy-D-glucose (2DG), 3-bromopyruvic acid (3BP), 2-deoxy-D-glucose-6-phosphate, and fluoride. One type or two or more types selected from the group consisting of sodium, iodoacetic acid, sesquiterpene lactone, BZL101 and coningic acid can be mentioned, and among them, any one or both of 2DG and 3BP can be preferably mentioned.
本発明における「グルコース」とは、多能性幹細胞が資化し得るグルコースである限り特に制限されず、例えばD−グルコースが好ましい。 “Glucose” in the present invention is not particularly limited as long as it is glucose that can be assimilated by pluripotent stem cells, and for example, D-glucose is preferable.
本発明における「肝前駆細胞」とは、「肝前駆細胞のマーカーであるデルタ様1ホモログ(Delta like-1 homolog; DLK−1)の発現の亢進が認められる細胞」、あるいは、「肝細胞系細胞のマーカーであるα−フェトプロテイン(α-feto protein:AFP)と、胆管上皮細胞マーカーであるγ−グルタミル トランスペプチダーゼ(γ-glutamyl trans peptidase; G−GTP)の両方の発現の亢進が認められる細胞」を意味し、好ましくは、DLK−1、AFP及びG−GTPのすべての発現の亢進が認められる細胞が含まれる。遺伝子の発現が亢進しているとは、ReproFF(品番:RCHEMD004、リプロセル社製)を培地として用いること以外は同様の条件で培養した細胞における遺伝子の発現レベルと比較して、その遺伝子の発現レベルが亢進していることを意味する。これらの遺伝子の発現の亢進は、リアルタイム定量PCR等の公知の手法により測定することができる。かかるリアルタイム定量PCRの方法としては、例えば後述の実施例の5.に記載の方法を好適に挙げることができる。 The “hepatic progenitor cell” in the present invention means “a cell in which the expression of delta like-1 homolog (DLK-1), which is a marker of hepatic progenitor cell, is enhanced”, or “hepatocyte lineage” Cells in which expression of both α-feto protein (AFP), which is a cell marker, and γ-glutamyl trans peptidase (G-GTP), which is a bile duct epithelial cell marker, are enhanced And preferably includes cells in which increased expression of DLK-1, AFP and G-GTP is observed. The expression level of a gene is enhanced in comparison with the expression level of the gene in cells cultured under the same conditions except that ReproFF (product number: RCHEMD004, manufactured by Reprocell) is used as a medium. Means increased. Increased expression of these genes can be measured by a known technique such as real-time quantitative PCR. As a method of such real-time quantitative PCR, for example, 5. Preferably, the method described in (1) can be mentioned.
肝芽細胞は、前腸内胚葉由来の組織幹細胞であり、肝組織発生に必須の細胞である。肝芽細胞は、胎児肝における組織幹細胞として位置づけられている。成熟肝における組織肝細胞の存在量は極少なく、肝前駆細胞と呼ばれている。本明細書における「肝前駆細胞」の定義は前述したとおりであり、肝芽細胞を包含する概念である。成熟肝に存在する肝前駆細胞は、肝傷害に伴い活性化され、肝修復に重要な役割を果たすと考えられる。肝芽細胞等の肝前駆細胞の肝細胞への分化には、多くの転写因子や非実質細胞が産生する種々の細胞外基質、例えば肝細胞増殖因子(Hepatocyte growth factor;HGF)やトランスフォーミング増殖因子β(Transforming growth factor β;TGFβ)などの関与が報告されている。肝芽細胞等の肝前駆細胞はin vitroで培養が可能であり、適当な培養条件下で培養することにより肝実質細胞や胆管上皮細胞に分化することができる。 Hepatoblasts are tissue stem cells derived from the foregut endoderm and are essential for liver tissue development. Hepatoblasts are positioned as tissue stem cells in fetal liver. The abundance of tissue hepatocytes in mature liver is extremely small and is called liver progenitor cells. The definition of “hepatic progenitor cell” in the present specification is as described above, and is a concept including hepatoblasts. Hepatic progenitor cells present in the mature liver are activated with liver injury and are thought to play an important role in liver repair. Differentiation of hepatic progenitor cells such as hepatoblasts into hepatocytes involves various transcription factors and various extracellular substrates produced by non-parenchymal cells such as hepatocyte growth factor (HGF) and transforming growth. The involvement of factor β (Transforming growth factor β; TGFβ) has been reported. Hepatic progenitor cells such as hepatoblasts can be cultured in vitro, and can be differentiated into hepatocytes or bile duct epithelial cells by culturing under appropriate culture conditions.
肝細胞は、本明細書において、肝前駆細胞(hepatic progenitor cell)や成熟肝細胞など、肝細胞への分化が決定された全ての分化段階の細胞を含む意味として使用される。成熟肝細胞は、成熟肝実質細胞ともいい、多種多様な肝特異的機能、例えばコレステロール合成能、アミノ酸輸送活性、グルコース−6−ホスファターゼ(glucose-6-phosphatase)活性などの機能を発現する最終分化細胞であるが、一方、肝再生現象でよく知られるように活発な増殖能力を有する。肝前駆細胞は成熟した肝細胞よりも増殖能が高く、胆管上皮も形成するので肝臓に移植した場合、速やかに既存の肝構築を形成し、肝細胞のみを移植するよりも効果的に失われた肝臓を再現することが期待できる(Sangan C B et. al.、「Hepatic progenitor cells」、Cell and Tissue Research、2010年、第342巻、第2号、p.131-137)。 In the present specification, the term “hepatocyte” is used to mean cells including all differentiation stages in which differentiation into hepatocytes has been determined, such as hepatic progenitor cells and mature hepatocytes. Mature hepatocytes, also called mature liver parenchymal cells, are terminally differentiated to express a wide variety of liver-specific functions such as cholesterol synthesis ability, amino acid transport activity, and glucose-6-phosphatase activity. Although it is a cell, it has an active proliferation ability as is well known in the liver regeneration phenomenon. Hepatic progenitor cells are more proliferative than mature hepatocytes and also form bile duct epithelium, so when transplanted into the liver, they quickly form an existing liver structure and are lost more effectively than transplanting only hepatocytes. (Sangan CB et. Al., “Hepatic progenitor cells”, Cell and Tissue Research, 2010, Vol.342, No.2, p.131-137).
本願明細書において、多能性幹細胞から肝細胞への分化が決定された細胞を、肝細胞系細胞と称することがある。肝細胞系細胞には、多能性幹細胞から肝細胞への分化過程の初期の段階にある細胞から成熟肝細胞までの様々な分化過程の細胞が包含され、肝芽細胞等の肝前駆細胞、肝実質細胞が好適に含まれる。 In the present specification, a cell for which differentiation from a pluripotent stem cell to a hepatocyte is determined may be referred to as a hepatocyte cell. Hepatocyte lineage cells include cells in various differentiation processes from cells in the early stages of differentiation from pluripotent stem cells to hepatocytes to mature hepatocytes, such as hepatic progenitor cells such as hepatoblasts, Hepatocytes are preferably included.
本発明における「肝前駆細胞誘導培地」とは、上記解糖系抑制剤とグルコースを含んでいる培地であって、その培地で多能性幹細胞を培養した場合に、肝前駆細胞に誘導し得る培地を意味する。本発明における「肝前駆細胞誘導培地」に含まれる解糖系抑制剤やグルコースの濃度としては、HDI培地又はL15培地と比較して、肝前駆細胞をより長期間培養することができ、及び/又は、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得ることができる限り特に制限されない。解糖系抑制剤の合計濃度としては例えば、0.05〜60μMの範囲内が挙げられ、0.12〜50μMの範囲内が好ましく挙げられる。これらの濃度範囲は、解糖系抑制剤が、2−デオキシ−D−グルコース、3−ブロモピルビン酸のいずれか又はその両方である場合に特に好ましく用いることができる。 The “hepatic progenitor cell induction medium” in the present invention is a medium containing the above glycolytic inhibitor and glucose, and can be induced into hepatic progenitor cells when pluripotent stem cells are cultured in the medium. Means medium. As the concentration of the glycolytic inhibitor and glucose contained in the “hepatic progenitor cell induction medium” in the present invention, hepatic progenitor cells can be cultured for a longer period of time compared to the HDI medium or L15 medium, and / or Or as long as it can suppress the reduction | decrease of a hepatic progenitor cell and can obtain more hepatic progenitor cells, it will not restrict | limit in particular. The total concentration of the glycolytic inhibitor is, for example, in the range of 0.05 to 60 μM, preferably in the range of 0.12 to 50 μM. These concentration ranges can be used particularly preferably when the glycolytic inhibitor is 2-deoxy-D-glucose, 3-bromopyruvic acid, or both.
解糖系抑制剤として2DGを用いる場合の肝前駆細胞誘導培地中の2DGの濃度としては、0.05〜30μMの範囲内が挙げられ、0.06〜25μMの範囲内が好ましく挙げられる。また、解糖系抑制剤として3BPを用いる場合の肝前駆細胞誘導培地中の3BPの濃度としては、0.05〜30μMの範囲内が挙げられ、0.06〜25μMの範囲内が好ましく挙げられる。 When 2DG is used as a glycolytic inhibitor, the concentration of 2DG in the hepatic progenitor cell induction medium is in the range of 0.05 to 30 μM, and preferably in the range of 0.06 to 25 μM. In addition, the concentration of 3BP in the hepatic progenitor cell induction medium when 3BP is used as a glycolytic inhibitor includes a range of 0.05 to 30 μM, preferably a range of 0.06 to 25 μM. .
本発明の「肝前駆細胞誘導培地」における、解糖系抑制剤とグルコース以外の成分としては、1又は2種類以上の無機塩(類)、1又は2種類以上のアミノ酸(類)、及び1又は2種類以上のビタミン(類)、及び1又は2種類以上のその他成分が挙げられる。該肝前駆細胞誘導培地は、グルコース以外に、1又は2種類以上の糖(類)をさらに含んでいてもよいが、含んでいなくてもよい。 In the “hepatic progenitor cell induction medium” of the present invention, as components other than the glycolytic inhibitor and glucose, one or more types of inorganic salt (s), one or more types of amino acids (s), and 1 Or 2 or more types of vitamin (s) and 1 or 2 or more types of other components are mentioned. The hepatic progenitor cell induction medium may further contain one or two or more kinds of sugar (s) in addition to glucose, but may not contain.
グルコース以外の上記糖類としては、具体的には、ガラクトース、マンノース、フルクトース等の単糖類や、スクロース、マルトース、ラクトース等の二糖類を挙げることができ、中でもガラクトースを挙げることができる。これら糖類は、1又は2以上組み合わせて添加することもできる。 Specific examples of the saccharides other than glucose include monosaccharides such as galactose, mannose, and fructose, and disaccharides such as sucrose, maltose, and lactose. Among them, galactose can be mentioned. These saccharides can be added alone or in combination.
上記無機塩類としては、具体的には、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸銅五水和物、硝酸鉄(III)九水和物、硫酸鉄(II)七水和物、塩化マグネシウム六水和物、塩化マンガン四水和物、硫酸マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム二水和物、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム一水和物、リン酸二水素ナトリウム二水和物、亜セレン酸ナトリウム五水和物、硫酸亜鉛七水和物から選ばれる1種又は2種以上の無機塩(類)を挙げることができるが、多能性幹細胞からの肝前駆細胞の製造に有利に作用する成分であればいずれの無機塩類又はその組合せも用いることができる。上記無機塩類として、硫酸銅五水和物、硝酸鉄(III)九水和物、塩化マンガン四水和物、硫酸亜鉛七水和物からなる群から選ばれる1種又は2種以上を無機塩類として少なくとも含むことが好ましく、かかる群のすべての無機塩類を含むことがより好ましい。これらの群の無機塩類は、好適な培地であるWE培地に比較的特徴的な無機塩類だからである。なお、これらの無機塩類は水和の程度は特に制限されず、無水物を用いてもよい。 Specific examples of the inorganic salts include calcium chloride, calcium nitrate, copper sulfate pentahydrate, iron (III) nitrate nonahydrate, iron (II) sulfate heptahydrate, magnesium chloride hexahydrate. , Manganese chloride tetrahydrate, magnesium sulfate, potassium chloride, sodium chloride, sodium bicarbonate, disodium hydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate dihydrate, sodium dihydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate monohydrate One or two or more inorganic salts (s) selected from Japanese, sodium dihydrogen phosphate dihydrate, sodium selenite pentahydrate, zinc sulfate heptahydrate, Any inorganic salt or a combination thereof can be used as long as it is a component that advantageously acts on the production of hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells. As the inorganic salt, one or more selected from the group consisting of copper sulfate pentahydrate, iron (III) nitrate nonahydrate, manganese chloride tetrahydrate, and zinc sulfate heptahydrate are inorganic salts. It is preferable to include at least, and it is more preferable to include all inorganic salts of such a group. This is because these groups of inorganic salts are relatively characteristic of the WE medium, which is a suitable medium. These inorganic salts are not particularly limited in the degree of hydration, and anhydrides may be used.
上記アミノ酸類としては、具体的には、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、シスチン、システイン、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、グルタミン酸、ヒドロキシプロリン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン等から選ばれる1種又は2種以上のアミノ酸(類)、好ましくはL−体のアミノ酸とそれらの誘導体及びそれらの塩並びにそれらの水和物などの派生物を挙げることができる。例えば、上記アルギニンとしては、L−塩酸アルギニン、L−アルギニン一塩酸塩等のアルギニンの派生物を挙げることができ、上記アスパラギン酸としては、L−アスパラギン酸ナトリウム塩一水和物、L−アスパラギン酸一水和物、L−アスパラギン酸カリウム、L−アスパラギン酸マグネシウム等のアスパラギン酸の派生物を挙げることができ、上記システインとしては、L−システイン二塩酸塩、L-システイン塩酸塩一水和物等のシステインの派生物や、L−リジン塩酸塩等のリジンの派生物を挙げることができ、上記グルタミン酸としては、L−グルタミン酸一ナトリウム塩等のグルタミンの派生物を挙げることができ、上記アスパラギンとしては、L−アスパラギン一水和物等のアスパラギンの派生物を挙げることができ、上記チロシンとしては、L−チロシン二ナトリウム二水和物等のチロシンの派生物を挙げることができ、上記ヒスチジンとしては、ヒスチジン塩酸塩、ヒスチジン塩酸塩一水和物等のヒスチジンの派生物を挙げることができ、上記リジンとしては、L−リジン塩酸塩等のリジンの派生物を挙げることができる。また、NEAA(マウスES細胞の生存に効果のある非必須アミノ酸)を好適に挙げることができる。上記アミノ酸類として、アラニン、アスパラギン及びグルタミン酸からなる群から選ばれる1種又は2種以上をアミノ酸類として少なくとも含むことが好ましく、かかる群のすべてのアミノ酸類を含むことがより好ましい。これらの群のアミノ酸類は、好適な培地であるWE培地に比較的特徴的なアミノ酸類だからである。 Specific examples of the amino acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, cystine, cysteine, glutamine, glycine, histidine, glutamic acid, hydroxyproline, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine. Or one or more amino acid (s) selected from, tryptophan, tyrosine, valine, etc., preferably L-amino acids and their derivatives and salts, and derivatives thereof such as hydrates thereof Can do. For example, examples of the arginine include arginine derivatives such as L-arginine hydrochloride and L-arginine monohydrochloride. Examples of the aspartic acid include L-aspartic acid sodium salt monohydrate and L-asparagine. Derivatives of aspartic acid such as acid monohydrate, potassium L-aspartate, magnesium L-aspartate, etc. can be mentioned, and examples of the cysteine include L-cysteine dihydrochloride and L-cysteine hydrochloride monohydrate Derivatives of cysteine such as L-lysine hydrochloride and derivatives of lysine such as L-lysine hydrochloride, and the glutamic acid may include derivatives of glutamine such as L-glutamic acid monosodium salt, Asparagine may include derivatives of asparagine such as L-asparagine monohydrate, Examples of tyrosine include derivatives of tyrosine such as L-tyrosine disodium dihydrate, and examples of histidine include derivatives of histidine such as histidine hydrochloride and histidine hydrochloride monohydrate. Examples of the lysine include lysine derivatives such as L-lysine hydrochloride. Further, NEAA (a non-essential amino acid effective for survival of mouse ES cells) can be preferably mentioned. The amino acids preferably include at least one or two or more amino acids selected from the group consisting of alanine, asparagine and glutamic acid, and more preferably include all amino acids of such group. This is because these groups of amino acids are relatively characteristic amino acids in the WE medium, which is a preferred medium.
上記ビタミン類としては、具体的には、ビオチン、コリン、葉酸、イノシトール、ナイアシン、パントテン酸、ピリドキシン、リボフラビン、チアミン、ビタミンB12、パラアミノ安息香酸(PABA)、アスコルビン酸、エルゴカルシフェロール(ビタミンD2)、ビタミンA、α−トコフェロールから選択される1種又は2種以上のビタミン(類)と、これらの成分各々の誘導体及びそれらの塩並びにそれらの水和物などの派生物を挙げることができる。例えば、上記コリンとしては、塩化コリン等のコリンの派生物を挙げることができ、ナイアシンとしては、ニコチン酸、ニコチン酸アミド(ニコチンアミド)、ニコチニックアルコール等のナイアシンの派生物を挙げることができ、パントテン酸としては、パントテン酸カルシウム、パントテン酸ナトリウム、パンテノール等のパントテン酸の派生物を挙げることができ、ピリドキシンとしては、ピリドキシン塩酸塩、ピリドキサール塩酸塩、リン酸ピリドキサール、ピリドキサミン等のピリドキシンの派生物を挙げることができ、チアミンとしては、塩酸チアミン、硝酸チアミン、硝酸ビスチアミン、チアミンジセチル硫酸エステル塩、塩酸フルスルチアミン、オクトチアミン、ベンフォチアミン等のチアミンの派生物等を挙げることができ、アスコルビン酸としては、アスコルビン酸2−リン酸エステル(Ascorbic acid 2-phosphate)、アスコルビン酸リン酸マグネシウム、アスコルビン酸硫酸ナトリウム、リン酸アスコルビルアミノプロピル、アスコルビン酸リン酸ナトリウム等のアスコルビン酸の派生物を挙げることができ、α−トコフェロールとしては、α−トコフェリルリン酸ナトリウム等のα−トコフェロールの派生物を挙げることができる。上記ビタミン類として、アスコルビン酸、エルゴカルシフェロール(ビタミンD2)、メナジオン重亜硫酸ナトリウム(ビタミンK3)、ビタミンA(好ましくはビタミンAの酢酸塩)及びα−トコフェロール(好ましくはα−トコフェリルリン酸ナトリウム)からなる群から選ばれる1種又は2種以上をビタミン類として少なくとも含むことが好ましく、かかる群のすべてのビタミン類を含むことがより好ましい。これらの群のビタミン類は、好適な培地であるWE培地に比較的特徴的なビタミン類だからである。 Specific examples of the vitamins include biotin, choline, folic acid, inositol, niacin, pantothenic acid, pyridoxine, riboflavin, thiamine, vitamin B12, paraaminobenzoic acid (PABA), ascorbic acid, ergocalciferol (vitamin D2). And one or more vitamin (s) selected from vitamin A and α-tocopherol, and derivatives of each of these components, their salts, and their hydrates. For example, examples of the choline include choline derivatives such as choline chloride, and examples of niacin include niacin derivatives such as nicotinic acid, nicotinic acid amide (nicotinamide), and nicotinic alcohol. As pantothenic acid, derivatives of pantothenic acid such as calcium pantothenate, sodium pantothenate, panthenol and the like can be mentioned. As pyridoxine, pyridoxine such as pyridoxine hydrochloride, pyridoxal hydrochloride, pyridoxal phosphate and pyridoxamine Examples of thiamine include thiamine hydrochloride, thiamine nitrate, bisthiamine nitrate, thiamine dicetyl sulfate ester salt, thulamine derivative such as fursultiamine hydrochloride, octothiamine, benfotiamine and the like. so Ascorbic acid is derived from ascorbic acid such as ascorbic acid 2-phosphate, magnesium ascorbate phosphate, sodium ascorbate sulfate, ascorbylaminopropyl phosphate, sodium ascorbate phosphate, etc. Examples of α-tocopherol include α-tocopherol derivatives such as sodium α-tocopheryl phosphate. Examples of the vitamins include ascorbic acid, ergocalciferol (vitamin D2), menadione sodium bisulfite (vitamin K3), vitamin A (preferably vitamin A acetate) and α-tocopherol (preferably sodium α-tocopheryl phosphate). It is preferable to include at least one or two or more selected from the group consisting of) as vitamins, and more preferably to include all vitamins of such group. This is because these groups of vitamins are relatively characteristic vitamins in the WE medium, which is the preferred medium.
上記その他成分としては、血清又は血清代替物、HEPES等の緩衝剤、ヌクレオチド等の核酸、ピルビン酸、グルタチオン、リノール酸及びその誘導体及びそれらの塩並びにそれらの水和物などの派生物、フェノールレッドなどを挙げることができる。 Examples of other components include serum or serum substitutes, buffers such as HEPES, nucleic acids such as nucleotides, pyruvate, glutathione, linoleic acid and derivatives thereof, and derivatives thereof such as phenol red, phenol red And so on.
上記の血清としては、多能性幹細胞、肝芽細胞等の肝前駆細胞や、肝細胞の培養に一般的に使用されているものであればいずれも使用できる。血清を使用する場合、培養する細胞の種と同種の生物由来の血清を使用することが好ましい。例えば、培養する細胞がヒト細胞である場合 、ヒト由来の血清を使用することが好ましい。上記の血清代替物質としては、血清の代わりに細胞の維持や生育に使用される物質であり、化学的組成が明らかな組成物を意味する。血清代替物質は、多能性幹細胞、肝芽細胞等の肝前駆細胞や、肝細胞の培養に一般的に使用されているものであればいずれも使用でき、例えばKnockout(登録商標)Serum Replacement(Life Tec hnologies社製)、CDM-HD血清代替物(FiberCell Systems社製)、StemSure血清代替品(和光純薬工業株式会社製)、Nu-Serum商標(Becton Dickinson社製)を例示できる。血清または血清代替物質の用量は簡単な繰り返し実験によって決定することができる。 As the above-mentioned serum, any hepatic progenitor cells such as pluripotent stem cells and hepatoblasts, and those generally used for culturing hepatocytes can be used. When using serum, it is preferable to use serum derived from the same species as the cell species to be cultured. For example, when the cells to be cultured are human cells, it is preferable to use human-derived serum. The serum substitute substance is a substance used for maintenance and growth of cells instead of serum, and means a composition having a clear chemical composition. Serum replacement substances may be any of hepatic progenitor cells such as pluripotent stem cells and hepatoblasts, and those generally used for culturing hepatocytes, such as Knockout (registered trademark) Serum Replacement ( Life Tec hnologies), CDM-HD serum substitute (FiberCell Systems), StemSure serum substitute (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Nu-Serum trademark (Becton Dickinson). The dose of serum or serum replacement can be determined by simple repeated experiments.
上記ヌクレオチドとしては、ATP、UTP、GTP、CTP、好ましくはこれら4種の等モル混合物)を好ましく挙げることができ、ピルビン酸の派生物としてはピルビン酸ナトリウムを好ましく挙げることができる。 As the nucleotide, ATP, UTP, GTP, CTP, preferably an equimolar mixture of these 4 types) can be preferably mentioned, and as a derivative of pyruvic acid, sodium pyruvate can be preferably mentioned.
また、それ以外のその他成分として、オンコスタチンM、上皮成長因子、レチノイン酸、デキサメタゾン、インスリン、トランスフェリン、FPH1(肝細胞機能性増殖誘導物質1)、M50054等の増殖促進剤;FOXA2、GATA4、HEX、C/EBPα等の転写因子;などが挙げられる。 In addition, as other components, growth promoters such as Oncostatin M, epidermal growth factor, retinoic acid, dexamethasone, insulin, transferrin, FPH1 (hepatocyte functional proliferation inducer 1), M50054; FOXA2, GATA4, HEX , Transcription factors such as C / EBPα, and the like.
本発明における「肝前駆細胞誘導培地」の好適な具体例として、以下の「グルコースを含む哺乳動物細胞培養用基本培地」に解糖系抑制剤を含有させた培地を挙げることができる。「グルコースを含む哺乳動物細胞培養用基本培地」としては、ウィリアムE培地(William's E medium、Life Technologies社製)、ReproFF(品番:RCHEMD004、リプロセル社製)、イーグル最小必須培地(Minimum Essential Medium、品番:11090-081、Life Techn ologies社製)、改良最小必須培地(Improved Minimum Essential Medium、品番:10373-017、Life Technologies社製)、イスコフ改変ダルベッコ培地(Iscove's Modified Dulbecco's Medium、品番:12440-053、Life Technologies社製)、コンノート医学研究所1066培地(Connaught Medical Research Laboratories Medi um 1066、品番:11530-037、Life Technologies社製)、イーグル基礎培地(Basal Medium Eagle、品番:21010-046、Life Technologies社製)、マッコイ5A培地(McCoy's 5A Medium、品番:16600-082、Life Technologies社製)等の、グルコースを含む哺乳動物細胞培養用基本培地を挙げることができ、中でも、ウィリアムE培地、ReproFFを好ましく挙げることができ、中でも、ウィリアムE培地をより好ましく挙げることができる。なお、これらの哺乳動物細胞培養用基本培地は、グルコースを含んでいるものの、解糖系抑制剤を含んでいないため、本発明に用いる際には、解糖系抑制剤を添加して用いる。また、先に列挙した哺乳動物細胞培養用基本培地の組成は公知であるが、参考のために、ウィリアムE培地の組成を表3に示す。表3におけるそれぞれの成分の「固形分の重量部」の数値をmg/L単位とすると、その成分の「濃度(mM)」と等しくなる。例えば、グリシンを50mg/Lとすると、0.667mMの濃度となる。なお、本発明における「グルコースを含む肝前駆細胞誘導培地」には、先に列挙した哺乳動物細胞培養用基本培地(好ましくはウィリアムE培地)における各成分の濃度に対して、各成分ごとに独立に70%〜130%の範囲内の割合の濃度の各成分を含む培地も挙げることができる。 Specific examples of preferable “hepatic progenitor cell induction medium” in the present invention include the following medium containing a glycolytic inhibitor in “basic medium for mammalian cell culture containing glucose”. "Basic medium for culturing mammalian cells containing glucose" includes William E's medium (William's E medium, Life Technologies), ReproFF (product number: RCHEMD004, manufactured by Reprocell), Eagle's minimum essential medium (product number) : 11090-081, Life Technologies, Inc.) Improved Minimum Essential Medium (Product Number: 10373-017, Life Technologies), Iscove's Modified Dulbecco's Medium, Product Number: 12440-053, Life Technologies), Connaught Medical Research Laboratories Medium 1066 (Connaught Medical Research Laboratories Medium 1066, Product No. 11530-037, Life Technologies), Eagle Basal Medium (Basal Medium Eagle, Product No. 21010-046, Life Technologies) Name of basic medium for mammalian cell culture containing glucose, such as McCoy's 5A Medium (product number: 16600-082, manufactured by Life Technologies). Can, among others, William E medium, can be preferably exemplified a ReproFF, among others, can be cited more preferably William E medium. In addition, since these basic culture media for mammalian cell culture contain glucose but do not contain a glycolytic inhibitor, a glycolytic inhibitor is added for use in the present invention. The composition of the basic medium for mammalian cell culture listed above is known, but the composition of William E medium is shown in Table 3 for reference. When the numerical value of “weight part of solid content” of each component in Table 3 is expressed in mg / L, it becomes equal to the “concentration (mM)” of the component. For example, when glycine is 50 mg / L, the concentration is 0.667 mM. The “hepatic progenitor cell-inducing medium containing glucose” in the present invention is independent for each component with respect to the concentration of each component in the basic medium for mammalian cell culture (preferably William E medium) listed above. And a medium containing each component at a concentration in the range of 70% to 130%.
本発明の肝前駆細胞の製造方法としては、前述したように、解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養する工程を有している限り特に制限されない。かかる培養の培養条件としては、多能性幹細胞を上記肝前駆細胞誘導培地で培養することにより、肝前駆細胞を製造し得る限り特に制限されない。培養温度としては、通常約30〜40℃の範囲内であり、好ましくは37℃である。培養時のCO2濃度は、通常約1〜10%の範囲内であり、好ましくは約5%である。また、培養時の湿度は、通常約70〜100%の範囲内であり、好ましくは約95〜100%の範囲内である。また、培養時のO2濃度は、正常酸素濃度(18〜22%O2)であっても、低酸素濃度(0〜10%O2)であってもよい。培養期間としては、通常2〜15日間の範囲内、好ましくは3〜15日間の範囲内、より好ましくは7〜15日間の範囲内、さらに好ましくは7〜14日間の範囲内、より好ましくは7〜12日間の範囲内を挙げることができる。培養期間は、目的に応じて適宜調整することができ、より長期間培養すると、得られる細胞数は減少するものの、肝細胞への分化がより進んだ肝前駆細胞を得ることができる。なお、培地交換は必要に応じて行うことができ、好ましくは1〜2日に一度、より好ましくは2日に一度行うことが挙げられる。 As described above, the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention is particularly limited as long as it has a step of culturing pluripotent stem cells in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose. Not. The culture conditions for such culture are not particularly limited as long as hepatic progenitor cells can be produced by culturing pluripotent stem cells in the hepatic progenitor cell induction medium. The culture temperature is usually in the range of about 30 to 40 ° C, preferably 37 ° C. The CO 2 concentration at the time of culture is usually in the range of about 1 to 10%, preferably about 5%. Moreover, the humidity at the time of culture | cultivation is in the range of about 70-100% normally, Preferably it exists in the range of about 95-100%. Further, the O 2 concentration during the culture may be a normal oxygen concentration (18 to 22% O 2 ) or a low oxygen concentration (0 to 10% O 2 ). The culture period is usually within a range of 2 to 15 days, preferably within a range of 3 to 15 days, more preferably within a range of 7 to 15 days, still more preferably within a range of 7 to 14 days, more preferably 7 Within the range of ˜12 days. The culture period can be appropriately adjusted according to the purpose. When the culture is continued for a longer period, the number of cells obtained can be reduced, but hepatic progenitor cells that are more differentiated into hepatocytes can be obtained. In addition, culture medium replacement | exchange can be performed as needed, Preferably it is performed once every 1 to 2 days, More preferably, it is performed once every 2 days.
多能性幹細胞の培養は、培養容器内にコーティングした細胞外マトリックス(例えば、ラミニン−1〜12、コラーゲン、フィブロネクチン、ヴィトロネクチン、マトリゲル(ベクトンディッキンソン社製)、Geltrex(インヴィトロジェン社製)など)上で行うことが好ましい。また、多能性幹細胞は、フィーダー細胞と共培養してもよいし、しなくてもよい。フィーダー細胞としては、多能性幹細胞の増殖、維持に寄与する細胞であればいずれも使用可能であり、例えば、C3H10T1/2細胞株、OP9細胞、NIH3T3細胞、ST2細胞、PA6細胞、好ましくは、マウス胚線維芽細胞(MEF細胞)、SL10細胞などを用いることができる。フィーダー細胞を用いるときには、例えば、マイトマイシンC処理或いは放射線照射などにより、細胞の増殖を抑止しておくのがよい。 Pluripotent stem cells are cultured in an extracellular matrix (for example, laminin-1-12, collagen, fibronectin, vitronectin, matrigel (manufactured by Becton Dickinson), Geltrex (manufactured by Invitrogen) Etc.) is preferable. Pluripotent stem cells may or may not be co-cultured with feeder cells. Any cells can be used as feeder cells as long as they contribute to the proliferation and maintenance of pluripotent stem cells. For example, C3H10T1 / 2 cell line, OP9 cells, NIH3T3 cells, ST2 cells, PA6 cells, Mouse embryonic fibroblasts (MEF cells), SL10 cells and the like can be used. When using feeder cells, it is preferable to inhibit cell growth by, for example, mitomycin C treatment or radiation irradiation.
本発明の肝前駆細胞の製造方法は、解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養する工程(以下、「工程A」とも表示する。)以外に、任意の工程を有していてもよい。かかる任意の工程としては、工程Aの後、前記肝前駆細胞誘導培地から肝前駆細胞を分取する工程が挙げられる。 The method for producing hepatic progenitor cells of the present invention includes a step of culturing pluripotent stem cells (hereinafter also referred to as “step A”) in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose. , Any process may be included. Examples of the optional step include a step of separating hepatic progenitor cells from the hepatic progenitor cell induction medium after step A.
本発明の肝前駆細胞の製造方法は、工程Aを行う前に、多能性幹細胞を、グルコースを含まない培地(例えばHSM培地やHDI培地)で培養する工程Pを含んでいてもよいが、含んでいないことが好ましい。工程Aを行う前に、該工程Pを含んでいない方が、肝前駆細胞の減少をより多く抑制することができ、より多くの肝前駆細胞を得ることができるからである。 The method for producing hepatic progenitor cells of the present invention may include a step P of culturing pluripotent stem cells in a medium not containing glucose (for example, an HSM medium or an HDI medium) before performing Step A. It is preferably not included. This is because before the step A is performed, the reduction in the number of hepatic progenitor cells can be suppressed more and a larger number of hepatic progenitor cells can be obtained if the step P is not included.
また、本発明の肝前駆細胞の製造方法は、工程Aの後に、肝前駆細胞をHDI培地で培養する工程Qを含んでいてもよいが、含んでいないことが好ましい。また、本発明の肝前駆細胞の製造方法は、工程Aの後に、肝前駆細胞をHSM培地で培養する工程Rを含んでいなくてもよい。本発明の肝前駆細胞誘導培地は、多能性幹細胞から肝前駆細胞へ分化誘導する培地であるが、肝前駆細胞へ分化誘導すると共に、肝前駆細胞を緩やかに選択する性質も併せ持っている。本発明の肝前駆細胞誘導培地は解糖系抑制剤を有しており、グルコースの代謝が阻害されているため、肝細胞系細胞以外の細胞は生存し難い傾向があるからである。しかし、肝前駆細胞等の肝細胞系細胞(好ましくは肝前駆細胞)を、より選択的かつより高精度に分取又は単離する観点から、本発明の肝前駆細胞の製造方法は、工程Aの後に、肝前駆細胞をHSM培地で培養する工程Rを含んでいることが好ましい。背景技術に記載したように、HSM培地は、肝前駆細胞等の肝細胞系細胞は数日間生存することができるが、肝細胞系細胞以外の細胞はすみやかに死滅するため、肝細胞系細胞の選択培地としては優れている。HSM培地の組成を以下の表4、表5に示し、HDI培地の組成を以下の表6に示し、L15培地の組成を以下の表7に示す。なお、表5のHSM培地の組成は、インスリン、デキサメタゾン、アプロチニンを含んでいないこと以外は、表4のHSM培地の組成と同じである。 Moreover, although the manufacturing method of the hepatic progenitor cell of this invention may include the process Q which culture | cultivates a hepatic progenitor cell in a HDI culture medium after the process A, it is preferable not to include. In addition, the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention may not include Step R of culturing hepatic progenitor cells in an HSM medium after Step A. The hepatic progenitor cell induction medium of the present invention is a medium that induces differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, and has the property of inducing differentiation into hepatic progenitor cells and slowly selecting hepatic progenitor cells. This is because the hepatic progenitor cell induction medium of the present invention has a glycolytic inhibitor and inhibits metabolism of glucose, so that cells other than hepatocyte cells tend not to survive. However, from the viewpoint of sorting or isolating hepatocyte cells (preferably hepatic progenitor cells) such as hepatic progenitor cells more selectively and with higher accuracy, the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention comprises step A. After that, it is preferable to include Step R of culturing hepatic progenitor cells in HSM medium. As described in the background art, HSM medium allows hepatocyte cells such as hepatic progenitor cells to survive for several days, but cells other than hepatocyte cells die quickly, so It is excellent as a selective medium. The composition of the HSM medium is shown in Tables 4 and 5 below, the composition of the HDI medium is shown in Table 6 below, and the composition of the L15 medium is shown in Table 7 below. The composition of the HSM medium in Table 5 is the same as the composition of the HSM medium in Table 4 except that it does not contain insulin, dexamethasone, or aprotinin.
本発明の肝前駆細胞の製造方法により、多能性幹細胞から肝前駆細胞や肝細胞が分化誘導されたことは、肝前駆細胞や肝細胞の公知マーカーの発現を検出することにより確認することができる。肝芽細胞等の肝前駆細胞のマーカーとしてはAFPやDLK−1が挙げられ、肝細胞のマーカーとしては、薬物代謝に関連するCYP3A4や、アルコール代謝に関連するALDH2の他、アルブミンが挙げられる The differentiation of hepatic progenitor cells and hepatocytes from pluripotent stem cells by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention can be confirmed by detecting expression of known markers of hepatic progenitor cells and hepatocytes. it can. Markers of hepatic progenitor cells such as hepatoblasts include AFP and DLK-1, and hepatocyte markers include CYP3A4 related to drug metabolism, ALDH2 related to alcohol metabolism, and albumin.
肝前駆細胞や肝細胞のマーカーの検出は、細胞内の対象タンパク質のmRNAを逆転写後、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)、またはリアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応などの公知の遺伝子工学的手法によって測定するか、さらに、被検タンパク質に対する抗体を用いる酵素免疫測定法(ELISA法)や免疫染色法によっても確認できるが、これら方法に限定されず、公知の方法をいずれも使用することができる。 Detection of hepatic progenitor cells and hepatocyte markers is performed by reverse transcription of the target protein mRNA in the cell, followed by polymerase chain reaction (PCR), reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR), or real-time quantitative polymerase chain reaction. However, it is not limited to these methods, and a known method can be used, which can be confirmed by an enzyme immunoassay method (ELISA method) or an immunostaining method using an antibody against a test protein. Either can be used.
本発明の肝前駆細胞の製造方法により得られる細胞培養物は、肝前駆細胞を含む細胞培養物である。「細胞培養物」とは、細胞を培養した後に得られる細胞群をいう。本発明における細胞培養物には、未分化能を有する細胞は実質的に含有されていない。「実質的に含有されていない」とは、肝前駆細胞と未分化能を有する細胞との比(肝前駆細胞:未分化能を有する細胞)が1000:1以下、好ましくは10000:1以下、さらに好ましくは100000:1以下であることをいう。また、本細胞培養物には、肝前駆細胞の他、肝前駆細胞からさらに分化した細胞が含まれていることがある。 The cell culture obtained by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention is a cell culture containing hepatic progenitor cells. “Cell culture” refers to a group of cells obtained after culturing cells. The cell culture in the present invention does not substantially contain cells having undifferentiated ability. “Substantially not contained” means that the ratio of hepatic progenitor cells to undifferentiated cells (hepatic progenitor cells: undifferentiated cells) is 1000: 1 or less, preferably 10,000: 1 or less, More preferably, it means 100000: 1 or less. In addition to the hepatic progenitor cells, the cell culture may contain cells further differentiated from the hepatic progenitor cells.
本発明の肝前駆細胞の製造方法により得られる培養細胞物は、例えば、劇症肝炎、部分肝切除術後、または肝硬変の自然経過中に生じる肝不全などの肝疾患の移植治療を含む再生医療に医薬として用いることができる。本発明の肝前駆細胞の製造方法により得られる細胞培養物を有効成分として含有する医薬は、薬理学的に許容される生理食塩水、添加剤、または培地などを含んでもよいが、異種血清やウィルスなどの不純物の混入のないものが好ましい。 The cultured cell product obtained by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention includes, for example, regenerative medicine including transplantation treatment for liver diseases such as fulminant hepatitis, partial hepatectomy, or liver failure that occurs during the natural course of cirrhosis. It can be used as a medicine. A medicament containing a cell culture obtained by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention as an active ingredient may contain a pharmacologically acceptable physiological saline, an additive, a medium, etc. Those free from impurities such as viruses are preferred.
本発明の肝前駆細胞の製造方法により得られる細胞培養物はまた、in vitroで、適当な培養条件下で培養することにより、肝実質細胞や胆管上皮細胞に分化させることができる。例えば、肝前駆細胞の肝細胞への分化には、多くの転写因子や、非実質細胞が産生するHGFおよびTGFβなどの種々の細胞外基質の関与が報告されており、これら物質を利用して肝前駆細胞から肝細胞への分化誘導をin vitroで実施できる。このように、本発明の肝前駆細胞の製造方法により得られた細胞培養物は、さらに公知の方法で分化誘導させることにより、肝実質細胞や胆管上皮細胞を得るために使用することができる。 The cell culture obtained by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention can also be differentiated into hepatocytes or bile duct epithelial cells by culturing in vitro under appropriate culture conditions. For example, the differentiation of hepatic progenitor cells into hepatocytes has been reported to involve many transcription factors and various extracellular substrates such as HGF and TGFβ produced by nonparenchymal cells. Differentiation from hepatic progenitor cells to hepatocytes can be induced in vitro. Thus, the cell culture obtained by the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention can be used to obtain hepatocytes or bile duct epithelial cells by further inducing differentiation by a known method.
さらに、肝細胞を含む細胞培養物は、肝細胞の有する薬物代謝機能やアルコール代謝機能に関するin vitroでの試験や、肝細胞に対する薬剤の毒性試験などに、利用することができる。 Furthermore, a cell culture containing hepatocytes can be used for in vitro tests on drug metabolism functions and alcohol metabolism functions possessed by hepatocytes, drug toxicity tests on hepatocytes, and the like.
本発明の培地添加剤としては、多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地に添加するための培地添加剤であって、解糖系抑制剤を含んでいる限り特に制限されない。本発明の培地添加剤は解糖系抑制剤を有効成分として含有している。本発明の培地添加剤は、多能性幹細胞から肝前駆細胞を誘導する際に、肝前駆細胞をより長期間培養し、及び/又は、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得るための培地添加剤である。 The medium additive of the present invention is a medium additive for adding to a differentiation induction medium from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, and is not particularly limited as long as it contains a glycolytic inhibitor. The culture medium additive of the present invention contains a glycolytic inhibitor as an active ingredient. When the hepatic progenitor cells are induced from pluripotent stem cells, the culture medium additive of the present invention cultures hepatic progenitor cells for a longer period and / or suppresses the decrease in hepatic progenitor cells, thereby increasing more hepatic progenitors. It is a medium additive for obtaining cells.
本発明の培地添加剤は、粉末状、粒状、顆粒状等の固体状であってもよいし、液体状であってもよい。固体状の培地添加剤は、固体状の解糖系抑制剤を用いて作製することができる。また、液体状の培地添加剤は、解糖系抑制剤を、水等の溶媒に溶解又は懸濁することにより作製することができる。 The culture medium additive of the present invention may be in a solid form such as powder, granule, granule or the like, or in a liquid form. The solid medium additive can be prepared using a solid glycolytic inhibitor. The liquid medium additive can be prepared by dissolving or suspending the glycolytic inhibitor in a solvent such as water.
本発明の培地添加剤の使用態様は、培地に添加する際に希釈して用いる態様を含む場合があるため、該培地添加剤における解糖系抑制剤の含有量としては特に制限されず、培地添加剤全量に対する割合として例えば0.01〜99.99重量%の範囲内、好ましくは0.1〜99.9重量%の範囲内、より好ましくは1〜99重量%の範囲内、さらに好ましくは3〜80重量%の範囲内、より好ましくは10〜60重量%の範囲内が挙げられる。 Since the usage mode of the culture medium additive of the present invention may include a mode in which the medium additive is diluted when added to the culture medium, the content of the glycolytic inhibitor in the culture medium additive is not particularly limited. For example, the ratio to the total amount of the additive is in the range of 0.01 to 99.99% by weight, preferably in the range of 0.1 to 99.9% by weight, more preferably in the range of 1 to 99% by weight, and still more preferably. Within the range of 3 to 80% by weight, more preferably within the range of 10 to 60% by weight.
本発明の培地添加剤は、解糖系抑制剤のみを含有していてもよいし、他の任意成分を含有していてもよい。任意成分としては、グルコース、担体、溶媒などが挙げられる。 The culture medium additive of the present invention may contain only a glycolytic inhibitor or may contain other optional components. Examples of optional components include glucose, a carrier, and a solvent.
本発明の培地添加剤がグルコースを含んでいる場合、そのグルコース濃度としては特に制限されないが、解糖系抑制剤の合計モル濃度:グルコースのモル濃度の比率が例えば1:185〜1:222000の範囲内、好ましくは1:222〜1:92500の範囲内が挙げられる。 When the culture medium additive of the present invention contains glucose, the glucose concentration is not particularly limited, but the ratio of the total molar concentration of glycolytic inhibitors to the molar concentration of glucose is, for example, 1: 185 to 1: 222000. Within the range, preferably within the range of 1: 222 to 1: 92500.
本発明の培地添加剤は、上記の肝前駆細胞誘導培地に添加すること等により使用することができる。本発明の培地添加剤を添加した肝前駆細胞誘導培地には、解糖系抑制剤とグルコースが含まれているようにすることが好ましい。そのようにして調製した肝前駆細胞誘導培地は、多能性幹細胞から肝前駆細胞への培養に好適に用いることができる。 The culture medium additive of the present invention can be used by adding it to the above-mentioned hepatic progenitor cell induction medium. The hepatic progenitor cell induction medium to which the medium additive of the present invention is added preferably contains a glycolytic inhibitor and glucose. The hepatic progenitor cell induction medium thus prepared can be suitably used for culture from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells.
本発明の培地添加剤を添加した肝前駆細胞誘導培地における、解糖系抑制剤(好ましくは2DG、3BP)、グルコース、その他の培地成分の態様や濃度は、本発明における「肝前駆細胞誘導培地」について前述したのと同様である。 The aspect and concentration of the glycolytic inhibitor (preferably 2DG, 3BP), glucose, and other medium components in the hepatic progenitor cell induction medium to which the medium additive of the present invention is added are described in “Hepatic progenitor cell induction medium” in the present invention. Is the same as described above.
また、本発明の培地添加剤と、HSM培地とを組み合わせて、培養キットとすることもできる。かかる培養キットは、本発明の培地添加剤と、HSM培地とを少なくとも含んでいる。かかる培養キットは、
解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養する工程A、及び、
工程Aの後に、肝前駆細胞をHSM培地で培養する工程R
を含む本発明の肝前駆細胞の製造方法に好適に用いることができる。すなわち、かかる培養キットは、多能性幹細胞から肝前駆細胞へ分化誘導し、及び、肝細胞系細胞(好ましくは肝前駆細胞)を選択するための培養キットである。なお、HSM培地の組成は、上記表4に示されている。
Further, the culture medium additive of the present invention and the HSM medium can be combined to form a culture kit. Such a culture kit includes at least the medium additive of the present invention and an HSM medium. Such a culture kit is:
Step A of culturing pluripotent stem cells in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose, and
Step R of culturing hepatic progenitor cells in HSM medium after step A
Can be suitably used in the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention. That is, this culture kit is a culture kit for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells and selecting hepatocyte cells (preferably hepatic progenitor cells). The composition of the HSM medium is shown in Table 4 above.
本発明の分化誘導培地としては、多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地であって、解糖系抑制剤とグルコースとを含んでいる限り特に制限されない。なお、本発明の分化誘導培地は、解糖系抑制剤とグルコースを有効成分として含有している。本発明の分化誘導培地は、多能性幹細胞から肝前駆細胞へ分化誘導するための培地であり、より詳しくは、多能性幹細胞から肝前駆細胞を誘導する際に、肝前駆細胞をより長期間培養し、及び/又は、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得るための「多能性幹細胞から肝前駆細胞への分化誘導培地」である。 The differentiation induction medium of the present invention is a differentiation induction medium from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells, and is not particularly limited as long as it contains a glycolytic inhibitor and glucose. The differentiation-inducing medium of the present invention contains a glycolytic inhibitor and glucose as active ingredients. The differentiation induction medium of the present invention is a medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells. More specifically, when inducing hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells, the hepatic progenitor cells are longer. It is a “culture medium for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells” for culturing for a period and / or obtaining more hepatic progenitor cells by suppressing the decrease in hepatic progenitor cells.
本発明の分化誘導培地は、粉末状、粒状、顆粒状等の固体状であってもよいし、液体状であってもよい。本発明の分化誘導培地の使用態様は、水等の溶媒で希釈して用いる態様を含む場合があるため、該分化誘導培地における解糖系抑制剤の含有量としては特に制限されず、該解糖系抑制剤(乾燥重量)の、分化誘導培地の固形分全量(乾燥重量)に対する割合として例えば1.0×10−7〜1.0重量%の範囲内、好ましくは1.0×10−6〜0.1重量%の範囲内、より好ましくは1.0×10−5〜0.1重量%の範囲内が挙げられる。 The differentiation-inducing medium of the present invention may be in a solid form such as powder, granule, granule or the like, or in a liquid form. Since the usage mode of the differentiation-inducing medium of the present invention may include a mode in which the differentiation-inducing medium is diluted with a solvent such as water, the content of the glycolytic inhibitor in the differentiation-inducing medium is not particularly limited. The ratio of the sugar-based inhibitor (dry weight) to the total solid content (dry weight) of the differentiation-inducing medium is, for example, in the range of 1.0 × 10 −7 to 1.0 wt%, preferably 1.0 × 10 − It is in the range of 6 to 0.1% by weight, more preferably in the range of 1.0 × 10 −5 to 0.1% by weight.
本発明の分化誘導培地におけるグルコースの濃度としては特に制限されず、グルコース(乾燥重量)の、分化誘導培地の固形分全量(乾燥重量)に対する割合として例えば0.2〜10重量%の範囲内、好ましくは0.5〜5重量%の範囲内、より好ましくは0.8〜3.2重量%の範囲内、さらに好ましくは1〜2.2重量%の範囲内、より好ましくは1.3〜2重量%の範囲内が挙げられる。 The concentration of glucose in the differentiation induction medium of the present invention is not particularly limited, and the ratio of glucose (dry weight) to the total solid content (dry weight) of the differentiation induction medium is, for example, in the range of 0.2 to 10% by weight. Preferably in the range of 0.5 to 5 wt%, more preferably in the range of 0.8 to 3.2 wt%, still more preferably in the range of 1 to 2.2 wt%, more preferably 1.3 to Within the range of 2% by weight.
本発明の分化誘導培地中の解糖系抑制剤の合計モル濃度:グルコースのモル濃度の比率としては、例えば1:185〜1:222000の範囲内、好ましくは1:222〜1:92500の範囲内が挙げられる。 The ratio of the total molar concentration of glycolytic inhibitors in the differentiation-inducing medium of the present invention to the molar concentration of glucose is, for example, in the range of 1: 185 to 1: 222000, preferably in the range of 1: 222 to 1: 92500. Inside is mentioned.
本発明の分化誘導培地における、解糖系抑制剤とグルコース以外の成分としては、1又は2種類以上の無機塩(類)、1又は2種類以上のアミノ酸(類)、及び1又は2種類以上のビタミン(類)、及び1又は2種類以上のその他成分が挙げられる。該肝前駆細胞誘導培地は、グルコース以外に、1又は2種類以上の糖(類)をさらに含んでいてもよいが、含んでいなくてもよい。解糖系抑制剤(好ましくは2DG、3BP)、グルコース、その他の培地成分の態様や濃度は、本発明における「肝前駆細胞誘導培地」について前述したのと同様である。 In the differentiation-inducing medium of the present invention, the components other than the glycolytic inhibitor and glucose include one or more inorganic salts (s), one or more amino acids (s), and one or mores. Vitamin (s) and one or more other ingredients. The hepatic progenitor cell induction medium may further contain one or two or more kinds of sugar (s) in addition to glucose, but may not contain. The aspect and concentration of the glycolytic inhibitor (preferably 2DG, 3BP), glucose, and other medium components are the same as those described above for the “hepatic progenitor cell induction medium” in the present invention.
本発明の分化誘導培地の好適な態様として、該分化誘導培地の固形分の各成分の組成(重量部)が、WE培地の固形分の各成分の重量部(表3)に対して、各成分ごとに独立に70〜130%の範囲内の割合の重量部の各成分を含む培地が挙げられる。 As a suitable aspect of the differentiation-inducing medium of the present invention, the composition (parts by weight) of each component of the solid content of the differentiation-inducing medium is different from the weight part (Table 3) of each component of the solid content of the WE medium. A medium containing each component in parts by weight within a range of 70 to 130% independently for each component may be mentioned.
本発明の分化誘導培地はその態様に応じて、そのまま、あるいは、適宜希釈して、肝前駆細胞誘導培地として使用することができる。肝前駆細胞誘導培地として使用する際の、解糖系抑制剤やグルコースの態様や濃度は、本発明における「肝前駆細胞誘導培地」について前述したのと同様である。 The differentiation-inducing medium of the present invention can be used as a hepatic progenitor cell-inducing medium as it is or after being appropriately diluted depending on the mode. The mode and concentration of the glycolytic inhibitor and glucose when used as a hepatic progenitor cell induction medium are the same as those described above for the “hepatic progenitor cell induction medium” in the present invention.
また、本発明の分化誘導培地と、HSM培地とを組み合わせて、培養キットとすることもできる。かかる培養キットは、本発明の分化誘導培地と、HSM培地とを少なくとも含んでいる。かかる培養キットは、
解糖系抑制剤とグルコースとを含む肝前駆細胞誘導培地で、多能性幹細胞を培養する工程A、及び、
工程Aの後に、肝前駆細胞をHSM培地で培養する工程R
を含む本発明の肝前駆細胞の製造方法に好適に用いることができる。すなわち、かかる培養キットは、多能性幹細胞から肝前駆細胞へ分化誘導し、及び、肝細胞系細胞(好ましくは肝前駆細胞)を選択するための培養キットである。なお、HSM培地の組成は、上記表4に示されている。
In addition, a culture kit can be obtained by combining the differentiation-inducing medium of the present invention and the HSM medium. Such a culture kit includes at least the differentiation induction medium of the present invention and an HSM medium. Such a culture kit is:
Step A of culturing pluripotent stem cells in a hepatic progenitor cell induction medium containing a glycolytic inhibitor and glucose, and
Step R of culturing hepatic progenitor cells in HSM medium after step A
Can be suitably used in the method for producing hepatic progenitor cells of the present invention. That is, this culture kit is a culture kit for inducing differentiation from pluripotent stem cells to hepatic progenitor cells and selecting hepatocyte cells (preferably hepatic progenitor cells). The composition of the HSM medium is shown in Table 4 above.
[参考例1]
[培地におけるグルコース等の有無の、肝臓特異的遺伝子の発現への影響]
グルコースを含まず、ガラクトースを含む培地(グルコース不含及びガラクトース含有培地)での培養が、ヒトiPS細胞における肝臓特異的遺伝子の発現にどのような影響を与えるかを調べるために、以下の実験を行った。実験の方法は、後述の実施例の(方法)の3.〜6.の方法にしたがった。
[Reference Example 1]
[Effects of the presence or absence of glucose in the medium on the expression of liver-specific genes]
In order to examine the effects of culture in a medium containing no galactose and containing galactose (medium containing no glucose and containing galactose) on the expression of liver-specific genes in human iPS cells, the following experiment was conducted. went. The method of the experiment is described in 3. (Method) of Examples described later. ~ 6. According to the method.
HSM培地やHDI培地は、グルコースを含まず、ガラクトースを含んでおり、アルギニンを含んでおらず、オルニチンを含んでいる。ReproFF(リプロセル社製)は、iPS細胞等の多能性幹細胞を、未分化を維持して培養するための培地である。ReproFFの組成は公表されておらず、不明であるが、少なくともグルコースを含有していると考えられる。 The HSM medium and HDI medium do not contain glucose, contain galactose, do not contain arginine, and contain ornithine. ReproFF (manufactured by Reprocell) is a medium for culturing pluripotent stem cells such as iPS cells while maintaining undifferentiation. The composition of ReproFF has not been published and is unknown, but it is thought to contain at least glucose.
肝臓特異的遺伝子の発現レベルを分析するために、201B7細胞(理研細胞バンクのヒトiPS細胞)をReproFF培地、HSM培地、又はHDI培地にて2日間培養した。培養した細胞からRNAを単離し、リアルタイム定量PCRに供し、細胞質型アスパラギン酸アミノ基転移酵素(cytosolic aspartate aminotransferase; Cyto AST)(図1A)、ミトコンドリア型アスパラギン酸アミノ基転移酵素(mitochondrial aspartate aminotransferase; Mito AST)(図1B)、アラニンアミノ基転移酵素(alanine aminotransferase;ALT)(図1C)、及びグリコーゲン合成酵素(glycogen synthase; GS)(図1D)の発現レベルを分析した。それらの結果を、図1A〜Dに示す。 In order to analyze the expression level of liver-specific genes, 201B7 cells (RIKEN cell bank human iPS cells) were cultured in ReproFF medium, HSM medium, or HDI medium for 2 days. RNA is isolated from the cultured cells, subjected to real-time quantitative PCR, cytosolic aspartate aminotransferase (Cyto AST) (FIG. 1A), mitochondrial aspartate aminotransferase (mitochondrial aspartate aminotransferase; Mito The expression levels of AST) (FIG. 1B), alanine aminotransferase (ALT) (FIG. 1C), and glycogen synthase (GS) (FIG. 1D) were analyzed. The results are shown in FIGS.
図1の結果から分かるように、HSM培地やHDI培地で培養した場合は、ReproFFで培養した場合と比較して、ミトコンドリアAST、ALT及びグリコーゲン合成酵素の発現レベルが著しく(P<0.05)増加した(図1B、C、D)。また、HSM培地やHDI培地で培養した場合は、ReproFFで培養した場合と比較して、細胞質ASTの発現レベルが著しく(P<0.05)増加した(図1A)。これらの結果から、培地においてグルコースを含まないこと、又は、アルギニンを含まないこと、並びに、ガラクトース及びオルニチンを含むことにより、肝臓特異的遺伝子及びグリコーゲン合成酵素が増加することが示された。 As can be seen from the results shown in FIG. 1, when cultured in HSM medium or HDI medium, the expression levels of mitochondrial AST, ALT, and glycogen synthase are significantly higher than those cultured in ReproFF (P <0.05). Increased (FIGS. 1B, C, D). In addition, when cultured in HSM medium or HDI medium, the expression level of cytoplasm AST was markedly increased (P <0.05) as compared with the case of culturing with ReproFF (FIG. 1A). From these results, it was shown that the liver-specific gene and glycogen synthase increase when the medium does not contain glucose, or does not contain arginine, and contains galactose and ornithine.
[参考例2]
[培地におけるガラクトースの有無の、α−フェトプロテイン遺伝子の発現への影響]
参考例1の試験の結果(図1)において、ガラクトースがヒトiPS細胞(201B7細胞)の肝細胞分化に影響した可能性を検討するために、以下の実験を行った。実験の方法は、後述の実施例の(方法)の3.〜6.の方法にしたがった。なお、DF12培地(ダルベッコ改変イーグル培地/Nutrient F-12 Ham培地)を用いた場合は、後述の実施例の(方法)において、WE培地に代えて、DF12培地を用いた。
[Reference Example 2]
[Effect of the presence or absence of galactose in the medium on the expression of α-fetoprotein gene]
In order to examine the possibility that galactose affected hepatocyte differentiation of human iPS cells (201B7 cells) in the results of the test of Reference Example 1 (FIG. 1), the following experiment was performed. The method of the experiment is described in 3. (Method) of Examples described later. ~ 6. According to the method. In addition, when DF12 culture medium (Dulbecco modified Eagle culture medium / Nutrient F-12 Ham culture medium) was used, it replaced with WE culture medium in the (method) of the below-mentioned Example, and used DF12 culture medium.
ガラクトースを添加又は無添加のL15培地、WE培地及びDF12培地で201B7細胞を培養した。培養した細胞からRNAを単離して、リアルタイム定量PCRに供し、肝前駆細胞等のマーカーであるα−フェトプロテイン(α-feto protein:AFP)の発現レベルを分析した。それらの結果を図2に示す。 201B7 cells were cultured in L15 medium, WE medium and DF12 medium with or without galactose added. RNA was isolated from the cultured cells and subjected to real-time quantitative PCR, and the expression level of α-feto protein (AFP), which is a marker of hepatic progenitor cells, was analyzed. The results are shown in FIG.
図2の結果から分かるように、L15培地(リーボビッツ15培地)、WE培地(ウィリアムE培地)、DF12培地(ダルベッコ改変イーグル培地/ハムF−12混合培地)のいずれの場合においても、ガラクトースの添加の有無によってAFPの発現レベルにほとんど差がなかった。これらの結果から、ガラクトースが201B7細胞の肝細胞系統への分化には何ら影響しないことが示された。 As can be seen from the results of FIG. 2, galactose was added in any of the L15 medium (Leibovitz 15 medium), WE medium (William E medium), and DF12 medium (Dulbecco's modified Eagle medium / Ham F-12 mixed medium). There was almost no difference in the expression level of AFP depending on the presence or absence. From these results, it was shown that galactose has no influence on the differentiation of 201B7 cells into the hepatocyte lineage.
[参考例3]
[培地においてグルコースを含まず、ガラクトースを含むことの、GALK1プロモーター活性及びGALK2プロモーター活性への影響]
本発明者らは、GALK1(ガラクトキナーゼ1)遺伝子及びGALK2(ガラクトキナーゼ2)遺伝子の発現レベルが、グルコース無添加で、ガラクトースを補充したHDI培地にて培養した201B7細胞で増加することを既に見いだしている(Tomizawa M, Shinozaki F, Motoyoshi Y, Sugiyama T, Yamamoto S and Ishige N: AnOptimal Medium Supplementation Regimen for Initiation of Hepatocyte Differentiation in Human Induced Pluripotent Stem Cells. J Cell Biochem 116: 1479-1489, 2015)。HDI培地は、オンコスタチンM及び低分子化合物で補充されている。したがって、オンコスタチンM及び低分子化合物がGALK1及びGALK2の発現に影響する可能性がある。そこで、グルコース無添加で、ガラクトースを補充した培地における、GALK1及びGLAK2のプロモーター活性の変化を明らかにするために、201B7細胞をHSM培地で培養した後、Metridiaルシフェラーゼ活性アッセイを行うこととした。なお、比較対照として、HSM培地に代えて、ReproFF培地や、WE培地にて培養を行った201B7細胞について、Metridiaルシフェラーゼ活性アッセイを行うこととした。ReproFF培地は、前述したように、iPS細胞等の多能性幹細胞を、未分化を維持して培養するための培地である。また、WE培地は、元々、初代肝細胞培養のために構築された培地である(Wu D, Ramin SA and Cederbaum AI: Effect of pyridine on the expression of cytochrome P450 isozymes in primary rat hepatocyte culture. Mol Cell Biochem 173: 103-111, 1997 ; Takeba Y, Matsumoto N, Takenoshita-Nakaya S, et al.: Comparative study of culture conditions for maintaining CYP3A4 and ATP-binding cassette transporters activity in primary cultured human hepacytes. J Pharmacol Sci 115: 516-524, 2011)。Metridiaルシフェラーゼ活性アッセイは以下のような方法で行った。
[Reference Example 3]
[Influence of GALK1 promoter activity and GALK2 promoter activity by containing galactose without glucose in the medium]
The present inventors have already found that the expression level of GALK1 (galactokinase 1) gene and GALK2 (galactokinase 2) gene is increased in 201B7 cells cultured in HDI medium supplemented with galactose without glucose. (Tomizawa M, Shinozaki F, Motoyoshi Y, Sugiyama T, Yamamoto S and Ishige N: AnOptimal Medium Supplementation Regimen for Initiation of Hepatocyte Differentiation in Human Induced Pluripotent Stem Cells. J Cell Biochem 116: 1479-1489, 2015). HDI medium is supplemented with Oncostatin M and low molecular weight compounds. Therefore, oncostatin M and small molecule compounds may affect the expression of GALK1 and GALK2. Therefore, in order to clarify changes in the promoter activity of GALK1 and GLAK2 in a medium supplemented with galactose without adding glucose, Metridia luciferase activity assay was performed after culturing 201B7 cells in HSM medium. As a comparative control, the Metridia luciferase activity assay was performed on 201B7 cells cultured in ReproFF medium or WE medium instead of HSM medium. As described above, the ReproFF medium is a medium for culturing pluripotent stem cells such as iPS cells while maintaining undifferentiation. In addition, WE medium was originally constructed for primary hepatocyte culture (Wu D, Ramin SA and Cederbaum AI: Effect of pyridine on the expression of cytochrome P450 isozymes in primary rat hepatocyte culture. Mol Cell Biochem. 173: 103-111, 1997; Takeba Y, Matsumoto N, Takenoshita-Nakaya S, et al .: Comparative study of culture conditions for maintaining CYP3A4 and ATP-binding cassette transporters activity in primary cultured human hepacytes. J Pharmacol Sci 115: 516 -524, 2011). The Metridia luciferase activity assay was performed as follows.
(Metridiaルシフェラーゼ活性アッセイに用いるプラスミド構築)
pLightSwitch Prom(SwitchGear Genomics社製)のGALK1プロモーターから、GALK1プロモーターのSac1-Hind3断片を、pMetLuc2-reporter(Promega Corporation社製)へとサブクローニングし、pMetLuc2/GALK1を作製した。pLightSwitch Prom(SwitchGear Genomics社製)のGALK2プロモーターから、GALK2プロモーターのSac1-Hind3断片を、pMetLuc2-reporter(Promega Corporation社製)へとサブクローニングし、pMetLuc2/GALK2を作製した。なお、コントロール用のプラスミドとして、CMVプロモーターをpMetLuc2-reporter(Promega Corporation社製) へとサブクローニングし、pMetLuc2-controlを作製した。
(Plasmid construction used for Metridia luciferase activity assay)
From the GALK1 promoter of pLightSwitch Prom (manufactured by SwitchGear Genomics), the Sac1-Hind3 fragment of the GALK1 promoter was subcloned into pMetLuc2-reporter (manufactured by Promega Corporation) to prepare pMetLuc2 / GALK1. A Sac1-Hind3 fragment of the GALK2 promoter was subcloned from the GALK2 promoter of pLightSwitch Prom (manufactured by SwitchGear Genomics) into pMetLuc2-reporter (manufactured by Promega Corporation) to prepare pMetLuc2 / GALK2. As a control plasmid, the CMV promoter was subcloned into pMetLuc2-reporter (Promega Corporation) to prepare pMetLuc2-control.
(トランスフェクション及びMetridiaルシフェラーゼ活性アッセイ)
201B7細胞をMatrigel(登録商標)で被覆した96−ウェルプレート(旭テクノグラス社製)に播種した。製品の説明書にしたがって、各ウェル100ngのpMetLuc2-control、pMetLuc2/GALK1又はpMetLuc2/GALK2を、FuGENE HD(Clontech社製)で、201B7細胞にトランスフェクトした(Tomizawa M, Shinozaki F, Motoyoshi Y, Sugiyama T, Yamamoto S and Sueishi M: Dual gene expression in embryoid bodies derived from human induced pluripotent stem cells using episomal vectors. Tissue Eng Part A 20: 3154-3162, 2014)。レポータープラスミドであるpMetLuc2-control、pMetLuc2/GALK1又はpMetLuc2/GALK2は、培地に分泌されるMetridiaルシフェラーゼを発現する。pMetLuc2-controlは、サイトメガロウィルスの前初期プロモーター(CMVプロモーター)により駆動し、Metridiaルシフェラーゼを発現する。ルシフェラーゼアッセイは、ReproFF培地、WE培地又はHSM培地で2日間培養後、Ready-To-Glow分泌型ルシフェラーゼレポーターアッセイ(Clontech社製)及びGene Light(GL-200A)ルミノメーター(マイクロテック・ニチオン社製)を使用して実施した。トランスフェクション効率をモニターするために、10ngのpSEAP2コントロールベクター(Clontech社製)を黒色96ウェルFIAプレートの各ウェルに使用し、分泌型胚性アルカリホスファターゼ(SEAP)化学発光キット(Clontech社製)及び、Gene Lightルミノメーターを製品の説明書にしたがって使用して、転写活性を測定した。ルシフェラーゼ活性は、Metridiaルシフェラーゼ活性をSEAP活性(発光量)で除して算出した。Metridiaルシフェラーゼ活性は、pMetLuc2-controlを用いた場合の結果(CMV)に対して正規化した。Metridiaルシフェラーゼ活性は、pMetLuc2-controlを用いた場合の発光量(CMV)に対する相対発光量(%)として示した。なお、MetridiaルシフェラーゼのAFP発光量の相対発現レベルは、JMP5.0Jソフトウェア(SAS Institute社製)を使用して、一元配置分散分析によって分析した。P値<0.05の差を統計的に有意とした。
(Transfection and Metridia luciferase activity assay)
201B7 cells were seeded on 96-well plates (manufactured by Asahi Techno Glass) coated with Matrigel (registered trademark). According to the instructions of the product, 100 ng of pMetLuc2-control, pMetLuc2 / GALK1 or pMetLuc2 / GALK2 was transfected into 201B7 cells with FuGENE HD (Clontech) (Tomizawa M, Shinozaki F, Motoyoshi Y, Sugiyama T, Yamamoto S and Sueishi M: Dual gene expression in embryoid bodies derived from human induced pluripotent stem cells using episomal vectors. Tissue Eng Part A 20: 3154-3162, 2014). Reporter plasmids pMetLuc2-control, pMetLuc2 / GALK1 or pMetLuc2 / GALK2 express Metridia luciferase secreted into the medium. pMetLuc2-control is driven by the cytomegalovirus immediate early promoter (CMV promoter) and expresses Metridia luciferase. The luciferase assay was performed in ReproFF medium, WE medium, or HSM medium for 2 days, followed by Ready-To-Glow secretory luciferase reporter assay (Clontech) and Gene Light (GL-200A) luminometer (Microtech Nichion). ). To monitor transfection efficiency, 10 ng of pSEAP2 control vector (Clontech) was used in each well of a black 96 well FIA plate, and secreted embryonic alkaline phosphatase (SEAP) chemiluminescence kit (Clontech) and Transcriptional activity was measured using a Gene Light luminometer according to the product instructions. The luciferase activity was calculated by dividing the Metridia luciferase activity by the SEAP activity (luminescence amount). Metridia luciferase activity was normalized to the results (CMV) when pMetLuc2-control was used. Metridia luciferase activity was shown as a relative luminescence amount (%) with respect to the luminescence amount (CMV) when pMetLuc2-control was used. The relative expression level of the AFP luminescence amount of Metridia luciferase was analyzed by one-way analysis of variance using JMP5.0J software (manufactured by SAS Institute). Differences with P values <0.05 were considered statistically significant.
このようなMetridiaルシフェラーゼ活性アッセイの結果を図3に示す。図3から分かるように、pMetLuc2/GALK1を用いた場合の結果(GALK1)、及び、pMetLuc2/GALK2を用いた場合の結果(GALK2)のいずれにおいても、HSM培地で培養した場合は、ReproFF培地で培養した場合と比較して、Metridiaルシフェラーゼ活性が顕著に(P<0.05)高いことが示された。すなわち、グルコース無添加で、ガラクトースを補充した培地でヒトiPS細胞を培養した場合の、GALK1遺伝子及びGALK2遺伝子の発現レベルの増加は、GALK1プロモーター活性及びGALK2プロモーター活性の増加によるものであることが示された。 The results of such a Metridia luciferase activity assay are shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, in both the result using pMetLuc2 / GALK1 (GALK1) and the result using pMetLuc2 / GALK2 (GALK2), when cultured in the HSM medium, the ReproFF medium is used. It was shown that the Metridia luciferase activity was significantly (P <0.05) higher than when cultured. That is, it is shown that when human iPS cells are cultured in a medium supplemented with galactose without adding glucose, the increase in the expression level of GALK1 gene and GALK2 gene is due to the increase in GALK1 promoter activity and GALK2 promoter activity. It was done.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, the scope of the present invention is not limited to the following Example.
(方法)
1.[細胞培養]
ヒトiPS細胞株である201B7(理研細胞バンク)を、Matrigel(登録商標)(Becton Dickinson社製)で被覆した10cmの培養皿(旭テクノグラス社製)にて、フィーダーフリー条件下、ReproFF培地(リプロセル社製)で培養した。かかる培養は、湿式チャンバー内にて、37℃、5%二酸化炭素条件下で行った。細胞がコンフルエントになった時に、細胞をリン酸緩衝生理食塩水ですすぎ、Accutase(登録商標)(Innovative Cell Technologies)で採取した。継代培養する場合は、4〜5日毎に、採取した細胞を新しい培養皿のMatrigelに広げて、培養を継続した。また、採取した細胞を観察する場合は、かかる細胞を顕微鏡(CKX41N-31PHP,オリンパス社製)で観察した。
(Method)
1. [Cell culture]
ReproFF medium (Feeder Asahi Techno Glass Co., Ltd.) coated with Matrigel (registered trademark) (manufactured by Becton Dickinson) on a human iPS cell line 201B7 (RIKEN Cell Bank) under feeder-free conditions (ReproFF medium) Cultured by Reprocell). Such culturing was carried out in a wet chamber under conditions of 37 ° C. and 5% carbon dioxide. When the cells became confluent, the cells were rinsed with phosphate buffered saline and harvested with Accutase® (Innovative Cell Technologies). When subcultured, the collected cells were spread on a new culture dish Matrigel every 4 to 5 days, and the culture was continued. When observing the collected cells, the cells were observed with a microscope (CKX41N-31PHP, manufactured by Olympus).
2.[試薬]
100×NEAA(Non-Essential Amino Acids Solution)及び100×ピルビン酸ナトリウムをLife Technologies社から購入した。アポトーシス阻害剤(M50054)(2,2’−メチレンピス(1,3−シクロヘキサンジオン))をMerck社から購入した。FPH1(2−(N−(5−クロロ−2−メチルフェニル)メチルスルフォンアミド)−N−(2,6−ジフルオロフェニル)アセトアミド)をXcessBio社から購入した(Shan J, Schwartz RE, Ross NT, et al.: Identification of small molecules for human hepatocyte expansion and iPS differentiation. Nat Chem Biol 9: 514-520, 2013)。オンコスタチンM(20ng/mL)、ニコチンアミド(1.2mg/mL)、プロリン(30ng/mL)及びLーグルタミン(0.3mg/mL)を和光純薬工業株式会社から購入した。2−デオキシ−D−グルコース(2-Deoxy-d-glucose;2DG)をSigma-Aldrichから購入した。
2. [reagent]
100 × NEAA (Non-Essential Amino Acids Solution) and 100 × sodium pyruvate were purchased from Life Technologies. Apoptosis inhibitor (M50054) (2,2′-methylenepis (1,3-cyclohexanedione)) was purchased from Merck. FPH1 (2- (N- (5-chloro-2-methylphenyl) methylsulfonamide) -N- (2,6-difluorophenyl) acetamide) was purchased from XcessBio (Shan J, Schwartz RE, Ross NT, et al .: Identification of small molecules for human hepatocyte expansion and iPS differentiation. Nat Chem Biol 9: 514-520, 2013). Oncostatin M (20 ng / mL), nicotinamide (1.2 mg / mL), proline (30 ng / mL) and L-glutamine (0.3 mg / mL) were purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 2-Deoxy-d-glucose (2DG) was purchased from Sigma-Aldrich.
3.[肝細胞選択培地及び肝細胞分化開始培地]
ヒトiPS細胞株である201B7(理研細胞バンク)を、Matrigel(登録商標)で被覆した6−ウェルプレートで、HSM培地又はHDI培地にて2日間培養し、リアルタイム定量PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)に供した。HSM培地は、リーボビッツ−15(Leibovits-15)培地(Life Technologies社製)の処方にしたがってアミノ酸から調製し、ただし、アルギニン、チロシン、グルコース及びピルビン酸ナトリウムを省略し、ガラクトース(900mg/L)(和光純薬工業社製)、オルニチン(1mM)(和光純薬工業社製)、グリセロール(5mM)(和光純薬工業社製)及びプロリン(260mM)(和光純薬工業社製)を添加して調製した(Tomizawa M, Shinozaki F, Sugiyama T, Yamamoto S, Sueishi M and Yoshida T: Survival of primary human hepatocytes and death of induced pluripotent stem cells in media lacking glucose and arginine. PLoS One 8: e71897, 2013)。プロリン(30mg/L)は、DNA合成に必要なため、添加した(Nakamura T, Teramoto H, Tomita Y and Ichihara A: L-proline is an essential amino acid for hepatocyte growth in culture. Biochem Biophys Res Commun 122: 884-891, 1984)。アスパラギン酸は、オルニチン代謝産物の一つであり、アルギニン合成のための基質であるため、添加しなかった。FCSの代わりにKnockout(登録商標)Serum Replacement(Life Technologies社製)を10%の最終濃度で添加し、ゼノフリー(xeno-free)限定条件を確立した。HDI培地は、オンコスタチンM、FPH1、M50054、1×NEAA、1×ピルビン酸ナトリウム、ニコチンアミド、プロリン及びグルタミンを添加して調製した。プロリン及びニコチンアミドは、初代肝細胞増殖(Nakamura T, Teramoto H, Tomita Y and Ichihara A: L-proline is an essential amino acid for hepatocyte growth in culture. Biochem Biophys Res Commun 122: 884-891, 1984、Mitaka T, Sattler CA, Sattler GL, Sargent LM and Pitot HC: Multiple cell cycles occur in rat hepatocytes cultured in the presence of nicotinamide and epidermal growth factor. Hepatology 13: 21-30, 1991)に必要である。各試薬の濃度は上記の通りである。
3. [Hepatocyte selection medium and hepatocyte differentiation initiation medium]
A human iPS cell line 201B7 (RIKEN Cell Bank) was cultured in a 6-well plate coated with Matrigel (registered trademark) in HSM medium or HDI medium for 2 days and subjected to real-time quantitative PCR (polymerase chain reaction). did. HSM medium was prepared from amino acids according to the formulation of Leibovits-15 medium (Life Technologies), except that arginine, tyrosine, glucose and sodium pyruvate were omitted and galactose (900 mg / L) ( Wako Pure Chemical Industries), ornithine (1 mM) (Wako Pure Chemical Industries), glycerol (5 mM) (Wako Pure Chemical Industries) and proline (260 mM) (Wako Pure Chemical Industries) were added. (Tomizawa M, Shinozaki F, Sugiyama T, Yamamoto S, Sueishi M and Yoshida T: Survival of primary human hepatocytes and death of induced pluripotent stem cells in media lacking glucose and arginine. PLoS One 8: e71897, 2013). Proline (30 mg / L) was added because it is necessary for DNA synthesis (Nakamura T, Teramoto H, Tomita Y and Ichihara A: L-proline is an essential amino acid for hepatocyte growth in culture. Biochem Biophys Res Commun 122: 884-891, 1984). Aspartic acid was one of the ornithine metabolites and was not added because it is a substrate for arginine synthesis. Instead of FCS, Knockout® Serum Replacement (Life Technologies) was added at a final concentration of 10% to establish xeno-free limiting conditions. The HDI medium was prepared by adding Oncostatin M, FPH1, M50054, 1 × NEAA, 1 × sodium pyruvate, nicotinamide, proline and glutamine. Proline and nicotinamide are found in primary hepatocyte growth (Nakamura T, Teramoto H, Tomita Y and Ichihara A: L-proline is an essential amino acid for hepatocyte growth in culture.Biochem Biophys Res Commun 122: 884-891, 1984, Mitaka T, Sattler CA, Sattler GL, Sargent LM and Pitot HC: Multiple cell cycles occur in rat hepatocytes cultured in the presence of nicotinamide and epidermal growth factor. Hepatology 13: 21-30, 1991). The concentration of each reagent is as described above.
4.[3BP又は2DGを添加又は無添加の従来培地での培養]
201B7細胞を採取し、6−ウェルプレート(旭テクノグラス社製)に播種し、ReproFF培地、リーボビッツ−15(L15)培地又はウィリアムE培地(WE)にて培養した。ReproFF培地、L15培地及びWE培地にはいずれも、1.2mg/mLのニコチンアミド、30ng/mLのプロリン及び10% Knockout(登録商標)Serum Replacement(Life Technologies社製)を補充した。ニコチンアミド及びプロリンは初代肝細胞増殖に必要なため、各培地に添加した(Nakamura T, Teramoto H, Tomita Y and Ichihara A: L-proline is an essential amino acid for hepatocyte growth in culture. Biochem Biophys Res Commun 122: 884-891, 1984; Mitaka T, Sattler CA, Sattler GL, Sargent LM and Pitot HC: Multiple cell cycles occur in rat hepatocytes cultured in the presence of nicotinamide and epidermal growth factor. Hepatology 13: 21-30, 1991)。いくつかの実験では、0.1、1.0若しくは10μMの2DG(Sigma-Aldrich)、及び/又は、10μMの3BP(Sigma-Aldrich)を培地に添加した。また、いくつかの実験では、900mg/mLのガラクトースを培地に添加した。7日間の培養後、細胞を顕微鏡(CKX41N-31PHP;オリンパス社製)で観察するか、リアルタイム定量PCR(qPCR)に供した。
4). [Culture in conventional medium with or without 3BP or 2DG]
201B7 cells were collected, seeded in 6-well plates (Asahi Techno Glass), and cultured in ReproFF medium, Reebovitz-15 (L15) medium, or William E medium (WE). ReproFF medium, L15 medium and WE medium were supplemented with 1.2 mg / mL nicotinamide, 30 ng / mL proline and 10% Knockout (registered trademark) Serum Replacement (manufactured by Life Technologies). Since nicotinamide and proline are necessary for primary hepatocyte growth, they were added to each medium (Nakamura T, Teramoto H, Tomita Y and Ichihara A: L-proline is an essential amino acid for hepatocyte growth in culture. Biochem Biophys Res Commun. 122: 884-891, 1984; Mitaka T, Sattler CA, Sattler GL, Sargent LM and Pitot HC: Multiple cell cycles occur in rat hepatocytes cultured in the presence of nicotinamide and epidermal growth factor. Hepatology 13: 21-30, 1991) . In some experiments, 0.1, 1.0 or 10 μM 2DG (Sigma-Aldrich) and / or 10 μM 3BP (Sigma-Aldrich) were added to the medium. In some experiments, 900 mg / mL galactose was also added to the medium. After culturing for 7 days, the cells were observed with a microscope (CKX41N-31PHP; manufactured by Olympus) or subjected to real-time quantitative PCR (qPCR).
5.[リアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)]
Isogen(ニッポンジーン社製)で単離した5μg(マイクログラム)の全RNAは、一本鎖cDNAの合成のために、SuperScript III逆転写酵素及びオリゴ(dT)プライマー(Life Technologies社製)と共に、製品の説明書に従って用いられた。ヒト胎児肝臓(human fetal liver)由来の全RNAは、Clontech社から購入した。リアルタイムqPCRをFast SYBR Green Master Mix(Life Technologies社製)で実施し、結果をMini Opticonシステム(Bio-Rad社製)を使用して分析した。リアルタイムqPCRは、変性5秒間及びアニーリング5秒間からなるサイクルを40サイクル実施した。アニーリング温度は60℃とした。各遺伝子に対応するプライマー配列を表8に示す。なお、本実施例では用いなかったが、胆管上皮細胞マーカーであるγ−グルタミルトランスペプチダーゼ(G−GTP)遺伝子に対応するプライマー配列も表8に示す。
5. [Real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR)]
5 μg (micrograms) of total RNA isolated with Isogen (Nippon Gene) was used together with SuperScript III reverse transcriptase and oligo (dT) primer (Life Technologies) for the synthesis of single-stranded cDNA. Used according to the instructions. Total RNA derived from human fetal liver was purchased from Clontech. Real-time qPCR was performed with Fast SYBR Green Master Mix (Life Technologies) and the results were analyzed using the Mini Opticon system (Bio-Rad). For real-time qPCR, 40 cycles of denaturation 5 seconds and annealing 5 seconds were performed. The annealing temperature was 60 ° C. Table 8 shows primer sequences corresponding to each gene. In addition, although not used in this Example, the primer sequences corresponding to the γ-glutamyl transpeptidase (G-GTP) gene, which is a bile duct epithelial cell marker, are also shown in Table 8.
RPL19遺伝子は構成的に発現するハウスキーピング遺伝子なので、mRNAの量をモニターするための内在性コントロールとして使用した(Davies B and Fried M: The L19 ribosomal protein gene (RPL19): gene organization, chromosomal mapping, and novel promoter region. Genomics 25: 372-380, 1995)。遺伝子の発現レベルは、デルタ−デルタサイクル閾値(ddCt)法に基づいて、Mini Opticonシステムによって自動的に分析した(Tam S, Clavijo A, Engelhard EK and Thurmond MC: Fluorescence-based multiplex real-time RT-PCR arrays for the detection and serotype determination of foot-and-mouth disease virus. J Virol Methods 161: 183-191, 2009)。各肝臓特異的遺伝子の、RPL19遺伝子に対する相対的な発現レベルは、各肝臓特異的遺伝子の発現レベルをRPL19の発現レベルで除することにより算出した。 Since the RPL19 gene is a constitutively expressed housekeeping gene, it was used as an endogenous control to monitor the amount of mRNA (Davies B and Fried M: The L19 ribosomal protein gene (RPL19): gene organization, chromosomal mapping, and novel promoter region. Genomics 25: 372-380, 1995). Gene expression levels were automatically analyzed by the Mini Opticon system based on the delta-delta cycle threshold (ddCt) method (Tam S, Clavijo A, Engelhard EK and Thurmond MC: Fluorescence-based multiplex real-time RT- PCR arrays for the detection and serotype determination of foot-and-mouth disease virus. J Virol Methods 161: 183-191, 2009). The relative expression level of each liver-specific gene with respect to the RPL19 gene was calculated by dividing the expression level of each liver-specific gene by the expression level of RPL19.
6.[統計分析]
遺伝子の相対発現レベルは、JMP5.0Jソフトウェア(SAS Institute社製)を使用して、一元配置分散分析によって分析した。P値<0.05の差を統計的に有意とした。
6). [Statistical analysis]
The relative expression level of the genes was analyzed by one-way analysis of variance using JMP5.0J software (SAS Institute). Differences with P values <0.05 were considered statistically significant.
(結果1)[培地における2DGの有無の、α−フェトプロテイン遺伝子の発現への影響]
グルコースアナログである2DGの、201B7細胞の肝細胞分化への影響を分析するために、2DG添加(0.1μM、1.0μM又は10μM)又は無添加のReproFF培地で、201B7細胞を培養し、その細胞のAFP遺伝子の発現レベルを分析した。また、2DGと、ガラクトース(900mg/ml)を併用等した場合の、201B7細胞の肝細胞分化への影響も分析した。
(Result 1) [Effect of presence or absence of 2DG in medium on expression of α-fetoprotein gene]
In order to analyze the effect of 2DG, a glucose analog, on hepatocyte differentiation of 201B7 cells, 201B7 cells were cultured in ReproFF medium with or without 2DG (0.1 μM, 1.0 μM, or 10 μM) The expression level of cellular AFP gene was analyzed. In addition, the effect of 201B7 cells on hepatocyte differentiation when 2DG and galactose (900 mg / ml) were used in combination was also analyzed.
具体的には、上記4.の方法で201B7細胞を培養し、培養した細胞からRNAを単離して、上記5.の方法でリアルタイム定量PCRを行い、AFPの発現レベルを分析した。なお、2DG無添加及びガラクトース無添加のReproFF培地で培養した201B7細胞のAFP遺伝子の発現レベルを、コントロールの発現レベルとした。 Specifically, the above 4. 201B7 cells are cultured by the above method, and RNA is isolated from the cultured cells. Real-time quantitative PCR was performed by the method described above, and the expression level of AFP was analyzed. The expression level of the AFP gene in 201B7 cells cultured in ReproFF medium without 2DG and without galactose was used as the control expression level.
かかる分析の結果を図4に示す。図4から分かるように、ガラクトース無添加の培地を用いた場合、AFPの発現レベルは、0.1μM又や10μMで顕著(P<0.05)に増加した。また、ガラクトース添加培地を用いた場合、AFPの発現レベルは、0.1μMで顕著(P<0.05)に増加した。これらの結果から、2DGは201B7細胞の肝細胞分化を促進することが示された。なお、0.1μM 2DG添加及びガラクトース無添加の場合と比較して、0.1μM 2DG添加及びガラクトース添加の場合は、AFPの発現レベルが有意に増加した。 The results of such analysis are shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, when the medium without galactose was used, the expression level of AFP increased remarkably (P <0.05) at 0.1 μM or 10 μM. When a galactose-added medium was used, the expression level of AFP increased remarkably (P <0.05) at 0.1 μM. From these results, it was shown that 2DG promotes hepatocyte differentiation of 201B7 cells. In addition, the expression level of AFP was significantly increased when 0.1 μM 2DG was added and galactose was added, compared to the case where 0.1 μM 2DG was not added and galactose was not added.
(結果2)[培地における2DGの有無、3BPの有無の、細胞の形態学的特徴や細胞数への影響]
3BPは、ピルビン酸塩のアナログであり、2DGはグルコースのアナログである。これらの試薬は、解糖系の阻害剤として知られている。培地における2DGの有無や3BPの有無が201B7細胞の形態学的特徴へどのような影響を与えるか、及び、培地における2DGの有無や3BPの有無が細胞数の推移にどのような影響を与えるかを分析するために、以下の培養実験を行った。
(Result 2) [Effects of presence or absence of 2DG or presence or absence of 3BP on morphological characteristics and number of cells]
3BP is an analog of pyruvate and 2DG is an analog of glucose. These reagents are known as glycolytic inhibitors. How does the presence or absence of 2DG or 3BP in the medium affect the morphological characteristics of 201B7 cells, and how does the presence or absence of 2DG or 3BP in the medium affect the transition of the number of cells In order to analyze the following, the following culture experiment was conducted.
具体的には、上記4.の方法にしたがって、201B7細胞を、3BP及び/若しくは2DGを添加したL15培地又はWE培地にて培養した。コントロールとして、201B7細胞を、3BPも2DGも添加しないL15培地又はWE培地にて培養した。さらに、別のコントロールとして、201B7細胞を、3BPも2DGも添加しないReproFF培地又はHDI培地にて培養した。培養開始から7日目にそれぞれの群の細胞を顕微鏡で観察した結果を図5に示す。 Specifically, the above 4. According to the method, 201B7 cells were cultured in L15 medium or WE medium supplemented with 3BP and / or 2DG. As a control, 201B7 cells were cultured in L15 medium or WE medium without addition of 3BP or 2DG. Further, as another control, 201B7 cells were cultured in ReproFF medium or HDI medium to which neither 3BP nor 2DG was added. FIG. 5 shows the results of observation of the cells of each group with a microscope on the seventh day from the start of the culture.
これらの結果から分かるように、3BP及び/若しくは2DGを添加したL15培地又はWE培地で培養した細胞の形態学的特徴を、ReproFF培地で培養した細胞の形態学的特徴と比較したところ、特に差異は認められなかった。なお、グルコースを含有せず、ガラクトースを含有するHDI培地の場合、培養後の細胞数はきわめて少なくなってしまうことも明らかとなった。 As can be seen from these results, the morphological characteristics of cells cultured in L15 medium or WE medium supplemented with 3BP and / or 2DG were compared with the morphological characteristics of cells cultured in ReproFF medium. Was not recognized. In addition, in the case of an HDI medium containing no galactose and not containing glucose, it was also found that the number of cells after culture would be extremely small.
また、かかる培養実験を10日間行った際に各群の細胞数(cells/cm2)を培養開始直前(D0)、培養開始後7日目(D7)、培養開始後10日目(D10)に計測した結果を以下の表9に示す。 In addition, when this culture experiment was conducted for 10 days, the number of cells (cells / cm 2 ) of each group was determined immediately before the start of culture (D0), 7 days after the start of culture (D7), and 10 days after the start of culture (D10). The measurement results are shown in Table 9 below.
表9の結果から分かるように、グルコースを含まず、ガラクトースを含むL15培地では、D7、D10へと細胞数が大幅に減少した。一方、WE培地を用いた場合は、L15培地を用いた場合と比較して、D7やD10における細胞数の減少が抑制された。これは、WE培地ではグルコースを含んでいるのに対し、L15培地ではグルコースを含んでいないことが主な原因と考えられた。また、WE培地を用いた場合、D7では、WE 3BP、WE 2DG、WE 3BP 2DGはWE(−)よりも細胞数が少なかったが、D10では、WE 3BP、WE 2DG、WE 3BP 2DGはWE(−)よりも細胞数が多かった。すなわち、WE培地において、3BP及び/又は2DGを添加すると、細胞数の減少が抑制されることが示された。このことから、多能性幹細胞から肝前駆細胞を誘導する際の培地として、グルコースを含み、かつ、解糖系抑制剤(3BP及び/又は2DG)を含む培地を用いると、細胞数の減少を抑制することができることが示された。 As can be seen from the results in Table 9, in the L15 medium containing no glucose and containing galactose, the number of cells was greatly reduced to D7 and D10. On the other hand, when the WE medium was used, the decrease in the number of cells in D7 and D10 was suppressed as compared with the case where the L15 medium was used. This was thought to be mainly due to the fact that the WE medium contained glucose, whereas the L15 medium did not contain glucose. When WE medium was used, in D7, WE 3BP, WE 2DG, and WE 3BP 2DG had fewer cells than WE (-), but in D10, WE 3BP, WE 2DG, and WE 3BP 2DG were WE ( There were more cells than-). That is, it was shown that when 3BP and / or 2DG was added to the WE medium, the decrease in the number of cells was suppressed. Therefore, when a medium containing glucose and a glycolytic inhibitor (3BP and / or 2DG) is used as a medium for inducing hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells, the number of cells can be reduced. It was shown that it can be suppressed.
(結果3)[培地における2DGの有無、3BPの有無の、α−フェトプロテイン遺伝子の発現への影響]
培地における2DGの有無や3BPの有無が、201B7細胞におけるα−フェトプロテイン遺伝子の発現へどのような影響を与えるかを分析するために、以下の培養実験を行った。
(Result 3) [Effect of presence or absence of 2DG in medium or presence or absence of 3BP on expression of α-fetoprotein gene]
In order to analyze how the presence or absence of 2DG or the presence or absence of 3BP in the medium affects the expression of the α-fetoprotein gene in 201B7 cells, the following culture experiment was performed.
具体的には、上記4.の方法にしたがって、201B7細胞を、3BP及び/若しくは2DGを添加したL15培地又はWE培地にて培養した。コントロールとして、201B7細胞を、3BPも2DGも添加しないL15培地又はWE培地にて培養した。さらに、別のコントロールとして、201B7細胞を、3BPも2DGも添加しないReproFF培地にて培養した。7日間の培養後、各群の細胞からRNAを単離して、上記5.の方法でリアルタイム定量PCRを行い、AFPの発現レベルを分析した。なお、3BPも2DGも添加しないReproFF培地で培養した201B7細胞のAFP遺伝子の発現レベルを、コントロールの発現レベルとした。 Specifically, the above 4. According to the method, 201B7 cells were cultured in L15 medium or WE medium supplemented with 3BP and / or 2DG. As a control, 201B7 cells were cultured in L15 medium or WE medium without addition of 3BP or 2DG. Furthermore, as another control, 201B7 cells were cultured in ReproFF medium to which neither 3BP nor 2DG was added. After culturing for 7 days, RNA was isolated from each group of cells, and 5. Real-time quantitative PCR was performed by the method described above, and the expression level of AFP was analyzed. The expression level of the AFP gene in 201B7 cells cultured in ReproFF medium to which neither 3BP nor 2DG was added was used as the control expression level.
かかる分析の結果を図6に示す。WE培地において、3BP、2DGのいずれかを添加した場合は、いずれも無添加の場合よりも、AFPの発現レベルは若干低いものの、ReproFF培地の場合よりもAFPの発現レベルは有意に高かった。また、WE培地において、3BP、2DGを両方添加した場合は、いずれも無添加の場合よりも、AFPの発現レベルは高かった。このように、3BPと2DGを両方添加すると、より高いAFP発現レベルが得られるため、より好ましいことが分かった。 The results of such analysis are shown in FIG. In the WE medium, when either 3BP or 2DG was added, the expression level of AFP was slightly lower than that in the case of no addition, but the expression level of AFP was significantly higher than that in the case of ReproFF medium. In addition, when both 3BP and 2DG were added to the WE medium, the expression level of AFP was higher than when both were not added. Thus, it was found that the addition of both 3BP and 2DG is more preferable because a higher AFP expression level can be obtained.
一方、グルコースを含まず、ガラクトースを含むL15培地を用いた場合も、3BPや2DGの添加や無添加にかかわらず、ReproFF培地の場合よりもAFPの発現レベルは有意に高かった。しかし、上記(結果2)の結果に示されるように(表9)、L15培地を用いた場合は、D7やD10における201B7細胞の減少の程度が大きいため、多能性幹細胞から肝前駆細胞を培養する培地としては好ましくはない。 On the other hand, when the L15 medium containing no glucose and containing galactose was used, the expression level of AFP was significantly higher than that of the ReproFF medium regardless of the addition or absence of 3BP or 2DG. However, as shown in the results of (Result 2) above (Table 9), when L15 medium is used, since the degree of decrease of 201B7 cells in D7 and D10 is large, hepatic progenitor cells are removed from pluripotent stem cells. It is not preferable as a culture medium.
本発明によれば、多能性幹細胞から肝前駆細胞を製造する際に、多能性幹細胞から肝前駆細胞を誘導し得る従来の培地(特にHDI培地又はL15培地)と比較して、肝前駆細胞をより長期間培養することができ、及び/又は、肝前駆細胞の減少を抑制してより多くの肝前駆細胞を得ることができる。 According to the present invention, when producing hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells, hepatic progenitor compared to conventional media (particularly HDI medium or L15 medium) that can induce hepatic progenitor cells from pluripotent stem cells. Cells can be cultured for a longer period and / or more hepatic progenitor cells can be obtained by suppressing the decrease in hepatic progenitor cells.
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