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JP7602791B2 - Culture medium for direct transdifferentiation of macrophages into neural cells and use thereof - Google Patents
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Description

本発明は、マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地及びその使用に関する。具体的には、本発明は、マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地、並びに、前記培地を用いた神経細胞の製造方法及びマクロファージを神経細胞に直接分化転換する方法に関する。 The present invention relates to a medium used for directly transdifferentiating macrophages into neurons and uses thereof. Specifically, the present invention relates to a medium used for directly transdifferentiating macrophages into neurons, a method for producing neurons using the medium, and a method for directly transdifferentiating macrophages into neurons.

体細胞を、多能性幹細胞を経ずに特定の分化細胞に直接転換することを「ダイレクトリプログラミング」と呼び、近年、このダイレクトリプログラミングは、基礎研究、創薬及び再生医療における新たな潮流として研究開発が盛んに行われている。 The direct conversion of somatic cells into specific differentiated cells without first transforming them into pluripotent stem cells is called "direct reprogramming," and in recent years, research and development into direct reprogramming has been actively conducted as a new trend in basic research, drug discovery, and regenerative medicine.

例えば、非特許文献1~3には、アストロサイトや線維芽細胞等の体細胞から神経細胞へ直接分化転換したことが報告されている。 For example, Non-Patent Documents 1 to 3 report direct transdifferentiation of somatic cells such as astrocytes and fibroblasts into neural cells.

一方、マクロファージは遊走作用を有する。当該作用により、例えば、脳梗塞急性期等において、マクロファージは病巣へと集積する。この集積したマクロファージを生体内で神経細胞へダイレクトリプログラミングすることができれば、新しい神経再生医療の可能性が拡がる。 On the other hand, macrophages have a migratory function. Due to this function, macrophages accumulate at the lesion, for example, during the acute phase of cerebral infarction. If it were possible to directly reprogram these accumulated macrophages into nerve cells in vivo, this would open up new possibilities for neuroregenerative medicine.

Hu W et al., “Direct Conversion of Normal and Alzheimer's Disease Human Fibroblasts into Neuronal Cells by Small Molecules.”, Cell stem cell, Vol. 17, Issue 2, pp. 204-212, 2015.Hu W et al., “Direct Conversion of Normal and Alzheimer's Disease Human Fibroblasts into Neuronal Cells by Small Molecules.”, Cell stem cell, Vol. 17, Issue 2, pp. 204-212, 2015. Yin JC et al., “Chemical Conversion of Human Fetal Astrocytes into Neurons through Modulation of Multiple Signaling Pathways.”, Stem cell reports, Vol. 12, Issue 3, pp. 488-501, 2019.Yin JC et al., “Chemical Conversion of Human Fetal Astrocytes into Neurons through Modulation of Multiple Signaling Pathways.”, Stem cell reports, Vol. 12, Issue 3, pp. 488-501, 2019. Mahato B et al., “Pharmacologic fibroblast reprogramming into photoreceptors restores vision.”, Nature, Vol. 581, Issue 7806, pp. 83-88, 2020.Mahato B et al., “Pharmacologic fibroblast reprogramming into photoreceptors restores vision.”, Nature, Vol. 581, Issue 7806, pp. 83-88, 2020.

しかしながら、マクロファージから神経細胞へ直接分化転換した報告はこれまでにない。 However, there have been no reports of direct transdifferentiation of macrophages into neurons.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、マクロファージを神経細胞に直接分化転換するための培地、並びに、前記培地を用いた神経細胞の製造方法及びマクロファージを神経細胞に直接分化転換する方法を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a culture medium for directly transdifferentiating macrophages into neurons, as well as a method for producing neurons using the culture medium and a method for directly transdifferentiating macrophages into neurons.

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
(1) マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地であって、
グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む、培地。
(2) 前記PU.1阻害剤がDB2313である、(1)に記載の培地。
(3) 前記PU.1阻害剤の含有量が培地の総容積に対して0.1μmol/L超1μmol/L未満である、(1)又は(2)に記載の培地。
(4) 前記神経分化誘導因子がISX-9である、(1)~(3)のいずれか一つに記載の培地。
(5) 前記培地は、AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤を更に含む、(1)~(3)のいずれか一つに記載の培地。
(6) グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む培地を用いて、マクロファージを培養して神経細胞に直接分化転換する分化転換工程を含む、神経細胞の製造方法。
(7) マクロファージを神経細胞に直接分化転換する方法であって、
グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む培地を用いて、マクロファージを培養して神経細胞に直接分化転換する分化転換工程を含む、方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
(1) A medium used for directly transdifferentiating macrophages into neurons, comprising:
A medium comprising a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation factor, and a PU.1 inhibitor.
(2) The medium according to (1), wherein the PU.1 inhibitor is DB2313.
(3) The medium according to (1) or (2), wherein the content of the PU.1 inhibitor is more than 0.1 μmol/L and less than 1 μmol/L relative to the total volume of the medium.
(4) The medium according to any one of (1) to (3), wherein the neuronal differentiation inducer is ISX-9.
(5) The medium according to any one of (1) to (3), further comprising an AMP-activated protein kinase inhibitor.
(6) A method for producing nerve cells, comprising a transdifferentiation step of culturing macrophages using a medium containing a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation factor, and a PU.1 inhibitor, and directly transdifferentiating the macrophages into nerve cells.
(7) A method for directly transdifferentiating macrophages into neurons, comprising the steps of:
A method comprising a transdifferentiation step of culturing macrophages using a medium containing a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation factor, and a PU.1 inhibitor, and directly transdifferentiating the macrophages into neurons.

上記態様の培地によれば、マクロファージを神経細胞に直接分化転換するための培地を提供することができる。上記態様の製造方法によれば、マクロファージから直接分化転換した神経細胞を製造することができる。上記態様の方法によれば、マクロファージを神経細胞に直接分化転換することができる。 The medium of the above aspect can provide a medium for directly transdifferentiating macrophages into nerve cells. The manufacturing method of the above aspect can produce nerve cells that have been directly transdifferentiated from macrophages. The method of the above aspect can directly transdifferentiate macrophages into nerve cells.

実施例1における各培地で培養した細胞の微分干渉顕微鏡像である。1 shows differential interference contrast microscope images of cells cultured in each medium in Example 1. 実施例1における培地No.2で培養した細胞での多能性マーカー遺伝子の発現量を示すグラフである。1 is a graph showing the expression levels of pluripotency marker genes in cells cultured in medium No. 2 in Example 1. 実施例1における培地No.2で培養した細胞の蛍光染色像である。1 is a fluorescent staining image of cells cultured in medium No. 2 in Example 1. 実施例1における培地No.2で培養した細胞での神経細胞の各マーカー遺伝子及びマクロファージの各マーカー遺伝子の発現量を示すグラフである。1 is a graph showing the expression levels of each neuronal marker gene and each macrophage marker gene in cells cultured in medium No. 2 in Example 1. 実施例1における培地No.2で培養した細胞の微分干渉顕微鏡像及び蛍光染色像である。1 shows a differential interference microscope image and a fluorescent stained image of cells cultured in medium No. 2 in Example 1. 実施例2における培地No.2で培養した細胞の蛍光染色像である。1 is a fluorescent staining image of cells cultured in medium No. 2 in Example 2. 実施例3における培地中のDB2313濃度と細胞生存率及び神経細胞への分化転換率との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the DB2313 concentration in the medium and the cell survival rate and the rate of transdifferentiation into neural cells in Example 3. 実施例4における培地中のISX-9濃度と細胞生存率及び神経細胞への分化転換率との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the ISX-9 concentration in the medium and the cell survival rate and the rate of transdifferentiation into neural cells in Example 4.

<マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地>
本実施形態のマクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地(以下、単に「本実施形態の培地」と称する)は、グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤(GSK3阻害剤)、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤(ROCK阻害剤)、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む。
<Culture medium used to directly transdifferentiate macrophages into neurons>
The medium used for directly transdifferentiating the macrophages of this embodiment into neurons (hereinafter simply referred to as the "medium of this embodiment") contains a glycogen synthase kinase 3 inhibitor (GSK3 inhibitor), an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor (ROCK inhibitor), a neuronal differentiation inducer, and a PU.1 inhibitor.

本実施形態の培地は、上記構成を有することで、マクロファージを神経細胞に直接分化転換することができる。
なお、本明細書において、「直接分化転換する」とは、体細胞を、多能性幹細胞を経ずに特定の分化細胞に直接転換することを意味し、「ダイレクトリプログラミングする」と同義で用いられる。
The medium of this embodiment has the above-mentioned composition, and thus can directly transdifferentiate macrophages into nerve cells.
As used herein, the term "direct transdifferentiation" refers to directly converting a somatic cell into a specific differentiated cell without passing through a pluripotent stem cell, and is used synonymously with the term "direct reprogramming."

これまでの報告から、線維芽細胞やアストロサイトを、特定の組成を有する培地を用いて培養することで、化学的に神経細胞へとダイレクトリプログラミングすることは可能であった。しかしながら、これら細胞で用いられている培地をそのままマクロファージに適用しても、神経細胞へとダイレクトリプログラミングすることはできなかった。これは、化学的にダイレクトリプログラミングするために求められる成分又は因子は、原料となる体細胞の種類によって大きく異なり、マクロファージから神経細胞へとダイレクトリプログラミングするために適切な成分又は因子がこれまで判明していなかったためであると考えられる。 Previous reports have shown that it is possible to chemically reprogram fibroblasts or astrocytes into neurons by culturing them in a medium with a specific composition. However, when the medium used for these cells was directly applied to macrophages, it was not possible to directly reprogram them into neurons. This is thought to be because the components or factors required for chemically direct reprogramming vary greatly depending on the type of somatic cells used as the raw material, and the appropriate components or factors for direct reprogramming from macrophages to neurons have not yet been identified.

これに対して、発明者らは、マクロファージの数ある特性及びマーカー遺伝子の中から、転写因子であるPU.1に着目し、PU.1阻害剤を用いることでマクロファージが本来有する特性の発現を抑制でき、当該特性の発現を抑制することが、効率的にマクロファージを神経細胞へと直接分化転換するために有効であることを見出した。さらに、マクロファージが神経細胞へと直接分化転換するために有効な最小限の成分として、PU.1阻害剤に加えて、グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、及び神経分化誘導因子の組み合わせが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。 In response to this, the inventors focused on the transcription factor PU.1 from among the many characteristics and marker genes of macrophages, and discovered that the use of a PU.1 inhibitor can suppress the expression of the characteristics inherent to macrophages, and that suppressing the expression of these characteristics is effective for efficiently and directly transdifferentiating macrophages into neurons. Furthermore, they discovered that the minimum effective components for directly transdifferentiating macrophages into neurons are a combination of a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, and a neuronal differentiation inducer, in addition to a PU.1 inhibitor, and thus completed the present invention.

以下、本実施形態の培地に含まれる各成分について詳細を説明する。 Below, we will explain in detail each component contained in the medium of this embodiment.

[PU.1阻害剤]
PU.1は、顆粒球、単球及びBリンパ球において発現しており、これら細胞系列の分化に必須の転写因子であることが知られている。そのため、マクロファージにおけるPU.1の発現又は機能を抑制することで、マクロファージが本来有する特性が発揮されることを抑制することができる。これにより、効率的にマクロファージを神経細胞へと直接分化転換することができる。
[PU.1 Inhibitors]
PU.1 is expressed in granulocytes, monocytes and B lymphocytes, and is known to be an essential transcription factor for the differentiation of these cell lineages. Therefore, by suppressing the expression or function of PU.1 in macrophages, it is possible to suppress the exertion of the inherent properties of macrophages. This allows for efficient direct transdifferentiation of macrophages into nerve cells.

すなわち、PU.1阻害剤としては、PU.1の発現又は機能を阻害できるものであれば特に限定されない。PU.1阻害剤として具体的には、例えば、低分子化合物、PU.1発現阻害剤、PU.1特異的結合物質等が挙げられる。中でも、PU.1阻害剤としては、低分子化合物であることが好ましい。 That is, the PU.1 inhibitor is not particularly limited as long as it can inhibit the expression or function of PU.1. Specific examples of PU.1 inhibitors include low molecular weight compounds, PU.1 expression inhibitors, and PU.1 specific binding substances. Among these, low molecular weight compounds are preferred as PU.1 inhibitors.

PU.1阻害剤である低分子化合物としては、例えば、DB1976(CAS番号:2369663-93-2)、DB2115(CAS番号:1366231-70-0)、DB2313(CAS番号:2170606-74-1)が挙げられる。中でも、DB2313が好ましい。 Examples of low molecular weight compounds that are PU.1 inhibitors include DB1976 (CAS number: 2369663-93-2), DB2115 (CAS number: 1366231-70-0), and DB2313 (CAS number: 2170606-74-1). Among these, DB2313 is preferred.

PU.1発現阻害剤としては、例えば、siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム、アンチセンス核酸等が挙げられる。これらのPU.1発現阻害剤を投与することにより、PU.1の発現量を低下させて、マクロファージが本来有する特性が発揮されることを抑制することができる。その結果、効率的にマクロファージを神経細胞へと直接分化転換することができる。 Examples of PU.1 expression inhibitors include siRNA, shRNA, miRNA, ribozymes, and antisense nucleic acids. By administering these PU.1 expression inhibitors, the expression level of PU.1 can be reduced, and the inherent properties of macrophages can be inhibited from being exerted. As a result, macrophages can be directly and efficiently transdifferentiated into nerve cells.

siRNA(small interfering RNA)は、RNA干渉による遺伝子サイレンシングのために用いられる21塩基対以上23塩基対以下の低分子2本鎖RNAである。細胞内に導入されたsiRNAは、RNA誘導サイレンシング複合体(RISC)と結合する。この複合体はsiRNAと相補的な配列を持つmRNAに結合し切断する。これにより、配列特異的に遺伝子の発現を抑制する。 siRNA (small interfering RNA) is a small double-stranded RNA with 21 to 23 base pairs that is used for gene silencing by RNA interference. When siRNA is introduced into cells, it binds to the RNA-induced silencing complex (RISC). This complex binds to and cleaves mRNA that has a sequence complementary to the siRNA, thereby suppressing gene expression in a sequence-specific manner.

siRNAは、センス鎖及びアンチセンス鎖オリゴヌクレオチドをDNA/RNA自動合成機でそれぞれ合成し、例えば、適当なアニーリング緩衝液中、90℃以上95℃以下程度で約1分程度変性させた後、30℃以上70℃以下程度で約1時間以上8時間以下アニーリングさせることにより調製することができる。 The siRNA can be prepared by synthesizing sense and antisense oligonucleotides using an automatic DNA/RNA synthesizer, denaturing them in an appropriate annealing buffer at 90°C to 95°C for about 1 minute, and then annealing them at 30°C to 70°C for about 1 hour to 8 hours.

siRNA、shRNA、miRNA、リボザイム及びアンチセンス核酸は、安定性や活性を向上させるために、種々の化学修飾を含んでいてもよい。例えば、ヌクレアーゼ等の加水分解酵素による分解を防ぐために、リン酸残基を、例えば、ホスホロチオエート(PS)、メチルホスホネート、ホスホロジチオネート等の化学修飾リン酸残基に置換してもよい。また、少なくとも一部をペプチド核酸(PNA)等の核酸類似体により構成してもよい。 The siRNA, shRNA, miRNA, ribozyme, and antisense nucleic acid may contain various chemical modifications to improve stability and activity. For example, to prevent degradation by hydrolases such as nucleases, phosphate residues may be replaced with chemically modified phosphate residues such as phosphorothioate (PS), methylphosphonate, and phosphorodithioate. In addition, at least a portion of the nucleic acid may be composed of a nucleic acid analog such as peptide nucleic acid (PNA).

PU.1特異的結合物質としては、PU.1に特異的に結合してPU.1の機能を阻害するものが挙げられ、例えば、抗体、抗体断片、アプタマー等が挙げられる。抗体は、例えば、マウス等の動物に、PU.1タンパク質又はその断片を抗原として免疫することによって作製することができる。或いは、例えば、ファージライブラリーのスクリーニングにより作製することができる。抗体断片としては、Fv、Fab、scFv等が挙げられる。上記の抗体は、モノクローナル抗体であることが好ましい。また、市販の抗体であってもよい。 The PU.1 specific binding substance includes substances that specifically bind to PU.1 and inhibit the function of PU.1, such as antibodies, antibody fragments, aptamers, etc. Antibodies can be produced, for example, by immunizing an animal such as a mouse with the PU.1 protein or a fragment thereof as an antigen. Alternatively, they can be produced, for example, by screening a phage library. Antibody fragments include Fv, Fab, scFv, etc. The above-mentioned antibodies are preferably monoclonal antibodies. They may also be commercially available antibodies.

アプタマーとは、標的物質に対する特異的結合能を有する物質である。アプタマーとしては、核酸アプタマー、ペプチドアプタマー等が挙げられる。標的ペプチドに特異的結合能を有する核酸アプタマーは、例えば、systematic evolution of ligand by exponential enrichment(SELEX)法等により選別することができる。また、標的ペプチドに特異的結合能を有するペプチドアプタマーは、例えば酵母を用いたTwo-hybrid法等により選別することができる。 An aptamer is a substance that has a specific binding ability to a target substance. Examples of aptamers include nucleic acid aptamers and peptide aptamers. Nucleic acid aptamers that have a specific binding ability to a target peptide can be selected, for example, by the systematic evolution of ligand by exponential enrichment (SELEX) method. Peptide aptamers that have a specific binding ability to a target peptide can be selected, for example, by the two-hybrid method using yeast.

培地中のPU.1阻害剤の濃度は、培地の総容積に対して、0.1μmol/L超1μmol/L(以下、「mol/L」をMと略記する)未満であることが好ましく、0.15μM以上0.95μM以下であることがより好ましく、0.2μM以上0.9μM以下であることがさらに好ましく、0.3μM以上0.7μM以下であることが特に好ましく、0.35μM以上0.65μM以下であることが最も好ましい。
培地中のPU.1阻害剤の濃度が上記下限値以上であることで、より効果的にPU.1の発現又は機能を抑制することができる。一方で、上記上限値以下であることで、PU.1阻害剤の細胞に対する毒性をより抑えて、細胞生存率をより向上させることができる。
The concentration of the PU.1 inhibitor in the medium is preferably more than 0.1 μmol/L and less than 1 μmol/L (hereinafter, "mol/L" is abbreviated as M) relative to the total volume of the medium, more preferably 0.15 μM or more and 0.95 μM or less, even more preferably 0.2 μM or more and 0.9 μM or less, particularly preferably 0.3 μM or more and 0.7 μM or less, and most preferably 0.35 μM or more and 0.65 μM or less.
By setting the concentration of the PU.1 inhibitor in the medium to the above lower limit or higher, the expression or function of PU.1 can be more effectively suppressed. On the other hand, by setting the concentration to the above upper limit or lower, the toxicity of the PU.1 inhibitor to cells can be further suppressed, and the cell viability can be further improved.

[GSK3阻害剤]
GSK3阻害剤を用いることで、Wntシグナル伝達を促進することができ、その結果、神経細胞への分化転換を促進することができる。
[GSK3 inhibitors]
By using a GSK3 inhibitor, it is possible to promote Wnt signaling, and as a result, it is possible to promote transdifferentiation into neural cells.

GSK3阻害剤としては、CHIR99021(CAS番号:252917-06-9)、Kenpaullone(CAS番号:142273-20-9)、6-Bromoindirubin-3’-oxime(BIO、CAS番号:667463-62-9)等が挙げられる。中でも、CHIR99021が好ましい。 Examples of GSK3 inhibitors include CHIR99021 (CAS number: 252917-06-9), Kenpaullone (CAS number: 142273-20-9), 6-Bromoindirubin-3'-oxime (BIO, CAS number: 667463-62-9), etc. Among these, CHIR99021 is preferred.

培地中のGSK3阻害剤の濃度は、培地の総容積に対して、通常、0.1μM以上10μM以下であり、0.5μM以上7μM以下であることが好ましく、1μM以上5μM以下であることがより好ましく、2μM以上4μM以下であることがさらに好ましい。
培地中のGSK3阻害剤の濃度が上記下限値以上であることで、GSK3阻害剤が奏する効果をより発揮することができる。一方で、上記上限値以下であることで、GSK3阻害剤の細胞に対する毒性をより抑えて、細胞生存率をより向上させることができる。
The concentration of the GSK3 inhibitor in the medium is typically 0.1 μM or more and 10 μM or less, preferably 0.5 μM or more and 7 μM or less, more preferably 1 μM or more and 5 μM or less, and even more preferably 2 μM or more and 4 μM or less, relative to the total volume of the medium.
By setting the concentration of the GSK3 inhibitor in the medium to be equal to or higher than the lower limit, the effect of the GSK3 inhibitor can be more effectively exhibited, whereas by setting the concentration to be equal to or lower than the upper limit, the toxicity of the GSK3 inhibitor to cells can be further suppressed, and the cell survival rate can be further improved.

[アデニル酸シクラーゼ活性化剤]
アデニル酸シクラーゼ活性化剤は、MAPキナーゼ阻害剤とも呼ばれる。
アデニル酸シクラーゼ活性化剤を用いることで、AMPの細胞内濃度を高めて、アデニル酸シクラーゼを活性化することができ、その結果、神経細胞への分化転換を促進することができる。
[Adenylate cyclase activators]
Adenylate cyclase activators are also called MAP kinase inhibitors.
By using an adenylate cyclase activator, the intracellular concentration of AMP can be increased, thereby activating adenylate cyclase, and as a result, transdifferentiation into nerve cells can be promoted.

アデニル酸シクラーゼ活性化剤としては、例えば、フォルスコリン(CAS番号:66575-29-9)等が挙げられる。 Examples of adenylate cyclase activators include forskolin (CAS number: 66575-29-9).

培地中のアデニル酸シクラーゼ活性化剤の濃度は、培地の総容積に対して、通常、0.1μM以上100μM以下であり、1μM以上50μM以下であることが好ましく、5μM以上15μM以下であることがより好ましく、8μM以上12μM以下であることがさらに好ましい。
培地中のアデニル酸シクラーゼ活性化剤の濃度が上記下限値以上であることで、アデニル酸シクラーゼ活性化剤が奏する効果をより発揮することができる。一方で、上記上限値以下であることで、アデニル酸シクラーゼ活性化剤の細胞に対する毒性をより抑えて、細胞生存率をより向上させることができる。
The concentration of the adenylate cyclase activator in the medium is usually 0.1 μM or more and 100 μM or less, preferably 1 μM or more and 50 μM or less, more preferably 5 μM or more and 15 μM or less, and even more preferably 8 μM or more and 12 μM or less, relative to the total volume of the medium.
When the concentration of the adenylate cyclase activator in the medium is equal to or higher than the lower limit, the effect of the adenylate cyclase activator can be more effectively exhibited, whereas when the concentration is equal to or lower than the upper limit, the toxicity of the adenylate cyclase activator to cells can be further suppressed, and the cell viability can be further improved.

[ROCK阻害剤]
ROCK阻害剤を用いることで、細胞のアポトーシスを抑制し、細胞生存率を高く保つことができる。
[ROCK Inhibitor]
By using a ROCK inhibitor, it is possible to suppress cell apoptosis and maintain high cell survival rates.

ROCK阻害剤としては、例えば、Y-27632(CAS番号:146986-50-7)、ファスジル(Fasudil)(CAS番号:105628-07-7)、Y39983(CAS番号:203911-26-6)、Wf-536(CAS番号:539857-64-2)、SLx-2119(CAS番号:911417-87-3)、アザベンゾイミダゾール-アミノフラザン(Azabenzimidazole-aminofurazans)(CAS番号:850664-21-0)、DE-104、H-1152P(CAS番号:872543-07-6)、Rhoキナーゼα阻害剤(ROKα inhibitor)、XD-4000、HMN-1152、4-(1-アミノアルキル)-N-(4-ピリジル)シクロヘキサンーカルボキシアミド(4-(1-aminoalkyl)-N-(4-pyridyl)cyclohexane-carboxamides)、Rhoスタチン(Rhostain)、BA-210、BA-207、Ki-23095、VAS-012等が挙げられる。中でも、Y-27632が好ましい。 Examples of ROCK inhibitors include Y-27632 (CAS number: 146986-50-7), Fasudil (CAS number: 105628-07-7), Y39983 (CAS number: 203911-26-6), Wf-536 (CAS number: 539857-64-2), SLx-2119 (CAS number: 911417-87-3), azabenzimidazole-aminofurazans (CAS number: 850664-21-0), DE-104, H-1152P (CAS number: 872543-07-6), and Rho kinase α inhibitors (ROKα inhibitor), XD-4000, HMN-1152, 4-(1-aminoalkyl)-N-(4-pyridyl)cyclohexane-carboxamides, Rhostatin, BA-210, BA-207, Ki-23095, VAS-012, etc. Among these, Y-27632 is preferred.

培地中のROCK阻害剤の濃度は、培地の総容積に対して、通常、0.1μM以上100μM以下であり、1μM以上50μM以下であることが好ましく、5μM以上15μM以下であることがより好ましく、8μM以上12μM以下であることがさらに好ましい。
培地中のROCK阻害剤の濃度が上記下限値以上であることで、ROCK阻害剤が奏する効果をより発揮することができる。一方で、上記上限値以下であることで、ROCK阻害剤の細胞に対する毒性をより抑えて、細胞生存率をより向上させることができる。
The concentration of the ROCK inhibitor in the medium is usually 0.1 μM or more and 100 μM or less, preferably 1 μM or more and 50 μM or less, more preferably 5 μM or more and 15 μM or less, and even more preferably 8 μM or more and 12 μM or less, relative to the total volume of the medium.
When the concentration of the ROCK inhibitor in the medium is equal to or higher than the lower limit, the effect of the ROCK inhibitor can be more effectively exhibited, whereas when the concentration is equal to or lower than the upper limit, the toxicity of the ROCK inhibitor to cells can be further suppressed, and the cell survival rate can be further improved.

[神経分化誘導因子]
神経分化誘導因子を用いることで、電位依存性カルシウムチャネルやNMDA受容体に作用し、カルシウムの流入を促進させ、neuroD遺伝子の発現を亢進することで、神経分化を促進することができる。
[Neurodifferentiation Inducing Factor]
By using a neuronal differentiation inducer, neuronal differentiation can be promoted by acting on voltage-dependent calcium channels and NMDA receptors to promote calcium influx and enhance the expression of the neuroD gene.

神経分化誘導因子としては、例えば、イソキサゾール9(ISX-9)(CAS番号:832115-62-5)等が挙げられる。 Examples of neuronal differentiation inducers include isoxazole 9 (ISX-9) (CAS number: 832115-62-5).

培地中の神経分化誘導因子の濃度は、培地の総容積に対して、通常、0.1μM以上10μM未満であり、1μM以上9μM以下であることが好ましく、2.5μM以上7.5μM以下であることがより好ましく、2.7μM以上5μM以下であることがさらに好ましい。
培地中の神経分化誘導因子の濃度が上記下限値以上であることで、神経分化誘導因子が奏する効果をより発揮することができる。一方で、上記上限値以下であることで、神経分化誘導因子の細胞に対する毒性をより抑えて、細胞生存率をより向上させることができる。
The concentration of the neuronal differentiation induction factor in the culture medium is typically 0.1 μM or more and less than 10 μM, preferably 1 μM or more and less than 9 μM, more preferably 2.5 μM or more and less than 7.5 μM, and even more preferably 2.7 μM or more and less than 5 μM, relative to the total volume of the culture medium.
When the concentration of the neuronal differentiation inducer in the medium is equal to or higher than the lower limit, the effect of the neuronal differentiation inducer can be more effectively exerted, whereas when the concentration is equal to or lower than the upper limit, the toxicity of the neuronal differentiation inducer to cells can be further suppressed, and the cell survival rate can be further improved.

[AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤]
本実施形態の培地は、上記成分に加えて、AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤を更に含むことが好ましい。本実施形態の培地は、AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤を更に含むことで、より効率的にマクロファージを神経細胞に直接分化転換することができる。
AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤は、BMP経路阻害剤とも呼ばれる。
[AMP-activated protein kinase inhibitors]
In addition to the above components, the medium of the present embodiment preferably further contains an AMP-activated protein kinase inhibitor, which allows the medium of the present embodiment to more efficiently transdifferentiate macrophages directly into neurons.
AMP-activated protein kinase inhibitors are also called BMP pathway inhibitors.

AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤としては、例えば、ドルソモルフィン(CAS番号:866405-64-3)、コーディン(ヒトにおけるGenbankアクセッション番号:NP_001291401.1、NP_001291402.1、NP_001291403.1、NP_003732.2等)、ノギン(ヒトにおけるGenbankアクセッション番号:NP_005441.1等)、フォリスタチン(ヒトにおけるGenbankアクセッション番号:NP_006341.1、NP_037541.1等)、(6-[4-(2-ピペリジン-1-イル-エトキシ)フェニル]-3-ピリジン-4-イル-ピラゾロ[1,5-a]ピリミジン)、DMH1(4-[6-(4-イソプロポキシフェニル)ピラゾロ[1,5-a]ピリミジン-3-イル]キノリン、4-[6-[4-(1-メチルエトキシ)フェニル]ピラゾロ[1,5-a]ピリミジン-3-イル]-キノリン)、LDN193189、(4-(6-(4-(ピペリジン-1-イル)フェニル)ピラゾロ[1,5-a]ピリミジン-3-イル)キノリン)が挙げられる。中でも、ドルソモルフィンが好ましい。 Examples of AMP-activated protein kinase inhibitors include dorsomorphin (CAS number: 866405-64-3), chordin (human Genbank accession numbers: NP_001291401.1, NP_001291402.1, NP_001291403.1, NP_003732.2, etc.), noggin (human Genbank accession number: NP_005441.1, etc.), follistatin (human Genbank accession numbers: NP_006341.1, NP_037541.1, etc.), etc.), (6-[4-(2-piperidin-1-yl-ethoxy)phenyl]-3-pyridin-4-yl-pyrazolo[1,5-a]pyrimidine), DMH1 (4-[6-(4-isopropoxyphenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]quinoline, 4-[6-[4-(1-methylethoxy)phenyl]pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]-quinoline), LDN193189, (4-(6-(4-(piperidin-1-yl)phenyl)pyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl)quinoline). Among these, dorsomorphin is preferred.

培地中のAMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤の濃度は、培地の総容積に対して、通常、0.5μM以上10μM以下であり、0.75μM以上5μM以下であることが好ましく、1μM以上3μM以下であることがより好ましい。 The concentration of the AMP-activated protein kinase inhibitor in the medium is usually 0.5 μM or more and 10 μM or less, preferably 0.75 μM or more and 5 μM or less, and more preferably 1 μM or more and 3 μM or less, relative to the total volume of the medium.

[その他成分]
本実施形態の培地は、成長因子、神経生物系サプリメント、培地サプリメント、血清、血清代替物、抗菌剤、並びにインスリン及びアルブミン等の血清由来のタンパク質等をさらに含有することができる。培地中のこれら成分の濃度は、公知の文献等を参酌して、当業者が適宜設定することができる。
[Other ingredients]
The medium of this embodiment may further contain growth factors, neurobiological supplements, medium supplements, serum, serum substitutes, antibacterial agents, and serum-derived proteins such as insulin and albumin, etc. The concentrations of these components in the medium may be appropriately determined by those skilled in the art with reference to known literature, etc.

成長因子としては、例えば、神経成長因子(NGF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、ニューロトロフィン3(NT3)、ニューロトフィン4/5等のニュートロフィンファミリー;グリア細胞株由来神経栄養因子(GDNF);酸性線維芽細胞増殖因子(aFGF)、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF);インスリン様成長因子(IGF)等が挙げられる。 Examples of growth factors include the neurotrophin family, such as nerve growth factor (NGF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), neurotrophin 3 (NT3), and neurotrophin 4/5; glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF); acidic fibroblast growth factor (aFGF), basic fibroblast growth factor (bFGF); insulin-like growth factor (IGF), and the like.

神経生物系サプリメントとしては、ビオチン、コレステロール、リノール酸、リノレン酸、プロゲステロン、プトレシン、レチノール、酢酸レチニル、亜セレン酸ナトリウム、トリヨードチロニン(T3)、DL-α-トコフェロール(ビタミンE)、アルブミン、インシュリン及びトランスフェリンを含むB27サプリメント(サーモフィッシャー社製品名);並びにヒトトランスフェリン、ウシインシュリン、プロゲステロン、プトレシン、及び亜セレン酸ナトリウムを含むN2サプリメント等が挙げられる。 Neurobiological supplements include B27 supplement (Thermo Fisher brand name) which contains biotin, cholesterol, linoleic acid, linolenic acid, progesterone, putrescine, retinol, retinyl acetate, sodium selenite, triiodothyronine (T3), DL-α-tocopherol (vitamin E), albumin, insulin, and transferrin; and N2 supplement which contains human transferrin, bovine insulin, progesterone, putrescine, and sodium selenite.

培地サプリメントとしては、例えば、L-グルタミン酸、L-グルタミン酸から得たジペプチドを含有する「GlutaMaxシリーズ」(サーモフィッシャー社製品名)等のグルタミン酸含有サプリメント、「MEM Non-Essential Amino Acids Solution」(サーモフィッシャー社製品名)等のアミノ酸水溶液、2-メルカプトエタノール等が挙げられる。 Examples of medium supplements include glutamic acid-containing supplements such as the "GlutaMax series" (Thermo Fisher product name) which contain L-glutamic acid and dipeptides derived from L-glutamic acid, aqueous amino acid solutions such as "MEM Non-Essential Amino Acids Solution" (Thermo Fisher product name), and 2-mercaptoethanol.

抗菌剤としては、例えば、ペニシリン系抗生物質、セフェム系抗生物質、マクロライド系抗生物質、テトラサイクリン系抗生物質、ホスホマイシン系抗生物質、アミノグリコシド系抗生物質、ニューキノロン系抗生物質等が挙げられる。 Examples of antibacterial agents include penicillin antibiotics, cephalosporin antibiotics, macrolide antibiotics, tetracycline antibiotics, fosfomycin antibiotics, aminoglycoside antibiotics, and new quinolone antibiotics.

なお、本実施形態の培地は、N-[N-(3,5-ジフルオロフェニルアセチル-L―アラニル)]-S-フェニルグリシン tert-ブチルエステル(DAPT)(CAS番号:208255-80-5)等のγ-セクレターゼ阻害剤、及び、RepSox(CAS番号:446859-33-2)等のTGF-β受容体阻害剤を含まないことが好ましい。
従来、これら成分は、ES細胞やiPS細胞等の各種幹細胞の神経細胞への分化誘導を促進するのに有効な成分であると報告されている。しかしながら、本実施形態の培地は、これら成分を含まないことで、より効率的にマクロファージを神経細胞に直接分化転換することができる。
It is preferable that the medium of this embodiment does not contain a γ-secretase inhibitor such as N-[N-(3,5-difluorophenylacetyl-L-alanyl)]-S-phenylglycine tert-butyl ester (DAPT) (CAS number: 208255-80-5) and a TGF-β receptor inhibitor such as RepSox (CAS number: 446859-33-2).
These components have been reported to be effective in promoting the differentiation of various stem cells, such as ES cells and iPS cells, into neural cells. However, the medium of the present embodiment does not contain these components, and therefore can more efficiently transdifferentiate macrophages directly into neural cells.

[基礎培地]
本実施形態の培地は、上述した成分を基礎培地に添加して調製することができる。
[Basal medium]
The medium of this embodiment can be prepared by adding the above-mentioned components to a basal medium.

基礎培地としては、例えば、BME培地、BGJb培地、CMRL 1066培地、Glasgow MEM(GMEM)培地、Improved MEM Zinc Option培地、IMDM培地、Medium 199培地、Eagle MEM培地、αMEM培地、DMEM培地、F-12培地、DMEM/F12培地、IMDM/F12培地、ハム培地、RPMI 1640培地、Fischer’s培地、X-VIVOTM 15無血清リンパ球培地(Lonza社製)、及びNeuroBasal Medium(Gibco社製);これらの混合培地の培地;これらの培地から神経分化に関する成分を低減した培地等が挙げられる。 Examples of basal media include BME medium, BGJb medium, CMRL 1066 medium, Glasgow MEM (GMEM) medium, Improved MEM Zinc Option medium, IMDM medium, Medium 199 medium, Eagle MEM medium, αMEM medium, DMEM medium, F-12 medium, DMEM/F12 medium, IMDM/F12 medium, Ham's medium, RPMI 1640 medium, Fischer's medium, X-VIVO 15 serum-free lymphocyte medium (manufactured by Lonza), and NeuroBasal Medium (manufactured by Gibco); mixed media thereof; and media obtained by reducing components related to neural differentiation from these media.

<神経細胞の製造方法>
本実施形態の神経細胞の製造方法(以下、単に「本実施形態の製造方法」と称する)は、GRK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む培地を用いて、マクロファージを培養して神経細胞に直接分化転換する分化転換工程を含む。
<Method of producing nerve cells>
The method for producing nerve cells according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as the "production method according to the present embodiment") includes a transdifferentiation step of culturing macrophages using a medium containing a GRK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neuronal differentiation factor, and a PU.1 inhibitor, and directly transdifferentiating them into nerve cells.

本実施形態の製造方法によれば、マクロファージから直接分化転換した神経細胞を製造することができる。すなわち、本実施形態の製造方法は、マクロファージを神経細胞に直接分化転換(ダイレクトリプログラミング)する方法ということもできる。 According to the manufacturing method of this embodiment, it is possible to produce nerve cells that have been directly transdifferentiated from macrophages. In other words, the manufacturing method of this embodiment can also be said to be a method of directly transdifferentiating (directly reprogramming) macrophages into nerve cells.

本実施形態の製造方法を構成する工程について以下に詳細を説明する。 The steps that make up the manufacturing method of this embodiment are described in detail below.

[分化転換工程]
分化転換工程では、上述した成分を含む培地を用いて、マクロファージを培養して神経細胞に直接分化転換する。
[Transdifferentiation process]
In the transdifferentiation step, macrophages are cultured using a medium containing the above-mentioned components and directly transdifferentiated into nerve cells.

培地の組成については、上記「マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地」に記載のとおりである。 The composition of the medium is as described above in "Culture medium used for direct transdifferentiation of macrophages into neurons."

培養期間は、通常、1日間以上であり、3日間以上14日間以下であるが好ましく、5日間以上9日間以下であることがより好ましい。 The culture period is usually at least one day, preferably between three and fourteen days, and more preferably between five and nine days.

培養温度は、通常、30℃以上50℃以下であり、32℃以上45℃以下であることが好ましく、34℃以上40℃以下であることがより好ましい。 The culture temperature is usually from 30°C to 50°C, preferably from 32°C to 45°C, and more preferably from 34°C to 40°C.

培養容器内の二酸化炭素の含有割合は、通常、1体積%以上15体積%以下であり、2体積%以上10体積%以下であることが好ましく、3体積%以上7体積%以下であることがより好ましい。 The carbon dioxide content in the culture vessel is usually 1% to 15% by volume, preferably 2% to 10% by volume, and more preferably 3% to 7% by volume.

培養容器の形態としては、特に限定されないが、例えば、フラスコ、組織培養用フラスコ、培養皿(ディッシュ)、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、マイクロプレート、マイクロウェルプレート、マルチプレート、マルチウェルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック、マイクロキャリア、スタックプレート、スピナーフラスコ、カバーガラス等の公知のものが挙げられる。 The form of the culture vessel is not particularly limited, but examples include known forms such as flasks, tissue culture flasks, culture dishes, tissue culture dishes, multi-dishes, microplates, microwell plates, multi-plates, multi-well plates, chamber slides, petri dishes, tubes, trays, culture bags, microcarriers, stack plates, spinner flasks, and cover glasses.

分化転換工程で用いられるマクロファージの由来となる動物種は特に限定されないが、例えば、げっ歯類、有蹄類、ネコ目、霊長類等の哺乳類動物が挙げられる。げっ歯類には、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等が包含される。有蹄類には、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ等が包含される。ネコ目には、イヌ、ネコ等が包含される。霊長類は、霊長目に属する哺乳動物をいい、霊長類としては、キツネザル、ロリス、ツバイ等の原猿亜目と、サル、類人猿、ヒト等の真猿亜目が挙げられる。中でも、ヒトであることが好ましい。 The animal species from which the macrophages used in the transdifferentiation process are derived is not particularly limited, but examples include mammals such as rodents, ungulates, felines, and primates. Rodents include mice, rats, hamsters, and guinea pigs. Ungulates include pigs, cows, goats, horses, and sheep. Felidae include dogs and cats. Primates refer to mammals belonging to the order Primates, and examples of primates include the prosimian suborder, such as lemurs, lorises, and tree shrews, and the anthropoid suborder, such as monkeys, apes, and humans. Of these, humans are preferred.

分化転換工程で用いられるマクロファージは、公知の株化細胞であってもよく、単球から分化誘導させたものとであってもよい。また、マクロファージのフェノタイプは、M1型であってもよく、M2型であってもよい。 The macrophages used in the transdifferentiation process may be a known cell line, or may be cells induced to differentiate from monocytes. The phenotype of the macrophages may be either M1 or M2.

[その他の工程]
単球由来のマクロファージを用いる場合には、分化転換工程の前に、単球をGM-CSF(Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor)又はM-CSF(Macrophage Colony Stimulating Factor)を含む培地で培養して、単球をM1型又はM2型のフェノタイプであるマクロファージに分化誘導する(以下、「分化誘導工程」又は「マクロファージ製造工程」ともいう)。
[Other steps]
When monocyte-derived macrophages are used, prior to the transdifferentiation step, the monocytes are cultured in a medium containing GM-CSF (Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor) or M-CSF (Macrophage Colony Stimulating Factor) to induce differentiation of the monocytes into macrophages of an M1 or M2 phenotype (hereinafter also referred to as a "differentiation induction step" or a "macrophage production step").

なお、発明者らは、上記組成の培地を用いて、単球から神経細胞を直接分化転換することも試みたが、上記組成の内、特にPU.1阻害剤が単球に対して高い毒性を示すことから、上記組成の培地を用いて、単球から神経細胞を直接分化転換することができないことを確認している。そのため、単球をマクロファージに分化誘導させた後に、上記組成の培地を用いて、マクロファージから神経細胞を直接分化転換する。 The inventors also attempted to directly transdifferentiate monocytes into nerve cells using a medium of the above composition, but confirmed that the above composition, particularly the PU.1 inhibitor, is highly toxic to monocytes, and therefore it is not possible to directly transdifferentiate monocytes into nerve cells using a medium of the above composition. Therefore, after inducing differentiation of monocytes into macrophages, the macrophages are directly transdifferentiated into nerve cells using a medium of the above composition.

分化誘導工程における培養期間、培養温度、培養容器内の二酸化炭素の含有割合、及び培養容器の形態は、上記「分化転換工程」におけるそれらと同じである。 The culture period, culture temperature, carbon dioxide content in the culture vessel, and shape of the culture vessel in the differentiation induction process are the same as those in the "transdifferentiation process" described above.

単球としては、株化細胞であってもよく、動物の血液等の生体試料から単離されたものであってもよい。 The monocytes may be an established cell line or may be isolated from a biological sample such as animal blood.

単球の培養に用いられる培地は、GM-CSF又はM-CSFを基礎培地に添加することで調製するができる。基礎培地としては、上記「分化転換工程」において例示されたものと同様のものが挙げられる。 The medium used for culturing monocytes can be prepared by adding GM-CSF or M-CSF to a basal medium. Examples of the basal medium include those exemplified in the "transdifferentiation process" above.

単球の培養に用いられる培地は、GM-CSF又はM-CSFの他に、培地サプリメント、血清、血清代替物、抗菌剤、並びにインスリン及びアルブミン等の血清由来のタンパク質等をさらに含有することができる。培地サプリメント及び抗菌剤としては、上記「分化転換工程」において例示されたものと同様のものが挙げられる。 The medium used for culturing monocytes may further contain, in addition to GM-CSF or M-CSF, medium supplements, serum, serum substitutes, antibacterial agents, and serum-derived proteins such as insulin and albumin. Examples of medium supplements and antibacterial agents include those similar to those exemplified in the "transdifferentiation process" above.

また、分化転換工程の後に、得られた細胞が神経細胞であるか否かを確認するために、得られた細胞を評価してもよい(以下、「評価工程」ともいう)。 Furthermore, after the transdifferentiation process, the obtained cells may be evaluated to confirm whether or not they are neural cells (hereinafter, also referred to as the "evaluation process").

評価方法としては、例えば、細胞の形態観察や、神経細胞のマーカー遺伝子又はマーカータンパク質の発現を確認すること、細胞の活動電位を測定すること等が挙げられる。 Evaluation methods include, for example, observing cell morphology, confirming the expression of marker genes or marker proteins in nerve cells, and measuring the action potential of cells.

細胞の形態観察は、肉眼であってもよく、光学顕微鏡等を用いた方法であってもよい。得られた細胞が樹状突起様の構造を有する場合には、神経細胞が得られたと評価することができる。 The cell morphology may be observed with the naked eye or by a method using an optical microscope or the like. If the obtained cells have a dendrite-like structure, it can be evaluated that nerve cells have been obtained.

神経細胞のマーカー遺伝子又はマーカータンパク質としては、例えば、β-Tubulin 3(TUJ1)、微小管結合タンパク質2(MAP2)、ダブルコルチン(DCX)、Myelin Transcription Factor 1-Like(MYT1L)、Achaete-scute homolog 1(ASCL1)、Neurogenic Differentiation 1(NeuroD1)、神経特異的POU転写調節因子(BRN)、Neurogenin-2(NGN2)、Neuronal nuclei(NEUN)等が挙げられる。マーカー遺伝子又はマーカータンパク質の発現は、例えば、RT-PCR法、ウエスタンブロッティング、ELISA、免疫染色等により評価することができる。
これら神経細胞のマーカー遺伝子又はマーカータンパク質の発現が、マクロファージにおける発現量よりも上昇している、又は、神経細胞における発現量と同程度である場合には、神経細胞が得られたと評価することができる。
Examples of marker genes or marker proteins for nerve cells include β-Tubulin 3 (TUJ1), microtubule-associated protein 2 (MAP2), doublecortin (DCX), Myelin Transcription Factor 1-Like (MYT1L), Achaete-scute homolog 1 (ASCL1), Neurogenic Differentiation 1 (NeuroD1), neuronal specific POU transcription factor (BRN), Neurogenin-2 (NGN2), Neuronal nuclei (NEUN), etc. Expression of the marker gene or marker protein can be evaluated by, for example, RT-PCR, Western blotting, ELISA, immunostaining, etc.
When the expression of these marker genes or marker proteins for nerve cells is higher than the expression level in macrophages or is at the same level as the expression level in nerve cells, it can be evaluated that nerve cells have been obtained.

また、マクロファージのマーカー遺伝子又はマーカータンパク質の発現をさらに確認してもよい。マクロファージのマーカー遺伝子又はマーカータンパク質としては、例えば、インテグリンαM(CD11b)、Ionized calcium binding adapter protein 1(Iba1)等が挙げられる。これらの発現の評価方法としては、神経細胞のマーカー遺伝子又はマーカータンパク質の評価方法と同じ方法が適用される。
これらマクロファージのマーカー遺伝子又はマーカータンパク質の発現がマクロファージにおける発現量よりも減少している場合に、マクロファージの特性が完全に失われており、上記神経細胞のマーカー遺伝子又はマーカータンパク質の発現の結果と合わせることで、マクロファージから神経細胞へ分化転換されたと評価することができる。
In addition, the expression of a marker gene or a marker protein of a macrophage may be further confirmed. Examples of the marker gene or the marker protein of a macrophage include integrin αM (CD11b), ionized calcium binding adapter protein 1 (Iba1), etc. The expression of these can be evaluated by the same method as that for evaluating the marker gene or the marker protein of a nerve cell.
When the expression of these macrophage marker genes or marker proteins is reduced compared to the expression level in macrophages, the characteristics of macrophages are completely lost, and when combined with the result of the expression of the above-mentioned neuronal marker genes or marker proteins, it can be evaluated that macrophages have been transdifferentiated into neurons.

<その他実施形態>
上記実施形態における培地、及び、上記実施形態における神経細胞の製造方法により得られた神経細胞は、例えば、脳梗塞や神経変性疾患等の脳神経疾患の再生医療への応用が期待される。
すなわち、一実施形態において、本発明は、上記実施形態における培地又は上記実施形態における製造方法で得られた神経細胞の有効量を、脳神経疾患の患者又は患畜に投与する、脳神経疾患の治療方法を提供する。
<Other embodiments>
The medium in the above embodiment and the nerve cells obtained by the method for producing nerve cells in the above embodiment are expected to be applied to regenerative medicine for brain and nerve diseases such as cerebral infarction and neurodegenerative diseases.
That is, in one embodiment, the present invention provides a method for treating a neurological disease, comprising administering an effective amount of the culture medium in the above embodiment or the nerve cells obtained by the production method in the above embodiment to a patient or animal suffering from the neurological disease.

対象となる脳神経疾患としては、例えば、脳梗塞;筋萎縮性側索硬化症(ALS)、パーキンソン病、アルツハイマー病等の神経変性疾患等が挙げられる。患者又は患畜としては、上記「培地」において例示された動物種が挙げられる。
神経細胞の有効量としては、対象となる脳神経疾患の治療に有効な量であって、当該疾患の種類や進行具合、患者又は患畜の体重や年齢、患者又は患畜の症状、病変部の大きさ等に応じて適宜設定することができる。
Examples of the target cranial nerve disease include cerebral infarction, and neurodegenerative diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), Parkinson's disease, and Alzheimer's disease. Examples of the patient or animal patient include the animal species exemplified in the above "culture medium".
The effective amount of nerve cells is an amount effective for treating the target neurological disease, and can be appropriately set depending on the type and progression of the disease, the weight and age of the patient or animal, the symptoms of the patient or animal, the size of the lesion, etc.

また、脳神経疾患の病変部に集積した内在性マクロファージに対して、上記実施形態における培地に含まれる成分、具体的には、GSK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤(好ましくは、GSK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、PU.1阻害剤、及びAMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤)を直接脳神経疾患の患者又は患畜に投与することで、生体内でマクロファージから神経細胞への分化転換を誘発させる、新規の再生医療法を提供することができる。
すなわち、一実施形態において、本発明は、GSK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤のそれぞれ有効量を、脳神経疾患の患者又は患畜に投与する、脳神経疾患の治療方法を提供する。
好ましくは、一実施形態において、本発明は、GSK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、PU.1阻害剤、及びAMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤のそれぞれ有効量を、脳神経疾患の患者又は患畜に投与する、脳神経疾患の治療方法を提供する。
より好ましくは、一実施形態において、本発明は、CHIR99021、フォルスコリン、Y-27632、ISX-9、ISX-9、及びドルソモルフィンのそれぞれ有効量を、脳神経疾患の患者又は患畜に投与する、脳神経疾患の治療方法を提供する。
In addition, by directly administering the components contained in the medium in the above embodiment, specifically, a GSK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neurodifferentiation inducer, and a PU.1 inhibitor (preferably, a GSK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neurodifferentiation inducer, a PU.1 inhibitor, and an AMP-activated protein kinase inhibitor), to endogenous macrophages accumulated in the lesion of a brain and nerve disease, a novel regenerative medicine method can be provided in which differentiation of macrophages into nerve cells is induced in vivo.
That is, in one embodiment, the present invention provides a method for treating a cranial nerve disease, comprising administering an effective amount of each of a GSK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neurodifferentiation inducer, and a PU.1 inhibitor to a patient or animal suffering from a cranial nerve disease.
Preferably, in one embodiment, the present invention provides a method for treating a cranial nerve disease, comprising administering an effective amount of each of a GSK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neurodifferentiation factor, a PU.1 inhibitor, and an AMP-activated protein kinase inhibitor to a patient or animal suffering from the cranial nerve disease.
More preferably, in one embodiment, the present invention provides a method for treating a cranial nerve disease, comprising administering an effective amount of each of CHIR99021, forskolin, Y-27632, ISX-9, ISX-9, and dorsomorphin to a patient or animal suffering from a cranial nerve disease.

上記化合物を組み合わせたセットは、脳神経疾患の治療剤セットということもできる。
或いは、上記5種類の(好ましくは、6種類の)化合物単独又はそれら混合物を含む組成物は、脳神経疾患の治療用医薬組成物ということもできる。以降、上記5種類の(好ましくは、6種類の)化合物単独又はそれら混合物を、総称して、「脳神経疾患の治療剤」と称する場合がある。
The set of the above-mentioned compounds can be called a set of therapeutic agents for brain and nerve diseases.
Alternatively, the composition containing the above-mentioned five (preferably six) types of compounds alone or a mixture thereof can be called a pharmaceutical composition for treating cranial nerve diseases. Hereinafter, the above-mentioned five (preferably six) types of compounds alone or a mixture thereof may be collectively referred to as a "therapeutic agent for cranial nerve diseases."

上記医薬組成物は、経口的に使用される剤型であってもよく、非経口的に使用される剤型であってもよいが、非経口的に使用される剤型が好ましい。経口的に使用される剤型としては、例えば錠剤、カプセル剤、エリキシル剤、マイクロカプセル剤等が挙げられる。非経口的に使用される剤型としては例えば注射剤、軟膏剤、貼付剤等が挙げられる。 The pharmaceutical composition may be in a dosage form for oral use or a dosage form for parenteral use, but a dosage form for parenteral use is preferred. Dosage forms for oral use include, for example, tablets, capsules, elixirs, microcapsules, etc. Dosage forms for parenteral use include, for example, injections, ointments, patches, etc.

薬学的に許容される担体としては、通常医薬組成物の製剤に用いられるものを特に制限なく用いることができる。より具体的には、例えば、ゼラチン、コーンスターチ、トラガントガム、アラビアゴム等の結合剤;デンプン、結晶性セルロース等の賦形剤;アルギン酸等の膨化剤;水、エタノール、グリセリン等の注射剤用溶剤;ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等の粘着剤等が挙げられる。 As the pharma- ceutically acceptable carrier, those usually used in the preparation of pharmaceutical compositions can be used without any particular restrictions. More specifically, examples include binders such as gelatin, corn starch, gum tragacanth, and gum arabic; excipients such as starch and crystalline cellulose; swelling agents such as alginic acid; solvents for injections such as water, ethanol, and glycerin; and adhesives such as rubber-based adhesives and silicone-based adhesives.

医薬組成物は添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等の潤滑剤;ショ糖、乳糖、サッカリン、マルチトール等の甘味剤;ペパーミント、アカモノ油等の香味剤;ベンジルアルコール、フェノール等の安定剤;リン酸塩、酢酸ナトリウム等の緩衝剤;安息香酸ベンジル、ベンジルアルコール等の溶解補助剤;酸化防止剤;防腐剤等が挙げられる。 The pharmaceutical composition may contain additives. Examples of additives include lubricants such as calcium stearate and magnesium stearate; sweeteners such as sucrose, lactose, saccharin, and maltitol; flavorings such as peppermint and saffron oil; stabilizers such as benzyl alcohol and phenol; buffers such as phosphates and sodium acetate; solubilizers such as benzyl benzoate and benzyl alcohol; antioxidants; and preservatives.

医薬組成物は、上記5種類の(好ましくは、6種類の)化合物をそれぞれ単独又はそれら混合物と、上記薬学的に許容される担体及び添加剤を適宜組み合わせて、一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製剤化することができる。 The pharmaceutical composition can be formulated by mixing the above-mentioned five (preferably six) compounds alone or in a mixture thereof with the above-mentioned pharma- ceutically acceptable carriers and additives in a unit dose form required for generally accepted pharmaceutical practice.

医薬組成物は、他の疾患の治療薬と組合せて、使用してもよい。例えば、上記脳神経疾患の治療剤を、その他の脳神経疾患の治療薬等と組み合わせて使用することで、特定の脳神経疾患の症状を改善しながら、当該脳神経疾患を治療することができる。
上記脳神経疾患の治療剤と他の薬剤とは、同一の製剤にしてもよいし、別々の製剤にしてもよい。また、各製剤は、同一の投与経路で投与してもよいし、別々の投与経路で投与してもよい。更に、各製剤は、同時に投与してもよいし、逐次的に投与してもよいし、一定の時間乃至期間を空けて別々に投与してもよい。一実施態様において、上記脳神経疾患の治療剤と他の薬剤とは、これらを包含するセット(脳神経疾患の治療剤セット)としてもよい。
The pharmaceutical composition may be used in combination with a therapeutic agent for other diseases. For example, the therapeutic agent for the cranial nerve disease may be used in combination with other therapeutic agents for the cranial nerve disease, etc., to treat the cranial nerve disease while improving the symptoms of the specific cranial nerve disease.
The therapeutic agent for cranial nerve disease and the other drug may be in the same preparation or in separate preparations. Moreover, each preparation may be administered by the same administration route or by separate administration routes. Furthermore, each preparation may be administered simultaneously, sequentially, or separately at a certain time or period. In one embodiment, the therapeutic agent for cranial nerve disease and the other drug may be in a set (therapeutic agent set for cranial nerve disease) including them.

患者への投与は、例えば、髄腔内注射、動脈内注射、静脈内注射、皮下注射、鼻腔内的、経気管支的、筋内的、経皮的、又は経口的に当業者に公知の方法により行うことができる。 Administration to a patient can be by methods known to those skilled in the art, for example, intrathecal injection, intraarterial injection, intravenous injection, subcutaneous injection, intranasal injection, transbronchial injection, intramuscular injection, transdermal injection, or oral injection.

各化合物の有効量としては、対象となる脳神経疾患の治療に有効な量であって、当該疾患の種類や進行具合、患者又は患畜の体重や年齢、患者又は患畜の症状、投与方法等に応じて適宜設定することができる。 The effective amount of each compound is an amount effective for treating the target neurological disease, and can be set appropriately depending on the type and progression of the disease, the weight and age of the patient or animal, the symptoms of the patient or animal, the method of administration, etc.

また、一実施形態において、本発明は、上記実施形態における培地又は上記実施形態における製造方法で得られた神経細胞を被験物質と接触させる工程(以下、「工程X」ともいう)と、被験物質が神経細胞に及ぼす影響を検定する工程(以下、「工程Y」ともいう)と、を有する、被験物質の薬効評価方法を提供する。 In one embodiment, the present invention provides a method for evaluating the efficacy of a test substance, comprising a step of contacting the medium in the above embodiment or the nerve cells obtained by the production method in the above embodiment with a test substance (hereinafter also referred to as "step X"), and a step of examining the effect of the test substance on the nerve cells (hereinafter also referred to as "step Y").

工程Xにおいて、被験物質としては、例えば、天然化合物ライブラリ、合成化合物ライブラリ、既存薬ライブラリ、代謝物ライブラリ等が挙げられる。被験物質としては、新薬を用いることができる。 In step X, examples of test substances include natural compound libraries, synthetic compound libraries, existing drug libraries, metabolite libraries, etc. New drugs can also be used as test substances.

工程Yにおいて、被験物質が神経細胞に及ぼす影響は、例えば、ウエスタンブロッティング、ELISA、免疫染色等により検定することができる。 In step Y, the effect of the test substance on nerve cells can be assayed, for example, by Western blotting, ELISA, immunostaining, etc.

さらに、工程Xの前に、神経細胞を哺乳動物の脳に移植する工程(以下、「工程x」ともいう)を有することができる。神経細胞が、アルツハイマー病様の病態等、特定の疾患様の病態を呈する場合に、工程xを有することで、より特定の疾患を罹患した生体に近い環境で被験物質の薬効を評価することができる。 Furthermore, before step X, a step (hereinafter also referred to as "step x") of transplanting neural cells into the brain of a mammal can be included. When neural cells exhibit a pathological condition similar to that of a specific disease, such as Alzheimer's disease, including step x makes it possible to evaluate the efficacy of the test substance in an environment closer to that of a living body suffering from a specific disease.

また、一実施形態において、本発明は、上記実施形態における培地に含まれる各成分、すなわち、GSK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤(好ましくは、GSK3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、ROCK阻害剤、神経分化誘導因子、PU.1阻害剤、及びAMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤)を備える、マクロファージを神経細胞に直接分化転換(ダイレクトリプログラミング)するための培地用サプリメント(又は、神経細胞製造用培地サプリメント)を提供する。
上記サプリメントと、上述した基礎培地と、必要に応じて、上述したその他成分と、を、マクロファージを神経細胞に直接分化転換(ダイレクトリプログラミング)するための培地キット(又は、神経細胞製造用培地キット)とすることもできる。
In one embodiment, the present invention provides a medium supplement for direct reprogramming of macrophages into neurons (or a medium supplement for producing neurons), comprising each of the components contained in the medium in the above embodiment, i.e., a GSK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neuronal differentiation inducer, and a PU.1 inhibitor (preferably, a GSK3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a ROCK inhibitor, a neuronal differentiation inducer, a PU.1 inhibitor, and an AMP-activated protein kinase inhibitor).
The above supplement, the above-mentioned basal medium, and, if necessary, the above-mentioned other components can also be made into a medium kit for directly transdifferentiating (direct reprogramming) macrophages into neurons (or a medium kit for producing neurons).

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(単球由来マクロファージを神経細胞に直接分化転換する培地成分の検討)
健常ヒトから承諾を得て採取した血液試料から分離したヒト単核球を5.0×10cells/cm以下となるようにカバーガラス(松浪硝子工業社製、丸カバーグラス 18丸、商品コード:C018001)上に播種し、Monocyte Attachment Medium(PromoCell社製、C-28051)を用いて、37℃、5体積%CO環境下で1時間培養した。次いで、培地中の浮遊細胞を培地と共に除去した後、カバーガラス上の接着細胞(単球)について、培地の総体積に対して10ng/mLのGM-CSF(Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor)を含む培地(組成:10w/v%ウシ胎児血清(FBS)、X-VIVOTM 15無血清リンパ球培地(Lonza社製、04-418Q))で、37℃、5体積%CO環境下で7日間培養して、M1型のフェノタイプを有するマクロファージ(以下、「Mφ」と略記する場合がある)を得た。Mφが得られたことは、定量PCR法により、Mφのマーカー遺伝子であるCD11b遺伝子及びIba1遺伝子の発現亢進を検出することで確かめた。
[Example 1]
(Investigation of medium components that directly transdifferentiate monocyte-derived macrophages into neurons)
Human mononuclear cells isolated from blood samples collected with consent from healthy subjects were seeded onto a cover glass (Matsunami Glass Industry Co., Ltd., round cover glass 18 round, product code: C018001) to a density of 5.0 x 106 cells/ cm2 or less, and cultured for 1 hour at 37°C in a 5% CO2 environment using Monocyte Attachment Medium (PromoCell, Inc., C-28051). Next, the floating cells in the medium were removed together with the medium, and the adherent cells (monocytes) on the cover glass were cultured in a medium (composition: 10 w/v% fetal bovine serum (FBS), X-VIVO 15 serum-free lymphocyte medium (Lonza, 04-418Q)) containing 10 ng/mL GM-CSF (Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor) relative to the total volume of the medium for 7 days in a 37°C, 5% by volume CO2 environment to obtain macrophages (hereinafter sometimes abbreviated as "Mφ") having an M1 phenotype. The fact that Mφ was obtained was confirmed by detecting enhanced expression of the CD11b gene and Iba1 gene, which are marker genes for Mφ, by quantitative PCR.

次いで、得られたヒト単球由来M1型Mφについて以下に示す組成の培地を用いて、さらに37℃、5体積%CO環境下で7日間培養した。 Next, the obtained human monocyte-derived M1 type Mφ was further cultured for 7 days at 37° C. in a 5% by volume CO 2 environment using a medium having the composition shown below.

Figure 0007602791000001
Figure 0007602791000001

上記No.1~No.3の各培地を用いて、7日間培養した後の細胞を微分干渉顕微鏡(倍率:400倍(上の画像)及び200倍(下の画像)、オリンパス社製、IX83)で撮像した際の微分干渉顕微鏡像(スケールバーは50μmである)を図1に示す。 Figure 1 shows differential interference microscope images (scale bar 50 μm) of cells cultured for 7 days using each of the above No. 1 to No. 3 media, taken with a differential interference microscope (magnification: 400x (upper image) and 200x (lower image), Olympus, IX83).

図1から、培地No.1及びNo.2を用いて培養した細胞は、神経細胞様の樹状突起を有する形態が観察された。一方、培地No.3を用いて培養した細胞では、神経細胞様の細胞への変化は観察されなかった。
これらのことから、Mφを神経細胞に直接分化転換するための培地成分としては、マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地であって、グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤が最小必須成分であることが明らかとなった。
As can be seen from Figure 1, the cells cultured using medium No. 1 and No. 2 were observed to have a morphology with neuron-like dendrites. On the other hand, the cells cultured using medium No. 3 did not show any change to neuron-like cells.
From these findings, it was revealed that the minimum essential components of the medium for directly transdifferentiating Mφ into neurons are a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation inducer, and a PU.1 inhibitor, which are used for directly transdifferentiating macrophages into neurons.

次いで、培地No.2を用いて、0、1、及び7日間培養した細胞について、Takara社製のNucleoSpin(登録商標) RNA Plus(740984-50)を用いて全RNAを回収し、多能性マーカー遺伝子であるPAX6遺伝子及びSOX2遺伝子の発現をTakara社製のThermal Cycler Dice Real Time Systemを用いて、RT-PCR法により確認した。結果を図2に示す。なお、図2において、「NS」とは“not significant”の略であり、非有意であることを意味する。 Next, total RNA was collected from cells cultured for 0, 1, and 7 days using medium No. 2 using NucleoSpin (registered trademark) RNA Plus (740984-50) manufactured by Takara, and the expression of the pluripotency marker genes PAX6 gene and SOX2 gene was confirmed by RT-PCR using Thermal Cycler Dice Real Time System manufactured by Takara. The results are shown in Figure 2. In Figure 2, "NS" stands for "not significant" and means that it is not significant.

図2から、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞において、多能性マーカー遺伝子であるPAX6遺伝子及びSOX2遺伝子の発現はいずれも陰性であった。すなわち、培地No.2を用いたMφから神経細胞への分化転換は、多能性幹細胞を経由していないダイレクトリプログラミングであることを確かめられた。 As shown in Figure 2, the expression of the pluripotency marker genes PAX6 gene and SOX2 gene was negative in cells cultured for 7 days using medium No. 2. In other words, it was confirmed that the transdifferentiation of Mφ into neural cells using medium No. 2 was a direct reprogramming that did not go through pluripotent stem cells.

また、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞について、神経細胞のマーカーであるβ-Tubulin 3(TUJ1)に対する特異的抗体(biolegend社製、801201)、並びに、多能性マーカーであるPAX6に対する特異的抗体(Covance社製、PRB-278P)及びSOX2に対する特異的抗体(R&D社製、AF2018)を用いて蛍光染色を行った。また、当該細胞について4’,6-ジアミジノ-2-フェニルインドール二塩酸塩(DAPI)(Vector Laboratories社製、H-2000-10)を用いて核染色した。細胞を蛍光顕微鏡(400倍、Carl zeiss社製、LSM710)を用いて観察した。結果を図3(上:TUJ1/PAX6/DAPI、下:TUJ1/SOX2/DAPI)に示す。なお、図3において、スケールバーは50μmである。また、図3の上下の蛍光染色像において、左側の画像は、抗TUJ1抗体、抗PAX6抗体又は抗SOX2抗体、及びDAPIの3種による検出像をMergeした画像である。真ん中の画像は、抗TUJ1抗体による蛍光染色像であり、右側の画像は、抗PAX6抗体又は抗SOX2抗体による蛍光染色像である。 Cells cultured for 7 days in medium No. 2 were stained with a specific antibody against β-Tubulin 3 (TUJ1), a neuronal marker (Biolegend, 801201), as well as a specific antibody against PAX6 (Covance, PRB-278P) and a specific antibody against SOX2 (R&D, AF2018), which are pluripotency markers. The cells were stained with 4',6-diamidino-2-phenylindole dihydrochloride (DAPI) (Vector Laboratories, H-2000-10). The cells were observed under a fluorescent microscope (400x magnification, Carl Zeiss, LSM710). The results are shown in Figure 3 (top: TUJ1/PAX6/DAPI, bottom: TUJ1/SOX2/DAPI). In Figure 3, the scale bar is 50 μm. In the upper and lower fluorescent staining images in Figure 3, the image on the left is a merged image of detection images using three types of antibodies: anti-TUJ1 antibody, anti-PAX6 antibody or anti-SOX2 antibody, and DAPI. The image in the middle is a fluorescent staining image using anti-TUJ1 antibody, and the image on the right is a fluorescent staining image using anti-PAX6 antibody or anti-SOX2 antibody.

図3に示すように、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞において、神経細胞のマーカーであるTUJ1の発現は確認されたが、多能性マーカーであるPAX6及びSOX2の発現は確認されなかった。
このことから、図2の結果と同様に、培地No.2を用いたMφから神経細胞への分化転換は、多能性幹細胞を経由していないダイレクトリプログラミングであることを確かめられた。
As shown in Figure 3, in cells cultured for 7 days using medium No. 2, the expression of TUJ1, a marker for neural cells, was confirmed, but the expression of PAX6 and SOX2, pluripotency markers, was not confirmed.
From this, similar to the results in Figure 2, it was confirmed that transdifferentiation from Mφ to neural cells using medium No. 2 was a direct reprogramming that did not involve pluripotent stem cells.

次に、培地No.2を用いて、0、3、及び7日間培養した細胞について、Takara社製のNucleoSpin(登録商標) RNA Plus(740984-50)を用いて全RNAを回収し、神経細胞のマーカー遺伝子7種(TUJ1遺伝子、微小管結合タンパク質2(MAP2)遺伝子、ダブルコルチン(DCX)遺伝子、Myelin Transcription Factor 1-Like(MYT1L)遺伝子、Achaete-scute homolog 1(ASCL1)遺伝子、Neurogenic Differentiation 1(NeuroD1)遺伝子、神経特異的POU転写調節因子(BRN)遺伝子、及びNeurogenin-2(NGN2)遺伝子)、並びに、マクロファージのマーカー遺伝子2種(インテグリンαM(CD11b)遺伝子及びIonized calcium binding adapter protein 1(Iba1遺伝子))の発現をTakara社製のThermal Cycler Dice Real Time Systemを用いて、RT-PCR法により確認した。結果を図4に示す。図4において、「NS」とは“not significant”の略であり、非有意であることを意味する。また、「*」は、P<0.05、「**」は、P<0.01、「***」は、P<0.001を意味する。 Next, total RNA was extracted from cells cultured for 0, 3, and 7 days using medium No. 2 using NucleoSpin (registered trademark) RNA Plus (740984-50) manufactured by Takara Corporation, and seven types of neuronal marker genes (TUJ1 gene, microtubule-associated protein 2 (MAP2) gene, doublecortin (DCX) gene, Myelin Transcription Factor 1-Like (MYT1L) gene, Achaete-scute homolog 1 (ASCL1) gene, Neurogenic Differentiation The expression of the 1 (NeuroD1) gene, the neuron-specific POU transcription factor (BRN) gene, and the Neurogenin-2 (NGN2) gene, as well as two macrophage marker genes (integrin αM (CD11b) gene and ionized calcium binding adapter protein 1 (Iba1 gene)) was confirmed by RT-PCR using a Thermal Cycler Dice Real Time System manufactured by Takara. The results are shown in FIG. 4. In FIG. 4, "NS" stands for "not significant" and means non-significant. In addition, "*" means P<0.05, "**" means P<0.01, and "***" means P<0.001.

図4に示すように、培養日数が進むにつれて、神経細胞のマーカー遺伝子の発現が上昇し、一方で、Mφのマーカー遺伝子の発現が減少することが確かめられた。 As shown in Figure 4, it was confirmed that as the number of days of culture increased, the expression of neuronal marker genes increased, while the expression of Mφ marker genes decreased.

次いで、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞について、神経細胞のマーカーであるTUJ1に対する特異的抗体(biolegend社製、801201)及びNeuronal nuclei(NEUN)に対する特異的抗体(Millipore社製、ABN78)を用いて蛍光染色を行った。また、当該細胞についてDAPIを用いて核染色した。細胞を蛍光顕微鏡(400倍、Carl zeiss社製、LSM710)を用いて観察した。結果を図5(左:微分干渉顕微鏡像、右:蛍光染色像)に示す。なお、図5において、スケールバーは50μmである。また、図5の右側の蛍光染色像において、左上の画像は、抗NEUN抗体、抗TUJ1抗体、及びDAPIの3種による検出像をMergeした画像であり、右上の画像は、抗TUJ1抗体による蛍光染色像であり、左下の画像は、抗NEUN抗体による蛍光染色像である。 Next, the cells were cultured for 7 days using medium No. 2 and then fluorescently stained using a specific antibody against TUJ1 (Biolegend, 801201) and a specific antibody against Neuronal Nuclei (NEUN) (Millipore, ABN78). The cells were also stained nuclear with DAPI. The cells were observed using a fluorescent microscope (400x magnification, Carl Zeiss, LSM710). The results are shown in Figure 5 (left: differential interference contrast image, right: fluorescent stained image). In Figure 5, the scale bar is 50 μm. In addition, in the fluorescent staining images on the right side of Figure 5, the upper left image is an image obtained by merging detection images using three types of antibodies: anti-NEUN antibody, anti-TUJ1 antibody, and DAPI, the upper right image is a fluorescent staining image using anti-TUJ1 antibody, and the lower left image is a fluorescent staining image using anti-NEUN antibody.

図5に示すように、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞において、神経細胞のマーカーであるTUJ1及びNEUNのタンパク質レベルでの発現が確認された。 As shown in Figure 5, expression of TUJ1 and NEUN, which are markers for neural cells, was confirmed at the protein level in cells cultured for 7 days using medium No. 2.

[実施例2]
(単球由来M2型Mφを用いた神経細胞へのダイレクトリプログラミングの検討)
次に、培地No.2を用いて、フェノタイプの異なるMφ(単球由来M2型Mφ)についても同様に神経細胞へのダイレクトリプログラミングが達成できるかどうかについて検討した。
[Example 2]
(Investigation of direct reprogramming to neural cells using monocyte-derived M2 type Mφ)
Next, using medium No. 2, we examined whether direct reprogramming to neurons could be achieved similarly for Mφ with a different phenotype (monocyte-derived M2 type Mφ).

健常ヒトから承諾を得て採取した血液試料から分離したヒト単核球を5.0×10cells/cm以下となるようにカバーガラス(松浪硝子工業社製、丸カバーグラス 18丸、商品コード:C018001)上に播種し、Monocyte Attachment Medium(PromoCell社製、C-28051)を用いて、37℃、5体積%CO環境下で1時間培養した。次いで、培地中の浮遊細胞を培地と共に除去した後、カバーガラス上の接着細胞(単球)について、培地の総体積に対して50ng/mLのM-CSF(Macrophage Colony Stimulating Factor)を含む培地(組成:10w/v%ウシ胎児血清(FBS)、X-VIVOTM 15無血清リンパ球培地(Lonza社製、04-418Q))で、37℃、5体積%CO環境下で7日間培養して、M2型のフェノタイプを有するMφを得た。Mφが得られたことは、定量PCR法により、Mφのマーカー遺伝子であるCD11b遺伝子及びIba1遺伝子の発現亢進を検出することで確かめた。 Human mononuclear cells isolated from blood samples collected with consent from healthy subjects were seeded onto a cover glass (Matsunami Glass Industry Co., Ltd., round cover glass 18 round, product code: C018001) to a density of 5.0 x 106 cells/ cm2 or less, and cultured for 1 hour at 37°C in a 5% CO2 environment using Monocyte Attachment Medium (PromoCell, Inc., C-28051). Next, the floating cells in the medium were removed together with the medium, and the adherent cells (monocytes) on the cover glass were cultured in a medium (composition: 10 w/v% fetal bovine serum (FBS), X-VIVO 15 serum-free lymphocyte medium (Lonza, 04-418Q)) containing 50 ng/mL M-CSF (Macrophage Colony Stimulating Factor) relative to the total volume of the medium for 7 days at 37°C in a 5% by volume CO2 environment to obtain Mφ having an M2 phenotype. The fact that Mφ was obtained was confirmed by detecting enhanced expression of the CD11b gene and Iba1 gene, which are marker genes for Mφ, using a quantitative PCR method.

次いで、得られたヒト単球由来M2型Mφについて上記培地No.2(組成は、上記表1参照)を用いて、さらに37℃、5体積%CO環境下で7日間培養した。 Next, the obtained human monocyte-derived M2 type Mφ was further cultured for 7 days at 37° C. in a 5% by volume CO 2 environment using the above-mentioned medium No. 2 (for composition, see Table 1 above).

次いで、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞について、神経細胞のマーカーであるTUJ1に対する特異的抗体(biolegend社製、801201)を用いて蛍光染色を行った。細胞を蛍光顕微鏡(400倍、Carl zeiss社製、LSM710)を用いて観察した。結果を図6に示す。なお、図6において、スケールバーは50μmである。 Then, the cells were cultured for 7 days using medium No. 2 and fluorescently stained using a specific antibody against TUJ1, a neuronal marker (Biolegend, 801201). The cells were observed using a fluorescent microscope (400x, Carl Zeiss, LSM710). The results are shown in Figure 6. Note that the scale bar in Figure 6 is 50 μm.

図6に示すように、培地No.2を用いて、7日間培養した細胞において、神経細胞のマーカーであるTUJ1のタンパク質レベルでの発現が確認された。
以上のことから、単球由来M2型Mφについても、単球由来M1型Mφと同様に、特定の成分を組み合わせて含有する培地を用いることで、神経細胞へのダイレクトリプログラミングが達成できることが確かめられた。
As shown in Fig. 6, expression of TUJ1, a marker for nerve cells, at the protein level was confirmed in cells cultured for 7 days using medium No. 2.
From the above, it was confirmed that direct reprogramming of monocyte-derived M2 Mφ into neural cells can be achieved by using a medium containing a combination of specific components, similar to that for monocyte-derived M1 Mφ.

[実施例3]
(培地中のPU.1阻害剤の至適濃度の検討)
次いで、培地に含まれるPU.1阻害剤の至適濃度を検討した。
[Example 3]
(Investigation of optimal concentration of PU.1 inhibitor in culture medium)
Next, the optimal concentration of the PU.1 inhibitor contained in the medium was examined.

健常ヒトから承諾を得て採取した血液試料から分離したヒト単核球を5.0×10cells/cm以下となるようにカバーガラス(松浪硝子工業社製、丸カバーグラス 18丸、商品コード:C018001)上に播種し、Monocyte Attachment Medium(PromoCell社製、C-28051)を用いて、37℃、5体積%CO環境下で1時間培養した。次いで、培地中の浮遊細胞を培地と共に除去した後、カバーガラス上の接着細胞(単球)について、培地の総体積に対して10ng/mLのGM-CSFを含む培地(組成:10w/v%ウシ胎児血清(FBS)、X-VIVOTM 15無血清リンパ球培地(Lonza社製、04-418Q))で、37℃、5体積%CO環境下で7日間培養して、M1型のフェノタイプを有するMφを得た。Mφが得られたことは、定量PCR法により、Mφのマーカー遺伝子であるCD11b遺伝子及びIba1遺伝子の発現亢進を検出することで確かめた。 Human mononuclear cells isolated from blood samples collected with consent from healthy subjects were seeded onto a cover glass (Matsunami Glass Industry Co., Ltd., round cover glass 18 round, product code: C018001) to a density of 5.0 x 106 cells/ cm2 or less, and cultured for 1 hour at 37°C in a 5% CO2 environment using Monocyte Attachment Medium (PromoCell, Inc., C-28051). Next, the floating cells in the medium were removed together with the medium, and the adherent cells (monocytes) on the cover glass were then cultured in medium containing 10 ng/mL GM-CSF relative to the total volume of the medium (composition: 10 w/v% fetal bovine serum (FBS), X-VIVO 15 serum-free lymphocyte medium (Lonza, 04-418Q)) at 37°C and 5% by volume CO2 for 7 days to obtain Mφ having an M1 phenotype. The fact that Mφ were obtained was confirmed by detecting enhanced expression of the CD11b gene and Iba1 gene, which are marker genes for Mφ, by quantitative PCR.

次いで、得られたヒト単球由来M1型Mφについて、上記表1に示す培地No.2中のDB2313の濃度を0.1、0.3、0.5又は0.9μMにふり、それ以外の成分は培地No.2と同じである培地4種類を調製し、当該4種類の培地を用いて、さらに37℃、5体積%CO環境下で7日間培養した。 Next, for the obtained human monocyte-derived M1 type Mφ, the DB2313 concentration in medium No. 2 shown in Table 1 above was varied to 0.1, 0.3, 0.5, or 0.9 μM, and four types of medium were prepared in which the other components were the same as those of medium No. 2, and the four types of medium were used to further culture the cells for 7 days in an environment of 37° C. and 5% by volume CO2 .

次いで、各培地を用いて、7日間培養した細胞について、当該培地による培養開始時の細胞数に対する、培養後の細胞数の割合の百分率を細胞生存率として算出した。また、当該培地による培養開始時の細胞数に対する、神経細胞に転換した細胞の割合の百分率を分化転換効率として算出した。なお、神経細胞に転換したことは、目視での形態変化(樹状突起様構造の発現)及び免疫蛍光染色で神経マーカーであるTUJ1陽性であることによって確認した。図7は、培地中のDB2313濃度と、細胞生存率及び分化転換効率との関係を示すグラフである。 Next, for cells cultured for 7 days using each medium, the percentage of the number of cells after culture relative to the number of cells at the start of culture in that medium was calculated as the cell survival rate. In addition, the percentage of the number of cells converted into neurons relative to the number of cells at the start of culture in that medium was calculated as the transdifferentiation efficiency. The conversion to neurons was confirmed by visual morphological changes (expression of dendrite-like structures) and by immunofluorescent staining to be positive for the neuronal marker TUJ1. Figure 7 is a graph showing the relationship between the DB2313 concentration in the medium and the cell survival rate and transdifferentiation efficiency.

図7に示すように、培地中のDB2313濃度が上昇するほど、分化転換効率がより上昇する傾向がみられ、一方で、培地中のDB2313濃度が減少するほど、細胞生存率がより上昇する傾向がみられた。
培地中のDB2313濃度が0.3μM以上0.7μM以下である場合に、細胞生存率及び分化転換効率がいずれも50%を超えて、特に良好であることが明らかとなった。
As shown in Figure 7, the transdifferentiation efficiency tended to increase as the DB2313 concentration in the medium increased, whereas the cell survival rate tended to increase as the DB2313 concentration in the medium decreased.
It was revealed that when the DB2313 concentration in the medium was 0.3 μM or more and 0.7 μM or less, both the cell survival rate and the transdifferentiation efficiency exceeded 50%, which was particularly good.

[実施例4]
(培地中の神経分化誘導因子の至適濃度の検討)
次いで、培地に含まれる神経分化誘導因子の至適濃度を検討した。
[Example 4]
(Investigation of optimal concentration of neuronal differentiation inducer in culture medium)
Next, the optimal concentration of the neuronal differentiation-inducing factor contained in the medium was examined.

健常ヒトから承諾を得て採取した血液試料から分離したヒト単核球を5.0×10cells/cm以下となるようにカバーガラス(松浪硝子工業社製、丸カバーグラス 18丸、商品コード:C018001)上に播種し、Monocyte Attachment Medium(PromoCell社製、C-28051)を用いて、37℃、5体積%CO環境下で1時間培養した。次いで、培地中の浮遊細胞を培地と共に除去した後、カバーガラス上の接着細胞(単球)について、培地の総体積に対して10ng/mLのGM-CSFを含む培地(組成:10w/v%ウシ胎児血清(FBS)、X-VIVOTM 15無血清リンパ球培地(Lonza社製、04-418Q)で、37℃、5体積%CO環境下で7日間培養して、M1型のフェノタイプを有するMφを得た。Mφが得られたことは、定量PCR法により、Mφのマーカー遺伝子であるCD11b遺伝子及びIba1遺伝子の発現亢進を検出することで確かめた。 Human mononuclear cells isolated from blood samples collected with consent from healthy subjects were seeded onto a cover glass (Matsunami Glass Industry Co., Ltd., round cover glass 18 round, product code: C018001) to a density of 5.0 x 106 cells/ cm2 or less, and cultured for 1 hour at 37°C in a 5% CO2 environment using Monocyte Attachment Medium (PromoCell, Inc., C-28051). Next, the floating cells in the medium were removed together with the medium, and the adherent cells (monocytes) on the cover glass were then cultured in a medium containing 10 ng/mL GM-CSF relative to the total volume of the medium (composition: 10 w/v% fetal bovine serum (FBS), X-VIVO 15 serum-free lymphocyte medium (Lonza, 04-418Q) at 37°C and 5% by volume CO2 for 7 days to obtain Mφ having an M1 phenotype. The fact that Mφ were obtained was confirmed by detecting increased expression of the CD11b gene and Iba1 gene, which are marker genes for Mφ, by quantitative PCR.

次いで、得られたヒト単球由来M1型Mφについて、上記表1に示す培地No.2中のISX-9の濃度を1、3、5又は10μMにふり、それ以外の成分は培地No.2と同じである培地4種類を調製し、当該4種類の培地を用いて、さらに37℃、5体積%CO環境下で7日間培養した。 Next, for the obtained human monocyte-derived M1 type Mφ, the concentration of ISX-9 in medium No. 2 shown in Table 1 above was varied to 1, 3, 5, or 10 μM, and four types of medium were prepared in which the other components were the same as those of medium No. 2, and the cells were further cultured at 37° C. in a 5% by volume CO2 environment for 7 days using these four types of medium.

次いで、各培地を用いて、7日間培養した細胞について、当該培地による培養開始時の細胞数に対する、培養後の細胞数の割合の百分率を細胞生存率として算出した。また、当該培地による培養開始時の細胞数に対する、神経細胞に転換した細胞の割合の百分率を分化転換効率として算出した。なお、神経細胞に転換したことは、目視での形態変化(樹状突起様構造の発現)及び免疫蛍光染色で神経マーカーであるTUJ1陽性であることによって確認した。図8は、培地中のISX-9濃度と、細胞生存率及び分化転換効率との関係を示すグラフである。 Next, for cells cultured for 7 days using each medium, the percentage of the number of cells after culture relative to the number of cells at the start of culture in that medium was calculated as the cell survival rate. In addition, the percentage of the number of cells converted into neurons relative to the number of cells at the start of culture in that medium was calculated as the transdifferentiation efficiency. The conversion into neurons was confirmed by visual morphological changes (expression of dendrite-like structures) and by immunofluorescent staining to be positive for the neuronal marker TUJ1. Figure 8 is a graph showing the relationship between the ISX-9 concentration in the medium and the cell survival rate and transdifferentiation efficiency.

図7に示すように、培地中のISX-9濃度が上昇するほど、分化転換効率がより上昇する傾向がみられ、一方で、培地中のISX-9濃度が減少するほど、細胞生存率がより上昇する傾向がみられた。
培地中のISX-9濃度が2.5μM以上7.5μM以下である場合に、細胞生存率及び分化転換効率がいずれも50%を超えて、特に良好であることが明らかとなった。
As shown in Figure 7, the higher the ISX-9 concentration in the culture medium, the higher the transdifferentiation efficiency tended to be, while the lower the ISX-9 concentration in the culture medium, the higher the cell viability tended to be.
It was revealed that when the ISX-9 concentration in the medium was 2.5 μM or more and 7.5 μM or less, both the cell survival rate and the transdifferentiation efficiency exceeded 50%, which was particularly good.

以上のことから、特定の成分を組み合わせて含有する培地を用いることで、マクロファージを神経細胞へと化学的にダイレクトリプログラミングできることが明らかとなった。 From the above, it has become clear that by using a medium containing a combination of specific components, it is possible to chemically reprogram macrophages into neurons directly.

本実施形態の培地によれば、マクロファージを神経細胞に直接分化転換するための培地を提供することができる。本実施形態の製造方法によれば、マクロファージから直接分化転換した神経細胞を製造することができる。本実施形態の方法によれば、マクロファージを神経細胞に直接分化転換することができる。 The medium of this embodiment can provide a medium for directly transdifferentiating macrophages into nerve cells. The production method of this embodiment can produce nerve cells that have been directly transdifferentiated from macrophages. The method of this embodiment can directly transdifferentiate macrophages into nerve cells.

Claims (7)

マクロファージを神経細胞に直接分化転換するために用いられる培地であって、
グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む、培地。
A medium for use in direct transdifferentiation of macrophages into neural cells, comprising:
A medium comprising a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation factor, and a PU.1 inhibitor.
前記PU.1阻害剤がDB2313である、請求項1に記載の培地。 The medium of claim 1, wherein the PU.1 inhibitor is DB2313. 前記PU.1阻害剤の含有量が培地の総容積に対して0.1μmol/L超1μmol/L未満である、請求項1又は2に記載の培地。 The medium according to claim 1 or 2, wherein the content of the PU.1 inhibitor is more than 0.1 μmol/L and less than 1 μmol/L relative to the total volume of the medium. 前記神経分化誘導因子がISX-9である、請求項1~3のいずれか一項に記載の培地。 The medium according to any one of claims 1 to 3, wherein the neuronal differentiation induction factor is ISX-9. 前記培地は、AMP活性化プロテインキナーゼ阻害剤を更に含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の培地。 The medium according to any one of claims 1 to 4, further comprising an AMP-activated protein kinase inhibitor. グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む培地を用いて、マクロファージを培養して神経細胞に直接分化転換する分化転換工程を含む、神経細胞の製造方法。 A method for producing nerve cells, comprising a transdifferentiation step of culturing macrophages and directly transdifferentiating them into nerve cells using a medium containing a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation inducer, and a PU.1 inhibitor. マクロファージを神経細胞に直接分化転換する方法であって、
グリコーゲン合成酵素キナーゼ3阻害剤、アデニル酸シクラーゼ活性化剤、Rhoキナーゼ阻害剤、神経分化誘導因子、及びPU.1阻害剤を含む培地を用いて、マクロファージを培養して神経細胞に直接分化転換する分化転換工程を含む、方法。
A method for directly transdifferentiating macrophages into neural cells, comprising:
A method comprising a transdifferentiation step of culturing macrophages using a medium containing a glycogen synthase kinase 3 inhibitor, an adenylate cyclase activator, a Rho kinase inhibitor, a neuronal differentiation factor, and a PU.1 inhibitor, and directly transdifferentiating the macrophages into neurons.
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