JP7759765B2 - Spheroids and methods for producing same - Google Patents
Spheroids and methods for producing sameInfo
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Description
本発明はスフェロイド及びその作製方法に関する。 The present invention relates to spheroids and methods for producing them.
近年、細胞を三次元培養することで、臓器の構造を模した組織を作製することに注目が集まっている。例えば、神経系の細胞と血管系の細胞とを含む神経系スフェロイドは、脳組織に類似した構造を有するため、アルツハイマー型認知症又は血管障害に起因する脳疾患の病理メカニズムの解明、及び創薬分野での薬剤スクリーニングへの応用が期待される。例えば、非特許文献1では、人工多能性幹細胞(iPS細胞)由来の神経前駆細胞からなるスフェロイドと、血管内皮細胞からなるスフェロイドとを融合させることで脳様スフェロイドを作製する試みが報告されている。 In recent years, attention has been focused on the creation of tissues that mimic the structure of organs by culturing cells in three dimensions. For example, nervous system spheroids, which contain nervous system cells and vascular system cells, have a structure similar to brain tissue, and are therefore expected to be useful in elucidating the pathological mechanisms of Alzheimer's disease or brain diseases caused by vascular disorders, as well as for drug screening in the field of drug discovery. For example, Non-Patent Document 1 reports an attempt to create brain-like spheroids by fusing spheroids made of neural progenitor cells derived from induced pluripotent stem cells (iPS cells) with spheroids made of vascular endothelial cells.
神経系の細胞と血管系の細胞とを含む従来の神経系スフェロイドにおいて、血管構造は網状に形成されていなかった。本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、網状の血管構造を有する神経系スフェロイドを提供することを目的とする。 In conventional nervous system spheroids containing nervous system cells and vascular system cells, the vascular structure was not formed in a reticular pattern. The present invention was made in consideration of this issue, and aims to provide nervous system spheroids with a reticular vascular structure.
本発明の一側面に係るスフェロイドは、神経細胞又はグリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを含み、且つ上記血管内皮細胞の集合が網状の血管構造を形成している。 A spheroid according to one aspect of the present invention comprises nerve cells or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells, and the collection of vascular endothelial cells forms a reticular vascular structure.
スフェロイドは、グリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを含んでよく、該グリア細胞はスフェロイド表面の少なくとも一部を覆っていてよい。グリア細胞はアストロサイトであってよく、血管内皮細胞は脳微小血管内皮細胞であってよく、幹細胞は脂肪由来幹細胞であってよい。 The spheroid may contain glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells, and the glial cells may cover at least a portion of the spheroid surface. The glial cells may be astrocytes, the vascular endothelial cells may be brain microvascular endothelial cells, and the stem cells may be adipose-derived stem cells.
本発明の一側面に係るスフェロイドを作製する方法は、細胞接着性の細胞培養基材上で、神経細胞又はグリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを共培養する工程を備え、神経細胞又はグリア細胞、幹細胞、及び血管内皮細胞のそれぞれは、共培養の開始時にスフェロイドを形成していない。 A method for producing spheroids according to one aspect of the present invention comprises the step of co-culturing neurons or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells on a cell-adhesive cell culture substrate, wherein none of the neurons or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells have formed spheroids at the start of the co-culture.
神経細胞又はグリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを共培養する工程は、グリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを共培養する工程であってよい。共培養は、神経幹細胞用培地と血管内皮細胞用培地との混合培地中で行ってもよい。共培養は、Rhoキナーゼ阻害剤を含む培地中で行ってもよい。細胞接着性の細胞培養基材は、フッ素化ポリイミド樹脂を含む細胞培養基材であってよい。 The step of co-culturing neural cells or glial cells with stem cells and vascular endothelial cells may be a step of co-culturing glial cells, stem cells and vascular endothelial cells. The co-culturing may be performed in a mixed medium of a neural stem cell medium and a vascular endothelial cell medium. The co-culturing may be performed in a medium containing a Rho kinase inhibitor. The cell-adhesive cell culture substrate may be a cell culture substrate containing a fluorinated polyimide resin.
本発明によれば、網状の血管構造を有する神経系スフェロイドが提供される。網状の血管構造を有する神経系スフェロイドは、脳組織により類似した構造を有するため、脳疾患の病理メカニズムの解明及び薬剤スクリーニングへの応用がより期待できる。 The present invention provides nervous system spheroids with a reticular vascular structure. Because nervous system spheroids with a reticular vascular structure have a structure more similar to brain tissue, they are expected to be useful in elucidating the pathological mechanisms of brain diseases and for drug screening.
本発明の一側面に係るスフェロイドは、神経細胞又はグリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを含み、該血管内皮細胞が集合して網状の血管構造を形成している。 A spheroid according to one aspect of the present invention comprises nerve cells or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells, which aggregate to form a reticular vascular structure.
神経細胞の由来は特に限定されず、ヒト由来又はヒト以外の動物由来の神経細胞を用いることができる。また、神経細胞は、中枢神経系神経細胞及び末梢神経系神経細胞のいずれであってもよいが好ましくは中枢神経系(脳又は脊髄由来)神経細胞であり、より好ましくは脳由来の神経細胞である。 The origin of the nerve cells is not particularly limited, and nerve cells derived from humans or non-human animals can be used. Furthermore, the nerve cells may be either central nervous system nerve cells or peripheral nervous system nerve cells, but are preferably central nervous system (brain or spinal cord-derived) nerve cells, and more preferably brain-derived nerve cells.
グリア細胞は、アストロサイト、ミクログリア、及びオリゴデンドロサイトからなる群より選ばれる一種以上の細胞であってよい。グリア細胞の由来は特に限定されず、ヒト由来又はヒト以外の動物由来のグリア細胞を用いることができる。グリア細胞は、例えばヒトアストロサイト等のアストロサイトであってよい。 The glial cells may be one or more types of cells selected from the group consisting of astrocytes, microglia, and oligodendrocytes. The origin of the glial cells is not particularly limited, and glial cells derived from humans or non-human animals can be used. The glial cells may be astrocytes, such as human astrocytes.
スフェロイドは、神経細胞若しくはグリア細胞のいずれか一方のみ又は両方を含むことができる。スフェロイドは、少なくともグリア細胞を含むことが好ましい。 Spheroids can contain either neurons or glial cells, or both. It is preferable that spheroids contain at least glial cells.
幹細胞は、例えば、胚性幹細胞(ES細胞)、iPS細胞等の多能性幹細胞であってもよく、神経幹細胞、間葉系幹細胞、造血幹細胞等の組織幹細胞(体性幹細胞)であってもよく、又は癌幹細胞であってもよい。間葉系幹細胞としては、由来は特に限定されず、脂肪由来幹細胞、骨髄由来幹細胞、臍帯由来幹細胞、及び歯髄由来幹細胞が挙げられる。幹細胞の由来は特に限定されず、ヒト由来又はヒト以外の動物由来の幹細胞を用いることができる。幹細胞は、例えば、ヒト脂肪由来幹細胞(human adipose derived stem cell:AdSC)であってよい。 Stem cells may be, for example, pluripotent stem cells such as embryonic stem cells (ES cells) or iPS cells; tissue stem cells (somatic stem cells) such as neural stem cells, mesenchymal stem cells, or hematopoietic stem cells; or cancer stem cells. Mesenchymal stem cells are not particularly limited in origin, and examples include adipose-derived stem cells, bone marrow-derived stem cells, umbilical cord-derived stem cells, and dental pulp-derived stem cells. The origin of the stem cells is not particularly limited, and stem cells derived from humans or non-human animals can be used. Stem cells may be, for example, human adipose-derived stem cells (AdSCs).
血管内皮細胞は、脳微小血管内皮細胞、静脈由来内皮細胞、又は動脈由来内皮細胞であってよく、好ましくは脳微小血管内皮細胞である。血管内皮細胞の由来は特に限定されず、ヒト由来又はヒト以外の動物由来の血管内皮細胞を用いることができる。血管内皮細胞は、例えば、ヒト脳微小血管内皮細胞であってよい。 The vascular endothelial cells may be brain microvascular endothelial cells, vein-derived endothelial cells, or artery-derived endothelial cells, and are preferably brain microvascular endothelial cells. The origin of the vascular endothelial cells is not particularly limited, and vascular endothelial cells derived from humans or animals other than humans can be used. The vascular endothelial cells may be, for example, human brain microvascular endothelial cells.
スフェロイドは、周皮細胞、平滑筋細胞等、血管内皮細胞以外の血管を構成する細胞をさらに含んでよい。血管を構成する細胞の由来は特に限定されず、ヒト由来又はヒト以外の動物由来の細胞を用いることができる。 The spheroids may further contain cells that make up blood vessels other than vascular endothelial cells, such as pericytes and smooth muscle cells. The origin of the cells that make up blood vessels is not particularly limited, and cells derived from humans or non-human animals can be used.
幹細胞と血管内皮細胞の比は、例えば1:1~10:1であってよく、より具体的には、例えば、5:1~10:1、2:1~3:1、又は1:1~2:1であってよい。血管内皮細胞と神経細胞の比は、例えば1:0.5~1:20であってよく、より具体的には、例えば、1:10~1:20、1:5~1:10、又は1:0.5~1:3であってよい。血管内皮細胞とグリア細胞の比は、例えば1:0.5~1:30であってよく、より具体的には、例えば、1:20~1:30、1:10~1:15、又は1:5~1:10であってよい。 The ratio of stem cells to vascular endothelial cells may be, for example, 1:1 to 10:1, and more specifically, for example, 5:1 to 10:1, 2:1 to 3:1, or 1:1 to 2:1. The ratio of vascular endothelial cells to neural cells may be, for example, 1:0.5 to 1:20, and more specifically, for example, 1:10 to 1:20, 1:5 to 1:10, or 1:0.5 to 1:3. The ratio of vascular endothelial cells to glial cells may be, for example, 1:0.5 to 1:30, and more specifically, for example, 1:20 to 1:30, 1:10 to 1:15, or 1:5 to 1:10.
スフェロイドは、上記血管該内皮細胞を含む網状の血管構造を内部に有する。本明細書において、「血管構造」とは、未成熟な血管構造及び成熟した血管構造の両方を包含し、具体的には、管腔を形成する血管内皮細胞の連続的な単層を少なくとも有する構造を指す。血管内皮細胞の層は基底膜で覆われていてもよく、周皮細胞又は平滑筋細胞が接着していてもよい。網状の血管構造とは、血管が分岐し又は互いに接続することにより形成された、網状の構造を意味する。血管構造は、スフェロイドの全体にわたって形成されていることが好ましいが、スフェロイドの一部に局所的に形成されていてもよい。網状の血管構造を有することにより、栄養及び酸素がスフェロイドの全体に行き渡りやすい。なお、ドーム部と平坦部を含む形状のスフェロイドであって、平坦部から該平坦部に対して垂直方向に沿って複数の血管構造が形成されているスフェロイドについては、本発明の範囲に含めることを意図していない。 The spheroids have a reticular vascular structure therein, containing the above-mentioned blood vessels and endothelial cells. As used herein, "vascular structure" encompasses both immature and mature vascular structures, and specifically refers to a structure having at least a continuous monolayer of vascular endothelial cells forming a lumen. The vascular endothelial cell layer may be covered with a basement membrane, and pericytes or smooth muscle cells may be attached thereto. A reticular vascular structure refers to a reticular structure formed by blood vessels branching or connecting to each other. While the vascular structure is preferably formed throughout the spheroid, it may also be formed locally in a portion of the spheroid. The presence of a reticular vascular structure facilitates the distribution of nutrients and oxygen throughout the spheroid. Note that spheroids having a shape including a dome portion and a flat portion, in which multiple vascular structures are formed from the flat portion along a direction perpendicular to the flat portion, are not intended to be included within the scope of this invention.
スフェロイドがグリア細胞を含む場合、グリア細胞は、スフェロイド表面の少なくとも一部を覆うように存在する。スフェロイドの表面の一部又は全体がグリア細胞により覆われていると、グリア細胞から産生された液性因子等のタンパク質がスフェロイド内部へ拡散し、細胞間の相互作用が強くなることで各細胞の機能発現が向上すると考えられる。一部のグリア細胞は、幹細胞とともにスフェロイドの内部に存在していてもよい。 When spheroids contain glial cells, the glial cells are present so as to cover at least a portion of the spheroid surface. When the surface of a spheroid is partially or entirely covered by glial cells, proteins such as humoral factors produced by the glial cells diffuse into the interior of the spheroid, strengthening the interactions between the cells and improving the functional expression of each cell. Some glial cells may be present inside the spheroid along with stem cells.
スフェロイドは、例えば略球状であってよい。ただし、スフェロイドが細胞培養基材に接着している場合は、スフェロイドはその接着面において平坦部を有してもよい。スフェロイドの大きさは特に限定されず、スフェロイドは、例えば、10~1500μm、10~1000μm、又は10~800μmの直径を有してよい。ここで、スフェロイドの直径は、例えば、画像解析ソフト又は粒度分布計を用いて常法により測定される。 The spheroids may be, for example, approximately spherical. However, if the spheroids are adhered to a cell culture substrate, the spheroids may have a flat portion on the adhesive surface. The size of the spheroids is not particularly limited, and the spheroids may have a diameter of, for example, 10 to 1500 μm, 10 to 1000 μm, or 10 to 800 μm. Here, the diameter of the spheroids is measured by standard methods, for example, using image analysis software or a particle size distribution analyzer.
図1に、一実施形態に係る略球状のスフェロイドの模式的な断面図を示す。スフェロイド10は、グリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞と、を含むスフェロイドであり、幹細胞の凝集体1と、幹細胞の凝集体1中に形成された網状の血管構造3と、幹細胞の凝集体1の表面を覆うグリア細胞の層5とを含む。を含む。 Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a roughly spherical spheroid according to one embodiment. Spheroid 10 is a spheroid containing glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells, and includes stem cell aggregate 1, a reticular vascular structure 3 formed within stem cell aggregate 1, and a layer 5 of glial cells covering the surface of stem cell aggregate 1.
グリア細胞の層5は、幹細胞の凝集体1の表面の少なくとも一部又は全体を覆う、連続的又は断続的な層である。グリア細胞の層5の厚みは特に限定されず、グリア細胞の層5は、細胞単層であっても細胞重層であってもよい。グリア細胞の一部は幹細胞の凝集体1中に存在していてもよく、また、グリア細胞の層5はスフェロイド10の内部に向かって延在していてもよい。 The glial cell layer 5 is a continuous or discontinuous layer that covers at least a portion or the entire surface of the stem cell aggregate 1. The thickness of the glial cell layer 5 is not particularly limited, and the glial cell layer 5 may be a monolayer or a multilayer of cells. Some of the glial cells may be present within the stem cell aggregate 1, and the glial cell layer 5 may extend toward the interior of the spheroid 10.
スフェロイド10に神経細胞が含まれる場合、神経細胞は、グリア細胞の有無にかかわらず、幹細胞とともに凝集体1を形成する。スフェロイド10はグリア細胞を含むが、スフェロイド10はグリア細胞を含まなくてもよく、その場合、グリア細胞の層5は形成されない。 When spheroid 10 contains neurons, the neurons form aggregate 1 with stem cells, regardless of the presence or absence of glial cells. Although spheroid 10 contains glial cells, spheroid 10 may not contain glial cells, in which case glial cell layer 5 is not formed.
一実施形態において、スフェロイドは、細胞接着性の細胞培養基材に接着されていてよい。細胞培養基材に接着されたスフェロイドには、スフェロイドを損傷することなく安全に運搬することができるという利点があり、また、スフェロイドを単離することなくスクリーニング又は各種評価に用いることが可能であるという利点もある。 In one embodiment, the spheroids may be adhered to a cell-adhesive cell culture substrate. Spheroids adhered to a cell culture substrate have the advantage that they can be safely transported without being damaged, and also have the advantage that they can be used for screening or various evaluations without being isolated.
細胞培養基材は細胞を接着できる基材であれば特に限定されず、公知の接着培養用の基材であってよく、より具体的には公知の接着培養用の培養容器であってよい。すなわち、基材の表面の一部又は全部は細胞接着性を有する。細胞接着性の表面とは、培養液中で細胞が該表面上に沈降したときに、該細胞がある一定の接着点で接着することのできる表面のことである。 The cell culture substrate is not particularly limited as long as it is a substrate to which cells can adhere, and may be a known substrate for adhesive culture, or more specifically, a known culture vessel for adhesive culture. In other words, part or all of the surface of the substrate has cell adhesive properties. A cell-adhesive surface is a surface to which cells can adhere at certain adhesion points when they settle on the surface in a culture medium.
より具体的には、基材は細胞接着性物質を含んでよい。細胞接着性物質は、例えば、タンパク質又は合成樹脂であってよい。タンパク質は、例えば、コラーゲン、フィブロネクチン、又はラミニンであってよい。合成樹脂は、例えば、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリジメチルシロキサン、又はこれらの混合物であってよい。合成樹脂は、好ましくはフッ素化ポリイミド樹脂である。フッ素化ポリイミド樹脂とは、いいかえれば含フッ素ポリイミド樹脂である。 More specifically, the substrate may contain a cell adhesive substance. The cell adhesive substance may be, for example, a protein or a synthetic resin. The protein may be, for example, collagen, fibronectin, or laminin. The synthetic resin may be, for example, a fluororesin, a polyimide resin, polysulfone, polyethersulfone, polydimethylsiloxane, or a mixture thereof. The synthetic resin is preferably a fluorinated polyimide resin. A fluorinated polyimide resin is, in other words, a fluorine-containing polyimide resin.
フッ素化ポリイミド樹脂は、例えば、4,4’-ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸無水物(6FDA)/1,4-ビス(アミノフェノキシ)ベンゼン(TPEQ)共重合体、6FDA/1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(TPER)共重合体、6FDA/4,4’-オキシジフタル酸無水物(ODPA)/TPEQ共重合体、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸(BPADA)/2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン(HFBAPP)共重合体、6FDA/2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)プロパン(BAPP)共重合体、6FDA/2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)共重合体、6FDA/4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(ODA)共重合体、6FDA/4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル(BAPB)共重合体、又は6FDA/2,2-ビス(4-(4-アミノフェノキシ)フェニル)スルホン(BAPS)共重合体であってよい。 Fluorinated polyimide resins include, for example, 4,4'-hexafluoroisopropylidenediphthalic anhydride (6FDA)/1,4-bis(aminophenoxy)benzene (TPEQ) copolymer, 6FDA/1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene (TPER) copolymer, 6FDA/4,4'-oxydiphthalic anhydride (ODPA)/TPEQ copolymer, 4,4'-(4,4'-isopropylidenediphenoxy)diphthalic acid (BPADA)/2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoro The copolymer may be 6FDA/2,2-bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)propane (HFBAPP) copolymer, 6FDA/2,2'-bis(trifluoromethyl)benzidine (TFMB) copolymer, 6FDA/4,4'-diaminodiphenyl ether (ODA) copolymer, 6FDA/4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl (BAPB) copolymer, or 6FDA/2,2-bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)sulfone (BAPS) copolymer.
フッ素化ポリイミド樹脂の重量平均分子量は、例えば、5000~2000000であり、好ましくは8000~1000000であり、より好ましくは20000~500000である。なお、本明細書において、重量平均分子量は、下記手法により測定される。 The weight-average molecular weight of the fluorinated polyimide resin is, for example, 5,000 to 2,000,000, preferably 8,000 to 1,000,000, and more preferably 20,000 to 500,000. In this specification, the weight-average molecular weight is measured by the following method.
(重量平均分子量の測定)
装置:HCL-8220GPC(東ソー株式会社製)
カラム:TSKgel Super AWM-H
溶離液(LiBr・H2O、リン酸入りN-メチルピロリドン):0.01mol/L
測定方法:0.5質量%の溶液を溶離液で作製し、ポリスチレンで作製した検量線に基づいて分子量を算出する。
(Measurement of weight average molecular weight)
Apparatus: HCL-8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation)
Column: TSKgel Super AWM-H
Eluent (LiBr·H 2 O, N-methylpyrrolidone containing phosphoric acid): 0.01 mol/L
Measurement method: A 0.5% by mass solution is prepared in an eluent, and the molecular weight is calculated based on a calibration curve prepared with polystyrene.
一実施形態において、基材は、開口部を有する凹部を複数備えていてよい。凹部の底面は細胞接着性を有していてよく、より具体的には、凹部の底面は上記細胞接着性物質により構成されていてよい。 In one embodiment, the substrate may have a plurality of recesses each having an opening. The bottom surface of the recess may have cell adhesive properties, and more specifically, the bottom surface of the recess may be made of the cell adhesive substance.
凹部の個数は特に限定されず、基材の1cm2あたりの凹部の個数は、1個以上、10個以上、20個以上、30個以上、又は50個以上であってよく、1000個以下、500個以下、300個以下、200個以下、又は100個以下であってよい。本実施形態に係る基材における凹部の総数は、例えば、1個以上、10個以上、100個以上、1000個以上、10000個以上、又は50000個以上であってよい。 The number of recesses is not particularly limited, and the number of recesses per 1 cm2 of the substrate may be 1 or more, 10 or more, 20 or more, 30 or more, or 50 or more, and may be 1,000 or less, 500 or less, 300 or less, 200 or less, or 100 or less. The total number of recesses in the substrate according to this embodiment may be, for example, 1 or more, 10 or more, 100 or more, 1,000 or more, 10,000 or more, or 50,000 or more.
凹部の開口部の形状は特に限定されず、例えば、円、多角形、又は楕円であってよい。開口部の口径は、例えば、2000μm以下、10~2000μm、10~1000μm、10~700μm、10~600μm、又は10~500μmであってよい。本明細書において、ある部位の口径とは、該部位に外接する円の直径、すなわち該部位の最大長さのことである。 The shape of the opening of the recess is not particularly limited and may be, for example, circular, polygonal, or elliptical. The diameter of the opening may be, for example, 2000 μm or less, 10 to 2000 μm, 10 to 1000 μm, 10 to 700 μm, 10 to 600 μm, or 10 to 500 μm. In this specification, the diameter of a certain portion refers to the diameter of a circle circumscribing that portion, i.e., the maximum length of that portion.
凹部の底面の形状は特に限定されず、例えば、円、多角形、又は楕円であってよい。底面の形状は、開口部の形状と同一であっても異なってもよい。底面の口径は、開口部の口径と同一であっても異なってもよく、開口部の口径より小さくても大きくてもよい。底面の口径は、例えば、10~2000μm、10~1000μm、10~700μm、10~600μm、10~500μm、10~400μm、又は10~300μmであってよい。凹部の底面は、平坦な面であってよく、平坦かつ平滑な面であってよい。 The shape of the bottom of the recess is not particularly limited and may be, for example, a circle, a polygon, or an ellipse. The shape of the bottom may be the same as or different from the shape of the opening. The diameter of the bottom may be the same as or different from the diameter of the opening, and may be smaller or larger than the diameter of the opening. The diameter of the bottom may be, for example, 10 to 2000 μm, 10 to 1000 μm, 10 to 700 μm, 10 to 600 μm, 10 to 500 μm, 10 to 400 μm, or 10 to 300 μm. The bottom of the recess may be a flat surface, or a flat and smooth surface.
開口部と、それに隣接する開口部との間の距離、すなわち間隙の長さは、特に限定されない。間隙の長さは、例えば、800μm以下、700μm以下、600μm以下、500μm以下、300μm以下、200μm以下、又は100μm以下であってよい。 The distance between an opening and an adjacent opening, i.e., the length of the gap, is not particularly limited. The length of the gap may be, for example, 800 μm or less, 700 μm or less, 600 μm or less, 500 μm or less, 300 μm or less, 200 μm or less, or 100 μm or less.
凹部の深さは特に限定されず、例えば、100nm~500nm、10μm~1000μm、又は10μm~300μmであってよい。 The depth of the recesses is not particularly limited and may be, for example, 100 nm to 500 nm, 10 μm to 1000 μm, or 10 μm to 300 μm.
本実施形態において、基材の全表面のうち凹部の底面以外の表面、すなわち凹部の内側面と基材の上面(凹部の辺縁部ともいえる)は細胞非接着性であってよい。細胞非接着性の表面とは、細胞が全く接着しないか、一時的に弱く接着しても自然に脱離する、表面のことである。より具体的には、基材の全表面のうち凹部の底面以外の表面は、細胞非接着性物質から構成されていてよい。 In this embodiment, all surfaces of the substrate other than the bottom surfaces of the recesses, i.e., the inner surfaces of the recesses and the top surface of the substrate (which can also be considered the periphery of the recesses), may be non-cell-adhesive. A non-cell-adhesive surface is a surface to which cells do not adhere at all, or to which cells temporarily adhere weakly but then naturally detach. More specifically, all surfaces of the substrate other than the bottom surfaces of the recesses may be made of a non-cell-adhesive material.
細胞非接着性物質は、細胞の表面に存在するタンパク質、糖鎖等の分子に結合しない物質であれば特に限定されない。細胞非接着性物質としては、例えば、ポリエチレングリコール及びその誘導体、2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)及びその誘導体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート(poly-HEMA)及びその誘導体等を含む化合物あるいはそれら化合物の重合体、セグメント化ポリウレタン(SPC)及びその誘導体等を含む化合物、アルブミン等のタンパク質、細胞が接着しない糖鎖(アガロース、セルロース等)等を、細胞の種類に応じて適宜選択して用いることができる。これらの物質は、1種又は2種以上を使用することができる。なかでも、細胞接着性部位との接着性、基材の製造工程の簡素化、培養によって得られる細胞の均一性向上等の観点から、MPC及びその誘導体あるいはそれらの重合体が好ましく、より好ましくはMPCポリマーが挙げられる。 The non-cell adhesive substance is not particularly limited as long as it does not bind to molecules such as proteins and sugar chains present on the surface of cells. Examples of non-cell adhesive substances include polyethylene glycol and its derivatives, 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) and its derivatives, compounds containing polyhydroxyethyl methacrylate (poly-HEMA) and its derivatives, or polymers of these compounds, compounds containing segmented polyurethane (SPC) and its derivatives, proteins such as albumin, and sugar chains to which cells do not adhere (agarose, cellulose, etc.). These substances can be used singly or in combination. Among these, MPC and its derivatives or polymers thereof are preferred, with MPC polymers being more preferred, from the standpoints of adhesion to cell adhesive sites, simplification of the substrate manufacturing process, and improved uniformity of cells obtained by culture.
別の実施形態において、基材は、細胞接着性表面と細胞非接着性表面とで形成された微細パターンを備える、細胞培養用シートであってよい。一例として、細胞培養用シートは、細胞接着性物質の層と、該層の表面に設けられた細胞非接着性物質のマスクとで形成された微細パターンを有してよい。微細パターンは、例えば凹部であってよい。この場合、凹部の深さは細胞非接着性物質のマスクの厚みに依存する。したがって、凹部の深さの下限は、細胞がマスクの非接着性を認識できる最小厚みである。凹部の深さは、例えば、10μm未満であってよく、100nm~500nmであってよい。凹部の個数、凹部の開口部及び底面の形状及び口径、並びに凹部間の距離は、上記実施形態と同様であってよい。 In another embodiment, the substrate may be a cell culture sheet having a micropattern formed by a cell-adhesive surface and a cell-non-adhesive surface. As an example, the cell culture sheet may have a micropattern formed by a layer of cell-adhesive material and a mask of cell-non-adhesive material provided on the surface of the layer. The micropattern may be, for example, recesses. In this case, the depth of the recesses depends on the thickness of the mask of cell-non-adhesive material. Therefore, the lower limit of the depth of the recesses is the minimum thickness at which cells can recognize the non-adhesive nature of the mask. The depth of the recesses may be, for example, less than 10 μm, or may be 100 nm to 500 nm. The number of recesses, the shape and diameter of the openings and bottoms of the recesses, and the distance between the recesses may be the same as in the above embodiment.
微細パターンの形成は、例えば、マイクロコンタクトプリンティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、ロールコーティング法、ダイコーティング法、グラビアコーティング法、スプレイコーティング法、バーコーティング法、フレキソ印刷法、ディップコーティング法、インクジェット法、又はパターニング法により行ってもよい。パターニング法とは、ベース材表面に形成された凹凸構造の間隙に、該間隙に生じる毛細管力を利用して所望の物質を注入することにより、微細パターンを形成する方法である。 The formation of a micropattern may be carried out by, for example, microcontact printing, spin coating, casting, roll coating, die coating, gravure coating, spray coating, bar coating, flexographic printing, dip coating, inkjet printing, or patterning. Patterning is a method of forming a micropattern by injecting a desired substance into the gaps in an uneven structure formed on the surface of a base material, utilizing the capillary force generated in the gaps.
顕微鏡を用いてスフェロイドを観察する観点から、基材の厚みは、好ましくは400μm以下であり、より好ましくは200μm以下である。基材の面積は特に限定されず、例えば、0.01~10000cm2又は0.03~5000cm2であってよい。 From the viewpoint of observing the spheroids using a microscope, the thickness of the substrate is preferably 400 μm or less, more preferably 200 μm or less. The area of the substrate is not particularly limited and may be, for example, 0.01 to 10,000 cm2 or 0.03 to 5,000 cm2 .
本発明の一側面に係るスフェロイドの作製方法は、細胞接着性の細胞培養基材上で、神経細胞又はグリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを共培養する工程を備える。神経細胞とグリア細胞の両方を含むスフェロイドを作製する場合、上記共培養する工程では、神経細胞と、グリア細胞と、幹細胞と、血管内皮細胞とを共培養する。この方法により、本発明の上記側面に係るスフェロイドを作製することができる。細胞接着性の細胞培養基材及び各細胞の詳細は上述のとおりである。 A method for producing spheroids according to one aspect of the present invention comprises the step of co-culturing neurons or glial cells with stem cells and vascular endothelial cells on a cell-adhesive cell culture substrate. When producing spheroids containing both neurons and glial cells, the co-culturing step involves co-culturing neurons, glial cells, stem cells and vascular endothelial cells. This method makes it possible to produce spheroids according to the above aspect of the present invention. Details of the cell-adhesive cell culture substrate and each cell type are as described above.
神経細胞又はグリア細胞、幹細胞、及び血管内皮細胞のそれぞれは、共培養の開始時にスフェロイドを形成していない。すなわち、上記共培養する工程は、異なる細胞からなるスフェロイド同士を共培養することによって融合させる工程ではない。 Neurons or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells do not form spheroids at the start of co-culture. In other words, the co-culture process described above is not a process of fusing spheroids composed of different cells by co-culturing them.
共培養に用いる培地は、細胞の増殖に必要な成分を含む培地であればよく、例えば、イーグル最小必須培地(EMEM)、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、α-MEM、グラスゴーMEM(GMEM)、IMDM、RPMI1640、ハムF-12、MCDB培地、ウィリアムス培地E等の基本培地に、必要に応じて、血清、成長因子、分化誘導因子、抗生物質、ホルモン、アミノ酸、糖、塩類等の成分を添加して得られる培地であってよい。スフェロイドの内部に網状の血管構造を形成する観点から、培地は、好ましくは血管内皮細胞用培地を含む培地であり、より好ましくは神経幹細胞用培地又はアストロサイト用培地と、血管内皮細胞用培地との混合培地であり、さらに好ましくは神経幹細胞用培地と血管内皮細胞用培地との混合培地である。 The medium used for co-culture may be any medium containing components necessary for cell growth, such as Eagle's minimum essential medium (EMEM), Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), α-MEM, Glasgow MEM (GMEM), IMDM, RPMI 1640, Ham's F-12, MCDB medium, or Williams' medium E, supplemented with components such as serum, growth factors, differentiation-inducing factors, antibiotics, hormones, amino acids, sugars, and salts as needed. From the perspective of forming a reticular vascular structure inside the spheroids, the medium is preferably a medium containing a vascular endothelial cell medium, more preferably a mixed medium of a neural stem cell medium or astrocyte medium and a vascular endothelial cell medium, and even more preferably a mixed medium of a neural stem cell medium and a vascular endothelial cell medium.
血管内皮細胞用培地とは、血管内皮細胞の培養に適した組成を有する培地であって、典型的には、血管内皮増殖因子(VEGF)、ヒト上皮成長因子(hEGF)、ヒト塩基性線維芽細胞増殖因子(hFGF-β)、ヘパリン等の成分を基本培地中に含む。血管内皮細胞用培地としては、例えば、ロンザ社製のEGM(登録商標)-2 BulletKit(登録商標)(カタログ番号:CC-3162)を用いて調製されるEGM(登録商標)-2培地等の市販品を用いることができる。EGM(登録商標)-2培地には、hEGF、VEGF、R3インスリン様成長因子1(R3 IGF-1)、アスコルビン酸、ヒドロコルチゾン、hFGF-β、ヘパリン、ウシ胎児血清(FBS)、及びゲンタマイシン等の抗生物質が含まれる。 Vascular endothelial cell medium is a medium with a composition suitable for culturing vascular endothelial cells, and typically contains components such as vascular endothelial growth factor (VEGF), human epidermal growth factor (hEGF), human basic fibroblast growth factor (hFGF-β), and heparin in a basal medium. Examples of vascular endothelial cell medium that can be used include commercially available products such as EGM®-2 medium prepared using Lonza's EGM®-2 Bullet Kit® (catalog number: CC-3162). EGM®-2 medium contains hEGF, VEGF, R3 insulin-like growth factor 1 (R3 IGF-1), ascorbic acid, hydrocortisone, hFGF-β, heparin, fetal bovine serum (FBS), and antibiotics such as gentamicin.
神経幹細胞用培地とは、神経幹細胞の培養に適した組成を有する培地であって、典型的には、hEGF、hFGF-β、神経生存因子-1(NSF-1)等の成分を基本培地中に含む。神経幹細胞用培地としては、例えば、コージンバイオ社製のKBM Neural Stem Cell等の市販品を用いることができる。KBM Neural Stem Cellには、コージンバイオ社製のKBM XB2を添加してもよい。 Neural stem cell medium is a medium with a composition suitable for culturing neural stem cells, and typically contains components such as hEGF, hFGF-β, and neural survival factor-1 (NSF-1) in a basal medium. Examples of neural stem cell medium that can be used include commercially available products such as KBM Neural Stem Cell manufactured by Kohjin Bio Co., Ltd. KBM XB2 manufactured by Kohjin Bio Co., Ltd. may also be added to KBM Neural Stem Cell.
アストロサイト用培地とは、アストロサイトの培養に適した組成を有する培地であって、典型的には、hEGF、L-グルタミン酸、インスリン等の成分を基本培地中に含む。アストロサイト用培地としては、例えば、ロンザ社製のAGM(登録商標) BulletKit(登録商標)(カタログ番号:CC-3186)を用いて調製されるAGM(登録商標) Astrocyte Growth Medium、サイエンセル社製のアストロサイト用培地(カタログ番号:1801)等の市販品を用いることができる。AGM(登録商標) Astrocyte Growth Mediumには、FBS、L-グルタミン酸、インスリン、hEGF、アスコルビン酸、及びゲンタマイシン等の抗生物質が含まれる。 Astrocyte medium is a medium with a composition suitable for culturing astrocytes, and typically contains components such as hEGF, L-glutamic acid, and insulin in a basal medium. Examples of astrocyte medium that can be used include commercially available products such as AGM® Astrocyte Growth Medium, prepared using Lonza's AGM® BulletKit® (catalog number: CC-3186), and Sciencell's Astrocyte Medium (catalog number: 1801). AGM® Astrocyte Growth Medium contains FBS, L-glutamic acid, insulin, hEGF, ascorbic acid, and antibiotics such as gentamicin.
細胞の生存を維持し、かつ細胞を増殖させる観点から、共培養に用いる培地は、好ましくは血清を含む。また、スフェロイドの形成率を向上させる観点から、共培養に用いる培地はRhoキナーゼ(ROCK)阻害剤をさらに含むことが好ましい。培地中のROCK阻害剤の濃度は、例えば、0.01~50μMであってよく、具体的には、例えば0.01~1μM又は5~50μMであってよい。 From the viewpoint of maintaining cell viability and cell proliferation, the medium used for co-culture preferably contains serum. Furthermore, from the viewpoint of improving the rate of spheroid formation, the medium used for co-culture preferably further contains a Rho kinase (ROCK) inhibitor. The concentration of the ROCK inhibitor in the medium may be, for example, 0.01 to 50 μM, specifically, for example, 0.01 to 1 μM or 5 to 50 μM.
培養温度は特に限定されないが、通常は25~40℃程度である。培養時の相対湿度は特に限定されず、例えば、40~95%RHであってよい。 The culture temperature is not particularly limited, but is usually around 25 to 40°C. The relative humidity during culture is not particularly limited, and may be, for example, 40 to 95% RH.
培養の時間は特に限定されず、細胞の増殖速度と所望のスフェロイドの大きさに応じて、適宜決定することができる。培養の時間は、例えば、4時間~30日(4時間~720時間)、1日~14日(24時間~336時間)、又は1日~7日(24時間~168時間)であってよい。 The culture time is not particularly limited and can be determined appropriately depending on the cell proliferation rate and the desired size of the spheroids. The culture time may be, for example, 4 hours to 30 days (4 hours to 720 hours), 1 day to 14 days (24 hours to 336 hours), or 1 day to 7 days (24 hours to 168 hours).
幹細胞と血管内皮細胞の比は、例えば1:1~10:1であってよく、具体的には、例えば、5:1~10:1、2:1~3:1、又は1:1~2:1であってよい。血管内皮細胞と神経細胞の比は、例えば1:0.5~1:20であってよく、具体的には、例えば、1:10~1:20、1:5~1:10、又は1:0.5~1:3であってよい。血管内皮細胞とグリア細胞の比は、例えば1:0.5~1:30であってよく、具体的には、例えば、1:20~1:30、1:10~1:15、又は1:5~1:10であってよい。 The ratio of stem cells to vascular endothelial cells may be, for example, 1:1 to 10:1, specifically, for example, 5:1 to 10:1, 2:1 to 3:1, or 1:1 to 2:1. The ratio of vascular endothelial cells to neural cells may be, for example, 1:0.5 to 1:20, specifically, for example, 1:10 to 1:20, 1:5 to 1:10, or 1:0.5 to 1:3. The ratio of vascular endothelial cells to glial cells may be, for example, 1:0.5 to 1:30, specifically, for example, 1:20 to 1:30, 1:10 to 1:15, or 1:5 to 1:10.
細胞を培養する前に、細胞培養基材を脱泡することが好ましい。脱泡処理の方法は特に限定されず、霧吹き、ピペッティング、振盪、加温及び冷却、遠心処理、真空脱気、超音波処理等の一般的な方法を利用することができる。 It is preferable to degas the cell culture substrate before culturing cells. The degassing method is not particularly limited, and common methods such as spraying, pipetting, shaking, heating and cooling, centrifugation, vacuum degassing, and ultrasonic treatment can be used.
<ヒト神経細胞(NHN)の準備>
培養フラスコ(培養面積25cm2)にAlphaBioCoat(カタログ番号:AC001、ニューロミクス社製)を2mL加え、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で30分静置した後、10mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)で培養フラスコを2回洗浄して、フラスコ内の培養面をAlphaBioCoatでコーティングした。ヒト神経細胞(脳由来;カタログ番号:NHC001、ニューロミクス社より購入)の凍結細胞を37℃の恒温水槽で溶解させ、10mLの神経細胞専用培地(カタログ番号:HNM001、ニューロミクス社製)に加えた。この細胞懸濁液を上記培養フラスコに加え、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養した。培地交換は2~3日に一度行った。培養後、培養フラスコから培地を除去して細胞剥離液アキュターゼ(登録商標)(プロモセル社製)を2mL添加し、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養フラスコを5分程度静置して細胞を剥離した。次いで、細胞剥離液をチューブに回収し、培養フラスコを8mLの培地で洗浄して、該培地をチューブへ移した。500×gで3分間遠心処理を施し、細胞を0.5mLの神経幹細胞専用培地で懸濁させて、細胞数をカウントした。
<Preparation of human neuronal cells (NHN)>
Two mL of AlphaBioCoat (catalog number: AC001, manufactured by Neuromics) was added to a culture flask (culture area: 25 cm ) and placed in a 5% (v/v) CO incubator at 37°C for 30 minutes. The culture flask was then washed twice with 10 mL of phosphate-buffered saline (PBS), and the culture surface inside the flask was coated with AlphaBioCoat. Frozen human neurons (brain-derived; catalog number: NHC001, purchased from Neuromics) were thawed in a 37°C water bath and added to 10 mL of neuron-specific medium (catalog number: HNM001, manufactured by Neuromics). This cell suspension was added to the culture flask and cultured in a 5% (v/v) CO incubator at 37°C. Medium changes were performed every 2-3 days. After incubation, the medium was removed from the culture flask, and 2 mL of cell detachment solution Accutase® (Promocell) was added. The culture flask was then placed in a 5% (v/v) CO2 incubator at 37°C for approximately 5 minutes to detach the cells. The cell detachment solution was then collected in a tube, and the culture flask was washed with 8 mL of medium, which was then transferred to the tube. After centrifugation at 500 × g for 3 minutes, the cells were suspended in 0.5 mL of neural stem cell medium, and the cell number was counted.
<ヒトアストロサイト(NHA)の準備>
ヒトアストロサイト(カタログ番号:CC-2565、ロンザ社より購入)の凍結細胞を37℃の恒温水槽で溶解させ、15mLのアストロサイト専用培地(カタログ番号:CC-3186、ロンザ社製、又はカタログ番号:1801、サイエンセル社製)に加えた。この細胞懸濁液を培養フラスコ(培養面積75cm2)に加え、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養した。培地交換は2日に一度行った。培養後、培養フラスコから培地を除去して細胞剥離液アキュターゼ(登録商標)を5mL添加し、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養フラスコを5分程度静置して細胞を剥離した。次いで、細胞剥離液をチューブに回収し、培養フラスコを10mLの培地で洗浄して、該培地をチューブへ移した。210×gで5分間遠心処理を施し、細胞を1mLの神経幹細胞専用培地又はアストロサイト専用培地で懸濁させて、細胞数をカウントした。
<Preparation of human astrocytes (NHA)>
Frozen human astrocytes (catalog number: CC-2565, purchased from Lonza) were thawed in a 37°C thermostatic water bath and added to 15 mL of astrocyte-specific medium (catalog number: CC-3186, manufactured by Lonza, or catalog number: 1801, manufactured by ScienCell). This cell suspension was added to a culture flask (culture area: 75 cm 2 ) and cultured in a 5% (v/v) CO 2 incubator at 37°C. Medium changes were performed every two days. After culture, the medium was removed from the culture flask, 5 mL of cell detachment solution Accutase (registered trademark) was added, and the culture flask was left to stand in a 5% (v/v) CO 2 incubator at 37°C for approximately 5 minutes to detach the cells. The cell detachment solution was then collected in a tube, the culture flask was washed with 10 mL of medium, and the medium was transferred to the tube. After centrifugation at 210×g for 5 minutes, the cells were suspended in 1 mL of a medium specifically for neural stem cells or astrocytes, and the number of cells was counted.
<ヒト脂肪由来幹細胞(AdSC)の準備>
ヒト脂肪由来幹細胞(カタログ番号:PT-5006、ロンザ社より購入)の凍結細胞を37℃の恒温水槽で溶解させ、5%FBS及び1%抗生物質を含む9mLの脂肪由来幹細胞専用培地(商品名:KBM ADSC-1、コージンバイオ社製)に加えた。次いで、210×gで5分間の遠心処理を施した後、上清を除去して1mLの脂肪由来幹細胞専用培地に細胞を分散させた。この細胞懸濁液15mL(3.0×105細胞)を培養フラスコ(培養面積75cm2)に加え、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養した。培地交換は2日に一度行った。培養後、培養フラスコから培地を除去して細胞剥離液アキュターゼ(登録商標)を5mL添加し、室温で培養フラスコを5分程度静置して細胞を剥離した。次いで、細胞剥離液をチューブに回収し、培養フラスコを10mLの培地で洗浄して、該培地をチューブへ移した。210×gで5分間遠心処理を施し、アストロサイト専用培地又はKBM XB2(コージンバイオ社製)を含む神経幹細胞専用培地1mLで細胞を懸濁させて、細胞数をカウントした。
<Preparation of human adipose-derived stem cells (AdSCs)>
Frozen human adipose-derived stem cells (catalog number: PT-5006, purchased from Lonza) were thawed in a 37°C water bath and added to 9 mL of adipose-derived stem cell-specific medium (trade name: KBM ADSC-1, manufactured by Kohjin Bio Co., Ltd.) containing 5% FBS and 1% antibiotics. The cells were then centrifuged at 210 x g for 5 minutes, the supernatant removed, and the cells dispersed in 1 mL of adipose-derived stem cell-specific medium. 15 mL of this cell suspension (3.0 x 10 cells) was added to a culture flask (culture area 75 cm 2 ) and cultured in a 5% (v/v) CO 2 incubator at 37°C. The medium was changed every two days. After culturing, the medium was removed from the culture flask, and 5 mL of cell detachment solution Accutase® was added. The culture flask was left at room temperature for approximately 5 minutes to detach the cells. The cell detachment solution was then collected in a tube, the culture flask was washed with 10 mL of medium, and the medium was transferred to the tube. After centrifugation at 210×g for 5 minutes, the cells were suspended in 1 mL of astrocyte-specific medium or neural stem cell-specific medium containing KBM XB2 (Kohjin Bio Co., Ltd.), and the number of cells was counted.
<ヒト脳毛細血管内皮細胞(HBEC)の準備>
培養フラスコ(培養面積75cm2)にAttachment Factor(登録商標)(商品番号:4Z0-210、セルシステムズ社製)を5mL加え、直ちに吸引して、フラスコ内の培養面をAttachment Factorでコーティングした。ヒト脳毛細血管内皮細胞(商品番号:ACBRI 376、セルシステムズ社から購入)の凍結細胞を37℃の恒温水槽で溶解させ、15mLの血管内皮細胞専用培地(商品番号:4Z0-500-R、セルシステムズ社製)に加えた。この細胞懸濁液を上記培養フラスコに加え、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養した。培地交換は2日に一度行った。培養後、培養フラスコから培地を除去して細胞剥離液アキュターゼ(登録商標)を5mL添加し、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養フラスコを2分程度静置して細胞を剥離した。次いで、細胞剥離液をチューブに回収し、培養フラスコを10mLの培地で洗浄して、該培地をチューブへ移した。210×gで5分間遠心処理を施し、アストロサイト専用培地又はKBM XB2を含む神経幹細胞専用培地0.5mLで細胞を懸濁させて、細胞数をカウントした。
<Preparation of human brain capillary endothelial cells (HBECs)>
Five mL of Attachment Factor (registered trademark) (product number: 4Z0-210, Cell Systems) was added to a culture flask (culture area 75 cm 2 ) and immediately aspirated to coat the culture surface inside the flask with Attachment Factor. Frozen human brain capillary endothelial cells (product number: ACBRI 376, purchased from Cell Systems) were thawed in a 37°C thermostatic water bath and added to 15 mL of vascular endothelial cell-specific medium (product number: 4Z0-500-R, Cell Systems). This cell suspension was added to the culture flask and cultured in a 5% (v/v) CO 2 incubator at 37°C. The medium was changed every two days. After incubation, the medium was removed from the culture flask, and 5 mL of cell detachment solution Accutase® was added. The culture flask was placed in a 37°C, 5% (v/v) CO2 incubator for approximately 2 minutes to detach the cells. The cell detachment solution was then collected in a tube, and the culture flask was washed with 10 mL of medium, which was then transferred to the tube. After centrifugation at 210 × g for 5 minutes, the cells were suspended in 0.5 mL of astrocyte-specific medium or neural stem cell-specific medium containing KBM XB2, and the cell number was counted.
<培養容器の準備>
以下の実施例において、培養容器としては、直径約300μmの円状の開口部及び底面を有する穴(キャビティ)を400個備える培養容器を用いた。かかる培養容器は6FDA/TPEQ共重合体を底面に含み、底面以外はMPCポリマーでコートされている。培養容器には、使用前に脱泡処理を行った。具体的には、培養容器に1mL程度のPBSを加えてピペッティングを行い、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーター内で培養容器を15~30分間静置した。次いで、再びピペッティングを行った後、PBSをアスピレーターで吸うことで脱泡を完了した。
<Preparing the culture vessel>
In the following examples, a culture vessel equipped with 400 holes (cavities) with circular openings and bottoms each approximately 300 μm in diameter was used. This culture vessel contained a 6FDA/TPEQ copolymer on the bottom, and the rest of the vessel was coated with MPC polymer. The culture vessel was degassed before use. Specifically, approximately 1 mL of PBS was added to the culture vessel and pipetted. The culture vessel was then placed in a 5% (v/v) CO2 incubator at 37°C for 15 to 30 minutes. After pipetting again, the PBS was aspirated to complete the degassing process.
<スフェロイドの観察>
以下の実施例において、得られたスフェロイドを次のようにして観察した。まず、スフェロイドを4%パラホルムアルデヒドリン酸緩衝液で15分処理して固定した。次いで、各細胞を蛍光染色した。NHNは、Alexa Fluor(登録商標) 647色素で標識された抗MAP2抗体(アブカム社製)で染色した。NHAは、抗グリア線維性酸性蛋白(GFAP)抗体(アブカム社製)及びAlexa Fluor(登録商標) 488色素で標識された2次抗体(サーモフィッシャー社製)を用いて染色した。HBECは、抗CD31抗体(BDバイオサイエンス社製)及びAlexa Fluor(登録商標) 594色素で標識された2次抗体(サーモフィッシャー社製)を用いて染色した。核はDAPIで染色した。染色されたスフェロイドに透明化試薬SCALEVIEW(登録商標)-S4(富士フイルム和光純薬株式会社製)を加え、37℃で一晩インキュベートした。透明化処理を行うことでスフェロイドの全体、すなわち底面から頂点までの観察が可能となった。透明化処理したスフェロイドを共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
<Observation of spheroids>
In the following examples, the resulting spheroids were observed as follows. First, the spheroids were fixed by treatment with 4% paraformaldehyde phosphate buffer for 15 minutes. Next, each cell was fluorescently stained. NHNs were stained with an anti-MAP2 antibody (Abcam) labeled with Alexa Fluor® 647 dye. NHAs were stained with an anti-glial fibrillary acidic protein (GFAP) antibody (Abcam) and a secondary antibody labeled with Alexa Fluor® 488 dye (Thermo Fisher). HBECs were stained with an anti-CD31 antibody (BD Biosciences) and a secondary antibody labeled with Alexa Fluor® 594 dye (Thermo Fisher). Nuclei were stained with DAPI. The stained spheroids were added with the clearing reagent SCALEVIEW®-S4 (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and incubated overnight at 37°C. The clearing treatment enabled observation of the entire spheroid, i.e., from the bottom to the apex. The cleared spheroids were observed using a confocal laser microscope.
<実施例1>
培養容器に、250細胞/穴のNHN、750細胞/穴のNHA、200細胞/穴のAdSC、及び100細胞/穴のHBECを播種した。培養容器を安全キャビネット内で15分静置した後、37℃の5%(v/v)CO2インキュベーターに入れて4時間静置した。次いで、培養容器に神経幹細胞専用培地(KBM XB2を添加したKBM Neural Stem Cell、いずれもコージンバイオ社製)及び血管内皮細胞専用培地(カタログ番号:CC-3162、ロンザ社製)を等量で混合して得られた混合培地(1%の血清を含む)を5mL加え、培養容器を再び37℃の5%(v/v)CO2インキュベーターに入れて3日間培養することで、スフェロイドを作製した。
Example 1
NHNs were seeded at 250 cells/well, NHAs at 750 cells/well, AdSCs at 200 cells/well, and HBECs at 100 cells/well into a culture vessel. The culture vessel was left in a safety cabinet for 15 minutes and then placed in a 5% (v/v) CO2 incubator at 37°C for 4 hours. Next, 5 mL of a mixed medium (containing 1% serum) was added to the culture vessel, which was obtained by mixing equal amounts of neural stem cell medium (KBM Neural Stem Cell supplemented with KBM XB2, both manufactured by Kohjin Bio) and vascular endothelial cell medium (catalog number CC-3162, manufactured by Lonza). The culture vessel was then placed back in a 5% (v/v) CO2 incubator at 37°C and cultured for 3 days to produce spheroids.
スフェロイドの形成過程を図2の(A)及び(B)に示す。播種4時間後には一部の穴でスフェロイドが形成し始め(図2の(A))、3日目には各穴にスフェロイドが形成していた(図2の(B))。播種3日後のスフェロイドの蛍光画像を図3の(A)及び(B)に示す。図3の(A)は、HBECの蛍光画像のz-スタックを横から見た画像である。図3の(B)はスフェロイドの水平方向の断面画像を示し、細胞核(左上)、NHA(中央上)、HBEC(右上)、及びNHN(左下)の其々の蛍光(白色)、並びにスフェロイドの明視野画像(中央下)示す。これらの画像が示すように、スフェロイド内に、HBECにより形成された管腔を有する網状の血管構造が形成されていた。また、NHAはスフェロイドの表面及び内部に存在していた。 The spheroid formation process is shown in Figures 2(A) and (B). Four hours after seeding, spheroids began to form in some wells (Figure 2(A)), and by day 3, spheroids had formed in all wells (Figure 2(B)). Fluorescence images of the spheroids three days after seeding are shown in Figures 3(A) and 3(B). Figure 3(A) is a z-stack of fluorescence images of HBECs viewed from the side. Figure 3(B) shows a horizontal cross-sectional image of the spheroid, showing the fluorescence (white) of the cell nucleus (top left), NHA (top center), HBEC (top right), and NHN (bottom left), as well as a bright-field image of the spheroid (bottom center). As these images show, a network of vascular structures with lumens formed by HBECs had formed within the spheroids. NHA was also present on the surface and inside the spheroids.
スフェロイドの粒子径を、顕微鏡画像から画像解析ソフト(WinROOF、三谷商事株式会社製)を用いて計測した。スフェロイドの粒子径は206±29μmであった(n=100)。 The particle size of the spheroids was measured from microscopic images using image analysis software (WinROOF, manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.). The particle size of the spheroids was 206 ± 29 μm (n = 100).
<実施例2>
播種する細胞を1000細胞/穴のNHA、200細胞/穴のAdSC、並びに100又は200細胞/穴のHBECに変更し、混合培地の量を4mLに変更した以外は、実施例1と同様にしてスフェロイドを作製した。
Example 2
Spheroids were prepared in the same manner as in Example 1, except that the cells to be seeded were changed to NHA at 1,000 cells/well, AdSC at 200 cells/well, and HBEC at 100 or 200 cells/well, and the volume of the mixed medium was changed to 4 mL.
スフェロイドの形成過程を図4に示す。播種4時間後には一部の穴でスフェロイドが形成し始め、3日目には各穴にスフェロイドが形成していた。HBECの播種数が100細胞/穴の場合の播種3日後のスフェロイドの蛍光画像を図5の(A)及び(B)に示し、HBECの播種数が200細胞/穴の場合の播種3日後のスフェロイドの蛍光画像を図6の(A)及び(B)に示す。図5の(A)及び図6の(A)は、HBECの蛍光画像のz-スタックを横から見た画像である。図5の(B)及び図6の(B)はスフェロイドの水平方向の断面画像を示し、細胞核(左上)、NHA(右上)、及びHBEC(左下)の其々の蛍光(白色)、並びにスフェロイドの明視野画像(右下)を示す。これらの画像が示すように、HBECの播種数によらず、スフェロイド内に、HBECにより形成された管腔を有する網状の血管構造が形成されていた。また、NHAはスフェロイドの表面を覆うように存在していた。 The spheroid formation process is shown in Figure 4. Four hours after seeding, spheroids began to form in some wells, and by day 3, spheroids had formed in all wells. Fluorescent images of spheroids 3 days after seeding when 100 HBECs were seeded per well are shown in Figures 5(A) and (B), and fluorescent images of spheroids 3 days after seeding when 200 HBECs were seeded per well are shown in Figures 6(A) and (B). Figures 5(A) and 6(A) are lateral z-stack images of HBEC fluorescence images. Figures 5(B) and 6(B) show horizontal cross-sectional images of the spheroid, showing the fluorescence (white) of the cell nucleus (upper left), NHA (upper right), and HBEC (lower left), as well as a bright-field image of the spheroid (lower right). As these images show, regardless of the number of HBECs seeded, a network of vascular structures with lumens formed by HBECs was formed within the spheroids. Furthermore, NHA was present, covering the surface of the spheroids.
<実施例3>
混合培地にROCK阻害剤(Y-27632、富士フィルム和光純薬社製)を終濃度で10又は20μM添加した以外は、実施例2と同様にしてスフェロイドを作製した。HBECの播種数は100細胞/穴に調整した。
Example 3
Spheroids were prepared in the same manner as in Example 2, except that a ROCK inhibitor (Y-27632, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the mixed medium at a final concentration of 10 or 20 μM. The seeding number of HBECs was adjusted to 100 cells/well.
スフェロイドの形成過程を図7に示す。播種4時間後には一部の穴でスフェロイドが形成し始め、3日目には各穴にスフェロイドが形成していた。播種3日後のスフェロイド(ROCK阻害剤20μMを培地に添加したもの)の蛍光画像を図8の(A)及び(B)に示す。図8の(A)は、HBECの蛍光画像のz-スタックを横から見た画像である。図8の(B)はスフェロイドの水平方向の断面画像を示し、細胞核(左上)、NHA(右上)、及びHBEC(左下)の其々の蛍光(白色)、並びにスフェロイドの明視野画像(右下)を示す。これらの画像が示すように、スフェロイド内に、HBECにより形成された管腔を有する網状の血管構造が形成されていた。また、NHAはスフェロイドの表面を覆うように存在していた。一部のNHAはスフェロイド内部にも存在していた。 The process of spheroid formation is shown in Figure 7. Four hours after seeding, spheroids began to form in some wells, and by day 3, spheroids had formed in all wells. Fluorescence images of spheroids (medium containing 20 μM of ROCK inhibitor) three days after seeding are shown in Figure 8 (A) and (B). Figure 8 (A) is a z-stack of fluorescence images of HBECs viewed from the side. Figure 8 (B) shows a horizontal cross-sectional image of the spheroid, showing the fluorescence (white) of the cell nuclei (top left), NHA (top right), and HBECs (bottom left), as well as a bright-field image of the spheroid (bottom right). As these images show, a reticular vascular structure with lumens formed by HBECs was formed within the spheroid. NHA was present, covering the surface of the spheroid. Some NHA was also present inside the spheroid.
下式に従いスフェロイド形成率を算出した。
スフェロイド形成率(%)={スフェロイドの数(個)}/{穴の合計数(個)}×100
スフェロイド形成率は、ROCK阻害剤の濃度が10μMのときは99%であり、20μMのときは84%であった。比較として、培地にROCK阻害剤を添加せず同様の実験を行ったところ、スフェロイドの形成率は74%であった。神経幹細胞専用培地と血管内皮細胞専用培地との混合培地には1%含まれるが、該培地にROCK阻害剤を添加することで、細胞の過剰な運動が抑制されて、スフェロイドの形成率が向上することがわかった。
The spheroid formation rate was calculated according to the following formula.
Spheroid formation rate (%) = {number of spheroids (pieces)} / {total number of holes (pieces)} × 100
The spheroid formation rate was 99% when the ROCK inhibitor concentration was 10 μM and 84% when it was 20 μM. For comparison, when a similar experiment was performed without adding a ROCK inhibitor to the medium, the spheroid formation rate was 74%. Although a ROCK inhibitor was present at 1% in the mixed medium of neural stem cell medium and vascular endothelial cell medium, it was found that adding the ROCK inhibitor to the medium suppressed excessive cell movement and improved the spheroid formation rate.
<実施例4>
混合培地にROCK阻害剤(Y-27632、富士フィルム和光純薬社製)を終濃度で10又は20μM添加した以外は、実施例1と同様にしてスフェロイドを作製し、実施例3と同様にしてスフェロイド形成率を算出した。HBECの播種数は100細胞/穴に調整した。
Example 4
Spheroids were prepared in the same manner as in Example 1, except that a ROCK inhibitor (Y-27632, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the mixed medium at a final concentration of 10 or 20 μM, and the spheroid formation rate was calculated in the same manner as in Example 3. The seeding number of HBECs was adjusted to 100 cells/well.
スフェロイドの形成過程を図9に示す。播種4時間後には一部の穴でスフェロイドが形成し始め、3日目には各穴にスフェロイドが形成していた。ROCK阻害剤の濃度によらず、いずれの条件でもスフェロイドが形成された。播種3日後のスフェロイドの蛍光画像を図10(ROCK阻害剤10μM)、図11(ROCK阻害剤20μM)の(A)及び(B)に示す。図10、図11の(A)は、HBECの蛍光画像のz-スタックを横から見た画像である。図10、図11の(B)はスフェロイドの水平方向の断面画像を示し、細胞核(左上)、NHA(上中央)、HBEC(右上)、及びNHN(左下)の其々の蛍光(白色)、並びにスフェロイドの明視野画像(中央下)を示す。これらの画像が示すように、スフェロイド内に、HBECにより形成された管腔を有する網状の血管構造が形成されていた。また、NHAは一部スフェロイドの表面を覆うように存在していた。一部のNHAはスフェロイド内部にも存在していた。NHNはスフェロイドの表面近傍、及び内部に存在していた。スフェロイド形成率は、ROCK阻害剤の濃度が10μMのときは95%であり、20μMのときは92%であった。比較として、培地にROCK阻害剤を添加せず同様の実験を行ったところ、スフェロイドの形成率は75%であった。実施例3の細胞と併せて神経細胞を用いた場合も、培地にROCK阻害剤を添加することで、細胞の過剰な運動が抑制されてスフェロイドの形成率が向上することがわかった。 The spheroid formation process is shown in Figure 9. Four hours after seeding, spheroids began to form in some wells, and by day 3, spheroids had formed in all wells. Spheroids formed under all conditions, regardless of the ROCK inhibitor concentration. Fluorescence images of spheroids three days after seeding are shown in Figures 10 (ROCK inhibitor 10 μM) and 11 (ROCK inhibitor 20 μM) (A) and (B). Figures 10 and 11 (A) are lateral z-stack images of HBEC fluorescence images. Figures 10 and 11 (B) show horizontal cross-sectional images of the spheroid, showing the fluorescence (white) of the cell nucleus (top left), NHA (top center), HBEC (top right), and NHN (bottom left), as well as a bright-field image of the spheroid (bottom center). As these images show, a network of vascular structures with lumens formed by HBECs was formed within the spheroid. Furthermore, NHA was present, covering the surface of some of the spheroids. Some NHA was also present inside the spheroids. NHN was present near the surface and inside the spheroids. The spheroid formation rate was 95% when the ROCK inhibitor concentration was 10 μM and 92% when it was 20 μM. For comparison, when a similar experiment was performed without adding a ROCK inhibitor to the medium, the spheroid formation rate was 75%. It was found that when nerve cells were used in combination with the cells of Example 3, adding a ROCK inhibitor to the medium suppressed excessive cell movement and improved the spheroid formation rate.
1・・・幹細胞の凝集体、3・・・網状の血管構造、5・・・グリア細胞の層、10・・・スフェロイド。 1...Stem cell aggregate, 3...Reticulated vascular structure, 5...Glial cell layer, 10...Spheroid.
Claims (10)
前記血管内皮細胞の集合が網状の血管構造を形成している、スフェロイド。 A spheroid comprising nerve cells or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells, wherein the collection of vascular endothelial cells forms a reticular vascular structure.
該グリア細胞はスフェロイド表面の少なくとも一部を覆っている、請求項1に記載のスフェロイド。 glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells,
The spheroid of claim 1 , wherein the glial cells cover at least a portion of the surface of the spheroid.
神経細胞又はグリア細胞、幹細胞、及び血管内皮細胞のそれぞれは、共培養の開始時にスフェロイドを形成していない、請求項1~5のいずれか一項に記載のスフェロイドを作製する方法。 The method comprises a step of co-culturing nerve cells or glial cells, stem cells, and vascular endothelial cells on a cell-adhesive cell culture substrate,
The method for producing spheroids according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the nerve cells or glial cells, the stem cells, and the vascular endothelial cells does not form a spheroid at the start of co-culture.
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