JP6400744B2 - 神経前駆細胞またはその分泌タンパク質を有効成分として含む虚血性疾患または神経炎症疾患の治療用組成物 - Google Patents
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Description
(a)本発明は、虚血性疾患または神経炎症疾患の治療用組成物を提供する。
(b)本発明で用いられるPSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、注入された組織での血管新生を促進し、炎症反応を抑制する。前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、抗PSA−NCAM抗体を用いて簡単に分離し、間葉幹細胞(MSC)に比べても、優れた血管新生及び炎症抑制活性を示して、血管損傷による虚血性疾患及び炎症による神経損傷疾患に対する効率的な治療組成物として有用に用いられうる。
(c)本発明の神経前駆細胞の分泌タンパク質は、虚血性損傷部位を減少させるだけではなく、神経機能を回復させるので、虚血性疾患と炎症による神経損傷疾患のような退行性神経系疾患の治療剤として用いられうる。
実施例1.PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞の虚血性疾患と神経炎症疾患とに対する治療効果
実験方法
ヒトMSC及びヒトESC−由来のNPCPSA−NCAM+細胞の培養及び分化
ヒト細胞の使用は、医学研究倫理審議委員会(Institutional Review Board、IRB No.4−2008−0643)の承認を受けた。ヒト骨髄は、事前同意書を提出した健康な成人志願者の後部腸骨稜線で収得した。要約すれば、骨髄單核細胞を密度勾配遠心分離(GE Healthcare,Uppsala,Sweden)を用いて分離し、10% FBS(Gibco,GrandIsland,NY)が補充されたDMEMにプレーティングした後、37℃で5% CO2を含む加湿大気下で培養した。24時間後に、非吸着細胞を洗浄し、除去した。培養液を毎3日ごとに置き換え、90%のコンフルエンシ(confluency)に到逹した時、細胞を0.05% トリプシン/EDTA(Invitrogen,Carlsbad,CA)を用いて継代培養した。
80〜90%のコンフルエンシの拡張された神経ロゼットを10μM Y27632(Sigma)に1時間露出させて、MACS段階に入る前の細胞死が起こることを防止した。Accutase(Invitrogen)を用いて分離した後に、細胞(〜1x108cells)を1% BSAが含まれたPBSでブロッキングし、マイクロビーズ(Miltenyi Biotec)が接合された抗PSA−NCAM抗体と共に4℃で15分間培養した。集中的に洗浄した後、細胞懸濁液をMASC(magnetic activated cell sorting)に入れ、カラムに残っている陽性−標職された細胞をチューブに溶離させた。分離されたNPCPSA−NCAM+をN2B27培地または20ng/ml bFGFが追加されたNBG培地(1xN2、0.5xB27及び0.5xG21補充)(GeminiBio−Products,WestSacramento,CA)に4−5x105cells/cm2の濃度で再びプレーティングした。培養培地は、毎日取り替え、細胞は、2〜3日ごとに継代培養した。
2週齢の雄Sprague−Dawleyラット(体重約250〜300g)をN2O対O2の比率70%〜30%下で3% イソフルラン(Hana Pharm,Seoul,Korea)で麻酔した。左側総頚動脈及び外頚動脈を分離し、4−0手術用縫合糸で連結した。ナイロン糸を左側内頚動脈に挿入してウィリス環まで移動させ(永久的中大脳動脈閉塞:permanent middle cerebral artery occlusion、pMCAo)、ラットを犠牲させるまで糸を残しておいた。
フットフォールト検査(Foot fault test):フットフォールト検査は、2分間の試験の間に、等距離格子板(equi−distant grid、60x60cm、6cm距離)上で前足を正確に位置させる程度を測定する。前記試験は、従来の研究に基づいて変形された手続きによって行った[12、13]。
脳組織を24時間4% ホルムアルデヒドで固定し、PBSで洗浄した。パラフィン断面の製作のために、累進エタノールで組織を脱水させ、パラフィンに包埋させた。パラフィン包埋された脳をミクロトーム上で5mm厚さ層に切断し、キシレンで10分間脱パラピン化した後、累進アルコールで再水和した。断面に10mM クエン酸を1時間処理した後、PBS及び0.5% トリトンX−100を含有する5% BSA溶液を添加した。以後、脳切片をDCX(Abcam)、Tuj1(Covance)、hNu(Millipore、clone 235−1)、GFAP(Millipore)、Ki67(Leica Microsystems)、hMito(Millipore)、MAP2(Millipore)、ヒトNestin(Millipore, clone 10C2)、またはED−1(Abcam)(1:100)に対する1次抗体と共に10〜12時間4℃で培養した。1次抗体と共に一晩中培養した後に、切片をPBSで洗浄し、切片を蛍光標職された2次抗体である抗ラビットIgGと31時間培養した。切片をもう一度PBSで洗浄し、DAPI(4’,6’−diamidino−2−phenylindole)を用いてマウンティングした。蛍光顕微鏡(Olympus IX71)を用いて切片の蛍光イメージを得た。脳組織内で特定抗体と反応する神経細胞の数を正確に測定するために、ブラインドテストを用いた。実験に対してあらかじめ分からない3人の実験者にスライド内の5個の50mm2四角形内でのED−1+細胞及びα−SMA+血管(直径50mm以下)の数を数えるようにした。以後、調査者は、3人の実験者の結果を総合して検出されたニューロンの数を正確に決定した。
Trizol試薬(Invitrogen)を用いて総RNAを分離した。標準逆転写(RT)をTranscriptase II(Invitrogen)を用いてまず行った後、次のようなプライマーセットでRT−PCRを行った:アンジオポエチン1正方向プライマー:TGTGTCCATCAGCTCCAGTTGC(配列番号1)、逆方向プライマー:CGGCTACCATGCTCGAGATAGG(配列番号2)(Bioneer,Daejeon,Korea)。PCR産物を1.2% アガロースゲルに回した後、臭化エチジウムで染色してUV光下でバンド(約400bp)を検出した。最後に、検出されたバンドをNIH Image Jプログラム(バージョン1.47)で定量化した。
データは、平均±標準誤差で表わした。行動検査及び梗塞面積のデータは、SPSS(Statistical Package for Social Sciences、バージョン20.0)を用いてANOVA及び独立t検定で分析した。P−values<0.05である場合、統計的有意性があると見なした。
NPCPSA−NCAM+の移植は、宿主脳の梗塞部位を減少させる。
本発明の全体的な実験設計は、図1aに示した。神経組織の損傷程度は、移植26日後、ヘマトキシリンを通じて正常に染色されていない脳部位(area)を通じて評価した。梗塞部位は、大脳皮質及び線条体で主に表われた。梗塞部位は、MSCsまたはNPCPSA−NCAM+を移植した場合よりもPBSを処理した虚血性脳で明確にさらに広かった(図1b)。反対側に対する梗塞面積の百分率は、NPCPSA−NCAM+(7.1±2.5%)またはMSC(14.9±1.9%)が移植された群でPBS群(25.1±2.4%)に比べて、有意に減少した(F=13.64、P<0.01)。NPCPSA−NCAM+−及びMSC−移植群間の梗塞が統計的に異ならないが、NPCPSA−NCAM+−移植群の梗塞面積は、MSC−移植群に比べて、明白にさらに狭かった(図1c)。
ラットの体重は、pMCAo後、初日に測定した基底値に比べて、40gが減少した。体重減少は、PBS−処理ラットで7日後、頂点に至った。MSC−移植群で、体重は、移植17日後、基底段階まで回復された。しかし、NPCPSA−NCAM+−移植群では、PBS群と比較して、移植3日後から有意な体重回復が観察された(P<0.05)(図2a)。pMCAo以後、3日(P<0.05)から13日(P<0.01)の間までフットフォールト/ラインクロス頻度は、PBS群に比べて、NPCPSA−NCAM+及びMSC移植群で有意に減少した(図2b)。それだけではなく、NPCPSA−NCAM+移植群は、13日目にフットフォールト/ラインクロスがMSC移植群と比べても、有意に減少した。しかし、このような差は、以後(移植後、17及び24日)体重増加による活動性の減少によって不十分に顕著になった。
移植された細胞の密度を追跡するために、本発明者らは、26日目にhNu(ヒト−特異的核)、Ki67(増殖細胞マーカー)、DCX(神経母細胞マーカー)、ネスチン(神経幹細胞マーカー)、及びTuj1(神経マーカー)に対する抗体を用いて組織学的分析を行った。NPCPSA−NCAM+の移植後に、ほとんどの細胞は、最初移植部位(例えば、線条体)で見つけられた。移植されたNPCPSA−NCAM+の生存、増殖及び分化は、損傷された脳でのKi67+、DCX+、Tuj1+、及びネスチン+の存在を通じて確認した(図3a及び図3b)。移植されたNPCPSA−NCAM+細胞の多数は、DCXまたはTuj1を発現した一方、一部は、ネスチンに対して陽性であった。移植された細胞の擬似分裂段階は、Ki67−免疫反応性を通じて調査した。hNu+細胞(9184個)の一部は、移植26日目にKi67に対しても陽性であった(432個、4.7%)。NPCPSA−NCAM+細胞でのTuj−1免疫反応性は、DCX免疫反応性と広範囲に重畳された(図3b)。これらDCX免疫反応性細胞は、ラット由来ではないヒト由来の細胞であり(図3c)、それを通じて脳梗塞部位の減少は、移植された細胞の融合に部分的に起因することが分かる。
いくつかのGFAP(星状細胞マーカー)−陽性細胞が針と周辺で見つけられたが、GFAPの発現は、NPCPSA−NCAM+移植群で目立つように低かった(図4e)。事実、GFAP−陽性細胞の数は、NPCPSA−NCAM+移植群で大きく減少し(P<0.001)、MSC−移植群では、その減少程度がより低かった(図4e及び図4f)。これは、NPCPSA−NCAM+移植が反応性星状細胞の活性化を強く抑制し、これにより、組織再生に有利な環境を造成することを示すものである(Gonzalez,F.F.,McQuillen,P.,Mu,D.,et al.(2007).Developmental Neuroscience,29,321−330)。
平滑筋アクチンマーカーであるα−SMAの抗体を用いて虚血性脳での内生的血管新生を調査した。その結果、NPCPSA−NCAM+−移植ラットでMSC−及びPBS−処理群に比べて、α−SMA反応性血管の数が移植部位周辺で増加したことを観察した(図5a、図5b)。微小血管の定量的分析を通じてNPCPSA−NCAM+−移植ラットのα−SMA+血管がMSC−及びPBS−処理群のそれに比べて、梗塞部位で増加したことを明確に確認した(図5c)。
実験材料及び実験方法
ヒトESC−由来のNPCPSA−NCAM+細胞の収得
ヒト細胞の使用は、医学研究倫理審議委員会(IRB No.4−2008−0643)の承認を受けた。神経誘導のために、bFGFがないhESC培地(Invitrogen)上でhESCとiPSCとから由来の各胚芽体(EBs)を5μM DM(dorsomorphin)(Sigma,St.Louis,MO)及び5〜10μM SB431542(Calbiochem,San Diego,CA)を含む懸濁液で4日間培養し、以後、20ng/ml bFGFが補充された1xN2(Invitrogen)培地でマトリゲルコーティングされたディッシュ(BD Biosciences,Bedford,MA)に5日間吸着させた(Kim,D.S.,Lee,D.R.,Kim,H.S.,et al.(2012).Highly pure and expandable PSA−NCAM−positive neural precursors from human ESC and iPSC−derived neural rosettes.PLoSOne,7,e39715)。吸着されたEBコロニーの中心に表われた神経ロゼットをガラスピペットを用いて周辺の平らな細胞から気をつけて分離した。小さなロゼット塊をマトリゲルコーティングされたディッシュにシーディングし、1xN2、1xB27(Invitrogen)が補充されたDMEM/F12で培養した(Kim,D.S.,Lee,J.S.,Leem,J.W.,et al.(2010).Robust enhancement of neural differentiation from human ES and iPS cells regardless of their innate difference in differentiation propensity.Stem Cell Reviews and Reports,6,270−281)。
前記で収得したヒト万能幹細胞由来の神経前駆細胞(PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞)を基本培養液(DMEM/F−12)にN2(100X−最終濃度1X)、B−27(50X−最終濃度0.5X)及びGem21(50X−最終濃度0.5X)の血清除去補充剤を入れ、bFGF(20ng/ml)を添加してマトリゲル(Matrigel)コーティングされた60mmディッシュに4継代以上繰り返し培養して増幅した後、8〜10個のディッシュに約90%まで細胞が満ちるように培養した。培養液を除去した後、リン酸緩衝溶液で3回洗浄し、無血清基本培養液(DMEM/F12)にITS(100X−最終濃度1X)とbFGF(20ng/ml)のみを添加して24時間培養した。対照群は、細胞がないディッシュに同量の同じ組成の培養液(基本培養液にITSとbFGFとを同量で添加)を入れ、培養器で24時間培養した後、回収したものを対照群として使った。培養液をいずれも集めて遠心分離して(800gで30分)細胞の破片などを除去した後、−70℃の冷凍庫に直ちに氷らせた後、必要時に解凍して使った。
局所脳虚血による神経細胞の損傷に対して神経細胞の保護効果を測定するために応用された血管内縫合糸挿入法(intraluminal suture method)を使った。Zia Longa(Zea Longa,et al,Stroke.,1989,20,84−91)が開発した方法である局所脳虚血モデルであって、他のモデルとは異なって、臨床的に類似しているという長所がある。このような理由で虚血再灌流(ischemia−reperfusion)に対する機転研究やさまざまな薬物の効果をスクリーニングするのに適したモデルである。
脳卒中誘発一日後に、行動実験に対する基準点(baseline)を確立した後、脳卒中モデルの製作と同じ方式で右側外頚動脈を通じて内頚動脈部位にインスリン注射器針を挿入した後、それを通じて分泌タンパク質を0.2mg/kg(体積50μl)ほど動脈注射し、対照群には同じ体積の培養液あるいはリン酸緩衝溶液(PBS)を投与した。分泌タンパク質液を注入した後、14日間動物の状態を観察し、注入前1回、注入後4回にわたって体重を測定し、行動分析を実施した。
動きない:3
1〜20回:2
21〜30回:1
30回以上:0
0〜5秒:3
6〜10秒:2
11〜20秒:1
21秒以上:0
0点:1=安定的姿勢
2=ビームの側面を握って多少搖れる程度
1点:3=1本以上の足がビームから脱落する場合
4=均衡を取ろうと努力するが、落ちる場合
2点:5=均衡を取ることができず、ビームに逆にぶら下げられてから落ちる場合
6=ビーム上で全く均衡を取ることができず、落ちる場合
0〜5回:0
6〜10秒:1
11〜20秒:2
21秒以上:3
0回:2
1〜4回:1
5回以上:0
脳梗塞の比率(%)=(正常左半球の面積−脳梗塞部位の正常組織の面積)/正常左半球の面積×100 ・・・ 数式1
hESC由来の神経前駆細胞の分泌タンパク質とヒトiPSC由来の神経前駆細胞の分泌タンパク質は、それぞれ4〜12%の勾配ノベックスビス−トリスゲル(Invitrogen)でSDS−PAGEして分離した後、ゲルコードブルー染色試薬(Pierce)でタンパク質バンドが見えるようにゲルを染色した。該染色されたゲルは、同じサイズの10バンドで切って、リン−ゲルトリプシン分解を公知の方法で行った。
グループ間の統計学的有意度は、Tukey’s correctionが適用されたone−wat analysis of variance(ANOVA)を用いて求め、p value<0.05を統計学的に有意なものと判定した。
脳卒中モデルで神経前駆細胞の分泌タンパク質による疾患の改善を見るために、次の3個の群で2週間実験を行った。脳卒中誘発24時間後、行動実験で疾患の誘導が確認された白ラットを3個群に任意に割り当てた後、右側外頚動脈に分泌タンパク質(0.2mg/kg、体積50μl)、培地またはPBSを同量(50μl)で注射した。各物質を注入した後、3、7、10及び14日に動物の状態と体重とを確認し、行動分析を実施した。
白ラットで永久MCAOを通じる脳卒中の誘導は、幅広い脳病変の損傷を誘導した。脳卒中誘発14日経過後、脳を摘出した後、TTC(2,3,5−triphenyltetrazolium chloride)染色で脳の損傷有無と損傷部位とを確認した。TTC染色は、細胞内の正常ミトコンドリア酸化酵素システム(mitochondrial oxidative enzyme system)と反応して染色されるが、脳虚血損傷を受けてミトコンドリアが損傷されれば、酸化システムが撹乱されて染色にならず、白色を表わすので、脳の損傷部位を区別することができる。
脳卒中誘発が白ラットの運動能力を減少させて、直ちに体重の減少が7日まで進行し、多様な治療剤は、運動能力の回復を通じて体重の増加を誘導する。分泌タンパク質の注入も、細胞移植と類似に体重増加を誘導した(図8)。神経損傷の回復で最も目立つ現象は、体重の回復である。分泌タンパク質処理群は、PBS対照群に比べて有意な改善を示した。
分泌タンパク質処理群は、ビーム均衡検査で2つの対照群に比べて、統計的に有意な行動改善効果を示し、この効果は、治療3日目から表われるなど即刻な効果が表われた(図9a)。
mNSS(Modified Neurological Severity Score test)は、神経学的機能を測定するための構成表である。運動(筋肉状態)とmensory(時刻、触覚及び自己収容(proprioceptive))の項目で評価した。正常は、0点であり、点数が高いほど機能異常の程度が激しいと判断する。図10に示されたように、mNSSの分析で分泌タンパク質処理群は、治療序盤からPBS対照群と培地対照群よりも遥かに高い治療効果(行動改善)を示した(図10)。
iPSCs由来の神経前駆細胞から得た分泌タンパク質は、次のタンパク質を含んでいた:アグリン、アネキシンA5、BSG、ビグリカン、カルポニン−3、コアクトシン−類似タンパク質、コフィリン−1、コラーゲンα−2、クリン−3、デストリン、ジストログリカン、エフリン−B2、エクスポーチン−2、エズリン、フィブロネクチン、ファイブリン−1、Frizzled−relatedタンパク質、ゼラチン−3結合タンパク質、グラニュリン、成長/分化因子11、ハプトグロビン、ヘモペキシン、High mobility group protein B2、ホルネリン、インポーチン−9、インスリン−類似成長因子結合タンパク質2、ループスLaタンパク質、大食細胞移動抑制因子、ミッドカイン、モエシン、ニューロピリン2、プレイオトロフィン、プロフィリン−1、タンパク質DJ−1、ラディキシン、Secreted frizzled−related protein−2、セプチン−11、タリン−1、テスティカン、チモポエチン、トランスゲリン−3、ビメンチン。
Claims (10)
- PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞を有効成分として含む虚血性疾患、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症、または脊髄損傷の治療用組成物であって、
前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、全能性幹細胞から分化された神経ロゼットから分離され、前記全能性幹細胞は、胚芽幹細胞、またはiPSCsであり、
前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、初期神経外胚葉マーカーを発現する神経ロゼット段階の細胞である治療用組成物。 - 前記組成物は、アンジオポエチン−1の発現を増加させることを特徴とする請求項1に記載の治療用組成物。
- 前記組成物は、グリア細胞または星状細胞の活性化を抑制することを特徴とする請求項1に記載の治療用組成物。
- 前記組成物は、CD68またはGFAPの発現を減少させることを特徴とする請求項3に記載の治療用組成物。
- PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞の分泌タンパク質を有効成分として含む虚血性疾患または神経炎症疾患の治療用組成物であって、
前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、全能性幹細胞から分化された神経ロゼットから分離され、前記全能性幹細胞は、胚芽幹細胞、またはiPSCsであり、
前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、初期神経外胚葉マーカーを発現する神経ロゼット段階の細胞であり、
前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞は、ITS(インスリン/トランスフェリン/セレン)とbFGFとが含有された無血清動物細胞培養培地で培養され、
その後、前記分泌タンパク質は、前記細胞を除去して収得したものであり、
前記分泌タンパク質は、前記PSA−NCAM−陽性神経前駆細胞を前記無血清動物細胞培養培地で培養して得た細胞培養液に含有された形態である治療用組成物。 - 前記分泌タンパク質は、下記のタンパク質を含むことを特徴とする請求項5に記載の治療用組成物:
アグリン、アネキシンA5、BSG、ビグリカン、カルポニン−3、コアクトシン−類似タンパク質、コフィリン−1、コラーゲンα−2、クリン−3、デストリン、ジストログリカン、エフリン−B2、エクスポーチン−2、エズリン、フィブロネクチン、ファイブリン−1、Frizzled−relatedタンパク質、ゼラチン−3結合タンパク質、グラニュリン、成長/分化因子11、ハプトグロビン、ヘモペキシン、High mobility group protein B2、ホルネリン、インポーチン−9、インスリン−類似成長因子結合タンパク質2、ループスLaタンパク質、大食細胞移動抑制因子、ミッドカイン、モエシン、ニューロピリン2、プレイオトロフィン、プロフィリン−1、タンパク質DJ−1、ラディキシン、Secreted frizzled−related protein−2、セプチン−11、タリン−1、テスティカン、チモポエチン、トランスゲリン−3、及びビメンチン。 - 前記分泌タンパク質は、下記のタンパク質を含むことを特徴とする請求項5に記載の治療用組成物:
アグリン、アネキシンA2、アトラクチン、ビグリカン、セルロプラスミン、コフィリン−1、コラーゲンα−1、コロニン−1X、ダームシジン、DERP12、エフリン−B3、エクソストシン−2、エズリン、ゼラチン−3結合タンパク質、グラニュリン、成長/分化因子11、ハプトグロビン、ヘモペキシン、High mobility group protein B2、ホルネリン、インスリン−類似成長因子結合タンパク質2、ループスLaタンパク質、ミッドカイン、モエシン、マルチプル上皮成長因子−類似ドメインタンパク質8、ニドゲン−1、パラチモシン、プロフィリン−2、タンパク質DJ−1、Secreted frizzled−related protein−2、セクレトグラニン、タリン−1、チモシンβ4、TGFBI、トランスゲリン、及びビメンチン。 - 前記虚血性疾患は、虚血性脳血管疾患、虚血性心臓疾患、心筋梗塞、狭心症、下肢動脈虚血性疾患、及び四肢末端部虚血性疾患で構成された群から選択されることを特徴とする請求項1または5に記載の治療用組成物。
- 前記虚血性脳血管疾患は、脳卒中であることを特徴とする請求項8に記載の治療用組成物。
- 前記神経炎症疾患は、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、ルーゲーリック病、クロイツフェルトヤコブ病、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症、びまん性レビー小体病、白質脳炎、側頭葉てんかん、及び脊髄損傷で構成された群から選択されることを特徴とする請求項5に記載の治療用組成物。
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