JP7627920B1 - Methods for evaluating implant materials - Google Patents
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Abstract
【課題】 臨床医療により一層適した性能や品質を担保した移植材料の設計のために、信頼性および再現性の高い移植実験系を実現することを可能とした移植モデル動物を作製する方法を提供する。
【解決手段】 本発明の自家移植に近似した移植材料の評価方法は、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して、前記ドナーに対して免疫寛容なレシピエントを得る工程と、標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植素材を含む移植材料を免疫寛容レシピエントに移植する工程とを有することにより、信頼性および再現性の高い移植実験系を実現することが可能な、自家移植に近似した移植モデル動物を作製することができる。
【選択図】 図1
[Problem] To provide a method for producing a transplant model animal that enables the realization of a highly reliable and reproducible transplant experimental system in order to design transplant materials with performance and quality more suited to clinical medical care.
[Solution] The method of the present invention for evaluating transplantation materials similar to autotransplantation comprises the steps of administering a crude extract of a labeled marker-expressing donor to a newborn recipient to obtain a recipient that is immunotolerant to the donor, and transplanting a transplantation material containing an artificial transplant material coated, adhered, infiltrated or contained with tissues or cells of the labeled marker-expressing donor into the immunotolerant recipient, thereby making it possible to produce a transplantation model animal similar to autotransplantation, which can realize a highly reliable and reproducible transplantation experimental system.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、信頼性および再現性の高い近似自家移植実験系として利用可能で、臨床医療に対して高い相同性をもって作製された移植材料の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating transplantation materials that can be used as a reliable and reproducible approximate autotransplantation experimental system and that are produced with high homology to clinical medicine.
再生医療とは、ヒト、家畜および愛玩動物等の動物において、生体組織の機能および/または構造が損傷または欠損した場合に、その機能および/または構造を修復または補填する技術である。また、再生医療は、動物の発達または成長期において、何らかの疾患または外傷によって成長が阻害され、得られるべき機能および/または構造が得られなかった場合にも有用である。 Regenerative medicine is a technique for repairing or compensating for damaged or missing functions and/or structures of biological tissues in animals, including humans, livestock, and pets. Regenerative medicine is also useful when an animal's growth is inhibited by some kind of disease or injury during its development or growth period, resulting in failure to obtain the desired functions and/or structures.
再生医療における最も有効な手段の一つとして、欠損した部分に、細胞または組織を含む生体由来の医療材料を移植する方法が用いられている。このような医療材料は、日本では、再生医療関連三法(再生医療推進法、再生医療安全確保法および改正薬事法)によって、「再生医療等製品」と定義される。 One of the most effective methods in regenerative medicine is to transplant medical materials derived from living organisms, including cells or tissues, into the missing parts of the body. In Japan, such medical materials are defined as "regenerative medicine products" under the three laws related to regenerative medicine (the Regenerative Medicine Promotion Act, the Regenerative Medicine Safety Assurance Act, and the revised Pharmaceutical Affairs Act).
移植に用いられる再生医療等製品は、倫理的および免疫学的な観点から、移植を受ける個体に由来する材料を加工して製造されたものを使用する「自家移植(Autoplastic transplantation)」が望ましい。 From an ethical and immunological standpoint, it is desirable for regenerative medicine products used in transplants to be manufactured using processed materials from the individual receiving the transplant, a method known as "autoplastic transplantation."
また、生体由来の医療材料のみでは不充分な要素を補完するために、人工材料が用いられる。このような人工材料は、免疫反応をはじめとする生体内の望ましくない反応を生じさせないものである必要がある。従来、再生医療等製品を含む生体由来素材だけでなく、生体適合性素材および生体親和性素材などと呼ばれる様々な医療材料が使用されている(たとえば、特許文献1~4)。しかし、移植前にそれらの材料が最適な素材、物性および構成であるかどうかを検証することは困難である。特に、生きた細胞および組織等を含む再生医療等製品は、その性能を事前に検証することは困難であった。 In addition, artificial materials are used to complement the elements that bio-derived medical materials alone are insufficient for. Such artificial materials must not cause undesirable reactions in the body, including immune reactions. Conventionally, not only bio-derived materials, including regenerative medicine products, but also various medical materials called biocompatible materials and bioaffinity materials have been used (for example, Patent Documents 1 to 4). However, it is difficult to verify whether these materials have optimal materials, physical properties, and configurations before transplantation. In particular, it has been difficult to verify the performance of regenerative medicine products that contain living cells and tissues in advance.
再生医療等製品の品質を担保するためには、事前に哺乳類を用いて動物実験を行い、移植後の免疫反応などの経過を追うことができる臨床に即したシステムが必要である。そのような動物実験には、移植予定の個体から採取した細胞および組織等をその個体に戻す「自家移植」を行う動物実験モデルが適している。 To guarantee the quality of regenerative medicine products, a clinically appropriate system is required that allows for advance animal testing using mammals and for tracking the progress of immune responses after transplantation. For such animal testing, an animal testing model that performs "autologous transplantation," in which cells and tissues taken from an individual to be transplanted are returned to that individual, is suitable.
しかし、自家移植を用いた動物実験系は、これまで研究手段としてほとんど用いられてこなかった。特に、小動物の自家移植実験モデルは殊更存在すらしていなかった。その理由は、マウスおよびラットなどを含む小型動物では、自家移植が難しいからである。移植のために採取される細胞または組織は、1gに満たない量であっても、小動物にとっては採取処置に耐えられなかったり、採取される組織によっては致命的な量であったりする。小動物では、一般的に、個体死させ脱血した後、組織および細胞等を採取する。そのため、採取処置によって個体が亡失してしまい、自家移植を行うことが不可能であった。 However, animal experimental systems using autotransplantation have rarely been used as a research tool up until now. In particular, there have been no autotransplantation experimental models for small animals. The reason for this is that autotransplantation is difficult in small animals, including mice and rats. Even if the amount of cells or tissue collected for transplantation is less than 1g, small animals cannot withstand the collection procedure, and depending on the tissue collected, the amount may be fatal. In small animals, tissues and cells are generally collected after the individual is killed and blood is removed. As a result, the individual is lost during the collection procedure, making it impossible to perform autotransplantation.
中型動物および大型動物では、自家移植することは可能であるが、飼育に経費がかかるため、充分な実験例数を整えることが難しい。また、作今の動物愛護精神の普及から、動物実験そのものの規制が強化されていく趨勢である。 Although autotransplantation is possible in medium- and large-sized animals, it is difficult to arrange a sufficient number of experimental cases due to the expense of raising them. Furthermore, with the current spread of animal welfare sentiment, there is a trend toward stricter regulations on animal testing itself.
そのため、従来の研究の多くは、小型動物における同種他家移植(Allograft)および異種移植(Heterograft/Xenograft)を中心にした実験系により構築される。同種他家移植および異種移植は自家移植ではないため、免疫反応を回避することを目的として、免疫抑制剤の使用または重度免疫不全動物(ヌードマウス、NOD/scidマウス、NOGマウスなど)の使用、またはこれらの併用が必要となる。そのため、出生および生存維持に高い費用のかかる個体を使用する必要があり、経費および労力が嵩むことが問題となっている。さらに、このような実験系では、免疫抑制剤使用、あるいは免疫不全のために感染症のリスクが高いため、無菌室レベルの高度な専用施設を使用する必要があった。また、免疫抑制剤を長期に使用する必要があり、さらにコストがかかるという問題もあった。 For this reason, most of the conventional research is based on experimental systems centered on allografts and xenografts in small animals. Since allografts and xenografts are not autotransplants, they require the use of immunosuppressants or severely immunodeficient animals (nude mice, NOD/scid mice, NOG mice, etc.), or a combination of these, in order to avoid immune reactions. This requires the use of animals that are expensive to produce and keep alive, which increases the cost and labor involved. Furthermore, such experimental systems require the use of immunosuppressants or the use of advanced dedicated facilities at the level of a clean room due to the high risk of infection caused by immunodeficiency. There is also the problem of the need to use immunosuppressants for a long period of time, which adds to the cost.
さらに、免疫不全実験系は、医療や獣医療における臨床とは大きく乖離した状況下での実験となることも重大な問題であった。特にヒトにおいては、免疫不全状態の患者および免疫抑制剤の長期使用下にある患者が移植治療の対象になることはほとんどない。免疫不全実験系にて確立された治療法は、免疫機能の正常な患者および家畜等に導入された場合、免疫反応上の不測の事態が発生するおそれがある。そこで本発明では、これら諸問題を回避しつつ、より適切な性能や品質を持った移植材料の設計と開発を可能とする動物実験システムを提供する。特に、本発明は、目的組織の生着性・構造/機能の再現性などを評価することができる動物実験システムを提供する。より詳細には、本発明は、拒絶反応の最小化だけでなく、移植組織を支持/支援する反応の有無/適否(血流誘導/血管新生/栄養因子などの発現調節)などを評価することもできる動物実験システムを提供する。 Furthermore, the immunodeficiency experimental system has a serious problem in that the experiment is conducted under conditions that are significantly different from clinical practice in medical and veterinary medicine. In particular, in humans, patients with immunodeficiency and patients who have been using immunosuppressants for a long time are rarely the subjects of transplantation therapy. When a treatment method established in an immunodeficiency experimental system is introduced to patients or livestock with normal immune functions, there is a risk of unexpected immune reaction occurring. Therefore, the present invention provides an animal experiment system that allows the design and development of transplant materials with more appropriate performance and quality while avoiding these problems. In particular, the present invention provides an animal experiment system that can evaluate the engraftment and reproducibility of structure/function of the target tissue. More specifically, the present invention provides an animal experiment system that can not only minimize rejection reactions, but also evaluate the presence/suitability of reactions that support/assist transplanted tissue (blood flow induction/angiogenesis/regulation of expression of nutritional factors, etc.).
移植に用いられる材料となる、再生医療等製品を含む生体由来素材ならびに生体適合性素材および生体親和性素材などが治療に最適な組成および構成を備えているかどうかを検証するための信頼性および再現性のあるシステムの構築が求められている。そのためには、動物を用いた移植実験が不可欠であり、それに基づいて移植材料の設計がなされるべきである。 There is a need to develop a reliable and reproducible system for verifying whether the materials used in transplants, such as biologically derived materials, including regenerative medicine products, as well as biocompatible and biocompatible materials, have the optimal composition and structure for treatment. For this purpose, transplant experiments using animals are essential, and transplant materials should be designed based on these experiments.
動物実験には、コスト等を考えると小動物を用いることが適している。一方で、小動物では、体格が小さいために細胞採取時に個体が犠牲死するので、自家移植は困難である。一方で、他家移植を行った場合には、移植後の免疫反応(免疫拒絶など)を生じるため、免疫不全実験系および免疫抑制剤を用いた実験系等で行われている。しかし、このような実験系では、臨床における治療の実情とは大きく乖離しており、信頼性および再現性に欠ける。また、免疫不全実験系は、実験材料などにコストがかかること、および高度に特殊な設備が必要となることも問題である。 Considering costs, etc., it is suitable to use small animals for animal experiments. However, autotransplantation is difficult with small animals because the animals are small in size and must be sacrificed when cells are harvested. On the other hand, allotransplantation can cause immune reactions after transplantation (such as immune rejection), so it is performed in immunodeficiency experimental systems and experimental systems using immunosuppressants. However, such experimental systems are significantly different from the actual situation in clinical treatment, and lack reliability and reproducibility. Another problem with immunodeficiency experimental systems is that they are expensive for experimental materials and require highly specialized equipment.
そこで、本発明は、信頼性および再現性の高い移植実験系を実現することが可能な移植モデル動物を作製する方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for producing a transplant model animal that can realize a highly reliable and reproducible transplantation experimental system.
移植用医療材料(Doner Graft)として通常使用されているのは、自家移植(Auto-graft )の他、同種他家移植(Allograft)、あるいは異種移植(Heterograft/Xenograft)があるが、いずれも採取された組織を「まもなく」特に加工をせずに移植するRaw Graft(未加工移植材料)である。「まもなく」とは、採取直後に移植する場合から、成分輸血や血液製剤、自家血輸血のように、冷蔵・凍結保存や、成分の分離精製などに要するある程度の期間が空いている場合も含まれる。これらのRaw Graftは、採取時の細胞や組織の形質/状態をそのまま利用することを目的として移植するのが前提となっている。加工せず、形質/状態をそのまま当該組織として利用するため、基本的にはその性能/品質を評価する必要はないと考えられてきた。 Donor grafts are commonly used for transplantation, including autografts, allografts, and xenografts. All of these are raw grafts (unprocessed transplant materials) in which the tissue is harvested and transplanted "shortly" without any special processing. "Shortly" can mean transplantation immediately after harvesting, or a certain amount of time has passed since refrigeration or freezing, or for component transfusions, blood preparations, and autologous blood transfusions, which require separation and purification of components. The premise of these raw grafts is that they are transplanted with the aim of utilizing the characteristics/state of the cells and tissues at the time of harvesting. Because they are used without processing and with their characteristics/state intact as the tissue in question, it has generally been thought that there is no need to evaluate their performance/quality.
一方で、移植対象の細胞や組織に合わせて、分化・形質転換などの様々な加工が行われ、結果として採取時の形質/状態と全く異なる形質/状態の移植用医療材料として作製される、本発明で表現するところの“Auto-plastic transplantation”に用いられる医療材料“Auto-plast”(本発明での造語)は、従来の医療材料の概念にはない素材であって、そのため性能などを適切に評価するシステムもこれまで存在していない。 On the other hand, the medical material "auto-plast" (a term coined in this invention) used in what is referred to as "auto-plastic transplantation" in this invention is a material that does not fit the conventional concept of medical materials, and as such, there has been no system to properly evaluate its performance. Auto-plast is a medical material that is used in what is referred to in this invention as "auto-plastic transplantation" in which various processes such as differentiation and transformation are carried out to suit the cells and tissues to be transplanted, resulting in a material that is completely different in character and condition from the time of collection.
今後、再生医療等製品として作製される医療材料が増加することは明らかで、厚労省も動物実験などで、品質の評価として「細胞加工医薬品等の品質および安全性の確保について(薬食発0907第3号平成24年9月7日医薬食品局長)」によると、「効力又は性能を裏付ける試験」として、動物実験は、推奨されているところである。 It is clear that the amount of medical materials produced as regenerative medicine products will increase in the future, and according to the Ministry of Health, Labour and Welfare's "Ensuring the quality and safety of cell-processed pharmaceuticals, etc. (Yakushoku Notification No. 0907-3, September 7, 2012, Director-General of the Pharmaceutical and Food Safety Bureau)," animal testing is recommended as a "test to verify efficacy or performance" to evaluate quality.
以上をまとめると、通常、自家移植は、Auto-graftを指し、移植材料(移植片)は、採取から1.まもなく、加工などの工程を経ずに、もとの組織と同等の組織に、2.採取された状態で移植され、3.元の性質/形質のまま利用される。輸血は血液として血管内に、肝移植は肝臓に、皮膚は皮膚移植として行われる。
本発明でいう自家移植は、移植の概念を拡大した“Auto-plast”(本発明での造語)を含み、自己由来の細胞や組織にさまざまな加工を行い、場合によっては元の形質とは異なる状態の組織として、製造したものを移植材料として用いることを含む。代表例としては、再生3法に定義される再生医療等製品があり、生体由来素材を用いた医療材料に対し、広くその設計方法と品質評価を可能とする方法を提案するものである。
To summarize the above, autotransplantation usually refers to autograft, and transplant materials (grafts) are 1. transplanted immediately after collection into tissue equivalent to the original tissue without processing, 2. transplanted in the collected state, and 3. used with their original properties/characteristics. Blood transfusions are performed as blood into blood vessels, liver transplants are performed on the liver, and skin is used as a skin transplant.
In this invention, autotransplantation includes "auto-plast" (a term coined by this invention), which is an expanded concept of transplantation, and includes the use of tissues produced by processing cells and tissues derived from the patient in various ways, and in some cases producing tissues in a state different from the original state, as transplant materials. A representative example is regenerative medicine products defined in the three regeneration methods, which propose a method that enables the design and quality evaluation of medical materials made from biological materials.
従来の移植の概念は、「移植(他家を含む)graft」⊇「Auto(自家)-graft」であり、原則としてgraftは採取されたままの状態で使用(移植)される。採取された移植用材料に加工が加えられた状態は、「graft」の概念には含まれていない。さらには、生体由来素材に何らかの加工を加えて作成された“plastic graft”の概念が明示されているものは未だにない。自家由来の生体由来素材を材料として加工して作成した移植用材料の呼び名の「Auto-plast」は本発明による造語であり、その概念には人工素材などと組み合わせた“複合素材”としてのAuto-plastも含まれ、それらを再生医療に用いるための具体的な検証方法が提案されたこともないのが現状である。 The conventional concept of transplantation is "transplant (including allogeneic) graft" ⊇ "auto-graft," and in principle, grafts are used (transplanted) in the state in which they are harvested. The concept of "graft" does not include the state in which harvested transplant materials have been processed. Furthermore, the concept of "plastic grafts" created by processing biomaterials has not yet been clearly stated. "Auto-plast," the name of transplant materials created by processing autologous biomaterials, is a coined word by the present invention, and the concept also includes auto-plast as a "composite material" combined with artificial materials, and no specific verification method has been proposed for their use in regenerative medicine.
また、管状構造体や膜状構造体に限らず、充実性臓器もAuto-plastには含まれ、あるいは臓器として形を持つ必要の無い血液関連の剤形(非固形臓器)や、内分泌系の細胞(非定型臓器)など、多くの複合医療材料が含まれる。 Auto-plast is not limited to tubular and membranous structures; it also includes solid organs, as well as many other composite medical materials, such as blood-related dosage forms (non-solid organs) and endocrine system cells (atypical organs), which do not necessarily have the shape of an organ.
さらに、「Auto-plast」の作成方法として、
1.in vitro (体外作製)が多いことを想定しているが、一部には、
2.ex vitro/in vivo(体内作製)が可能なものも想定しており、
いずれの作製方法で作製されても、移植用材料として品質評価が本発明において可能である。
Furthermore, as a method for creating "Auto-plast",
1. It is expected that most will be produced in vitro, but some may be
2. It is also assumed that ex vitro/in vivo (intracellular production) is possible.
Regardless of the method used for preparation, the quality of the material as a transplant material can be evaluated in the present invention.
本発明者らは、上記課題を解決するために、EGFPを発現する近交系マウスをドナーとして用い、ドナーの組織から抽出した粗製タンパク質を野生種のレシピエントの新生仔に数回皮下投与し、免疫寛容を誘導した。その後、ドナー内に人工の移植素材を移植した。その結果、ドナーの組織および細胞が移植した人工の移植素材に接着した。ドナー体内において作製された移植素材を含む移植材料を、免疫寛容レシピエントに移植したところ、ドナー由来細胞/組織に対し免疫反応を回避することができた。また、蛍光観察により、移植後のレシピエントにおいて、移植素材と共にドナー由来の細胞および組織の生着を容易に観察することができた。本発明は、これらの知見に基づき完成した。 In order to solve the above problems, the present inventors used inbred mice expressing EGFP as donors, and administered crude protein extracted from the donor's tissue subcutaneously several times to newborn wild-type recipients to induce immune tolerance. An artificial transplant material was then transplanted into the donor. As a result, the donor's tissues and cells adhered to the transplanted artificial transplant material. When a transplant material containing the transplant material produced in the donor's body was transplanted into an immune-tolerant recipient, an immune response to the donor-derived cells/tissues could be avoided. Furthermore, by fluorescent observation, the engraftment of the donor-derived cells and tissues together with the transplant material in the recipient after transplantation could be easily observed. The present invention was completed based on these findings.
すなわち、本発明は、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して、前記ドナーに対して免疫寛容なレシピエントを得る工程と、
前記標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植素材を含む移植材料を前記免疫寛容レシピエントに移植する工程と
を有し、
前記ドナーおよび前記レシピエントは、近交系動物である、自家移植に近似した移植材料の評価方法を提供する。
That is, the present invention relates to a method for producing a recipient having immune tolerance to said donor, comprising administering a crude extract of a donor expressing a labeled marker to a newborn of the recipient;
and transplanting the transplant material, which comprises an artificial transplant material coated, adhered, infiltrated or encapsulated with tissue or cells of the labeled marker-expressing donor, into the immunotolerant recipient;
The donor and recipient are inbred animals, providing a method for evaluating transplant materials that approximates autologous transplants.
本発明はまた、上記評価方法において、移植素材が、管状構造体、膜状構造体または充実性人工臓器である、移植材料の評価方法を提供する。 The present invention also provides a method for evaluating a transplant material, in which the transplant material is a tubular structure, a membrane structure, or a solid artificial organ.
本発明はまた、上記作製方法において、ドナーの生体内に移植素材を移植して2~30日間留置した後に回収したものである、移植材料の評価方法を提供する。 The present invention also provides a method for evaluating a transplant material, which is prepared by the above-mentioned production method, and is then transplanted into the body of a donor, allowed to remain there for 2 to 30 days, and then recovered.
本発明はまた、上記作製方法において、ドナーの細胞または組織から抽出した粗製タンパク質溶液である、移植材料の評価方法を提供する。 The present invention also provides a method for evaluating a transplant material, which is a crude protein solution extracted from donor cells or tissues, using the above-mentioned production method.
本発明はまた、標識マーカーが、蛍光タンパク質である、移植材料の評価方法を提供する。 The present invention also provides a method for evaluating transplant materials, in which the labeling marker is a fluorescent protein.
本発明はまた、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して、前記ドナーに対して免疫寛容なレシピエントを得る工程と、
前記標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着または浸潤した人工の移植素材を含む移植材料を前記免疫寛容レシピエントに移植する工程と、を有するマウスの作製方法によって作製された、移植モデル動物を提供する。
The present invention also provides a method for the preparation of a recombinant human ovarian tumor comprising administering to a newborn recipient a crude extract of a donor expressing a target marker, thereby obtaining a recipient that is immunotolerant to said donor;
and a step of transplanting a transplant material comprising an artificial transplant material coated, adhered or infiltrated with tissue or cells of the labeled marker-expressing donor into the immunotolerant recipient.
本発明はまた、マウスである、上記移植モデル動物を提供する。 The present invention also provides the above-mentioned transplant model animal being a mouse.
本発明を用いれば、自家移植の代替として、信頼性および再現性の高い移植実験系を実現することが可能な移植材料の評価方法を提供することができる。 The present invention can provide a method for evaluating transplantation materials that can realize a highly reliable and reproducible transplantation experimental system as an alternative to autotransplantation.
本発明は、移植材料の評価方法および、移植材料の評価方法に使用するための自家移植に近似した移植モデル動物を提供することで、移植材料の設計や、その性能や品質の検証を可能とする。 The present invention provides a method for evaluating transplant materials and an animal transplant model similar to an autologous transplant for use in the method for evaluating transplant materials, thereby enabling the design of transplant materials and the verification of their performance and quality.
(移植材料の評価方法)
移植材料の評価方法において使用される本発明の移植モデル動物は、移植材料が移植され、かつ移植時に免疫寛容が誘導されている移植モデル動物である。本発明の移植モデル動物は、移植材料を移植した場合の生体の反応および経過等を観察するための実験系に好適に用いることができる。
(Method of evaluating transplantation materials)
The transplant model animal of the present invention used in the method for evaluating a transplant material is a transplant model animal into which a transplant material has been transplanted and in which immune tolerance has been induced at the time of transplantation. The transplant model animal of the present invention can be suitably used in an experimental system for observing the reaction and progress of the living body when a transplant material is transplanted.
本発明の移植材料の評価方法に用いられる動物は、特に限定されないが、非ヒト動物であることができ、たとえばマウス、ラットおよびモルモット等の齧歯類、サルおよびマーモセット等の霊長類、ウサギ、フェレット、イヌ、ネコ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウシおよびウマ等の哺乳類、鳥類、線虫等の線形動物、プラナリアなどの扁形動物、ショウジョウバエ等の昆虫類、ゼブラフィッシュ等の魚類、ならびにイモリやカエル等の両生類、トカゲなどの爬虫類であることができる。動物は、好ましくはマウス、ラットおよびモルモット等の齧歯類であり、より好ましくはマウスである。 The animals used in the method for evaluating transplant materials of the present invention are not particularly limited, but may be non-human animals, such as rodents such as mice, rats, and guinea pigs, primates such as monkeys and marmosets, mammals such as rabbits, ferrets, dogs, cats, pigs, sheep, goats, cows, and horses, birds, nematodes, flatworms such as planaria, insects such as fruit flies, fish such as zebrafish, amphibians such as newts and frogs, and reptiles such as lizards. The animals are preferably rodents such as mice, rats, and guinea pigs, and more preferably mice.
本発明に用いられる動物は、近交系動物であることができる。本明細書において、「近交系動物」とは、世代間および個体間において遺伝的な性質(遺伝形質)にほとんどあるいは全く差異がなく、遺伝的に均一な動植物の個体群をさす。近交系動物は、遺伝子型を固定するために、近親交配(全兄弟交配)を約20世代以上繰り返し、形質の異なる個体を排除することによって作り出すことができる。近交系動物は、一卵性双生児レベルの遺伝形質の相同性が個体間で担保されている。近交系動物としては、特に限定されないが、たとえばラットではWister系、マウスではDBA/2系、C57BL/6系およびBALB/c系等を用いることができる。近交系の動物を使用する場合、同じ系統の動物は同一個体として扱うことができる。 The animals used in the present invention may be inbred animals. In this specification, "inbred animals" refers to a genetically homogeneous population of animals and plants with little or no difference in genetic properties (genetic traits) between generations and between individuals. Inbred animals can be created by repeating inbreeding (full-sibling mating) for about 20 generations or more to fix the genotype, and eliminating individuals with different traits. Inbred animals ensure homology of genetic traits between individuals at the level of identical twins. Inbred animals are not particularly limited, but examples of inbred animals that can be used include the Wistar strain for rats and the DBA/2, C57BL/6, and BALB/c strains for mice. When inbred animals are used, animals of the same lineage can be treated as the same individual.
本発明の移植材料の評価方法は、標識マーカー発現ドナー(以下、単にドナーともいう)の粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して免疫寛容レシピエントを得る工程(免疫寛容工程)と、標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植素材を含む移植材料を免疫寛容レシピエントに移植する工程(移植工程)とを有する。本明細書において、組織または細胞が「被覆する」とは、当該技術分野において通常の意味を有し、組織または細胞が移植素材の一部または全部を覆うことを含む。また、本明細書において、組織または細胞が「接着する」とは、当該技術分野において通常の意味を有し、たとえば組織または細胞が移植素材の一部または全部に付着すること、たとえば組織または細胞にくっついて離れないことを含む。本明細書において、組織または細胞が「浸潤する」とは、当該技術分野において通常の意味を有し、たとえば組織または細胞が移植素材の一部または全部の内部に入り込んで広がること、たとえば内部に接着することを含む。本明細書において、組織または細胞が「包含する」とは、当該技術分野において通常の意味を有し、たとえば移植素材の全部を覆うことを含む。 The method for evaluating transplantation materials of the present invention includes a step of administering a crude extract of a labeled marker-expressing donor (hereinafter also simply referred to as a donor) to a newborn recipient to obtain an immunotolerant recipient (immunotolerance step), and a step of transplanting a transplantation material containing an artificial transplantation material coated, adhered, infiltrated or contained with tissues or cells of the labeled marker-expressing donor into the immunotolerant recipient (transplantation step). In this specification, the term "covering" by tissues or cells has the usual meaning in the art, and includes tissues or cells covering a part or all of the transplantation material. In addition, in this specification, the term "adhesion" by tissues or cells has the usual meaning in the art, and includes, for example, tissues or cells attaching to a part or all of the transplantation material, for example, sticking to the tissues or cells and not releasing them. In this specification, the term "infiltrating" by tissues or cells has the usual meaning in the art, and includes, for example, tissues or cells penetrating and spreading into a part or all of the transplantation material, for example, adhering to the inside. As used herein, "containing" a tissue or cell has its usual meaning in the art, including, for example, covering the entire implant material.
(ドナーとレシピエント)
本明細書において、「ドナー」は、移植材料に含まれる組織または細胞を提供する動物である。また、本明細書において、「レシピエント」は、移植材料の移植を受ける動物である。
(Donor and Recipient)
As used herein, a "donor" is an animal that provides tissue or cells contained in the transplant material, and a "recipient" is an animal that receives the transplantation of the transplant material.
(レシピエントの免疫寛容工程)
免疫寛容工程では、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与することにより、レシピエントにおいて、ドナー組織に対する免疫寛容を誘導し、免疫寛容レシピエントを得る。本明細書において、「免疫寛容」とは、特定の抗原に対する免疫学的な拒絶反応(免疫応答)が抑制された状態をいう。
(Recipient immune tolerance process)
In the immune tolerance step, a crude extract from a donor expressing a labeled marker is administered to a newborn of a recipient to induce immune tolerance to the donor tissue in the recipient, thereby obtaining an immune-tolerant recipient. As used herein, "immune tolerance" refers to a state in which an immunological rejection reaction (immune response) against a specific antigen is suppressed.
ドナーの粗抽出物は、特に限定されないが、ドナーから採取した組織または細胞等に由来する粉砕物の粗抽出物溶液であることができ、たとえば組織または細胞から抽出した粗製タンパク質溶液であることができる。ドナーから採取する組織または細胞は、移植する予定の組織または細胞を含んでもよい。粗製抽出物は、たとえばドナーから採取した組織または細胞をホモジナイザーで破砕した後、遠心分離またはろ過等を行い、可溶性タンパク質を含む上清を採取することにより、粗製抽出物溶液として調製することができる。粗製タンパク質溶液は、さらに濃縮等したものであってもよい。また、調整後、凍結保存がされたあと、さらに解凍したものを用いても良い。 The crude extract of the donor is not particularly limited, but can be a crude extract solution of pulverized material derived from tissue or cells collected from the donor, for example, a crude protein solution extracted from tissue or cells. The tissue or cells collected from the donor may include tissue or cells to be transplanted. The crude extract can be prepared as a crude extract solution, for example, by disrupting tissue or cells collected from the donor with a homogenizer, centrifuging or filtering, etc., and collecting a supernatant containing soluble proteins. The crude protein solution may be further concentrated, etc. Also, after preparation, it may be frozen and stored, and then thawed.
投与する粗抽出物は、特に限定されないが、レシピエント新生仔の体重の1/30~1/15のタンパク質量を含むものであることができる。 The amount of protein in the crude extract to be administered is not particularly limited, but may be 1/30 to 1/15 of the body weight of the recipient newborn.
ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与する工程は、移植工程に先立って行われる。ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与する方法には、皮下投与、局所投与、経皮投与、皮内投与、経粘膜投与、経口投与、鼻腔内投与、気管内投与、舌下投与、経鼻投与、頬側投与、直腸投与、膣内投与、静脈内投与、動脈内投与、筋肉内投与、心臓内投与、骨内投与、腹腔内投与、眼窩内投与、硝子体内投与、結膜下投与、脈絡膜上投与、網膜下投与、関節内投与、関節周囲投与、皮膚上投与および吸入投与などを用いることができ、好ましくは皮下投与または腹腔内投与である。 The step of administering the donor crude extract to the recipient neonate is carried out prior to the transplantation step. The method of administering the donor crude extract to the recipient neonate may be subcutaneous administration, topical administration, transdermal administration, intradermal administration, transmucosal administration, oral administration, intranasal administration, intratracheal administration, sublingual administration, nasal administration, buccal administration, rectal administration, intravaginal administration, intravenous administration, intraarterial administration, intramuscular administration, intracardiac administration, intraosseous administration, intraperitoneal administration, intraorbital administration, intravitreal administration, subconjunctival administration, suprachoroidal administration, subretinal administration, intraarticular administration, periarticular administration, epicutaneous administration, inhalation administration, or the like, with subcutaneous administration or intraperitoneal administration being preferred.
ドナーの粗抽出物は、レシピエントの新生仔に、単回~数回にわたって投与することができる。たとえば、ドナーの粗抽出物は、レシピエントの新生仔に対し、1~2日おきに計3~5回、投与してもよい。レシピエントの新生仔に対する最初の投与は、生後3日以内、好ましくは生後24時間以内であることができる。また、レシピエントの新生仔に対する全ての投与は、生後10日以内、好ましくは生後7日以内に行われることができる。また、ドナーの粗抽出物は、レシピエントに対して免疫寛容を生じさせることができる量が、レシピエントに投与される。たとえば、レシピエント新生仔の体重の1/20のタンパク質量を含む粗抽出物であれば、生後24時間以内に、新生児体重の約5%の重量のドナーの粗抽出物を初回投与し、生後7日間において2日毎に計4回、新生児体重の約5%の重量のドナー由来の粗抽出物を腹部などに皮下投与することにより、ドナーに対して免疫寛容なレシピエントを得ることができる。 The donor crude extract can be administered to the recipient newborn once or several times. For example, the donor crude extract may be administered to the recipient newborn every 1-2 days for a total of 3-5 times. The first administration to the recipient newborn can be within 3 days after birth, preferably within 24 hours after birth. All administrations to the recipient newborn can be within 10 days after birth, preferably within 7 days after birth. The donor crude extract is administered to the recipient in an amount that can induce immune tolerance in the recipient. For example, if the crude extract contains 1/20 of the protein content of the recipient newborn's body weight, the donor crude extract is initially administered within 24 hours after birth in an amount of about 5% of the newborn's body weight, and then the donor-derived crude extract is subcutaneously administered to the abdomen or other area in an amount of about 5% of the newborn's body weight every 2 days for a total of 4 times over the first 7 days after birth, thereby obtaining a recipient that is immune tolerant to the donor.
(移植工程)
移植工程では、ドナーの組織または細胞を被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植材料を含む移植材料をレシピエントに移植する。
(Transplantation process)
In the transplantation process, the transplant material, which includes an artificial transplant material that is coated, attached, infiltrated or encapsulated with donor tissue or cells, is implanted into a recipient.
標識マーカー発現ドナーの組織または細胞を含む移植素材を含む移植材料は、移植素材と共にドナーの組織または細胞に由来する材料を含む。たとえば、移植材料は、ドナーの組織または細胞を包含する移植素材であることができる。移植材料において、ドナーの組織または細胞は、移植素材を被覆してもよく、あるいは移植素材に接着、浸潤または包含していてもよい。 Transplant materials, including transplant materials containing donor tissue or cells expressing a labeled marker, include materials derived from the donor tissue or cells along with the transplant material. For example, the transplant material can be a transplant material that includes the donor tissue or cells. In the transplant material, the donor tissue or cells may cover the transplant material or may adhere to, infiltrate, or be included in the transplant material.
移植素材は、特に限定されず、生体吸収性を示す素材および生体適合性のある素材などであることができる。移植素材に用いることができる材料には、たとえばPLLA:ポリ-L-乳酸、PEG:ポリエチレングリコール、PGA:ポリグリコール酸、PGAとPLAの共重合体、ポリハイドロキシ酪酸、ポリカプトラクトン、ポリエチレンサクシネート、ポリジオキサノン、ポリブチレンサクシネート等でも良い。また、酸化セルロースなどの可溶性セルロースに基づく材料、タンパク質、ペプチド、ポリアミノ酸、多糖類、ポリエステル、ポリアミド、これらの誘導体、架橋体および共重合体、金属マグネシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、ヒアルロン酸およびハイドロキシアパタイト、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリオレフィン、シリコーン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリイミド、これらの誘導体、架橋体および共重合体、ならびにチタン、シリカおよびジルコニア等が含まれる。タンパク質やペプチド、およびポリアミノ酸には、たとえばコラーゲン、ゼラチン、α-ポリリジン、ε-ポリリジン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、フィブリンおよびフィブロイン等が含まれる。多糖類には、たとえばキチンおよびキトサン等が挙げられる。ポリエステルには、たとえばポリ乳酸、ポリカプロラクタム、ポリジオキサノン、ポリグリコール酸およびポリヒドロキシ酪酸等が含まれる。移植素材の材料は、上述した材料の1つまたは2つ以上であってもよく、また2つ以上の材料の複合体であってもよい。 The graft material is not particularly limited and may be a bioabsorbable material or a biocompatible material. Materials that can be used for the graft material include, for example, PLLA: poly-L-lactic acid, PEG: polyethylene glycol, PGA: polyglycolic acid, copolymers of PGA and PLA, polyhydroxybutyric acid, polycaprolactone, polyethylene succinate, polydioxanone, polybutylene succinate, etc. Also included are materials based on soluble cellulose such as oxidized cellulose, proteins, peptides, polyamino acids, polysaccharides, polyesters, polyamides, derivatives, crosslinked bodies and copolymers thereof, magnesium metal, calcium carbonate, calcium phosphate, hyaluronic acid and hydroxyapatite, acrylic resins, fluororesins, polyolefins, silicones, polystyrene, polyesters, polyurethanes, polycarbonates, polyimides, derivatives, crosslinked bodies and copolymers thereof, as well as titanium, silica and zirconia. Examples of proteins, peptides, and polyamino acids include collagen, gelatin, α-polylysine, ε-polylysine, polyglutamic acid, polyaspartic acid, fibrin, and fibroin. Examples of polysaccharides include chitin and chitosan. Examples of polyesters include polylactic acid, polycaprolactam, polydioxanone, polyglycolic acid, and polyhydroxybutyric acid. The material of the graft material may be one or more of the above-mentioned materials, or may be a composite of two or more of these materials.
また、移植素材は、被覆素材により被覆されてもよい。被覆素材には、たとえばフィブリンに基づく材料、コラーゲンに基づく材料、ヒアルロン酸に基づく材料、糖タンパク質に基づく材料、および酸化セルロースなどの可溶性セルロースに基づく材料などが含まれる。 The implant material may also be coated with a coating material, including, for example, fibrin-based materials, collagen-based materials, hyaluronic acid-based materials, glycoprotein-based materials, and soluble cellulose-based materials, such as oxidized cellulose.
移植素材は、特に限定されないが、たとえば管状構造体、膜状構造体、その他の任意の形状の構造体、および人工臓器等であることができる。管状構造体は、たとえば血管、呼吸器系器官、消化器系器官および尿路系器官等の再生医療用の移植材料として用いることができる。膜状構造物は、たとえば硬膜、腹膜、筋膜、骨膜および滑膜等の再生医療用の移植材料として用いることができる。 The transplant material is not particularly limited, but can be, for example, a tubular structure, a membranous structure, any other structure of any shape, and an artificial organ. Tubular structures can be used as transplant materials for regenerative medicine, such as blood vessels, respiratory system organs, digestive system organs, and urinary system organs. Membranous structures can be used as transplant materials for regenerative medicine, such as dura mater, peritoneum, fascia, periosteum, and synovium.
ドナーの組織または細胞が被覆、接着または浸潤した人工の移植素材は、任意の態様で提供することができる。たとえば、移植素材にドナーの細胞を播種して培養したものを移植材料とすることができる。 Artificial transplant materials coated, attached, or infiltrated with donor tissue or cells can be provided in any manner. For example, donor cells can be seeded on the transplant material and cultured to provide the transplant material.
また、移植材料は、ドナーの生体内に事前に移植素材を移植し、2~30日間留置した後に回収したものであることができる。移植材料は、ドナーへの移植および回収を複数回行ったものであってもよい。移植素材をドナーに移植して一定期間留置することにより、ドナーの組織または細胞を移植素材に充分に接着、あるいは浸潤させることができる。 The transplant material may be one that has been transplanted into the body of a donor in advance, left in place for 2 to 30 days, and then retrieved. The transplant material may be one that has been transplanted into the donor and retrieved multiple times. By transplanting the transplant material into the donor and leaving it in place for a certain period of time, the donor's tissue or cells can be sufficiently attached to or infiltrated into the transplant material.
ドナーの組織または細胞が被覆、接着または浸潤した人工の移植材料は、移植素材の全体にわたってドナーの組織または細胞によって被覆、接着または浸潤されていてもよく、あるいは移植材料の一部がドナーの組織または細胞によって被覆、接着または浸潤されていてもよい。 An artificial graft material coated, adhered, or infiltrated with donor tissue or cells may be coated, adhered, or infiltrated with donor tissue or cells throughout the entire graft material, or only a portion of the graft material may be coated, adhered, or infiltrated with donor tissue or cells.
移植材料に含まれる標識マーカー発現ドナーの組織または細胞は、ドナーの組織または細胞そのものまたはこれを加工したものであってもよい。ドナーから採取した組織または細胞は、移植材料とするために、必要に応じて分離、培養、分化、選択、増殖および凍結保存し、後に解凍することができる。また、継代培養によりcell line化(細胞株化)した組織または細胞であってもよい。 The donor tissue or cells expressing the labeled marker contained in the transplant material may be the donor tissue or cells themselves or processed versions of these. The tissue or cells collected from the donor can be separated, cultured, differentiated, selected, expanded, and frozen and stored as necessary, and then thawed, in order to be used as a transplant material. The tissue or cells may also be tissue or cells that have been subcultured to create a cell line.
移植材料には、細胞および各種の生理活性物質(Cytokineや細胞成長因子)などを、共培養、噴霧、塗布および浸潤等によって添加してもよい。生理活性物質には、たとえば血管内皮細胞増殖因子、血小板由来増殖因子、表皮増殖因子、線維芽増殖因子、肝細胞増殖因子、インスリン様成長因子、脳由来神経栄養因子、増殖分化因子、赤血球生成促進因子(EPO)、形質転換増殖因子および骨形成タンパク質などが含まれる。 Cells and various physiologically active substances (cytokines and cell growth factors) may be added to the transplant material by co-cultivation, spraying, coating, infiltration, etc. Physiologically active substances include, for example, vascular endothelial growth factor, platelet-derived growth factor, epidermal growth factor, fibroblast growth factor, hepatocyte growth factor, insulin-like growth factor, brain-derived neurotrophic factor, growth differentiation factor, erythropoietin (EPO), transforming growth factor, and bone morphogenetic protein.
移植材料は、特に限定されないが、たとえば血管、呼吸器系器官、消化器系器官、尿路系器官、硬膜、腹膜、筋膜、滑膜、骨膜および漿膜等として使用することができる。 The transplant material can be, but is not limited to, blood vessels, respiratory system organs, digestive system organs, urinary system organs, dura mater, peritoneum, fascia, synovium, periosteum, serous membrane, etc.
移植材料は、特に限定されないが、たとえばレシピエントの脳・肝臓・腎臓・心臓などの内部臓器、皮下および血管等に移植することができる。レシピエントに移植材料を移植する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。 The transplant material is not particularly limited, but can be transplanted into the recipient's internal organs, such as the brain, liver, kidney, or heart, or subcutaneously and into blood vessels. The method for transplanting the transplant material into the recipient is not particularly limited, and any conventionally known method can be used.
移植材料に含まれるドナーの組織または細胞は、特に限定されないが、ドナーの成体から採取することができる。ドナーが近交系の場合、レシピエントの新生仔に投与するための粗抽出物を調整した個体自体をドナーとするだけでなく、同系統の別の個体をドナーとして使用し、同系統の別の個体に由来する移植材料をレシピエントに移植することができる。 The donor tissue or cells contained in the transplant material can be taken from an adult donor, but are not particularly limited thereto. When the donor is an inbred strain, not only can the donor be the individual from which the crude extract for administration to the recipient's newborn is prepared, but also another individual of the same strain can be used as the donor, and the transplant material derived from that individual can be transplanted into the recipient.
ドナーの組織または細胞は、たとえば、繊維芽細胞、軟骨芽細胞、骨芽細胞、血管芽細胞、筋芽細胞、上皮細胞、平滑筋細胞、内皮細胞、血管内皮細胞、線維細胞、肝細胞、軟骨細胞、上皮細胞、尿路上皮細胞、平滑筋細胞、ケラチン生成細胞、β細胞、小腸上皮細胞、表皮角化細胞、骨髄間充織細胞、心筋細胞、椎間板細胞、胃腸粘膜上皮細胞、尿管上皮細胞、骨格関節滑膜細胞、骨膜細胞、軟骨膜細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、心膜細胞、硬膜細胞、髄膜細胞、周皮細胞、グリア細胞、神経細胞、羊膜細胞、胎盤膜細胞、漿膜細胞、上衣細胞、脳室周囲域細胞、口腔粘膜上皮細胞、神経細胞および樹状細胞、これらの遺伝子組み換え細胞、ゲノム編集などの遺伝子操作技術またはmRNA(メッセンジャーRNA)などによる形質転換技術により作製された細胞、並びにこれらを培養および/または分化させた細胞からなる群より選択されてもよい。 The donor tissue or cells may be selected from the group consisting of, for example, fibroblasts, chondroblasts, osteoblasts, hemangioblasts, myoblasts, epithelial cells, smooth muscle cells, endothelial cells, vascular endothelial cells, fibrocytes, hepatocytes, chondrocytes, epithelial cells, urothelial cells, smooth muscle cells, keratinocytes, β cells, small intestinal epithelial cells, epidermal keratinocytes, bone marrow mesenchymal cells, cardiac muscle cells, intervertebral disc cells, gastrointestinal mucosal epithelial cells, ureteral epithelial cells, skeletal joint synovial cells, periosteal cells, perichondrium cells, skeletal muscle cells, smooth muscle cells, cardiac muscle cells, pericardial cells, dura cells, meningeal cells, pericytes, glial cells, nerve cells, amniotic cells, placental membrane cells, serous cells, ependymal cells, periventricular zone cells, oral mucosal epithelial cells, nerve cells and dendritic cells, genetically modified cells thereof, cells produced by gene manipulation techniques such as genome editing or transformation techniques using mRNA (messenger RNA) and the like, and cells cultured and/or differentiated from these.
また、ドナーの組織または細胞は、たとえば、体性組織幹細胞、体性組織前駆細胞、生殖幹細胞、臍帯血幹細胞とその分化細胞、脂肪幹細胞、神経幹細胞、神経前駆細胞、歯髄幹細胞、間葉系幹細胞、血液幹細胞、造血幹細胞、口腔粘膜幹細胞、歯根膜幹細胞、肝幹細胞、骨髄間葉系幹細胞、未分化幹細胞、未分化前駆細胞、前分化幹細胞、前分化前駆細胞、ケラチン生成細胞前駆細胞、臓器特異的幹細胞、臓器特異的幹細胞の前駆細胞、これらの遺伝子組み換え細胞、並びにゲノム編集された細胞からなる群より選択されてもよい。なお、体性組織幹細胞には、ヒト体性幹細胞として、平成24年9月7日付け薬食発0907第3号厚生労働省医薬食品局長通知「ヒト同種体性幹細胞加工医薬品等の品質及び安全性の確保について」に定義されるものを含む。「ヒト体性幹細胞」とは、ヒトから採取された細胞または当該細胞の分裂により生ずる細胞であって、多分化能を有し、かつ自己複製能力を維持しているものまたはそれに類することが推定されるものおよびこれらに由来する細胞のうち、以下のものを指す:組織幹細胞(たとえば、造血幹細胞、神経幹細胞、間葉系幹細胞(骨髄間質幹細胞および脂肪組織由来幹細胞を含む。)、角膜上皮幹細胞、皮膚幹細胞、毛胞幹細胞、腸管幹細胞、肝幹細胞および骨格筋幹細胞)およびこれを豊富に含む細胞集団(たとえば、造血系幹細胞を含む全骨髄細胞)。ヒト体性幹細胞は、血管前駆細胞、臍帯血および骨髄間質細胞を含む。また、ヒト体性幹細胞は、体外でこれらの細胞を培養、及び/または分化して得られた細胞を含む。 In addition, the donor's tissue or cells may be selected from the group consisting of somatic tissue stem cells, somatic tissue progenitor cells, germline stem cells, umbilical cord blood stem cells and their differentiated cells, adipose stem cells, neural stem cells, neural progenitor cells, dental pulp stem cells, mesenchymal stem cells, blood stem cells, hematopoietic stem cells, oral mucosa stem cells, periodontal ligament stem cells, hepatic stem cells, bone marrow mesenchymal stem cells, undifferentiated stem cells, undifferentiated progenitor cells, predifferentiated stem cells, predifferentiated progenitor cells, keratinocyte progenitor cells, organ-specific stem cells, organ-specific stem cell precursors, genetically modified cells thereof, and genome-edited cells. Note that somatic tissue stem cells include human somatic stem cells as defined in the Notification of the Director-General of the Pharmaceutical and Food Safety Bureau of the Ministry of Health, Labour and Welfare dated September 7, 2012, No. 0907-3, "Ensuring the quality and safety of pharmaceuticals and other products processed from human allogeneic somatic stem cells." "Human somatic stem cells" refers to cells taken from a human or cells resulting from the division of such cells that are presumed to have pluripotency and maintain the ability to self-replicate, or similar, and cells derived from these, including the following: tissue stem cells (e.g., hematopoietic stem cells, neural stem cells, mesenchymal stem cells (including bone marrow stromal stem cells and adipose tissue-derived stem cells), corneal epithelial stem cells, skin stem cells, hair follicle stem cells, intestinal stem cells, hepatic stem cells, and skeletal muscle stem cells) and cell populations that are enriched in these (e.g., whole bone marrow cells including hematopoietic stem cells). Human somatic stem cells include vascular progenitor cells, umbilical cord blood, and bone marrow stromal cells. Human somatic stem cells also include cells obtained by culturing and/or differentiating these cells in vitro.
また、ドナーの組織または細胞は、遺伝子組み替えおよびゲノム編集などの遺伝子操作技術ならびにmRNA(メッセンジャーRNA)などによる形質転換技術によって作製されたiPS細胞などの「人工多能性幹細胞」および「人工多能性幹細胞類似細胞」、ならびにこれらを培養および/または分化させた細胞であってもよい。 In addition, the donor's tissues or cells may be "induced pluripotent stem cells" and "induced pluripotent stem cell-like cells" such as iPS cells produced by genetic engineering techniques such as gene recombination and genome editing, and transformation techniques using mRNA (messenger RNA), etc., as well as cells that have been cultured and/or differentiated from these.
ドナーの組織または細胞は、たとえば皮下脂肪から採取した脂肪幹細胞、脳から採取した神経幹細胞および骨髄由来幹細胞、歯牙から採取した歯髄幹細胞や口腔粘膜下組織から採取した間葉系幹細胞、胸腺や骨髄やリンパ節などに含まれる免疫担当細胞などであることができる。 The donor's tissue or cells can be, for example, adipose stem cells collected from subcutaneous fat, neural stem cells and bone marrow-derived stem cells collected from the brain, dental pulp stem cells collected from teeth, mesenchymal stem cells collected from oral submucosal tissue, and immune cells contained in the thymus, bone marrow, lymph nodes, etc.
(標識マーカー発現ドナーを用いた移植材料の評価方法)
本発明の標識マーカー発現ドナーを用いた移植材料の評価方法は、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して免疫寛容レシピエントを得る工程と、標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着または浸潤した人工の移植素材を含む移植材料を免疫寛容レシピエントに移植する工程とを有する。
(Method of evaluating transplantation materials using labeled marker-expressing donors)
The method for evaluating a transplant material using a donor expressing a labeled marker of the present invention comprises the steps of administering a crude extract of the donor expressing a labeled marker to a newborn recipient to obtain an immunotolerant recipient, and transplanting a transplant material containing an artificial transplant material coated, adhered or infiltrated with tissues or cells of the donor expressing the labeled marker into the immunotolerant recipient.
本明細書において、「標識マーカー」は、それを発現している細胞と、発現していない細胞とを、識別して観察することを可能にするものをいう。標識マーカーは、レシピエントに移植後のドナー由来の細胞を識別可能なマーカーであればよい。標識マーカーは、たとえば蛍光タンパク質等であることができる。蛍光タンパク質には、たとえばオワンクラゲ(Aequorea victoria)由来の緑色蛍光タンパク質(GFP);EGFPなどのGFPの改変体;異なる色の蛍光を発するGFPの突然変異体(たとえば青色蛍光タンパク質(BFP)、黄色蛍光タンパク質(YFP)およびシアン蛍光タンパク質(CFP));dsRed蛍光タンパク質(dsRed2FP);サンゴイソギンチャク(Entacmaea quadricolor)から単離された赤色蛍光タンパク質(eqFP611);アネモニア・マジャノ(Anemonia majano)から単離されたシアン蛍光タンパク質(amFP486またはAmCyan1);アザミサンゴ科(Galaxeidae)から単離された蛍光タンパク質(Azami Green);スナギンチャク属(Zoanthus)から単離された蛍光タンパク質(ZSGREEN);ならびに任意の他の蛍光タンパク質などが含まれる。 As used herein, a "labeled marker" refers to a marker that allows cells expressing the marker to be distinguished from cells not expressing the marker and observed. The labeled marker may be any marker that allows cells derived from a donor to be identified after transplantation into a recipient. The labeled marker may be, for example, a fluorescent protein. Fluorescent proteins include, for example, green fluorescent protein (GFP) from Aequorea victoria; modified versions of GFP such as EGFP; mutants of GFP that emit different colors of fluorescence (e.g., blue fluorescent protein (BFP), yellow fluorescent protein (YFP) and cyan fluorescent protein (CFP)); dsRed fluorescent protein (dsRed2FP); red fluorescent protein isolated from Entacmaea quadricolor (eqFP611); cyan fluorescent protein isolated from Anemonia majano (amFP486 or AmCyan1); fluorescent protein isolated from Galaxeidae (Azami Green); fluorescent protein isolated from Zoanthus (ZSGREEN); and any other fluorescent protein.
標識マーカーがEGFPなどの蛍光タンパク質であれば、常時安定して生体内で発現させることができ、移植後のレシピエントの体内において、ドナー由来の細胞を簡単に蛍光観察することができる。また、EGFPなどの蛍光タンパク質であれば、励起光照射による蛍光であるため、観察のために組織を染色処理などする必要がなく、観察組織が生きたままで簡便に観察できる。 If the labeling marker is a fluorescent protein such as EGFP, it can be constantly and stably expressed in the body, and the donor-derived cells can be easily observed fluorescently in the recipient's body after transplantation. Furthermore, since fluorescent proteins such as EGFP fluoresce when exposed to excitation light, there is no need to stain the tissue for observation, and the tissue can be easily observed while still alive.
標識マーカー発現ドナーは、標識マーカー遺伝子が導入され、体内の一部または全ての細胞において標識マーカーが恒常的に安定発現している(あるいは、発現が可能な)動物である。標識マーカー発現ドナーは、従来公知の方法により標識マーカー遺伝子を導入することにより作製することができる。 A marker-expressing donor is an animal into which a marker gene has been introduced and into which the marker gene is constitutively and stably expressed (or capable of being expressed) in some or all of the cells in the body. A marker-expressing donor can be produced by introducing the marker gene using a conventional method.
本発明の方法において、レシピエントは、特に限定されないが、少なくともドナーに導入されている標識マーカーが導入されていない動物であることができ、たとえば遺伝子操作のされていない野生種(wild type mouse: WM)であることができる。さらに、実験精度を高めるために近交系動物であっても良い。 In the method of the present invention, the recipient is not particularly limited, but may be an animal to which at least the marker introduced into the donor has not been introduced, and may be, for example, a wild type mouse (WM) that has not been genetically manipulated. Furthermore, to increase the accuracy of the experiment, the recipient may be an inbred animal.
レシピエントは、標識マーカーが導入されていないため、通常の移植方法で移植した場合、ドナー由来細胞に含まれる標識マーカーや、その他のドナー由来抗原によって免疫学的な拒絶反応が惹起される可能性が高い。しかし、本発明の方法であれば、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をあらかじめレシピエントの新生仔に投与することにより、標識マーカーを含むドナー由来抗原に対して免疫寛容を誘導することができるため、ドナー由来の抗原に対してのみ限定して移植時の免疫反応を抑止することができる。一方で、ドナーに由来しない抗原については、正常な免疫反応の惹起が保たれる。 Because the recipient does not have a marker introduced, there is a high possibility that the marker marker contained in the donor-derived cells and other donor-derived antigens will induce an immunological rejection reaction if transplanted using a normal transplantation method. However, with the method of the present invention, a crude extract of the marker-expressing donor can be administered to the newborn recipient in advance to induce immune tolerance to donor-derived antigens including the marker marker, so that immune reactions at the time of transplantation can be suppressed only against donor-derived antigens. Meanwhile, normal immune reactions are maintained against antigens not derived from the donor.
標識マーカー発現ドナーを用いることにより、移植後に、レシピエントにおいて、ドナー由来の細胞および組織を容易に観察することができる。また、移植後にレシピエントにおいて生じた細胞および組織等が、レシピエント由来かドナー由来かを容易に識別することができる。そのため、たとえば移植後のレシピエントにおいて腫瘍等が生じた場合に、それがドナー由来の細胞から生じたものか、レシピエント由来かを容易に見分けることができる。 By using a donor expressing a labeled marker, donor-derived cells and tissues can be easily observed in the recipient after transplantation. In addition, it is easy to distinguish whether cells and tissues, etc. that arise in the recipient after transplantation are recipient-derived or donor-derived. Therefore, for example, if a tumor or the like develops in the recipient after transplantation, it can be easily distinguished whether it arose from donor-derived cells or from the recipient.
(移植モデル動物)
本発明はまた、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して、ドナーに対して免疫寛容なレシピエントを得る工程と、
標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植素材を含む移植材料を免疫寛容レシピエントに移植する工程と、
を有するマウスの作製方法によって作製された、自家移植に近似した移植モデル動物を提供する。
(Animals with transplantation models)
The present invention also provides a method for the preparation of a recombinant human ovarian tumor graft comprising administering a crude extract of a donor expressing a target marker to a newborn recipient to obtain a recipient that is immunotolerant to the donor;
Transplanting the graft material, which comprises an artificial graft material coated, adhered, infiltrated or encapsulated with tissue or cells of a donor expressing a target marker, into an immunotolerant recipient;
The present invention provides a transplantation model animal similar to an autotransplantation, which is produced by the method for producing a mouse having the above-mentioned gene.
本発明の移植モデル動物は、上記した標識マーカー発現ドナーを用いた移植材料の評価方法において説明した免疫寛容工程および移植工程を含む方法によって作製することができる。すなわち、本発明の移植モデル動物は、標識マーカー発現ドナーの粗抽出物をレシピエントの新生仔に投与して免疫寛容レシピエントを得ること、次いで標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植素材を含む移植材料を免疫寛容レシピエントに移植することによって作製される。免疫寛容工程および移植工程の詳細については、上記の移植材料の評価方法において説明したとおりである。 The transplantation model animal of the present invention can be produced by a method including an immune tolerance step and a transplantation step described in the above-mentioned method for evaluating transplantation materials using a donor expressing a labeled marker. That is, the transplantation model animal of the present invention is produced by administering a crude extract of a donor expressing a labeled marker to a newborn recipient to obtain an immune tolerant recipient, and then transplanting a transplantation material containing an artificial transplantation material coated, adhered, infiltrated or contained with tissues or cells of the donor expressing a labeled marker into the immune tolerant recipient. Details of the immune tolerance step and the transplantation step are as described in the above-mentioned method for evaluating transplantation materials.
上記のとおり作製した移植モデル動物は、移植された移植材料が標識マーカーで標識されている。したがって、本発明の移植モデル動物は、レシピエントである移植モデル動物がどのような挙動を示すかだけでなく、移植された移植材料がレシピエントの移植モデル動物の体内においてどのような挙動を示すかを容易に確認することができる。 In the transplant model animal prepared as described above, the transplanted transplant material is labeled with a labeling marker. Therefore, the transplant model animal of the present invention makes it easy to confirm not only how the recipient transplant model animal behaves, but also how the transplanted transplant material behaves inside the body of the recipient transplant model animal.
本発明の移植モデル動物は、あらかじめレシピエントにおいてドナーに対する免疫寛容を誘導した後に移植材料を移植するため、レシピエントである移植モデル動物は、移植材料に対する免疫反応が抑制されている。したがって、たとえば、移植材料を移植した場合の生体の反応および経過等を観察するための実験システムに利用することができる。その一方で、ドナー由来ではないあらゆる抗原に対する免疫反応は保たれており、
1.経過中の感染による実験の中断の危険性や、
2.発がんリスクの増加の危険性などについても、
これまでに無い臨床移植に近い実験結果を期待することができる。
In the transplantation model animal of the present invention, the recipient is first induced to have immune tolerance to the donor before transplanting the transplant material, and therefore the recipient transplantation model animal has a suppressed immune response to the transplant material. Therefore, for example, the transplantation model animal can be used as an experimental system for observing the reaction and progress of the living body when transplanted with a transplant material. On the other hand, the immune response to all antigens not derived from the donor is maintained,
1. The risk of interrupting the experiment due to ongoing infection,
2. Regarding the risk of increased cancer risk,
We can expect experimental results that are closer to clinical transplantation than ever before.
本発明は、近交系動物を用いることにより、いわゆる「近似自家移植動物実験モデル」を提供することができる。本発明は、近交系動物を用いることにより、免疫機能が正常な動物に対しても容易に免疫寛容を誘導することができ、特定の個体に対する免疫反応を回避することができる動物モデルを確立することができる。そのため、本発明を用いれば、従来の免疫不全動物実験系を用いる必要もなく、免疫機能が正常な動物を用いて、臨床に近い状態で移植実験を行うことができる。また、本発明を用いれば、自家移植が本来困難であったマウス等の小動物を用い、移植材料を自家移植した場合の生体の反応および経過等を観察するための実験系に利用できる。従って、中型・大型動物でしか実施できなかった自家移植実験の代替とすることが可能で、動物愛護の趨勢にも沿いながら、再生医療三法に基づく厚生労働省の再生医療等製品の開発に関わる勧告にも従うことができる。
The present invention can provide a so-called "approximate autotransplant animal experimental model" by using inbred animals. The present invention can easily induce immune tolerance in animals with normal immune functions by using inbred animals, and can establish an animal model that can avoid immune reactions to specific individuals. Therefore, by using the present invention, it is not necessary to use a conventional immunodeficient animal experimental system, and transplant experiments can be performed under conditions close to clinical conditions using animals with normal immune functions. In addition, by using the present invention, it can be used as an experimental system for observing the reaction and progress of the living body when transplant materials are autotransplanted using small animals such as mice, which are originally difficult to autotransplant. Therefore, it can be used as a substitute for autotransplant experiments that could only be performed with medium and large animals, and can follow the trend of animal welfare while also complying with the Ministry of Health, Labor and Welfare's recommendations regarding the development of regenerative medicine products based on the three regenerative medicine laws.
図1に、本実施例で行った試験の概略を示す。また、以下の実施例中に使用される略語の説明を以下に示す。
語句説明:
GM:グリーンマウス(EGFP恒常発現遺伝組換えマウス)、
ICRマウス:多産で最もポピュラーなアルビノの系統の近交系実験用マウス、
P1、P1A:国際的条約「カルタヘナ議定書」を遵守した、遺伝子組換え生物の拡散を防止するための具体的措置(拡散防止措置)に準拠した実験設備であるが、中でもP1やP1Aは最も規制が緩やかな条件である。P1は主に細胞を、P1Aは主に動物を扱う際に必要な設備である。
1. P1A(動物実験施設) GM由来組織の採取と粗製タンパク作製
レシピエントの免疫寛容を誘導するための、ドナー由来の抗原提示タンパクの採取工程
2. P1A (動物実験施設) ICRマウス(野生種)の免疫寛容処置
抗原タンパクをレシピエントの新生仔に投与し、免疫寛容化する工程
3. P1A(動物実験施設)
移植候補とする細胞や組織をドナーから採取する工程
4. P1 (細胞実験施設)
採取したドナー由来細胞などを必要に応じ加工、あるいは移植材料として作製する工程
5. P1A(動物実験施設)
免疫寛容化したレシピエントに、ドナーから採取した材料を移植する工程
6. P1A (動物実験施設)
然るべき時期に移植後の状態を観察し、移植材料の性能を評価し、必要に応じて移植材料の設計を推考する工程。
An outline of the test carried out in this example is shown in Figure 1. The abbreviations used in the following examples are explained below.
Terminology:
GM: Green Mouse (transgenic mouse with constitutive expression of EGFP),
ICR mice: the most prolific and popular albino strain of inbred laboratory mice.
P1, P1A: Experimental facilities that comply with specific measures (containment measures) to prevent the spread of genetically modified organisms in accordance with the international treaty "Cartagena Protocol," with P1 and P1A being the least restrictive. P1 is primarily required for handling cells, and P1A is primarily required for handling animals.
1. P1A (Animal Experiment Facility) Collection of GM-derived tissues and crude protein production The process of collecting donor-derived antigen-presenting proteins to induce immune tolerance in the recipient.
2. P1A (Animal Experiment Facility) Immune tolerance treatment for ICR mice (wild species) The process of administering antigen protein to the recipient's newborn to induce immune tolerance
3. P1A (Animal Experiment Facility)
The process of collecting transplant candidate cells or tissues from a donor.
4. P1 (Cell Experiment Facility)
A process in which collected donor-derived cells are processed as necessary or prepared as transplant materials.
5. P1A (Animal Experiment Facility)
Transplanting the material from the donor into a tolerized recipient.
6. P1A (Animal Experiment Facility)
A process of observing the condition after transplantation at the appropriate time, evaluating the performance of the transplant material, and, if necessary, inferring the design of the transplant material.
(ドナー)
ドナーとして、遺伝子組み換えによりEGFP(Enhanced green fluorescence protein:オワンクラゲ由来緑色蛍光タンパク質)を全身に発現する遺伝子改変近交系マウス(Green Mouse:C57BL/6-(CAG-EGFP) C14-Y01-FM131Osb (RBRC00267:理化学研究所 バイオリサーチセンター))を用いた(以下、「グリーンマウス(GM)」ともいう)。なお、近交系マウスとは、同種交配を反復し、遺伝子形質およびその形質発現において、世代間および/または個体間で一卵性双生児に準ずる発現形質の相同性を有するマウスをいう。
(donor)
The donor used was a genetically modified inbred mouse strain (Green Mouse: C57BL/6-(CAG-EGFP) C14-Y01-FM131Osb (RBRC00267: RIKEN Bioresearch Center)) expressing EGFP (Enhanced green fluorescence protein) throughout its body (hereafter referred to as "Green Mouse (GM)"). Note that an inbred mouse strain is a mouse strain that has been repeatedly mated with another mouse strain, and has a homology of genetic traits and their expression between generations and/or between individuals, equivalent to that of identical twins.
図2は、ドナーであるグリーンマウスの蛍光を観察した写真である。励起光(GMにおいては紫外線)を照射することによって、細胞内のEGFPによる緑色蛍光を確認できる。新生仔では、全身表皮(図2左側)において、並びに成体では、摘出した脳(図2中央)および体毛を除く露出した表皮(図2右側)において、それぞれ蛍光を確認することができた。 Figure 2 shows a photograph of the fluorescence of a donor green mouse. By irradiating the mouse with excitation light (ultraviolet light in the case of GM), green fluorescence due to EGFP within the cells can be confirmed. Fluorescence was confirmed in the whole body epidermis of the newborn mouse (left side of Figure 2), and in the excised brain (center of Figure 2) and exposed epidermis excluding body hair (right side of Figure 2) of the adult mouse.
(ドナー由来の粗抽出物の調製)
ドナーとなるグリーンマウスから組織を採取し、ホモジナイザー(組織破砕装置)で破砕した後、遠心分離または濾過を行い、可溶性タンパク質を含む粗抽出物を回収し、粗製タンパク質を作製した(図1の工程1)。図3上段に試験管内の粗抽出物に蛍光があることが確認できる。なお、効率良く免疫寛容を誘導するために、移植候補組織を含む粗抽出物を作製することもでき、あるいは粗抽出物をさらに精製して使用することもできる。
Preparation of Crude Extracts from Donors
Tissues were collected from donor green mice and disrupted with a homogenizer (tissue disruption device), then centrifuged or filtered to recover a crude extract containing soluble proteins, and crude protein was prepared (step 1 in Figure 1). The top panel of Figure 3 shows that the crude extract in the test tube is fluorescent. In order to efficiently induce immune tolerance, it is also possible to prepare a crude extract containing the transplant candidate tissue, or to further purify the crude extract before use.
(免疫寛容工程)
レシピエントとなるICRマウス(野生種型近交系:Wild type)は、実験用生物として市販されているマウスを使用した。ICRマウスに対し、免疫寛容処置を行った(図1の工程2)。ICRマウスの新生仔の腹部皮下に、生後24時間以内に、約5%BWのドナーの粗抽出物を初回投与した。その後、生後7日間において、2日毎に計4回、ドナー由来の粗抽出物を腹部に皮下投与した。皮下投与した粗抽出物は、レシピエントの体重の1/20のタンパク質量を含むものとした。その後、4週間以上、通常飼育した。
(Immune Tolerance Process)
The recipient ICR mice (wild type inbred strain) were commercially available experimental animals. The ICR mice were subjected to immune tolerance treatment (step 2 in Figure 1). The donor crude extract was initially administered subcutaneously into the abdomen of newborn ICR mice within 24 hours of birth at approximately 5% BW. Over the next 7 days after birth, the donor-derived crude extract was administered subcutaneously into the abdomen for a total of 4 times every 2 days. The subcutaneously administered crude extract contained 1/20 the protein amount of the recipient's body weight. The mice were then kept in normal conditions for more than 4 weeks.
図3は、免疫寛容処置を行ったレシピエントマウスを示す図である。図3上段の緑色蛍光を示す試験管内のドナー由来の粗抽出物を、ICR新生仔の腹部正中に皮下投与した(図3下段左)。次いで、腹部に励起光を照射すると、皮膚を透見して緑色蛍光の確認することができた(図3下段右)。 Figure 3 shows a recipient mouse that underwent immune tolerance treatment. The donor-derived crude extract in the test tube that shows green fluorescence in the upper part of Figure 3 was administered subcutaneously to the midline of the abdomen of an ICR neonate (lower left of Figure 3). Next, when excitation light was irradiated onto the abdomen, green fluorescence could be confirmed by looking through the skin (lower right of Figure 3).
(移植用複合材料の作製)
移植用の移植素材として、シリコン製チューブを芯とした管状構造体を作製した。この管状構造体は、疑似血管として使用することができる。また、この管状構造体は、展開すれば、膜様構造物としても利用可能である。プロトタイプとして、本実施例では、生体親和性のあるシリコンなどを素材とするチューブ(製品名:サフィードシリコーンカテーテル:外径2.7mm。)(以下、シリコンチューブ)を使用した。このシリコンチューブに、白色の自己組織化素材であるコラーゲンのシート(製品名:インテグラン:シートタイプ45×30mm)(以下、コラーゲンシート)を2層以上になるように巻いた。次いで、巻き戻しや解けを防ぐために、青紫色の生体吸収性PGA糸(PGA:ポリグリコール酸)をさらに巻き付けて固定した(図4左上図)。この時点では、巻き付けたチューブ状コラーゲンシートには水密性はないため、容易に水漏れする。
(Preparation of composite materials for transplantation)
A tubular structure with a silicon tube as a core was produced as a transplant material for transplantation. This tubular structure can be used as a pseudo-blood vessel. In addition, this tubular structure can also be used as a membrane-like structure when unfolded. In this embodiment, a tube made of biocompatible silicon (product name: Saffid silicone catheter: outer diameter 2.7 mm) (hereinafter, silicon tube) was used as a prototype. A white collagen sheet (product name: Integran: sheet type 45 x 30 mm) (hereinafter, collagen sheet), which is a self-organizing material, was wound around this silicon tube in two or more layers. Next, to prevent unwinding or unraveling, a blue-purple bioabsorbable PGA thread (PGA: polyglycolic acid) was further wound and fixed (upper left diagram in Figure 4). At this point, the wound tubular collagen sheet is not watertight, so water easily leaks.
図4は、ドナーであるグリーンマウスに素材を移植した様子を示す写真である。図4の左上は、ドナーに移植した移植素材である管状構造体を示す。図4の左下は、グリーンマウスに移植素材を移植する様子を示す。図4の右上は、グリーンマウスに移植素材を移植してから1週間後の様子を示す。移植1週間後、新生血管が誘導されたことが観察された。図4の右下は、グリーンマウスから摘出回収した移植素材を含む移植材料を蛍光観察した様子を示す。 Figure 4 is a photograph showing the state of the material being transplanted into a donor green mouse. The upper left of Figure 4 shows the tubular structure that is the transplant material transplanted into the donor. The lower left of Figure 4 shows the state of the transplant material being transplanted into a green mouse. The upper right of Figure 4 shows the state one week after the transplant material was transplanted into the green mouse. One week after transplantation, it was observed that new blood vessels had been induced. The lower right of Figure 4 shows the state of the transplant material, including the transplant material that was extracted and recovered from the green mouse, under fluorescent observation.
(移植工程)
上記管状構造体(移植素材)をドナーであるグリーンマウスに移植する工程を図4に示す(図4左下図)。ドナーとなる成体のグリーンマウスの背部に1cmほどの皮膚切開を行い、次いで皮下をトンネル状に長さ3cmほど剥離して、挿入腔を作製する。挿入腔内に外套筒を挿入し、これを通じて管状構造体を皮下に内挿した。内挿した管状構造体の全体が皮下に無理なく埋設できる状態で、外套筒を引き抜いて、挿入孔を縫合閉創した。
(Transplantation process)
The process of transplanting the above-mentioned tubular structure (transplant material) into a donor green mouse is shown in Figure 4 (lower left diagram in Figure 4). A skin incision of about 1 cm was made on the back of an adult green mouse that was to serve as a donor, and then a tunnel-like subcutaneous layer was peeled off about 3 cm long to create an insertion cavity. An outer tube was inserted into the insertion cavity, and the tubular structure was inserted subcutaneously through this. When the entire inserted tubular structure could be comfortably embedded subcutaneously, the outer tube was removed, and the insertion hole was sutured closed.
皮下埋設移植から1週間後、移植グリーンマウスの皮膚を管状構造体の全貌が見渡せる程度に切開・翻転し、管状構造体の全容を確認した(図4右上)。巻き付けてあったコラーゲンシートは、組織間液などで湿潤し、グリーンマウス由来の細胞により被覆され、半透明化している。周囲の母床組織と膜状の結合組織で繋がっている。この結合組織を基盤として、コラーゲンチューブに新生血管の架橋が豊富に観られ、全周に渡って細かな血管が進展していることが確認される。 One week after subcutaneous implantation, the skin of the transplanted green mouse was incised and turned over enough to see the entire tubular structure, and the entire tubular structure was confirmed (Figure 4, top right). The wrapped collagen sheet was moistened with interstitial fluid and covered with cells derived from the green mouse, making it semi-transparent. It was connected to the surrounding bed tissue by membranous connective tissue. Using this connective tissue as a base, abundant bridging of new blood vessels was observed in the collagen tube, and it was confirmed that fine blood vessels had developed all around it.
移植1週間後の管状構造体を移植材料として摘出回収した(図4右下;図1における工程3および4に相当)。母床組織と連結した結合組織の部分で切開し、コラーゲンチューブを破損しないよう摘出した。 One week after transplantation, the tubular structure was extracted and collected as a transplant material (lower right of Figure 4; corresponding to steps 3 and 4 in Figure 1). An incision was made at the part of the connective tissue connected to the bed tissue, and the collagen tube was extracted without damaging it.
摘出した管状構造体に励起光を照射すると、移植材料から蛍光を発し、グリーンマウス由来細胞がコラーゲンチューブに満遍なく播種されていることが分かる。また、この段階では、すでに水漏れのない水密性を獲得していることも別途確認した。さらに、摘出したコラーゲンチューブからの培養により、コラーゲンシートに播種されている細胞は、培養も可能な生きた細胞であった。 When excitation light was irradiated onto the excised tubular structure, the transplant material emitted fluorescence, revealing that the collagen tubes were evenly seeded with green mouse-derived cells. It was also separately confirmed that at this stage, the collagen sheet had already achieved watertightness with no water leakage. Furthermore, the cells seeded on the collagen sheet by culturing from the excised collagen tubes were live cells that could be cultured.
(移植工程)
グリーンマウスに免疫寛容を誘導された標識マーカーを持たない野生種のICRマウスに対し、上記(移植用複合材料の作製)と同様な操作を行って、グリーンマウスから回収した管状構造体を含む移植材料を皮下移植した。具体的には、ICRマウス背部に1cmほどの皮膚切開を行い、皮下をトンネル状に長さ3cm剥離し、挿入腔を作製した。挿入腔内に外套筒を挿入し、これを通じて管状構造体を皮下に内挿した(図5)。内挿した管状構造体の全体が皮下に無理なく埋設できる状態で、外套筒を引き抜いて、挿入孔を縫合閉創した。
(Transplantation process)
The transplant material containing the tubular structure recovered from the green mouse was subcutaneously transplanted in a wild-type ICR mouse that had no marker and had immune tolerance induced in the green mouse, by carrying out the same procedure as described above (preparation of composite material for transplantation). Specifically, a skin incision of about 1 cm was made on the back of the ICR mouse, and the subcutaneous tissue was peeled off in a tunnel-like manner for a length of 3 cm to create an insertion cavity. A mantle tube was inserted into the insertion cavity, and the tubular structure was inserted subcutaneously through this (Figure 5). When the entire inserted tubular structure could be comfortably embedded subcutaneously, the mantle tube was pulled out, and the insertion hole was sutured closed.
皮下埋設移植後、1ヶ月間で管状構造体の全貌が見渡せる程度に皮膚を切開し、翻転し、全容を確認した(図6左側)。巻き付けてあったコラーゲンシートは、組織間液などで湿潤し、グリーンマウス由来の細胞層の上から、ICRマウス由来の組織細胞などにより被覆され、可視光の透過性が低減している。周囲の母床組織と結合組織で強固に繋がっている。この結合組織を基盤として、管状構造体に新生血管の架橋が豊富に観られ、グリーンマウス由来の新生血管がさらに発達して、全周に渡って血管が行き届いていることが確認された。 One month after subcutaneous implantation, the skin was incised enough to allow a full view of the tubular structure, and the structure was turned over to confirm its overall appearance (Figure 6, left). The wrapped collagen sheet was moistened with interstitial fluid and was covered with tissue cells derived from ICR mice from above the cell layer derived from Green Mouse, reducing the transparency of visible light. It was firmly connected to the surrounding bed tissue by connective tissue. Using this connective tissue as a base, abundant bridging of new blood vessels was observed in the tubular structure, and it was confirmed that new blood vessels derived from Green Mouse had further developed, providing blood vessels around the entire circumference.
さらに、励起光の照射によって、グリーンマウス特有の蛍光が確認されていることから(図6右側)、免疫寛容化された野生種ICRマウスの体内において、とくに強固な免疫反応の惹起されやすい皮下組織でも、グリーンマウス由来の細胞が免疫拒絶を受けずに生着していることが確認された。また、ICRマウスに移植された管状構造体から採取した組織からは、培養可能な生細胞が確認され、緑色蛍光を放つ細胞と蛍光を持たない細胞の共存が確認された。 Furthermore, because the fluorescence characteristic of green mice was confirmed by irradiating them with excitation light (right side of Figure 6), it was confirmed that the cells derived from green mice were able to engraft without immune rejection even in the subcutaneous tissue, which is particularly prone to eliciting a strong immune response, inside the bodies of immune-tolerized wild-type ICR mice. Furthermore, live cells that could be cultured were confirmed in the tissue taken from the tubular structures transplanted into ICR mice, and the coexistence of green fluorescent cells and non-fluorescent cells was confirmed.
図5は、レシピエントマウスに管状構造体を含む移植材料を移植した様子を示す図である。 Figure 5 shows the state of transplantation of a transplant material containing a tubular structure into a recipient mouse.
図6は、レシピエントに移植して1ヶ月後の移植材料を示す図である。図6左は、移植1ヶ月後の管状構造体(移植材料)を示し、図6右は、移植1ヶ月後の管状構造体(移植材料)を蛍光観察した様子を示す。移植1か月後、蛍光観察により、管状構造体に付着したドナー由来の細胞および組織と、それらから生じた新たな細胞および組織等の分布が観察された。 Figure 6 shows the transplant material one month after transplantation into the recipient. The left side of Figure 6 shows the tubular structure (transplant material) one month after transplantation, and the right side of Figure 6 shows the tubular structure (transplant material) observed with fluorescence one month after transplantation. One month after transplantation, the distribution of donor-derived cells and tissues attached to the tubular structure, as well as new cells and tissues that developed from them, was observed by fluorescence observation.
本発明は、信頼性および再現性の高い移植実験系に利用可能である。また、従来行われている同様の目的の動物実験(免疫不全動物の実験系など)に比して、実際の臨床医療に一層近い条件での実験が可能である。それを踏まえ、再生医療において、再生医療等製品を含む移植用医療材料としてより良い性能や品質を担保できることが最も重要である。さらに、実験材料(マウスなどの実験動物とその飼育材料)や、研究設備(クリーン・ルームや遺伝子改変動物拡散防止施設)の使用において、広く普及した廉価なものを選択できるため、実験実施に関わる必要経費を大幅に削減することも可能となる。また、従来の自家移植実験系に不可欠な中型・大型動物を用いる必要がないため、動物愛護などの社会趨勢にも抵触せず、費用・労力面でも実験例数を稼ぎやすいこと、Life Span(寿命)が短いことから生涯年代ごとの異なる生体条件にも対応できることから、条件の異なる様々な移植用医療材料の設計や性能評価が可能となる。
The present invention can be used for a highly reliable and reproducible transplantation experimental system. In addition, compared to conventional animal experiments (such as experimental systems using immunodeficient animals) with similar purposes, the present invention allows experiments to be performed under conditions closer to actual clinical medical care. Based on this, it is most important in regenerative medicine to ensure better performance and quality as transplant medical materials, including regenerative medicine products. Furthermore, since widely available and inexpensive experimental materials (experimental animals such as mice and their breeding materials) and research facilities (clean rooms and facilities to prevent the spread of genetically modified animals) can be selected, it is possible to significantly reduce the necessary expenses for conducting experiments. In addition, since there is no need to use medium-sized and large animals that are essential for conventional autotransplantation experimental systems, it does not conflict with social trends such as animal welfare, and it is easy to obtain a number of experimental cases in terms of cost and labor, and since the life span is short, it can be adapted to different biological conditions at each age of life, making it possible to design and evaluate the performance of various transplant medical materials under different conditions.
Claims (5)
前記標識マーカー発現ドナーの組織または細胞が被覆、接着、浸潤または包含した人工の移植素材を含む移植材料を前記免疫寛容レシピエントに移植する工程と
を有する、自家移植に近似した移植材料を評価するための免疫寛容レシピエントの製造方法であって、
前記ドナーおよび前記レシピエントは、近交系動物(ただし、ヒトを除く)である、製造方法。 subcutaneously administering a crude protein solution extracted from cells or tissues of a donor expressing a labeled marker to a newborn of a recipient to obtain a recipient that is immunotolerant to the donor;
and a step of transplanting a transplant material comprising an artificial transplant material coated, adhered, infiltrated or contained with tissue or cells of the labeled marker-expressing donor into the immune-tolerant recipient,
The method of production, wherein the donor and the recipient are inbred animals (excluding humans) .
前記移植材料は、ドナー由来細胞が播種されたコラーゲンシートである、請求項1に記載の移植材料を評価するための免疫寛容レシピエントの製造方法。
The method for producing an immune tolerant recipient for evaluating a transplant material according to claim 1, wherein the transplant material is a collagen sheet seeded with donor-derived cells.
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宮内 浩 ほか,O-12-4 自己組織化素材による生体内でのAuto-plast(自己組織由来移植組織)の作製技術開発,再生医療, 日本再生医療学会雑誌,Vol.12, Suppl.,2013年,第161頁 |
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