初の連続海綿細胞株確立

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5766 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

入手可能なバイオマスが限られているため、海綿由来の化学物質の医薬品用途への可能性はほとんど活用されていません。 このようなバイオ医薬品の拡張可能な生産プラットフォームを構築するために、多くの人が海洋海綿細胞をインビトロで培養しようと試みてきたが、これらの努力はほとんど成功していない。 私たちは最近、Geodia barretti スポンジ細胞が M1 培地中で急速に分裂できることを示しました。 この研究では、G. barretti に由来する最初の連続海洋海綿細胞株を確立しました。 M1 を改変した OpM1 培地で培養した G. barretti 細胞は、M1 よりも急速に、より高い密度まで増殖しました。 OpM1 の細胞は 30 分後に 1.74 集団倍加に達し、M1 の 30 分で 0.74 集団倍加というすでに急速な増殖速度よりも 2 倍以上高かった。 集団倍加の最大数は、M1 の 5 倍加から OpM1 では少なくとも 98 倍加に増加しました。 継代培養した細胞は凍結保存し、新しい培養物に接種するために使用できます。 これらの結果により、私たちは数十年にわたってスポンジ細胞を用いたバイオ医薬品を工業規模で生産する道を妨げていた大きな障害を克服しました。

毎年発見される数千の海洋天然産物の約 30% は、海綿および海綿由来の微生物に由来しています 1、2、3、4。 スポンジには、骨インプラントを成長させるための足場など、組織工学において人間の健康に応用できる可能性のある構造コンポーネントも含まれています5、6、7。 多くの海綿由来製品は、がん 11,12 やウイルス 13、真菌 14、薬剤耐性菌 15 などの感染症 8,9,10 を治療するための薬剤候補となる可能性があります。 たとえば、地中海海綿動物 Dysidea avara によって産生されるアバロールは、白血病細胞に対して強い細胞増殖抑制作用を持ち 16,17、最近発見された海綿由来微生物由来の化合物は、表皮ブドウ球菌の増殖とバイオフィルムの形成を防ぎ、インプラントや医療機器にバイオフィルムが形成されるため、手術を受けた患者18。 この研究で使用されたモデル生物である Geodia barretti は、抗炎症性および抗酸化性化合物のファミリーであるバレチンを生成します19。 さまざまな種類の生理活性化合物とその効果と構造の包括的なレビューについては、Han et al. 201920. スポンジ由来の薬剤候補はその可能性が非常に大きい一方で、さまざまな臨床試験段階にあり、深刻な供給問題に直面しています21。 野生の収穫は持続不可能であり、多くの化合物は化学合成するには複雑すぎて経済的に実行できません22。 したがって、供給問題を克服するためのほとんどの取り組みは、海洋養殖 22,23,24,25 または細胞培養 22,26,27,28 を使用したバイオマス生産に焦点を当ててきました。 海洋養殖は場合によっては有望である 24,25 が、in vitro での細胞培養には大きな利点があります。条件の綿密な監視と制御が可能であり、最適化とスケールアップが容易です。 多くのグループの努力にもかかわらず、長い間、一次文化だけが確立されました。 海綿細胞培養における主な障害は、微生物の汚染と、インビトロでの海綿細胞の条件要件の理解が限られていたことでした 26。

最近、我々は、複数の海綿種の細胞が、Munroe らによって開発された海綿特異的培地である M129 中で急速に分裂できることを報告しました。 M1 培地は、定義済みの M199 培地 30 に基づいており、これは以前に変更され、さまざまな海綿種の初代細胞培養をセットアップするために使用されていました 27、28、31、32、33。 アミノ酸濃度は、遺伝的アルゴリズムを使用した複数回の最適化を通じて微調整されました30。 M1 培地中での増殖は、草の平らな海綿動物 Geodia sp. からの細胞で観察されました。 とりわけ、アンフィメドン エリーナ、サンゴ礁海綿動物ジオディア ネプトゥニ、北方深海海綿動物 G. バレッティなど。 Geodia 3 種すべての培養はプラトーに達するまで急速に分裂し、最大 5 回継代することで継代することができ、種に応じて最大 7 回の集団倍加 (Nd) に達しました。 これは、安定した海綿細胞株を開発するための最初の具体的な手がかりでした 29。 これらの結果は画期的な進歩を示しましたが、M1 培地で達成された継代数と集団倍加では、工業規模で化合物を生産するのに十分なバイオマスが得られません。 インビトロでの海綿細胞のこれらの増殖特性を改善するために、M1 培地をベースとして使用し、M1 培地の開発に使用したものと同じ遺伝的アルゴリズムを使用して、ビタミン、ウシ胎児血清、いくつかの成長因子などの他の成分を最適化しました (表 1)。 。 これにより、新しい培地組成物 OpM1 が誕生しました。 海綿細胞株をスケールアップして in vitro で生理活性化合物を産生できるという概念の証明を提供することを目的として、OpM1 培地で培養した G. barretti 細胞がより高い増殖速度、最大細胞密度、および最大集団倍加数を持つかどうかをテストしました。追加コンポーネントに。