(57)【要約】本発明は、哺乳類などの精子幹細胞を生体外（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で増殖させる方法であって、精子幹細胞を培養するための培地（培養液）に、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ））が含まれるという点を特徴とする方法を提供する。本発明の方法によれば、精子幹細胞を発生工学的に利用可能な程度に生体外で増殖させることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させることを特徴とする精子幹細胞の増殖方法。
【請求項２】
上記培地には、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れかがさらに含まれることを特徴とする請求項１記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項３】
上記培地には、血清がさらに含まれることを特徴とする請求項１または２記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項４】
さらにフィーダー細胞を用いることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項５】
哺乳類由来の精子幹細胞を用いることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項６】
上記グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物は、濃度０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項７】
上記白血病抑制因子（ＬＩＦ）は、濃度１０２〜１０４ｕｎｉｔｓ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項８】
上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）は、濃度０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする請求項２ないし７の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項９】
上記塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）は、濃度０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする請求項２ないし８の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項１０】
上記血清は、上記精子幹細胞の培養開始時の培地中には、濃度０．１〜５（ｖ／ｖ）％で含まれ、上記精子幹細胞を継代した後の培地中には、濃度０．１〜２０（ｖ／ｖ）％で含まれることを特徴とする請求項３ないし９の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項１１】
上記フィーダー細胞は、培養開始から遅くとも４週間経過後には用いられることを特徴とする請求項４ないし１０の何れか１項に記載の精子幹細胞の増殖方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１の何れか１項に記載の増殖方法を用いて、生体外で増殖された精子幹細胞。
【請求項１３】
請求項１２記載の精子幹細胞を含んでなる不妊治療剤。
【請求項１４】
グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物と、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れか一方を含んでなり、精子幹細胞を生体外で増殖させるための培養培地に添加して使用される培地添加剤キット。
【請求項１５】
白血病抑制因子（ＬＩＦ）をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の培地添加剤キット。
【請求項１６】
血清をさらに含むことを特徴とする請求項１４または１５記載の培地添加剤キット。
【請求項１７】
不妊治療剤を製造するための、請求項１２記載の精子幹細胞の使用。
【請求項１８】
請求項１２記載の精子幹細胞を用いる、不妊の治療方法。
【請求項１９】
以下の工程を含む、移植された精子幹細胞に由来する精子を形成する非ヒト動物の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程。
【請求項２０】
以下の工程を含む、精子の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物から精子を得る工程。
【請求項２１】
以下の工程を含む、精子幹細胞に由来する胚の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物から精子を得る工程；
ｄ）当該精子を卵細胞に受精させ、胚を得る工程。
【請求項２２】
以下の工程を含む、精子幹細胞に由来する非ヒト子孫の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物から精子を得る工程；
ｄ）当該精子を卵細胞に受精させ、胚を得る工程；
ｅ）当該胚を偽妊娠した雌の輸卵管に移入し、非ヒト子孫を得る工程。
【請求項２３】
以下の工程を含む、精子幹細胞に由来する非ヒト子孫の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物を雌と自然交配し、非ヒト子孫を得る工程。
【請求項２４】
以下の工程を含む、外来遺伝子が導入された精子幹細胞の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞に外来遺伝子を導入し、外来遺伝子が導入された精子幹細胞を得る工程。
【請求項２５】
以下の工程を含む、外来遺伝子が導入された精子の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞に外来遺伝子を導入し、外来遺伝子が導入された精子幹細胞を得る工程；
ｃ）当該精子幹細胞を精細管に移植することによって、精子形成を行い、外来遺伝子が導入された精子を得る工程。
【請求項２６】
以下の工程を含む、トランスジェニック非ヒト動物の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞に外来遺伝子を導入し、外来遺伝子が導入された精子幹細胞を得る工程；
ｃ）当該精子幹細胞を精細管に移植することによって、精子形成を行い、外来遺伝子が導入された精子を得る工程；
ｄ）当該精子を卵細胞に受精させ、トランスジェニック非ヒト動物を得る工程。
【請求項２７】
トランスジェニック非ヒト動物がノックアウト非ヒト動物である、請求項２６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、哺乳類などの精子幹細胞を生体外（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で増殖させる方法、その方法を利用して増殖された精子幹細胞、および、精子幹細胞の生体外での増殖に用いられる培地添加剤キット、当該精子幹細胞を用いたトランスジェニック動物の製造方法等に関するものである。
【背景技術】  哺乳類精巣の精子幹細胞は、成体で無限に増殖し続け、減数分裂を経て精子形成に至る源となる細胞である。精子幹細胞は次世代へ遺伝子を引き継ぐために分配される。成体における唯一の幹細胞であるため、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーに有用である。
Ｂｒｉｎｓｔｅｒらは、１９９４年にｉｎ  ｖｉｖｏで精子幹細胞を移植することに成功した（「Ｂｒｉｎｓｔｅｒ  ＲＬ，Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ  ＪＷ、Ｓｐｅｒｍａｔｏｇｅｎｅｓｉｓ  ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ  ｍａｌｅ  ｇｅｒｍ−ｃｅｌｌ  ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ、Ｐｒｏｃ  Ｎａｔｌ  Ａｃａｄ  Ｓｃｉ  ＵＳＡ、１９９４年、９１巻、１１２９８−１１３０２頁」参照）。この方法では精巣を形成する精細管内に幹細胞を移植するとコロニーをつくり、ドナー細胞由来の精子形成を起こし、仔をつくることができるというものである。これによって、ＥＳ細胞以外にも生殖系列細胞を操作する新しい可能性が切り開かれ、精子幹細胞を用いた発生工学という新しい分野が確立された。さらに、最近の研究では、いくつかの精子幹細胞が試験管内で３ヶ月以上生存可能であるということが報告されている（「Ｎａｇａｎｏ  Ｍ，Ａｖａｒｂｏｃｋ  ＭＲ，Ｌｅｏｎｉｄａ  ＥＢ，Ｂｒｉｎｓｔｅｒ  ＣＪ，Ｂｒｉｎｓｔｅｒ  ＲＬ、Ｃｕｌｔｕｒｅ  ｏｆ  ｍｏｕｓｅ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉａｌ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ、Ｔｉｓｓｕｅ  Ｃｅｌｌ、１９９８年、３０巻、３８９−３９７頁」参照）。そして、「Ｆｅｎｇ  Ｌ−Ｘ，Ｃｈｅｎ  Ｙ，Ｄｅｔｔｉｎ  Ｌ，Ｒｅｉｊｏ  Ｐｅｒａ  ＲＡ，Ｈｅｒｒ  ＪＣ，Ｇｏｌｄｂｅｒｇ  Ｅ，Ｄｙｍ  Ｍ、Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉａｌ  ｃｅｌｌ  ｌｉｎｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００２年、２９７巻、３９２−３９５頁」、「ｖａｎ  Ｐｅｌｔ  ＡＭＭ，Ｒｏｅｐｅｒｓ−Ｇａｊａｄｉｅｎ  ＨＬ，Ｇａｄｅｍａｎ  ＩＳ，Ｃｒｅｅｍｅｒｓ  ＬＢ，ｄｅ  Ｒｏｏｉｊ  ＤＧ，ｖａｎ  Ｄｉｓｓｅｌ−Ｅｍｉｌｉａｎｉ  ＦＭＦ、Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ  ｏｆ  ｃｅｌｌ  ｌｉｎｅｓ  ｗｉｔｈ  ｒａｔ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉａｌ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ、Ｅｎｄｏｃｒｉｎｏｌｏｇｙ，２００２年、１４３巻、１８４５−１８５０頁」や特表２００１−５１７９２７号公報（公表日：平成１３年１０月９日）では、精子幹細胞を増殖させたり、長期的に維持したりする方法について記載されている。
ところで、昨今種々のバイオテクノロジー技術を利用して、トランスジェニック動物（特にノックアウト動物）を作製する方法が開発され、ノックアウトの作製や家畜の品種改良などに利用されている。このトランスジェニック動物を作製する方法としては、例えば体細胞核移植法、ＥＳ細胞を用いる方法、前核への遺伝子注入法などが挙げられる。
体細胞核移植法は、現在のところ、ウシやブタなどの家畜でノックアウトができる唯一の方法であると考えられるが、非常に効率が悪く奇形も多く、それに伴って費用も高いという問題点を有している。
ＥＳ細胞を用いる方法は、ノックアウトが簡単に効率よく作製できるということから、現在マウスにおいては有効に利用されている。しかしながら、マウス以外（例えば、ブタやウシなどの家畜や霊長類）では、生殖細胞をつくる能力を有するＥＳ細胞が採れておらず、この手法によるノックアウトは未だ報告されていない。また、ＥＳ細胞を用いて生殖系列の細胞を作製する場合には、ＥＳ細胞が生殖系列以外の細胞に分化し、生殖細胞形成能を失いやすいという問題点も有している。
また、前核への遺伝子注入法は、マウスのトランスジェニック作製においては標準的な方法であり実用化されている。しかしながら、マウス以外の動物では、その成功率は非常に低く（例えば、ブタでは１％前後、ウシでは１％以下）、非常にコストがかかり現実的ではない。
このようなトランスジェニック動物の作製において、上述の精子幹細胞を利用することができれば、幹細胞は無限の増殖能力を持つため、ＥＳ細胞と同様の手法が適用でき、簡単に効率よくノックアウトを作製することができると期待されている。
しかし、これらの細胞を試験管内で実用可能なレベルまで増殖させ、操作するという試みについては、未だ成功例はない。
具体的には、「Ｎａｇａｎｏ  Ｍ，Ａｖａｒｂｏｃｋ  ＭＲ，Ｌｅｏｎｉｄａ  ＥＢ，Ｂｒｉｎｓｔｅｒ  ＣＪ，Ｂｒｉｎｓｔｅｒ  ＲＬ、Ｃｕｌｔｕｒｅ  ｏｆ  ｍｏｕｓｅ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉａｌ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ、Ｔｉｓｓｕｅ  Ｃｅｌｌ、１９９８年、３０巻、３８９−３９７頁」に記載の方法では、精子幹細胞がｉｎ  ｖｉｔｒｏで３ヶ月以上存続することが報告されているが、幹細胞が増殖したという根拠は示されていない。また、特表２００１−５１７９２７号公報や「Ｆｅｎｇ  Ｌ−Ｘ，Ｃｈｅｎ  Ｙ，Ｄｅｔｔｉｎ  Ｌ，Ｒｅｉｊｏ  Ｐｅｒａ  ＲＡ，Ｈｅｒｒ  ＪＣ，Ｇｏｌｄｂｅｒｇ  Ｅ，Ｄｙｍ  Ｍ、Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉａｌ  ｃｅｌｌ  ｌｉｎｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００２年、２９７巻、３９２−３９５頁」、「ｖａｎ  Ｐｅｌｔ  ＡＭＭ，Ｒｏｅｐｅｒｓ−Ｇａｊａｄｉｅｎ  ＨＬ，Ｇａｄｅｍａｎ  ＩＳ，Ｃｒｅｅｍｅｒｓ  ＬＢ，ｄｅ  Ｒｏｏｉｊ  ＤＧ，ｖａｎ  Ｄｉｓｓｅｌ−Ｅｍｉｌｉａｎｉ  ＦＭＦ、Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ  ｏｆ  ｃｅｌｌ  ｌｉｎｅｓ  ｗｉｔｈ  ｒａｔ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉａｌ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ、Ｅｎｄｏｃｒｉｎｏｌｏｇｙ，２００２年、１４３巻、１８４５−１８５０頁」などに記載された培養方法では、精子幹細胞に安定して外来遺伝子を導入することができないという問題点、当該精子幹細胞由来の子孫が得られないという問題点がある。上述の培養方法を用いて、精子幹細胞を試験管内で培養しても、生存可能ではあるが、１週間でもとの細胞数の２０％程度に減ってしまうというのが現状であり、細胞を増殖させることは不可能である。このように、従来の手法では、精子幹細胞を操作してバイオテクノロジーなどに応用しようとするには限界がある。また、試験管内で長期間持続的に培養された精子幹細胞を用いて、精子形成が実際に行われた例はこれまでに報告されていない。
【発明の開示】
本発明は上述の問題点に鑑みて成されたものであり、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーに有効に利用することのできる精子幹細胞を、発生工学的に利用可能な程度に生体外で増殖させる方法、その方法を利用して増殖された精子幹細胞、および精子幹細胞の生体外増殖に用いられる培地添加剤キットを提供するものである。
本願発明者らは、精子幹細胞の生体外（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）での増殖法について鋭意検討した。そして、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）の存在下で、新生児マウスの精巣から単離された精子幹細胞を培養させると、５ヶ月以上の期間にわたって増殖（１０１４倍）させることができることを見出した。さらに、培養された精子幹細胞を精細管に移植したところ、先天的に生殖力のないマウスの生殖力を回復することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本願は以下に関する。
（１）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させることを特徴とする精子幹細胞の増殖方法。
（２）上記培地には、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れかがさらに含まれることを特徴とする上記（１）記載の精子幹細胞の増殖方法。
（３）上記培地には、血清がさらに含まれることを特徴とする上記（１）または（２）記載の精子幹細胞の増殖方法。
（４）さらにフィーダー細胞を用いることを特徴とする上記（１）ないし（３）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（５）哺乳類由来の精子幹細胞を用いることを特徴とする上記（１）ないし（４）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（６）上記グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物は、濃度０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする上記（１）ないし（５）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（７）上記白血病抑制因子（ＬＩＦ）は、濃度１０２〜１０４ｕｎｉｔｓ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする上記（１）ないし（６）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（８）上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）は、濃度０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする上記（２）ないし（７）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（９）上記塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）は、濃度０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれることを特徴とする上記（２）ないし（８）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（１０）上記血清は、上記精子幹細胞の培養開始時の培地中には、濃度０．１〜５（ｖ／ｖ）％で含まれ、上記精子幹細胞を継代した後の培地中には、濃度０．１〜２０（ｖ／ｖ）％で含まれることを特徴とする上記（３）ないし（９）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（１１）上記フィーダー細胞は、培養開始から遅くとも４週間経過後には用いられることを特徴とする上記（４）ないし（１０）の何れかに記載の精子幹細胞の増殖方法。
（１２）上記（１）ないし（１１）の何れかに記載の増殖方法を用いて、生体外で増殖された精子幹細胞。
（１３）上記（１２）記載の精子幹細胞を含んでなる不妊治療剤。
（１４）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物と、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れか一方を含んでなり、精子幹細胞を生体外で増殖させるための培養培地に添加して使用される培地添加剤キット。
（１５）白血病抑制因子（ＬＩＦ）をさらに含むことを特徴とする上記（１２）記載の培地添加剤キット。
（１６）血清をさらに含むことを特徴とする上記（１４）または（１５）記載の培地添加剤キット。
（１７）不妊治療剤を製造するための、上記（１２）記載の精子幹細胞の使用。
（１８）上記（１２）記載の精子幹細胞を用いる、不妊の治療方法。
（１９）以下の工程を含む、移植された精子幹細胞に由来する精子を形成する非ヒト動物の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程。
（２０）以下の工程を含む、精子の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物から精子を得る工程。
（２１）以下の工程を含む、精子幹細胞に由来する胚の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物から精子を得る工程；
ｄ）当該精子を卵細胞に受精させ、胚を得る工程。
（２２）以下の工程を含む、精子幹細胞に由来する非ヒト子孫の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物から精子を得る工程；
ｄ）当該精子を卵細胞に受精させ、胚を得る工程；
ｅ）当該胚を偽妊娠した雌の輸卵管に移入し、非ヒト子孫を得る工程。
（２３）以下の工程を含む、精子幹細胞に由来する非ヒト子孫の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞を不妊非ヒト動物の精細管の中に移植し、当該精子幹細胞に由来する精子形成を起こした非ヒト動物を得る工程；
ｃ）当該非ヒト動物を雌と自然交配し、非ヒト子孫を得る工程。
（２４）以下の工程を含む、外来遺伝子が導入された精子幹細胞の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞に外来遺伝子を導入し、外来遺伝子が導入された精子幹細胞を得る工程。
（２５）以下の工程を含む、外来遺伝子が導入された精子の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞に外来遺伝子を導入し、外来遺伝子が導入された精子幹細胞を得る工程；
ｃ）当該精子幹細胞を精細管に移植することによって、精子形成を行い、外来遺伝子が導入された精子を得る工程。
（２６）以下の工程を含む、トランスジェニック非ヒト動物の製造方法：
ａ）グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させる工程；
ｂ）ａ）で増殖させた精子幹細胞に外来遺伝子を導入し、外来遺伝子が導入された精子幹細胞を得る工程；
ｃ）当該精子幹細胞を精細管に移植することによって、精子形成を行い、外来遺伝子が導入された精子を得る工程；
ｄ）当該精子を卵細胞に受精させ、トランスジェニック非ヒト動物を得る工程。
（２７）トランスジェニック非ヒト動物がノックアウト非ヒト動物である、上記（２６）記載の製造方法。
以上のように、本発明の精子幹細胞の増殖方法は、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）および白血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させることを特徴としている。
上記の方法によれば、これまで生体外（すなわち、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で長期間増殖させることができなかった精子幹細胞を増殖させることが可能となる。これによって、各分野への応用が期待されていながら、これまで効率的な増殖方法が見つかっていなかったために、その応用範囲が制限されていた精子幹細胞を有効に利用することが可能となる。
そして、上記の方法によって得られた本発明の精子幹細胞は、実用可能なレベルにまで増殖されたものであるため、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーなどといった種々の分野において発生工学的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】  図１の（ａ）〜（ｅ）は、実施例１において、新生児マウスの精巣細胞からＧＳ細胞コロニーへの発達を顕微鏡で観察した結果を示す図である。（ａ）では、ＩＤＩＶ後にゼラチンコートされたプレートから集められた浮遊細胞を示す。（ｂ）では、４ＤＩＶにおいて、細胞が小さなコロニーを形成し始める様子を示す。（ｃ）では、８ＤＩＶでのＧＳ細胞コロニーを示す。（ｄ）では、９５ＤＩＶでのＭＥＦフィーダー細胞上のＧＳコロニーを示す。（ｅ）では、９５ＤＩＶでの増殖する細胞による鎖形成を示す。
図２は、実施例１において培養されたＧＳ細胞の増殖を示すグラフであり、具体的には、ＧＦＰ標識でフィーダー細胞と区別できるＧＳ細胞の数を測定したものである。
図３の（ａ）〜（ｆ）は、実施例１において、各分子マーカーを用いて、フローサイトメトリーによって培養細胞の性質を調査した結果を示すグラフである。なお、（ａ）〜（ｆ）に示す各グラフは、分子マーカーとして、（ａ）から順に、α６−インテグリン、β１−インテグリン、ＥｐＣＡＭ、ＥＥ２、ｃ−ｋｉｔ、ＳＳＥＡ−１をそれぞれ用いた場合である。
図４は、実施例１における、精原細胞移植後のＧＳ細胞からの精子形成および子孫作製の結果を示す図である。（ａ）は、ＧＦＰ標識されたドナーＧＳ細胞由来の受容体（レシピエント）精巣を観察した結果である。（ｂ）および（ｃ）は、Ｗ受容体（レシピエント）精巣の組織学的な観察結果を示すものであり、（ｂ）では正常は精子形成を、（ｃ）では成熟した精子をそれぞれ示す。（ｄ）は、ＵＶ照射下で蛍光を示すＧＦＰ標識されたＧＳ細胞由来の子孫を示す。
図５は、実施例２において、ＥＧＦＰ遺伝子を導入した精子幹細胞と、当該精子幹細胞を用いて製造されたトランスジェニック動物由来の染色体ＤＮＡを、サザンブロッティングにより解析した結果である。レーン１はＥＧＦＰ遺伝子を導入した精子幹細胞由来の染色体ＤＮＡを、レーン２〜４は当該トランスジェニック動物由来の染色体ＤＮＡを示す。全てのレーンにおいてＥＧＦＰプローブの特異的ハイブリダイゼーションである７．３ｋｂおよび４．４ｋｂのバンドが観察された。
図６は、実施例２により製造されたトランスジェニック動物の、ＵＶ照射下でにおける観察結果を示す。培養細胞に導入されたトランスジーン由来のＥＧＦＰの蛍光が観察された。
図７は、実施例３において、ＧＤＮＦを含まずノルトリン（Ｎｅｕｒｔｕｒｉｎ）を含む培地（ａ）又はＧＤＮＦおよびノルトリンを含まない培地（ｂ）を用いて増殖させた精子幹細胞のコロニーの観察結果を示す。図中右下のバーは１００μｍに相当する。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の精子幹細胞の増殖方法は、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および血病抑制因子（ＬＩＦ）を含む培地を用いて精子幹細胞を培養することによって、精子幹細胞を増殖させることを特徴としている。
すなわち、上記の精子幹細胞の増殖方法の特徴点は、精子幹細胞を培養するための培地（培養液）に、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）が含まれるという点であると言える。それゆえ、本発明に係る増殖方法を実施するために精子幹細胞の培養を行う場合に、当該特徴点以外の培養条件については、従来公知の方法に従って行うことができる。
本発明において、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）の均等物とは、ノルトリン（Ｎｅｕｒｔｕｒｉｎ）、ペルセフィン（Ｐｅｒｓｅｐｈｉｎ）、アルテミン（Ａｒｔｅｍｉｎ）等のＧＤＮＦ様化合物、ＧＤＮＦレセプター（群）または補助レセプター（群）に対してグリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）およびＧＤＮＦ様化合物と同様の作用を有する他の化合物（例えばＧＤＮＦレセプター（群）または補助レセプター（群）を特異的に認識する抗体、ＧＤＮＦレセプター（群）または補助レセプター（群）に対する作動性化合物等）を含む概念である。このようなレセプター（群）または補助レセプター（群）には、それぞれＲｅｔチロシンキナーゼおよびＧＤＮＦ−ファミリーレセプターα：ｓが含まれる。
ＧＤＮＦ様化合物とは、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）と類似の構造を有するか、あるいはそのレセプターまたは補助レセプターに対してグリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）のように作用する化合物を意味する。ＧＤＮＦ様化合物としては、特に、ノルトリン、ペルセフィン、アルテミン等が挙げられる。
グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）およびＧＤＮＦ様化合物は構造的に類似し、ｃＲｅｔレセプターチロシンキナーゼは、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）、ノルトリン、ペルセフィンおよびアルテミンの共通するシグナル伝達レセプターとして作用する。
「グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）のように作用する化合物」とは、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）のシグナルを伝達するレセプターまたはその補助レセプターに対し、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）と同様に作用する化合物を意味する。
「ＧＤＮＦレセプター」とは、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）またはＧＤＮＦ様化合物の結合物質、すなわち、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）またはＧＤＮＦ様化合物のシグナルを伝達可能な化合物を意味する。「ＧＤＮＦレセプター」としては、特に、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）またはＧＤＮＦ様化合物のシグナル媒介性レセプターであるｃＲｅｔレセプターチロシンキナーゼが挙げられる。
「ＧＤＮＦ補助レセプター」とは、ＧＤＮＦまたはＧＤＮＦ様化合物のシグナルを伝達しないが、ＧＤＮＦまたはＧＤＮＦ様化合物のシグナルを伝達するレセプターを活性化するレセプターを意味する。このような化合物は、特に、そのメンバーがＧＤＮＦファミリーレセプターα：ｓ（ＧＦＲα）と称されるレセプターである。これらはまた、ＧＤＮＦ、ペルセフィン、アルテミンおよびノルトリンのシグナル伝達レセプター複合体（ｓｉｇｎａｌｉｎｇ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ  ｃｏｍｐｌｅｘ）と関係する。該ファミリーのレセプターとしては４メンバー（ＧＦＲα１〜４）（Ｊｉｎｇ，Ｓ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｅｌｌ，８５，９−１０（１９９６）；Ｊｉｎｇ，Ｓ．Ｑ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，２７２，３３１１１−３３１１７（１９９７）；Ｔｒｅａｎ  ｏｒ，Ｊ．Ｊ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３８２，８０−８３（１９９６）；Ｓｕｂａｎｔｏ，Ｐ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｈｕｍａｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，６，１２６７−１２７３（１９９７））が既知である。これらは独立してシグナルを伝達することができるが、すべてがリガンド結合およびｃＲｅｔ活性化に不可欠である。
上記の方法によれば、これまで生体外（すなわちｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で長期間培養させることができなかった精子幹細胞を培養させることが可能となる。これによって、各分野への応用が期待されていながら、これまで効率的な増殖方法が見つかっていなかったために、その応用範囲が制限されていた精子幹細胞を有効に利用することが可能となる。
具体的には、精子幹細胞は、トランスジェニック動物の作製、ヒトの男性の不妊治療および不妊薬剤、ヒトの生殖細胞レベルにおける遺伝子治療のための研究および薬剤の開発などに応用可能である。そして、これらの応用方法には、精子幹細胞の増殖というステップが必須のものであるため、本発明の精子幹細胞の増殖方法が非常に有効であり、利用価値が高いと言える。
本発明の精子幹細胞の増殖方法においては、上記培地中に、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れかがさらに含まれることが好ましい。
一般に、幹細胞の培養には、ＥＧＦおよびｂＦＧＦのうちの何れかが含まれることによって、安定した細胞の培養を実施できる。それゆえ、本発明の場合にも、ＥＧＦおよびｂＦＧＦのうちの何れかを少なくとも含むことによって、安定した精子幹細胞の培養を行うことができる。
本発明の精子幹細胞の増殖方法においては、上記培地は、血清をさらに含むことができる。血清としては、自体公知のものを用いることができ、特に限定されないが、例えば仔ウシ血清（ＦＣＳ）等が好適に用いられる。
また、本発明の精子幹細胞の増殖方法においては、精子幹細胞はフィーダー細胞を用いて培養されてもよい。フィーダー細胞としては、特に限定されないが、例えばマウス胎児繊維芽細胞（ＭＥＦ）等が好適に用いられる。
本発明の精子幹細胞の増殖方法においては、哺乳類由来の精子幹細胞を用いることが好ましい。
上記哺乳類としては、例えば、マウス、ラット、ウサギなどの実験動物、ブタ、ウシ、ヤギなどの家畜、ヒト、サル、オランウータン、チンパンジーなどの霊長類を挙げることができる。上記実験動物は、文字通り医薬品などの開発のための実験用動物として有用である。上記家畜もまた食用などに用いられ、人間生活にとって有用である。また、霊長類は、分類学的にヒトにより近く、ヒトにおける種々の疾病のメカニズムの解明や、生殖細胞の分化のメカニズムの解明などに利用できるため、有用である。
このように、上記の方法によれば、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジー、畜産などといった種々の分野で有用な哺乳類において、その精子幹細胞を増殖させることができるため、その価値は高いと言える。
本発明の精子幹細胞の増殖方法において、上記グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物は、通常濃度０．０５ｎｇ／ｍｌ〜１００ｍｇ／ｍｌ、例えば０．５ｎｇ／ｍｌ〜１００μｇ／ｍｌ、好ましくは０．５ｎｇ／ｍｌ〜１０μｇ／ｍｌ、より好ましくは０．５ｎｇ／ｍｌ〜１μｇ／ｍｌ、更に好ましくは０．５〜２００ｎｇ／ｍｌ、いっそうより好ましくは０．５〜５０ｎｇ／ｍｌで上記培地中に含まれる。
また、本発明の精子幹細胞の増殖方法において、上記白血病抑制因子（ＬＩＦ）は、通常は濃度１０〜１０６ｕｎｉｔｓ／ｍｌ、例えば１０〜１０５ｕｎｉｔｓ／ｍｌ、好ましくは１０２〜１０４ｕｎｉｔｓ／ｍｌで上記培地中に含まれる。
さらに、本発明の精子幹細胞の増殖方法において、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）が上記培地中に含まれる場合、その濃度は、通常濃度０．０５ｎｇ／ｍｌ〜１００ｍｇ／ｍｌ、例えば０．５ｎｇ／ｍｌ〜１００μｇ／ｍｌ、好ましくは０．５ｎｇ／ｍｌ〜１０μｇ／ｍｌ、より好ましくは０．５ｎｇ／ｍｌ〜１μｇ／ｍｌ、更に好ましくは０．５〜２００ｎｇ／ｍｌ、いっそうより好ましくは０．５〜５０ｎｇ／ｍｌである。
また、本発明の精子幹細胞の増殖方法において、上記塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）が上記培地中に含まれる場合、通常濃度０．０５ｎｇ／ｍｌ〜１００ｍｇ／ｍｌ、例えば０．５ｎｇ／ｍｌ〜１００μｇ／ｍｌ、好ましくは０．５ｎｇ／ｍｌ〜１０μｇ／ｍｌ、より好ましくは０．５ｎｇ／ｍｌ〜１μｇ／ｍｌ、更に好ましくは０．５〜２００ｎｇ／ｍｌ、いっそうより好ましくは０．５〜５０ｎｇ／ｍｌである。
また、本発明の精子幹細胞の増殖方法において、上記血清が上記培地中に含まれる場合、当該血清は、上記精子幹細胞の培養開始時の培地には、濃度０．１〜５（ｖ／ｖ）％で含まれ、上記精子幹細胞を継代した後の培地中には、濃度０．１〜２０（ｖ／ｖ）％で含まれることが好ましい。
精子幹細胞を培養するための上記培地が、上述のような濃度で各因子（ＧＤＮＦ又はその均等物、ＥＧＦ、ｂＦＧＦ、ＬＩＦ、および血清）を含むことによって、精子幹細胞の培養をより安定して、精子幹細胞の増殖率を高めることができる。
さらに、本発明の精子幹細胞の培養方法において、上記フィーダー細胞は、培養開始から遅くとも４週間経過後には用いられることが好ましい。
上記の方法によれば、精子幹細胞がフィーダー細胞に接着し、効率的にコロニー形成を行うことができる。
本発明の精子幹細胞は、上述の各増殖方法によって生体外（すなわち、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で増殖されたものである。
上記の精子幹細胞は、上述の増殖方法によって実用可能なレベルにまで増殖されたものであるため、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーなどといった種々の分野において発生工学的に利用することができる。
なお、上記の精子幹細胞の利用方法の一例として、ヒト男性の不妊治療のための薬剤として利用する方法が挙げられる。それゆえ、上記の精子幹細胞を含んでなる不妊治療剤も本発明に含まれる。
また、本発明の培地添加剤キットは、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物と、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れか一方とを含んでなり、精子幹細胞を生体外で増殖させるための培養培地に添加して使用されるものである。
上記の構成によれば、精子幹細胞のｉｎ  ｖｉｔｒｏでの培養用培地に添加することによって、従来は増殖させることが困難であった精子幹細胞を大幅に培養させることができる。なお、精子幹細胞の培養開始時には、上記のＧＤＮＦ又はその均等物および、ＥＧＦおよび／またはｂＦＧＦという各因子以外に、ＬＩＦが必須の因子となる。上記の培地添加剤キットはＬＩＦを含まないため、精子幹細胞の培養が確立された後の培養を維持する場合の培地添加剤キットとして（すなわち、継代後の培養用培地の添加剤キットとして）、利用することが好ましい。
また、精子幹細胞の培養開始時に、上記の培地添加剤キットを用いる場合には、上記培地添加剤キットとは別にＬＩＦを添加して利用するということも可能であるが、上記培地添加剤キットに、白血病抑制因子（ＬＩＦ）がさらに含まれていてもよい。
また、上記培地添加剤キットには、上記血清がさらに含まれていてもよい。
上記の構成によれば、精子幹細胞の培養開始時に、培地調製を簡便化する培地添加剤キットとして好適に利用することができるとともに、上記の培地添加剤を精子幹細胞の培養維持における培地中に添加すれば、精子幹細胞の増殖効率をより高めることができる。
以下、本発明についてより具体的に説明するが、本発明はこの記載に限定されるものではない。
本実施の形態では、特に哺乳類の精子幹細胞のｉｎ  ｖｉｔｒｏでの増殖方法について説明する。この哺乳類の精子幹細胞の増殖方法は、培養培地にグリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）、白血病抑制因子（ＬＩＦ）、および血清として仔ウシ血清（ＦＣＳ）を含み、フィーダー細胞としてマウス胎児繊維芽細胞（ＭＥＦ）を用いて増殖を行うものである。
より具体的にマウスの精子幹細胞を例に挙げれば、本実施の形態の精子幹細胞の増殖方法は、以下の（１）〜（５）に示す手順に従って実施することができる。
（１）生直後のマウスの精巣をコラゲナーゼ、トリプシン、ＤＮａｓｅでバラバラに分解する。
（２）ｓｉｎｇｌｅ  ｃｅｌｌになった（分散された）精巣の細胞をゼラチンコートしたプレートのうえに播く。このときに用いる培養液（すなわち、培地）な、例えば、ＳｔｅｍＰｒｏ−３４をベースにしたものであり、当該培養液中には、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）という複数の細胞増殖因子、および仔ウシ血清（ＦＣＳ）が含まれる。
（３）培養開始後、１０日から２週間でトリプシン処理を行い、１倍又は１／２倍の濃度で細胞を継代する。
（４）（３）に示す継代を２〜３回繰り返した後、今度は、フィーダー細胞であるマウス胎児繊維芽細胞（ＭＥＦ）上に培養した細胞を移して培養を続ける。ここで述べているように、精子幹細胞は、継代を２〜３回繰り返した後、すなわち培養開始から遅くとも４週間経過後までには、マウス胎児繊維芽細胞（ＭＥＦ）上に移されることが好ましい。
（５）培養開始後、３〜４週間で生殖細胞のコロニーは安定し、以後数ヶ月にわたり、３〜５日の間隔で１／３〜１／４の希釈でトリプシン処理によって継代する。
上述のような手順に基づいて、ｉｎ  ｖｉｔｒｏでマウスの精子幹細胞の増殖を行うと、後述の実施例に示されるように、培養の初めから比較すると、５ヶ月間で１０１４倍まで増殖することができる。
なお、マウスの精巣内の精子幹細胞の数は極めて少なく、精巣の細胞１万個当たりわずか約２〜３個と見積もられている。この精子幹細胞を、従来法に基づいてｉｎ  ｖｉｔｒｏで培養しても、１週間程度で初めの数の約２０％程度に減ってしまい、幹細胞の増殖を起こす条件が見つからなかった。そのため、発生工学的に多くの利用可能性が考えられたにもかかわらず、精子幹細胞を発生工学的に利用することは困難であった。
これに対し、本発明の精子幹細胞の増殖方法によれば、長期的かつ大幅な細胞増殖が可能となった。さらに、本増殖方法で得られた精子幹細胞は、実施例にも示されるように、不妊マウスの精細管の中に移植することによって、当該精子幹細胞由来の精子形成が長期に渡って起こり、その精子由来の仔をつくることができることが確認されている。すなわち、本発明の精子幹細胞の増殖方法によって得られた精子幹細胞由来の精子は、実際の精子として機能することが確認されている。
それゆえ、本増殖方法によって得られた精子幹細胞は、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーという各分野における種々の技術開発のために有効に利用されることが期待できる。なお、この精子幹細胞の増殖方法は、精子幹細胞の持続的な増殖が確認されるとともに、それ由来の精子を形成し、さらにはその精子由来の仔をつくることができるということが明確に示された初めての手法である。
本実施の形態では、上述のように精子幹細胞の培養培地に、ＧＤＮＦ又はその均等物、ＥＧＦ、ｂＦＧＦ、ＬＩＦ、およびＦＣＳが含まれている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、上記培養培地中に、少なくともグリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物、および白血病抑制因子（ＬＩＦ）が含まれていればよい。これ以外の構成要素としては、従来から精子幹細胞等の培養に用いられてきたもの（例えば、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）、血清など）を適宜使用することができる。上記培地の具体的な一例は、後述の実施例に示される。
なお、上記の精子幹細胞の培養方法においては、培養を確立させる際（すなわち、培養開始時）の培地として、ＧＤＮＦ又はその均等物、およびＬＩＦは必須の要素であるが、培養が確立された後の培養を維持する際の培地（すなわち、継代後の培地）には、上記ＬＩＦは含まれていなくても細胞を維持することは可能である。しかし、継代後の培地に上記ＬＩＦが含まれることによって、精子幹細胞の増殖率をより上昇させることができる。
また、精子幹細胞の増殖率を高めるために、上記各成長因子および白血病抑制因子の培地中の濃度は、上記グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物については０．５〜５０ｎｇ／ｍｌが好ましく、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）については０．５〜５０ｎｇ／ｍｌが好ましく、上記塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）については０．５〜５０ｎｇ／ｍｌが好ましく、上記白血病抑制因子（ＬＩＦ）については１０２〜１０４ｕｎｉｔｓ／ｍｌが好ましい。
また、上記血清については、培養開始時の培地（すなわち、試験管培養における第１回目の培地）中に、濃度０．１〜５（ｖ／ｖ）％という低濃度で含まれることによって、精子幹細胞の培養を安定して確立させることができる。なお、それ以外の培地（すなわち、継代後の培地）では、より高濃度の２０（ｖ／ｖ）％程度まで含まれていてもよい。
また、別の局面では、本発明の精子幹細胞の増殖方法において、上記血清が培地中に含まれる場合、当該血清は、上記精子幹細胞を継代した後の培地中に濃度１０〜２０（ｖ／ｖ）％、好ましくは、１５〜２０（ｖ／ｖ）％で含まれていてもよい。この場合、培地に上記上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）および塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの何れか若しくは両者が含まれなくても、極めて安定した精子幹細胞の培養が達成され得る。
そして、上記各成長因子および白血病抑制因子の培地中の濃度は、上記グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物については２〜２０ｎｇ／ｍｌがより好ましく、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）については２〜３０ｎｇ／ｍｌがより好ましく、上記塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）については２〜２０ｎｇ／ｍｌがより好ましく、上記白血病抑制因子（ＬＩＦ）については３×１０２〜５×１０３ｕｎｉｔｓ／ｍｌがより好ましい。また、精子幹細胞の培養開始時の培地において、上記血清の濃度は、０．５〜２（ｖ／ｖ）％であることが好ましい。上記の濃度で各因子が培地中に含まれることによって、精子幹細胞の培養を確実に確立させ、精子幹細胞の増殖率をより一層高めることができる。
続いて、本発明に係る精子幹細胞、すなわち、上記の培養方法によって増殖された精子幹細胞の利用方法について説明する。
本発明の精子幹細胞は、上記の増殖方法によって大幅に増殖されているため、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーなどといった種々の分野において発生工学的に利用することができる。この精子幹細胞の主な利用方法には、以下に示すようなものが挙げられる。
（ａ）新規なトランスジェニック動物の作製
（ｂ）ヒト男性の不妊治療
（ｃ）ヒトの生殖細胞レベルにおける遺伝子治療
上記（ａ）では、精子形成の源となる精子幹細胞に外来遺伝子を導入するなどの操作を行い、その外来遺伝子が導入された精子幹細胞を精細管に移植することによって、精子形成を行う。そして、得られた精子を卵細胞に受精させるという手法を用いてトランスジェニック動物を作製することができる。
より具体的には、精子幹細胞へ外来遺伝子を導入する方法としては、例えば、特定の遺伝子が機能的に発現できるように構築されたベクターを精子幹細胞に導入する方法が挙げられる。ベクターとしては、プラスミドベクター、ウイルスベクター等を用いることができる。また、ウイルスベクターとしては、レトロウイルス、アデノウイルス、センチウイルス  ヘルペスウイルス、アデノ随伴ウイルス、パルボウイルス、セムリキ森林ウイルス、ワクシニアウイルス等が挙げられる。
ベクターを精子幹細胞に導入する方法としては、例えば、リン酸カルシウム法、ＤＥＡＥデキストラン法、エレクトロポレーション法、またはリポフェクション法等の一般的な遺伝子導入法が挙げられる。ウイルスをベクターに用いる場合には、上述の一般的な遺伝子導入法によりウイルスのゲノムを細胞に導入してもよいし、ウイルス粒子を、細胞へ感染させることによっても、該ウイルスのゲノムを細胞に導入することができる。
また、本発明の精子幹細胞の増殖方法を用いれば、外来遺伝子が安定に導入された精子幹細胞を選択することが出来る。例えば、ベクターと同時にマーカー遺伝子を精子幹細胞へ導入し、マーカー遺伝子の性質に応じた方法で精子幹細胞を培養すればよい。例えば、マーカー遺伝子が、宿主精子幹細胞に致死活性を示す選抜薬剤に対する薬剤耐性を付与する遺伝子である場合には、該薬剤を添加した培地を用いて、ベクターが導入された精子幹細胞を培養すれば良い。薬剤耐性付与遺伝子と選抜薬剤の組み合わせとしては、例えば、ネオマイシン耐性付与遺伝子とネオマイシン（Ｇ４１８）との組み合わせ、ハイグロマイシン耐性付与遺伝子とハイグロマイシンとの組み合わせ、ブラストサイジンＳ耐性付与遺伝子とブラストサイジンＳとの組み合わせなどをあげることができる。
また、同様の方法を用いて、特定の遺伝子を欠損した精子幹細胞を得ることも可能である。特定の遺伝子を欠損した精子幹細胞を得る方法としては、例えばターゲッティングベクターを用いた相同的組換え（ジーンターゲッティング法）が挙げられる。即ち、特定の遺伝子の染色体ＤＮＡを単離し、そのエキソン部分にネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子を代表とする薬剤耐性遺伝子、あるいはｌａｃＺ（β−ガラクトシダーゼ遺伝子）、ｃａｔ（クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子）を代表とするレポーター遺伝子等を挿入することによりエキソンの機能を破壊するか、あるいはエキソン間のイントロン部分に遺伝子の転写を終結させるＤＮＡ配列（例えば、ｐｏｌｙＡ付加シグナルなど）を挿入し、完全なメッセンジャーＲＮＡを合成できなくすること等によって、結果的に遺伝子を破壊するように構築したＤＮＡ配列を有するＤＮＡ鎖（ターゲッティングベクター）を、相同組換え法により精子幹細胞の染色体に導入し、得られた細胞について当該特定の遺伝子のＤＮＡ上あるいはその近傍のＤＮＡ配列をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション解析あるいはターゲッティングベクター上のＤＮＡ配列とターゲッティングベクター作製に使用した特定の遺伝子のＤＮＡ以外の近傍領域のＤＮＡ配列をプライマーとしたＰＣＲ法により解析し、特定の遺伝子を欠損した精子幹細胞を選択することにより得ることができる。或いは、組織特異的または発達段階特異的な様式で特定の遺伝子を欠失させるＣｒｅ−ｌｏｘＰ系等を用いてもよい（Ｍａｒｔｈ，Ｊ．Ｄ．（１９９６）Ｃｌｉｎ．Ｉｎｖｅｓｔ．９７：１９９９−２００２；Ｗａｇｎｅｒ，Ｋ．Ｕ．ら（１９９７）Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．２５：４３２３−４３３０）。
このようにして得られた、外来遺伝子が導入された精子幹細胞、特定の遺伝子を欠失した精子幹細胞を、不妊動物等の精細管に移植することによって、精子形成を行い、得られた精子を卵細胞と受精させるという手法を用いてトランスジェニック動物を作製することが出来る。
この手法は、ＥＳ細胞を利用したトランスジェニック動物の作製方法と同様のものであるが、ＥＳ細胞では、生殖系列以外の細胞に分化する多能性があり、精細管に移植した場合に癌化する危険性を有している。それに対し、本発明の精子幹細胞を用いた場合には、精細管に移植しても癌化することなく、正常な精子を形成することができる。それゆえ、上記精子幹細胞を用いれば、簡単に効率よくトランスジェニック動物を作製することができる。この精子幹細胞を用いたトランスジェニック動物の作製は、現在有効な作製方法が見出されていない家畜動物や霊長類などの哺乳類におけるトランスジェニック動物の作製方法として利用できる可能性を有している。
上記（ｂ）では、例えば、不妊患者の精巣からバイオプシーで精子幹細胞を採取し、本発明の増殖方法によって試験管中で培養させる。そして、当該不妊患者の精細管中に増殖した精子幹細胞を注入（マイクロインジェクション）して、患者の精巣の精細管の中に培養細胞由来の精子形成を起させるという手法によって、実施することができる。この手法は、例えば、化学療法や放射線治療によって不妊になった場合に、特に効果的である。
このように、上記精子幹細胞はヒト男性の不妊治療に利用可能であるため、上記精子幹細胞を含む特に男性を対象とした不妊治療剤も本発明の範囲内である。
上記（ｃ）のヒトの生殖細胞レベルにおける遺伝子治療とは、例えば、特定の遺伝子が変異を持っている場合に、この遺伝子を正常に機能する遺伝子と置き換えて精子幹細胞を作製し、その変異が子孫に伝わらないようにするという治療方法である。このような治療方法においても、精子幹細胞の維持および増殖が必要となるが、この場合に、本発明の精子幹細胞の増殖方法を有効に利用することができる。
次に、本発明に係る培地添加剤キットについて説明する。本発明の培地添加剤キットは、グリア細胞由来神経栄養因子（ＧＤＮＦ）又はその均等物と、上皮細胞成長因子（ＥＧＦ）、塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ）のうちの少なくとも何れか一方とを含んでなり、精子幹細胞を生体外で増殖させるための培養培地に添加して使用されるものである。そして、この培地添加剤キットには、白血病抑制因子（ＬＩＦ）がさらに含まれることが好ましい。また、上記培地添加剤キットは、上記血清をさらに含むことができる。
上記培地添加剤キットは、精子幹細胞を培養する際に、通常用いられる細胞培養培地に添加して使用することができる。この培地添加剤キットを添加することによって、精子幹細胞をｉｎ  ｖｉｔｒｏで大幅に増殖させることができる。より具体的には、実施例の場合であれば、５ヶ月間で１０１４倍に増殖させることができる。また、このようにキットとして各成長因子、白血病抑制因子および血清が適当な混合割合で含まれているため、精子幹細胞の培養を簡便に行うことが可能となる。
なお、上記培地添加剤キットに白血病抑制因子（ＬＩＦ）がさらに含まれることによって、特に精子幹細胞の培養開始時の培養培地への添加剤キットとして有効に利用できる。それに加えて、精子幹細胞の増殖率をより上昇させることができるとともに、ＬＩＦを別途添加する必要もなくなり培地の作製をより簡便化することができる。
なお、上記培地添加剤キットに含まれる各成長因子、白血病抑制因子および血清の混合割合は、精子幹細胞培養培地に添加された場合の各因子の培地中の濃度が、上述の好適な範囲に入るように構成されていることが好ましい。また、上記培地添加剤キットには、上記の物質以外に、上記各物質を安定して維持するためのインスリン、トランスフェリン、ＢＳＡ、２−ＭＥ、エストラジオール、プロゲステロンなどが適宜含まれていてもよい。
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明するが、本発明はこの記載に限定されるものではない。
【実施例１】〔１〕実験方法および実験材料
（１）実験に用いた動物について
先ず、本実験に使用された動物について説明する。
精巣細胞は、大阪大学の岡部博士より提供されたトランスジェニックマウス系統Ｃ５７ＢＬ６／Ｔｇ１４（ａｃｔ−ＥＧＦＰ−ＯｓｂＹ０１）と、ＤＢＡ／２というマウスの系統とをかけあわせて得られた、生まれたばかりのマウスから、２段階酵素分解によって集められ、培養に使用された（参考文献１：Ｏｋａｂｅ  Ｍ  ｅｔ．ａｌ．，‘Ｇｒｅｅｎ  ｍｉｃｅ’ａｓ  ａ  ｓｏｕｒｓｅ  ｏｆ  ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ  ｇｒｅｅｎ  ｃｅｌｌｓ，ＦＥＢＳ  Ｌｅｔｔ，４０７巻、３１３−３１９頁、１９９７年）。これらのマウスの精原細胞および精母細胞ＥＧＦＰ遺伝子を発現し、その発現レベルは減数分裂後に徐々に減少する。それゆえ、ドナー細胞は後に行われる移植を容易に特定することができる。
培養された細胞は、ＢＡＬＢ／ＣヌードマウスあるいはＷ仔マウス（生後５〜１０日、Ｊａｐａｎ  ＳＬＣ製）へ移植された。内因性の精子形成を避けるために、ヌードマウスは、生後６週間の時期にブスルファン（４４ｍｇ／ｋｇ）で処理され、続いて、死亡率を抑えるために対応する骨髄細胞が注射された。Ｗ受容体（レシピエント）を使用した実験では、５０μｇの抗ＣＤ４抗体（ＧＫ１．５）が、移植から０、２、４日後に腹腔内に投与され、異質遺伝的なドナー細胞への耐性が誘導された。全ての動物実験のプロトコルは、京都大学の動物保護および使用制度委員会によって承認されたものである。
（２）培養条件
続いて、本実験における精子幹細胞の培養条件について説明する。
分離された精巣細胞は、ゼラチンコートされた細胞培養プレートに配分された。精巣細胞用の培養培地は、ＳｔｅｍＰｒｏサプリメント（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ製）、２５μｇ／ｍｌ  インスリン、１００μｇ／ｍｌ  トランスフェリン、６０μＭ  プトレシン、３０ｎＭ  セレン酸ナトリウム、６ｍｇ／ｍｌ  Ｄ−（＋）−グルコース、３０μｇ／ｍｌ  ピルビン酸、１μｌ／ｍｌ  ＤＬ−乳酸（シグマ製）、５ｍｇ／ｍｌ  ウシアルブミン（ＩＣＮ  バイオメディカル製）、２ｍＭ  Ｌ−グルタミン、５×１０−５Ｍ  ２−メルカプトエタノール、ＭＥＭ非必須ビタミン溶液（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ製）、１０−４Ｍ  アスコルビン酸、１０μｇ／ｍｌ  ｄ−ビオチン、３０ｎｇ／ｍｌ  β−エストラジオール、６０ｎｇ／ｍｌ  プロゲステロン（Ｓｉｇｍａ製）、２０ｎｇ／ｍｌ  マウス上皮細胞成長因子（ＥＧＦ：Ｂｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ製）、１０ｎｇ／ｍｌ  塩基性繊維芽細胞成長因子（ｂＦＧＦ：Ｂｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ製）、１０３ｕｎｉｔｓ／ｍｌ  ＥＳＧＲＯ（マウス白血病抑制因子：ＬＩＦ、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ製）、１０ｎｇ／ｍｌ  組換えラットＧＤＮＦ（Ｒ＆Ｄシステムズ製）、１（ｖ／ｖ）％仔ウシ血清（ＪＲＨ  バイオサイエンス製）が添加されたＳｔｅｍＰｒｏ−３４ＳＦＭ（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ製）を使用した。細胞は５％の二酸化炭素を含む空気中で、３７℃で維持された。
（３）抗体染色
上記（２）の培養条件で培養された細胞の性質を確認するために、従来公知の精子形成細胞に対する分子マーカーの発現を調べるフローサイトメトリーが、以下のようにして実施された。
一次抗体として、ラット抗ＥｐＣＡＭ（Ｇ８．８）、マウス抗ＳＳＥＡ−１（ＭＣ−４８０）（発生研究ハイブリドーマバンク、アイオワ大学）、ラット抗ヒトα６−インテグリン（ＣＤ４９ｆ）（ＧｏＨ３）、ビオチン標識された抗ラットβ１−インテグリン（ＣＤ２９）（Ｈａ２／５）、ＡＰＣ−接合ラット抗マウスｃ−ｋｉｔ（ＣＤ１１７）（２Ｂ８）（ＢＤバイオサイエンス製）、ラット抗ＴＤＡ抗体（ＥＥ２）（大阪大学西宗博士から提供）、ＡＰＣ−接合ヤギ抗ラットＩｇＧ（Ｃｅｄａｒｌａｎｅ研究所製）が使用された。
ＡＰＣ−接合ヤギ抗ラットＩｇＧ（Ｃｅｄａｒｌａｎｅ研究所製）、ＡＰＣ−接合ストレプトアビジン（ＢＤバイオサイエンス製）、あるいは、Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ  ６３３−接合ヤギ抗マウスＩｇＭ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅ製）が、二次抗体として使用された。細胞染色技術は、参考文献２（Ｓｈｉｎｏｈａｒａ  Ｔ，Ａｖａｒａｂｏｃｋ  ＭＲ，Ｂｒｉｎｓｔｅｒ  ＲＬ  β１−ａｎｄ−α６−ｉｎｔｅｇｒｉｎ  ａｒｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍａｒｋｅｒｓ  ｏｎ  ｍｏｕｓｅ  ｓｐｅｒｍａｔｏｇｏｎｉｚｌ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ，Ｐｒｏｃ  Ｎａｔｌ  Ａｃａｄ  Ｓｃｉ  ＵＳＡ、１９９９年、９６巻、５５０４−５５０９頁）の記載に従って実施した。細胞はＦＡＣＳ−Ｃａｌｉｂｕｒシステム（ＢＤバイオサイエンス製）で分析した。
（４）培養された精子幹細胞の移植
上記の培養方法によって得られた精子幹細胞を含む約８μｌのドナー細胞懸濁液は、ヌード受容体（レシピエント）精巣の精細管に注入された。２μｌのドナー細胞懸濁液は、輸出管を通してＷ仔マウスの精巣へ導入された。各受容体（レシピエント）の精巣では、注入物が細管の７５〜８０％を占めた。成体の受容体（レシピエント）マウスは、アバーティンインジェクソン（６４０ｍｇ／ｋｇ）によって麻酔された。
コロニーをカウントするために、受容体（レシピエント）マウスのテストでは、ドナー細胞移植後７〜８週間で受容体（レシピエント）精巣を摘出し、紫外線下で蛍光を観察することによって解析された。ホストの精巣細胞は内因性の蛍光発光を有しないため、ドナー細胞は、明確に特定された。細胞の集団は、精細管の全周囲を占め、少なくとも０．１ｍｍの長さを有する場合に、コロニーと定義された。
（５）顕微受精
受容体（レシピエント）マウスの精巣の中から培養細胞由来の精子を取り出し、以下のような方法で顕微授精が実施された。
移植実験の精細管は、精密に分析され、精子形成細胞は機械的に集められた。顕微受精は、参考文献３（Ｋｉｍｕｒａ  Ｙ，Ｙａｎａｇｉｍａｃｈｉ  Ｒ，Ｉｎｔｒａｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ  ｓｐｅｒｍ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍｏｕｓｅ，Ｂｉｏｌ  Ｒｅｐｏｒｄ，１９９５年、５２巻、７０９−７２０頁）に記載のように実施された。培養において２４時間経過後の四細胞段階に達した胚（胎児）は、ｄａｙ−１の偽妊娠したＩＣＲ雌の輸卵管へ移送された。１９．５日目に取り出された生育胎児は、ＩＣＲ親マウスの授乳によって育てられた。
〔２〕結果
続いて、上記の方法で行った本実験の実験結果を以下の（１）から（４）に示す。
（１）マウス精子幹細胞の試験管内培養について
新生児ＤＢＡ／２マウスの精巣細胞は、酵素学的に分散され、ＧＤＮＦ、ｂＦＧＦ、ＥＧＦ、ＬＩＦ、ＦＣＳを含むゼラチンコートされたプレート培地へ移された。ＧＤＮＦは、生体内で精子幹細胞の自己再生を刺激することが知られている。その他の因子は、始原生殖細胞（ＰＧＣ）を含む他の幹細胞の増殖や維持に影響を与えるということが知られている。
本実験における培養の結果、多くの細胞は、一晩のインキュベーション後にプレートに付着した。しかし、サイズが大きく、仮足があったりすることで特徴的に認められる、少なからずの生殖細胞が、浮遊したままであった。浮遊している細胞は、活発なピペッティング後に第２培養プレートへ継代された。ほんのわずかの生殖細胞だけ元のゼラチンコートされたプレートに残され、第２プレートへ継代された細胞は比較的濃縮された生殖細胞（図１（ａ）の矢印でしめすもの）であった。継代された細胞は一週間以内で増殖してプレートの底に拡がり、丸く増殖した細胞は平坦な細胞層の上部でコロニーを形成した（図１（ｂ）、（ｃ）参照）。これらの一次コロニーの多くは、不鮮明な境界の密集した群から成るものであった（図１（ｃ）参照）。細胞分裂およびコロニーの形成は、上述の成長因子なしでは起こらなかった。
細胞はトリプシン処理によって分散され、１０〜１４日間隔（この間隔をＤＩＶと称する）で、生体外の新しい培養プレート（×１希釈）へ移された。コロニーは、約１０日で本来の大きさに成長し、細胞は再び継代された（×１／２希釈）。コロニーが成長を続ける一方で、２０ＤＩＶ後には、平坦な形状の体細胞は徐々に消滅していった。それゆえ、２度目あるいは３度目の継代から、細胞はマイトマイシンＣで不活性化されたマウス胎児繊維芽細胞（ＭＥＦ）で維持され、３〜５日毎に１／３から１／４希釈の新しいＭＥＦへ継代された。３〜４週間までには、培養は比較的安定した状態に落ち着き、類似した形態のコロニーを発生させた。（図１（ｄ）参照）。興味深いことに、生体内で有糸分裂をする精原細胞と類似して増殖する細胞の鎖は、継代後にも観察される場合があった（図１（ｅ）参照）。また、図１（ｅ）において矢印で示すように、細胞の間に細胞間架橋が観察された。
これらの結果は再現性を有し、同様の培養が２０以上の別の実験から確立された。しかし、コロニーの派生はマウスの遺伝的背景により影響を受けた。つまり、ＩＣＲあるいはＣ５７ＢＬ／６×ＤＢＡ／２Ｆ１（ＢＤＦ１）から培養を開始することで、効率よくコロニーを派生することができたが、Ｃ５７ＢＬ／６あるいは１２９／Ｓｖ系統からのコロニーの派生は効率が低かった。
この実験における培養細胞（すなわち、精子幹細胞）の増殖の様子を図２のグラフに示す。このグラフにおいて、横軸は培養開始からの経過日数を、縦軸には細胞数を示す。図２に示すように、約５ヶ月間にわたって細胞培養は継続され、ログ・スケールで細胞増殖が持続することが確認された。また、培養開始から５ヶ月間で細胞数は約１０１４倍に増殖した。
以上の結果から、ＧＤＮＦ、ｂＦＧＦ、ＥＧＦ、ＬＩＦという成長因子および白血病抑制因子の組合せは、試験管内（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）において、幹細胞の可能性を有する精原細胞の増加を誘導することが示された。この結果に基づいて、増加した細胞を生殖系列幹細胞（ＧＳ細胞）と命名した。
（２）培養細胞の性質について
培養された細胞の性質を評価するために、新生児グリーンマウス（Ｇｒｅｅｎ  Ｍｏｕｓｅ）の精巣細胞が使用された（参考文献１参照）。これらのマウスのＧＦＰ遺伝子は、精原細胞を含むあらゆる場所で発現する。それゆえ、培養されたＧＦＰを含む細胞は、ＵＶ照射下での観察によってフィーダー細胞から区別することができる。細胞培養はグリーンマウスから確立され、ＧＦＰを含む細胞の表面の特徴はフローサイトメトリーによって解析された。
その結果を図３（ａ）〜（ｆ）に示す。図３に示す各図は、（ａ）から順にα６−インテグリン、β１−インテグリン、ＥｐＣＡＭ、ＥＥ２、ｃ−ｋｉｔ、ＳＳＥＡ−１という分子マーカーを用いて解析を行った結果である。なお、黒の実線で囲む白色のものがコントロール免疫グロブリンの場合の結果であり、灰色で示すものが各分子マーカー（抗体）の場合の結果である。
培養された細胞は、α６−インテグリンおよびβ１−インテグリン（精子幹細胞マーカー）、ＥｐＣＡＭ（精原細胞マーカー）、ＥＥ２（精原細胞マーカー）に対してポジティブであった。
また、多くの細胞はｃ−ｋｉｔ（分化した精原細胞マーカー）に対してネガティブであったが、弱い発現が確認され、これによっていくつかのコロニーが分化していることが示唆された。しかし、培養にｃ−ｋｉｔリガンドＳＣＦを加えることによって、コロニーの特徴や成長特性は変化しなかった。培養された細胞はＳＳＥＡ−１（ＰＧＣマーカー）に対して完全にネガティブであった。これらの結果から、細胞の大部分は未分化の精原細胞の性質を有するということが分かった。
（３）精原細胞移植による幹細胞活性の決定
上記（２）の結果に基づき、続いて、培養された細胞が本当に精子幹細胞であるか確認するために、精原細胞移植が実施された。
精子幹細胞には、形態学上のはっきりした判定基準あるいは特異的マーカーがないため、信頼できる唯一の分析法は、不妊動物での精子形成の回復を確認することである。この実験では、グリーンマウスからの３つの分離培養（実験１、２、３）が確立された。さらに、試験管中で幹細胞が増殖しているかを確認するために、異なる２つの時点で不妊マウスの精細管の中に細胞を移植し、形成されるコロニー数を測定した。
具体的には、２９〜５８日の培養期間経過後、細胞は収穫され、ブスルファン処理されたヌードマウスの精細管へ移植された。また、４〜２１継代後に、細胞は移植のために４５〜１３４ＤＩＶで再びあつめられ、この期間中の幹細胞数の増加の測定が行われた。移植実験におけるコロニーは、移植から７〜８週間後にＵＶ照射下で測定された。
その結果を表１に示す。幹細胞数は３つの実験全てで増加していた。
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新生児の精巣における幹細胞の数は、１０５細胞につき３、４個であるので、この結果からも培養開始から１３４日間で幹細胞が約５×１０１２倍に増加したことが示される。またこの実験において、幹細胞活性を有する最長の培養は、移植分析によって確認されるように、２７継代（７×１０１１倍の増加）で１３４日間維持され、細胞は１６０日以上（トータルの細胞数で２×１０１４倍の増加）、特徴的な形態を保持しながら成長を続けた（図２参照）。これらの結果は、細胞がその数を積極的に増加させていることを示すものである。
（４）培養幹細胞を移植された不妊の雄における生殖力の回復
最後に移植実験で発生した生殖細胞が正常であるかどうかを確認するために、不妊のＷＢＢ６Ｆ１Ｗ／ＷＶ（Ｗと称する）において、培養細胞移植によって生殖力が回復するか試みられた。これらのマウスはｃ−ｋｉｔ遺伝子欠陥によって、生まれつき生殖力を欠いている。
ここでは、２つの実験が実施された。精巣細胞は第１の実験では４０日間、第２の実験では９１日間培養され、両方の実験ともに免疫抑制された遺伝的な系統の異なる３つのＷ仔マウス（生後５〜１０日）へ移植された。移植後４０日で第１の実験における受容体（レシピエント）Ｗマウスの一匹が殺され、組織学的解析および生体外顕微受精に使用された。維持されたＷ受容体（レシピエント）は、生殖力を回復するかどうかを決定するために野生型の雌と自然交配された。
本実験によって得られたＷ受容体（レシピエント）精巣の解析では、外見上正常な精子形成細胞を有する多数の精細管で満たされた培養細胞によって、広大なコロニー形成が行われることが実証された（図４（ａ），（ｂ）参照）。成熟した精子が観察された（図４（ｃ）参照）。Ｗ受容体（レシピエント）は欠陥を有する幹細胞において精子を形成することができないので、移植実験でのホストマウスにおける精子形成は、培養されたドナー幹細胞由来のもののみである。子孫を発生するために、６８個の生きた精子あるいは１３９個の伸長した精細胞が、他のＷの精巣から集められ、ＢＤＦ１卵母細胞へ注入された。構築された２０７の胚のうち、培養において１７２個（８３％）が２４時間以内に２細胞へ分化した。１１匹の偽妊娠した雌の輸卵管への移入後に、全部で５９匹の子が生まれた（１７匹の雄、２９匹の雌、生後母マウスに食べられたものは含まず）。子孫は自然交配によっても獲得された。第１の実験では２つの受容体（レシピエント）のうちの一つが、移植後７４日目に７匹の子（雄３匹、雌４匹）を産んだ。そして、第２の実験では、３つの受容体（レシピエント）のうちの一つが、移植後９１日目に９匹の子（雄５匹、雌４匹）を産んだ。両方の実験では、仔の起源となるドナーがＵＶ照射下で蛍光によって確認された（図４（ｄ）参照）。仔は生殖能力を有していることが確認された。これらの結果から、培養細胞から分化した生殖系列は精子を形成することができ、正常な子孫を残すことができることが確認された。
【実施例２】〔１〕実験方法および実験材料
（１）実験に用いた動物について
先ず、本実験に使用された動物について説明する。
精巣細胞は、ＤＢＡ／２マウスの新生児から、実施例１と同様の方法により２段階酵素分解によって集められ、培養に使用された。
Ｗマウス（生後５〜１０日）がレシピエントとして用いられた。また、レシピエントと交配する雌マウスには、野生型Ｃ５７ＢＬ／６マウスが用いられた。
ＤＢＡ／２マウス、ＷマウスおよびＣ５７ＢＬ／６マウスは日本ＳＬＣ（浜松、日本）より購入された。
（２）培養条件
分離された精巣細胞を用いて、実施例１と同様の条件より培養細胞（精子幹細胞）が樹立された。
ネオマイシン耐性遺伝子とＣＡＧプロモーターに機能的に連結されたＥＧＦＰ構造遺伝子（ｐＣＡＧ−ＥＧＦＰ）を保持するｐＣＸＮを基礎とするプラスミドベクターが遺伝子導入に使用された。リポフェクションに際しては、製造会社の指示書に従い、Ｆｕｇｅｎｅ６  トランスフェクション試薬（Ｒｏｃｈｅ製）により、精子幹細胞がトランスフェクトされた。分離された精子幹細胞は２ｘ１０６細胞／５５ｃｍ２の密度で、７ｍｌの培地中に播種され、９μｇのプラスミドＤＮＡと２７μｌのＦｕｇｅｎｅ６と共に培養された。Ｇ４１８選択（２０−４０μｇ／ｍｌ、ジェネチシン；インビトロゲン社製）がトランスフェクションから２日後に開始された。Ｇ４１８選択における精子幹細胞の培養条件は、培地にＧ４１８を添加することを除いて、実施例１の培養条件と同様である。Ｇ４１８による１０日の選択後、培養が継代された。あるいは、コロニーがピックアップされ、クローナルに増幅された。精子幹細胞の成長は密度により影響されるので、個々のコロニーは、１０００個のトランスフェクトされていない精子幹細胞と混合され、９６穴ＭＥＦ培養プレートに移された。改変された細胞は、Ｇ４１８選択及び混合手順を繰り返しながら、増幅された。２〜３ヵ月後、生き残ったコロニーが増幅され、移植のために十分な細胞数が獲得された。
（３）培養された精子幹細胞の移植
上述の方法で遺伝子導入された精子幹細胞がＷ仔マウスへ移植された。約２μｌのドナー細胞懸濁液（３〜５×１０７／ｍｌ）は、輸出管を通してＷ仔マウスレシピエントの精巣管に注入された。各レシピエントの精巣では、注入物が細管の７５〜８０％を占めた。低体温誘導麻酔を施すため、レシピエントは氷上に置かれた。５０μｇの抗ＣＤ４抗体（ＧＫ１．５）が、移植から０、２、４日後に腹腔内に投与され、異質遺伝的なドナー細胞に対する寛容が誘導された。全ての動物実験のプロトコルは、京都大学の動物保護および使用制度委員会によって承認されたものである。
（４）ＤＮＡ解析
Ｇ４１８選択の結果、Ｇ４１８に耐性な精子幹細胞コロニーの染色体ＤＮＡがサザンブロッティングにより解析された。また、レシピエント雄性マウスは、野生型Ｃ５７ＢＬ／６雌性マウスと交配され、子孫の染色体ＤＮＡが同様に解析された。
Ｇ４１８耐性精子幹細胞、あるいはマウス尾組織から単離された染色体ＤＮＡ（８μｇ）は一晩中、ＳｐｈＩにより消化され、電気泳動により分離され、ナイロン膜（Ｈｙｂｏｎｄ−Ｎ＋、アマシャムファルマシア製）上にブロットされた。全長ＥＧＦＰ  ｃＤＮＡを含むＥＧＦＰプローブが、ハイブリダイゼーションに用いられた。ハイブリダイゼーションは「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｍａｎｕａｌ（１９８９），Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ，９．３１−９．６２」等に記載の通常の条件で行われた。
〔２〕結果
続いて、上記の方法で行った本実験の実験結果を以下に示す。
（１）遺伝子導入精子幹細胞の樹立
精子幹細胞にネオマイシン耐性遺伝子とＣＡＧプロモーターに機能的に連結されたＥＧＦＰ構造遺伝子（ｐＣＡＧ−ＥＧＦＰ）を保持するｐＣＸＮを基礎とするプラスミドベクターを導入し、Ｇ４１８選択を行うことにより、ＥＧＦＰ遺伝子が導入された、安定で、クローナルな、遺伝子導入精子幹細胞が樹立された。精子幹細胞の染色体ＤＮＡにＥＧＦＰ遺伝子が導入されていることは、サザンブロッティング解析により立証された（図５、レーン１）。
（２）遺伝子導入マウスの作製
ＥＧＦＰ遺伝子が導入された精子幹細胞をＷマウスへ移植し、当該Ｗマウスを野生型Ｃ５７ＢＬ／６雌性マウスと自然交配することにより、その子孫を得た。当該子孫の染色体ＤＮＡに、精子幹細胞に由来するＥＧＦＰ遺伝子が導入されていることは、サザンブロッティング解析により立証された（図５、レーン２〜４）。また、当該子孫が、ＥＧＦＰ遺伝子が導入された精子幹細胞由来であることは、ＵＶ照射下の蛍光によっても確認された（図６）。
これらの結果から、本発明の精子幹細胞の増殖方法を用いることにより、精子幹細胞に外来遺伝子を導入できること、外来遺伝子が安定に導入された精子幹細胞を選択できることが確認された。また、当該精子幹細胞を用いて、外来遺伝子が導入された動物（トランスジェニック動物）を製造できることが確認された。
【実施例３】〔１〕実験方法および実験材料
実施例１と同様の方法により確立されたＧＳ細胞（培養細胞）を、組換えラットＧＤＮＦに換えて、組換えヒトノルトリン（和光純薬工業社製）を３０ｎｇ／ｍＬの濃度で含む培養培地を用いて引き続き培養し、当該ＧＳ細胞の増殖、コロニー形成が維持されるか試験した。ノルトリンを含む培地に変換した４日後に、形成されたコロニーの形態を位相差顕微鏡を用いて観察し、培養細胞の細胞数を測定した。
〔２〕結果
ＧＤＮＦに換えてノルトリンを含む培地を用いて確立されたＧＳ細胞を培養した場合においても、ＧＤＮＦを含む培地を用いた場合と同様にＧＳ細胞の増殖が確認され、コロニーの形成が認められた（図７ａ）。一方、コントロールとしてＧＤＮＦおよびノルトリンを含まない培地中でＧＳ細胞を培養しても、コロニー形成はほとんど認められなかった（図７ｂ）。
また、確立されたＧＳ細胞をＧＤＮＦを含まずノルトリンを含む培地中で培養すると、当該細胞は４日間で細胞数として２．８×１０５個から３．７×１０５個へ、１．３倍の増殖を示した。これに対して、コントロールとしてＧＤＮＦおよびノルトリンを含まない培地中でＧＳ細胞を培養すると、当該細胞数は４日間で２．８×１０５個から５．７×１０４個へ、０．２倍に減少した。
【産業上の利用可能性】  本発明の方法によれば、これまで生体外（すなわち、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で長期間増殖させることができなかった精子幹細胞を増殖させることが可能となる。これによって、各分野への応用が期待されていながら、これまで効率的な増殖方法が見つかっていなかったために、その応用範囲が制限されていた精子幹細胞を有効に利用することが可能となる。
そして、上記の方法によって得られた本発明の精子幹細胞は、実用可能なレベルにまで増殖されたものであるため、生体実験、医学的研究、バイオテクノロジーなどといった種々の分野において発生工学的に利用することができる。
本出願は、日本で出願された特願２００３−１１０８２１を基礎としており、それらの内容は本明細書に全て包含されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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