JP2018038401A - 幹細胞の培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】幹細胞から、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織とを含んでなる胚様体を試験管内で分化誘導する方法等の提供。特に中枢神経組織として、下垂体前駆組織及び各種下垂体ホルモン産生細胞を試験管内で分化誘導する方法の提供。【解決手段】無血清培地（好ましくは増殖因子及びインシュリン類を実質的に含まない）を用い、高細胞濃度で播種したＥＳ細胞等の多能性幹細胞から、均一な幹細胞の凝集体を形成し、形成された凝集体を浮遊培養することにより、吻側視床下部組織及び吻側頭部外胚葉組織を含む凝集体、下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞を得る方法。前記浮遊培養に用いる培地がＳｈｈシグナル促進剤、好ましくはＳＡＧを、含み、更にＢＭＰシグナル促進剤、好ましくは、ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４である、凝集体の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、幹細胞から、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織とを含んでなる胚様体を試験管内で分化誘導する方法等に関する。また、特に中枢神経組織として、下垂体前駆組織及び各種下垂体ホルモン産生細胞を試験管内で分化誘導する方法等に関する。

これまでに、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞から神経分化誘導を行う培養法がいくつか知られている（非特許文献１−４、特許文献１−３）。
本発明者らは、以前に、動物及びヒトのＥＳ細胞等の多能性幹細胞から神経分化誘導を行う方法として、無血清培地での分散浮遊培養（ＳＦＥＢ法）が有効であることを示した（非特許文献３、４及び特許文献１を参照）。その後、本発明者らは、無血清培地中で均一な幹細胞の凝集体を形成し、その凝集体を浮遊培養することにより、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞から、大脳皮質組織、視床下部のニューロンやその前駆細胞等を効率的に分化誘導できる方法（ＳＦＥＢｑ法）を見出した（非特許文献５及び特許文献３）。

脊椎動物において、下垂体や感覚器（嗅上皮、水晶体、内耳など）は神経板に面した頭部非神経外胚葉組織中に形成されるプラコードから、プラコードの誘導、プラコードの陥入、細胞の分化、形態形成を経て、発生する事が知られている。

このうち下垂体は、多くのホルモンを産生・分泌する内分泌器官である。下垂体は腺性下垂体（ａｄｅｎｏｈｙｐｏｐｈｙｓｉｓ）と神経性下垂体（ｎｅｕｒｏｈｙｐｏｐｈｙｓｉｓ）（下垂体後葉ともいう）とに大きく二分され、腺性下垂体はさらに、下垂体前葉と下垂体中葉（中間部）とに二分される。腺性下垂体は、下垂体ホルモンを産生・分泌する複数種の細胞を含んでいる。

この腺性下垂体は、原始口腔の陥入により生じたラトケ嚢（Ｒａｔｈｋｅ ｐｏｕｃｈ）に由来する。哺乳動物の初期発生において、下垂体前葉原基は、前側神経板境界の吻側に隣接する頭部非神経外胚葉（吻側頭部非神経外胚葉）中のプラコードとして形成され、このプラコードが陥入してラトケ嚢を形成する。ラトケ嚢はその後外胚葉から分離して上皮性の小嚢胞となる。次いでこの小嚢胞の前壁が下垂体前葉となり、後壁が下垂体中葉となる。

一方、神経性下垂体（下垂体後葉）は第三脳室の底部の突起から形成される。下垂体後葉には、視床下部の視索上核及び室傍核にある神経分泌ニューロン細胞体からの軸索が伸び、ホルモン（オキシトシン及びバソプレシン）が軸索輸送されている。

これまでの研究によって、発生段階において、吻側視床下部と吻側頭部非神経外胚葉との相互作用がラトケ嚢の誘導に必要であることが示されている（非特許文献６）。

このように、下垂体の後期発生プロセスは広く研究されているが、初期の外胚葉における下垂体原基の特定化については、依然理解されていない。さらに、大脳や視床下部等の神経細胞を分化誘導できる方法がこれまでに見出されているが（上記）、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞から下垂体前駆組織や各種下垂体ホルモン産生細胞を試験管内（ｉｎ ｖｉｔｒｏ）で発生させることができる方法は、未だ知られていない。
また、幹細胞を用いて糖尿病を治療することはこれまでにも検討されてきたが、視床下部−下垂体の機能不全に着目した再生医療の可能性に対しては、これまでほとんど注意が払われてこなかった。

ＷＯ２００５／１２３９０２号パンフレット 特開２００８−９９６６２号公報 ＷＯ２００９／１４８１７０号パンフレット

Watanabe, K. et al., Nature Biotechnology 25,681-686 (2007) Su, H.-L. et al., Developmental Biology 290,287-296 (2006) Ikeda, H. et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA 102,11331-11336 (2005) Watanabe, K. et al., Nature Neurosci.8,288-296 (2005) Wataya, T. et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA 105, 11796-11801 (2008) Bharti, K. et al., Development 138, 873-878 (2011)

本発明は、幹細胞から、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織とを含んでなる胚様体（Ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ Ｂｏｄｙ）（以下「凝集体」ともいう）を試験管内で分化誘導する方法を提供することを目的とする。また、特に中枢神経組織として、下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞へと試験管内（ｉｎ ｖｉｔｒｏ）で効率的に分化誘導する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、下垂体前葉の発生をｉｎ ｖｉｔｒｏで再現することに成功し、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞から、下垂体前駆組織及び各下垂体ホルモン産生細胞を分化誘導することに成功した。具体的には、特許文献３及び非特許文献５に開示されたＳＦＥＢｑ法を用いて条件をさらに検討し、１つの凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織、特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織の両方を同時に分化誘導できる条件を初めて見出した。さらにこの凝集体から、下垂体前駆組織（ラトケ嚢様の組織）を誘導し、この組織から各種下垂体ホルモン産生細胞を誘導することに成功した。このような知見に基づき、本発明者らは以下の発明を完成させた。

［１］無血清培地中で幹細胞の凝集体を形成させる工程、及び
形成された凝集体を無血清培地中で浮遊培養する工程
を含む、視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体の製造方法。
［２］浮遊培養で用いる無血清培地がＳｈｈシグナル促進剤を含む、［１］に記載の製造方法。
［３］前記Ｓｈｈシグナル促進剤がＳＡＧである、［２］に記載の製造方法。
［４］浮遊培養で用いる無血清培地がＢＭＰシグナル促進剤を含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の製造方法。
［５］ＢＭＰシグナル促進剤がＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４である、［４］に記載の製造方法。
［６］前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉が、吻側視床下部組織及びシート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織である、［１］〜［５］のいずれかに記載の製造方法。
［７］前記吻側視床下部組織がＲｘ陽性である、［６］に記載の製造方法。
［８］シート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織がＰｉｔｘ１陽性である、［６］記載の方法。
［９］前記無血清培地が、Ｎｏｄａｌシグナル促進剤、Ｗｎｔシグナル促進剤、ＦＧＦシグナル促進剤、ＢＭＰシグナル促進剤、レチノイン酸及びインシュリン類を実質的に含有しない無血清培地である、［１］に記載の製造方法。
［１０］前記幹細胞がヒト由来である、［１］〜［９］のいずれかに記載の製造方法。
［１１］前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体が、Ｌｉｍ３陽性細胞を更に含む、［１］〜［１０］のいずれかに記載の製造方法。
［１２］前記Ｌｉｍ３陽性細胞が、凝集体中に上皮性の小嚢胞を形成することを特徴とする、［１１］に記載の製造方法。
［１３］浮遊培養により、幹細胞の凝集体における内因性の増殖因子の発現を増加させる、［１］に記載の製造方法。
［１４］前記内因性の増殖因子がＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４である、［１３］に記載の製造方法。
［１５］前記ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４の発現が、低細胞濃度で幹細胞の凝集体を形成させた場合と比較して、ｍＲＮＡレベルで２倍以上増加することを特徴とする、［１４］に記載の製造方法。
［１６］［１］〜［１５］のいずれかに記載の方法によって製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤を含む無血清培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、副腎皮質刺激ホルモン産生細胞の製造方法。
［１７］前記Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤がＤＡＰＴである、［１６］に記載の製造方法。
［１８］［１６］又は［１７］に記載の方法で製造された副腎皮質刺激ホルモン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体において副腎皮質刺激ホルモンの分泌不全を改善する方法。
［１９］［１］〜［１５］のいずれかに記載の方法によって製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、グルココルチコイドを含む無血清培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、成長ホルモン産生細胞の製造方法。
［２０］前記無血清培地がインシュリンをさらに含む、［１９］に記載の製造方法。
［２１］前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、グルココルチコイドを含む無血清培地中で浮遊培養する工程の前又は同時に、ＧＳＫ３β阻害剤を含む無血清培地中で浮遊培養する工程を含む、［１９］又は［２０］に記載の成長ホルモン産生細胞の製造方法。
［２２］前記ＧＳＫ３β阻害剤がＢＩＯである、［２１］に記載の製造方法。
［２３］［１９］〜［２２］のいずれかに記載の方法で製造された成長ホルモン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体において成長ホルモンの分泌不全を改善する方法。
［２４］［１］〜［１５］のいずれかに記載の方法によって製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、エストロゲンを含む無血清培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、プロラクチン産生細胞の製造方法。
［２５］前記無血清培地がインシュリンをさらに含む、［２４］に記載の製造方法。
［２６］前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、エストロゲンを含む無血清培地中で浮遊培養する工程の前又は同時に、ＧＳＫ３β阻害剤を含む無血清培地中で浮遊培養する工程を含む、［２４］又は［２５］に記載のプロラクチン産生細胞の製造方法。
［２７］前記ＧＳＫ３β阻害剤がＢＩＯである、［２６］に記載の製造方法。
［２８］［２４］〜［２７］のいずれかに記載の方法で製造されたプロラクチン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体においてプロラクチンの分泌不全を改善する方法。
［２９］［１］〜［１５］のいずれかの製造方法で製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、無血清培地中でストローマ細胞を培養することによって得られたストローマ細胞の馴化培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン及び/又は甲状腺刺激ホルモン産生細胞の製造方法。
［３０］前記ストローマ細胞がＰＡ６細胞である、［２９］に記載の製造方法。
［３１］［２９］又は［３０］に記載の方法で製造された卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン又は甲状腺刺激ホルモン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体において卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン又は甲状腺刺激ホルモンの分泌不全を改善する方法。
［３２］無血清培地中で幹細胞の凝集体を形成させる工程、及び
形成された凝集体を無血清培地中で浮遊培養する工程
を含む、中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織を共に含んでなる凝集体の製造方法。
［３３］［３２］に記載の凝集体においてプラコードが自己形成される、嗅上皮、水晶体又は内耳を形成するプラコードの製造方法。

本発明の方法によれば、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞から、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織、具体的には吻側視床下部組織及びシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織を含む凝集体や下垂体前駆組織を試験管内で分化誘導し、さらに各種下垂体ホルモン産生細胞を分化誘導することができる。下垂体は多くのホルモンを産生・分泌する中心的な内分泌器官であり、ホルモン分泌の異常は生体に対し重大な影響を及ぼす。従って、本発明の方法で得られた凝集体、下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞は、下垂体ホルモンの分泌不全によって引き起こされる疾患や下垂体ホルモンの分泌不全を引き起こす疾患の治療等に利用することができる。

図１ａは、生体内での下垂体発生を示す模式図（矢状断面）である。図１ｂは、生体内（Ｅ１３）におけるラトケ嚢及び隣接する腹側視床下部組織の遺伝子発現を示す図である（視床下部マーカーＲｘ：緑；頭部非神経外胚葉マーカーＰｉｔｘ１：赤）。図１ｃは、ＳＦＥＢｑ／ｇｆＣＤＭ培養（３０００細胞／凝集体）したＥＳＣにおけるＰｉｔｘ２の発現レベルを示す。Ｐｉｔｘ２の発現は殆ど見られなかった。図１ｄは、ｌａｒｇｅ ｃｅｌｌ−ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ（ＬＣＡ；１００００細胞／凝集体で開始）条件（赤）下又はＢＭＰ４処理（青）により、ＳＦＥＢｑ／ＣＤＭ培養したＥＳＣのＰｉｔｘ２発現が上昇したことを示す。図１ｅ及びｆは、マウスＥＳ細胞を高濃度（ＬＣＡ条件）で播種し、ＳＦＥＢｑ／ｇｆＣＤＭ法で培養することによって得られた凝集体における、Ｐｉｔｘ１（赤）及びＲｘ（緑）の発現を示す図である。図１ｇは図１ｆの模式図である。図１ｈは、Ｒｘ^＋組織がＣｈｘ１０⁻/Ｎｅｓｔｉｎ^＋であることを示す。図１ｉは、Ｌｉｍ３のｍＲＮＡ発現量に対するＳｈｈシグナル促進剤ＳＡＧ添加のタイミングの影響を示すグラフである。図１ｊは、ＳＡＧ処理したＬＣＡ凝集体中のｌｉｍ３：：ｖｅｎｕｓ^＋集団（緑）を示すＦＡＣＳ分析の結果である。図１ｋは、ＳＡＧ処理なし（左）及びＳＡＧ処理あり（右）の場合の、凝集体中のｌｉｍ３発現の比較を示す。スケールバー：１００μｍ（ｂ、ｅ、ｆ）；５０μｍ（ｈ）；５００μｍ（ｋ）。 図２ａは、ＳＡＧ処理した培養１３日目における凝集体中のｌｉｍ３陽性細胞のクラスターを示す図である。図２ｂは、凝集体中のＬｉｍ３陽性細胞が、神経細胞マーカーであるＴｕｊ１を発現していないことを示す図である（Ｌｉｍ３（緑）、Ｔｕｊ１（赤）、Ｐｉｔｘ１（白））。図２ｃは、凝集体において中胚葉マーカーであるＢｒａｃｈｙｕｒｙがほとんど発現していないことを示す。図２ｄ−ｆは、凝集体中のｌｉｍ３陽性細胞がラトケ嚢様の小嚢胞を形成していく様子を示している（８〜１２日目）。図２ｇ−ｊは、ＳＡＧ処理した小嚢胞及びその周辺のマーカー遺伝子の発現を示す図である（Ｐｉｔｘ１（赤）、ｌｉｍ３（緑、ｇ；白、ｈ；赤、ｊ）、パンサイトケラチン（緑、ｈ）、Ｒｘ（緑、ｉ、ｊ））。図２ｋは、小嚢胞及びその周囲のマーカー遺伝子発現を示す模式図である。図２ｌは、生体内でのラトケ嚢及びその周辺のＰｉｔｘ１（赤）、ａＰＫＣ（緑）（ａｐｉｃａｌマーカー）の発現を示す図である。図２ｍ及びｎは、小嚢胞の電子顕微鏡写真である。ｔａｌｌ ｅｐｉｔｈｅｌｉａｌ ｃｅｌｌ（ｍ、頂端、上方）、基底側の剥離細胞（ｍ、角括弧）、ａｐｉｃａｌ ｃｉｌｉａ（ｎ、矢頭）、ａｐｉｃａｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ（ｎ、矢印）。図２ｏは、小嚢胞の基底側のＩｓｌｅｔ１陽性細胞を示す図である（Ｌｉｍ３（緑）、Ｉｓｌ１（赤））。図２ｐは、得られたラトケ嚢様小胞のｉｎ ｖｉｔｒｏ生成の模式図を示す。スケールバー、１００μｍ（ａ−ｄ、ｆ、ｇ）；５０μｍ（ｅ、ｉ、ｌ）；２０μｍ（ｊ）；２μｍ（ｋ）。 図３ａは、各下垂体ホルモン産生細胞の分化を示す図である。図３ｂは、ＳＡＧ処理で得られた下垂体前駆組織をＤＡＰＴ処理するとＴｂｘ１９発現が増強されることを示す（２０日目）（ＤＡＰＴ処理（１８−１９日目）/ＢＩＯ処理（１６−１８日目））。図３ｃは、２２日目の非神経（Ｎ−ｃａｄ⁻）細胞中のＡＣＴＨ^＋細胞の割合を示す（ＤＡＰＴ処理（１８−１９日目）/ＢＩＯ処理（１６−１８日目））。図３ｄ−ｇは、ＳＡＧ＋ＤＡＰＴ処理した凝集体における遺伝子マーカーの発現を示す。赤：ＡＣＴＨ、緑：Ｅ−カドヘリン（ｅ）/ニューロフィラメント（ｆ）/ＰＣ２（ｇ）。図３ｈは、ドキシサイクリン（Ｄｏｘ）処理によるｌｉｍ３のｓｈＲＮＡ媒介性ノックダウンにより、Ｔｂｘ１９及びＡＣＴＨの発現が低下することを示す。図３ｉは、ＤＡＰＴ処理したＬＣＡ＋ＳＡＧ ＳＦＥＢｑ凝集体の、Ｒｘ、ｌｉｍ３及びＡＣＴＨの発現を示す。図３ｊは、ＥＳＣ由来の嚢からの副腎皮質刺激ホルモン産生細胞生成を模式的に示す。図３ｋは、Ｐｉｔｘ１発現に対するＤＡＰＴ、ＢＩＯ及びＩＷＰ２の影響を示すグラフである（２６日目）。図３ｌ及びｍは、ＬＣＡ＋ＳＡＧ凝集体（３３日目）における、ＧＨ^＋細胞の生成を示す（ヒドロコーチゾン及びインスリンを２０−３０日目に添加）。図３ｎ及びｏは、ＬＣＡ＋ＳＡＧ凝集体（３３日目）における、Ｐｒｏｌａｃｔｉｎ^＋細胞の生成を示す（エストラジオール及びインスリンを２０−３０日目に添加）。図３ｐ−ｓは、ＬＣＡ＋ＳＡＧ凝集体（３３日目）における、ＬＨ^＋細胞、ＦＳＨ^＋細胞、ＴＳＨ^＋細胞（ＰＡ６のコンディションメディウム（馴化培地）を１０日目から添加）の生成を示す。スケールバー、２０μｍ（ｄ、ｅ）；５０μｍ（ｆ、ｇ）；１００μｍ（ｍ、ｏ、ｑ、ｒ、ｓ）。 図４ａは、ＣＲＨ負荷によるＡＣＴＨ分泌試験の模式図である。図４ｂは、ＣＲＨ負荷によるＡＣＴＨ分泌の促進を示す。図４ｃは、種々の用量のＣＲＨ負荷によるＡＣＴＨ分泌の促進を示す。図４ｄは、凝集体からのＡＣＴＨ分泌に対する、ＳＡＧ、ＤＡＰＴ及びＣＲＨ処理の影響を示す。図４ｅは、ＣＲＨによるＡＣＴＨ分泌の促進が、ＡＣＴＨ分泌の負のフィードバック因子ヒドロコーチゾン（Ｆ）での前処理によって抑制されることを示す。図４ｆは、エストラジオール（Ｅ２）での前処理がＡＣＴＨ分泌に影響しないことを示す。 図５ａは、下垂体除去マウスへの凝集体の移植実験のデザイン及び術後7日目の、下垂体除去マウスの腎臓被膜下に移植した凝集体（ＧＦＰ標識）の生着を示す図である（赤：ＡＣＴＨ^＋細胞；青：ＤＡＰＩ；スケールバー、１００μｍ）。図５ｂ及びｃは、下垂体除去によりＡＣＴＨが産生されなくなったことを示す（ＣＲＨ負荷なし（ｂ）、あり（ｃ））。図５ｄは、ＣＲＨ負荷あり（右）又はなし（左）での、移植マウスにおけるＡＣＴＨレベルを示す。図５ｅ及びｆはそれぞれ、ＣＲＨ負荷によるＡＣＴＨ産生及びコルチコステロン産生の増加を示し、図５ｇ及びｈは、ＣＲＨ負荷なしの基底レベルのＡＣＴＨ産生及びコルチコステロン産生を示す。図５ｉ及びｊは、ＡＣＴＨ産生細胞の移植による、下垂体除去マウスの自発運動能の改善を示す。図５ｋはKaplan-Meyer法によって分析した、凝集体移植手術後の下垂体除去マウスの生存を示す。 図６は、３０００細胞／凝集体（ＬＣＡ−）又は１００００細胞／凝集体（ＬＣＡ＋）で開始した、ｇｆＣＤＭ／ＳＦＥＢｑ培養物におけるＢＭＰ２及びＢＭＰ４の発現を示す。 図７は、ヒトＥＳ細胞１２０００細胞／凝集体を用い浮遊凝集塊培養を行った結果である。培養３日目にＢＭＰ４を５ｎＭ添加した凝集塊では、Ｒｘ^＋の吻側視床下部組織の細胞が、Ｅ−カドヘリン^＋の吻側頭部非神経外胚葉組織の細胞からなる単層のシート状の連続上皮に内包された凝集体が培養１７日目には形成されていた。さらに、培養２５日目にはＥ−カドヘリン^＋の肥厚した非神経外胚葉の形成がみられた。 図８は、図７における培養１７日目の細胞凝集体を用い、吻側頭部非神経外胚葉組織のマーカーであるＰｉｔｘ１のｍＲＮＡ発現を定量的ＰＣＲで測定した結果である。ＢＭＰ４を５ｎＭ添加した凝集体では無添加の凝集体に比べ、Ｐｉｔｘ１のｍＲＮＡ発現が約１０倍増加していた。

以下に本発明を詳細に説明する。
（１）本発明の製造方法によって得られる組織及び細胞
（Ａ）中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織を含む凝集体
本発明の製造方法（分化誘導方法という場合がある）によれば、中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織、特に吻側視床下部組織（単に視床下部組織ともいう）及びシート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織（単に頭部非神経外胚葉組織ともいう）を共に含んでなる凝集体が分化誘導される。吻側視床下部組織及びシート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織を含む凝集体は、例えば、シート状の連続上皮様の一層のＰｉｔｘ1陽性の細胞群からなる吻側頭部非神経外胚葉組織が培養液との接触面に存在し、その内部にＲｘ陽性の細胞群からなる吻側視床下部組織を含む細胞塊である。本発明の分化誘導方法では、１つの凝集体中に中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織の両方の組織が同時に形成される（具体的には、１つの凝集体中、中枢神経組織の外側に、シート状の頭部非神経外胚葉組織が形成される）ため、これらの組織は局所的に相互作用することができるようになる。

個体の発生段階において、ラトケ嚢（下垂体の前駆組織）を誘導するには、吻側視床下部組織と吻側頭部非神経外胚葉組織との相互作用が必要であることが知られている（Bharti et al (2011) Development 138, 873-878）。
例えば、１つの凝集体中、吻側視床下部組織の外側に、シート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織が形成されると、これらの組織は局所的に相互作用することができるようになり、下垂体前駆組織、ひいては下垂体ホルモン産生細胞を誘導する。

また、感覚器を形成する外胚葉性の頭部プラコードの形成にも、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織との相互作用が必要である。具体的には、嗅上皮は、大脳組織と吻側頭部非神経外胚葉組織との相互作用により形成されるプラコード（Ｏｌｆａｃｔｏｒｙ ｐｌａｃｏｄｅ）を経て発生し；水晶体は、網膜組織と頭部非神経外胚葉組織との相互作用により形成されるプラコード（Ｌｅｎｓ ｐｌａｃｏｄｅ）を経て発生し；内耳は、後脳組織と頭部非神経外胚葉組織との相互作用により形成されるプラコード（Ｏｔｉｃ ｐｌａｃｏｄｅ）を経て発生する。
つまり、上述の組織の組み合わせが１つの凝集体中に上述の構成で形成されると、これらの組織は局所的に相互作用することができるようになり、各プラコードの形成、ひいては各感覚器の発生が導かれる。

凝集体中の細胞が、中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織のいずれに属する細胞であるかは、正常に発生している生体内で観察される、中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織の遺伝子発現プロフィールに基づいて判定することができる。具体的な遺伝子発現プロフィールは以下の（Ｄ）に記載している。一態様において、吻側視床下部組織は、Ｒｘ^＋、Ｎ−カドヘリン^＋、Ｓｏｘ１^＋の神経組織である。一態様において、吻側視床下部組織は、Ｒｘ^＋、Ｃｈｘ１０⁻、Ｎｋｘ２．１^＋、Ｎｅｓｔｉｎ^＋の神経組織である。一態様において、吻側頭部外胚葉組織（吻側頭部非神経外胚葉）は、凝集体の表層に形成されるＰｉｔｘ１陽性、Ｎ−カドヘリン^＋の単層の細胞からなるシート状の連続上皮組織である。

（Ｂ）ラトケ嚢様組織
生体の発生では、腺性下垂体（下垂体前葉及び下垂体中葉）は、ラトケ嚢と呼ばれる組織から誘導される。ラトケ嚢は、個体発生のごく初期に吻側頭部非神経外胚葉に形成されたプラコードが陥入して形成され、後に外胚葉から分離して上皮性の小嚢胞となる。
本発明の方法によれば、吻側視床下部組織及び吻側頭部非神経外胚葉組織を含む上記凝集体において、ラトケ嚢と同様の上皮構造や極性を持つ小嚢胞が形成される。この小嚢胞は、生体内のラトケ嚢と同様、視床下部組織の近傍に存在し、且つ吻側頭部非神経外胚葉組織とも隣接する。つまり、本発明の方法により、生体の下垂体発生時の微小環境を再現することができる（図２ｐを参照のこと）。

従って、本発明でいう「ラトケ嚢様組織」又は「下垂体前駆組織」とは、正常に発生している生体内で観察されるラトケ嚢と同様の形態的特徴（凹状又は小嚢胞状）を有する、視床下部組織及び吻側頭部非神経外胚葉組織の近傍に存在する、生体内のラトケ嚢と同じ遺伝子発現プロフィールをもつ、などの特徴によって規定される。具体的な遺伝子発現プロフィールは以下の（Ｄ）に記載している。一態様において、ラトケ嚢様組織は、Ｌｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞である。

（Ｃ）下垂体ホルモン産生細胞
下垂体前葉からは、副腎皮質刺激ホルモン（ａｄｒｅｎｏｃｏｒｔｉｃｏｔｒｏｐｉｃ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＡＣＴＨ））及び、成長ホルモン（ｇｒｏｗｔｈ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＧＨ））、甲状腺刺激ホルモン（ｔｈｙｒｏｉｄ−ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＴＳＨ））、プロラクチン（ｐｒｏｌａｃｔｉｎ（ＰＲＬ））、卵胞刺激ホルモン（ｆｏｌｌｉｃｌｅ−ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＦＳＨ））、黄体形成ホルモン（ｌｕｔｅｉｎｉｚｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＬＨ））（下垂体前葉ホルモン）が分泌され、下垂体中葉からは、メラニン細胞刺激ホルモン（ｍｅｌａｎｏｃｙｔｅ−ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＭＳＨ））（下垂体中葉ホルモン）が分泌される。ＭＳＨは、ＡＣＴＨ関連ペプチドの１つであり、ＡＣＴＨと共通の前駆体であるプロピオメラノコルチンの酵素分解によって形成される。一方、下垂体後葉が分泌するホルモンのオキシトシン（ｏｘｙｔｏｃｉｎ（ＯＸ））及びバソプレシン（ｖａｓｏｐｒｅｓｓｉｎ（ＶＰ））は、視床下部で産生されるホルモンであるので、本明細書中では下垂体ホルモンに含めないものとする。本明細書で下垂体ホルモンという場合、下垂体前葉ホルモンを指すものとする。

（ｉ）副腎皮質刺激ホルモン（ＡＣＴＨ）
コルチコトロピンともいう。下垂体前葉の副腎皮質刺激ホルモン産生・分泌細胞（ｃｏｒｔｉｃｏｔｒｏｐｈ）から分泌される、３９アミノ酸のペプチドホルモンである。ＡＣＴＨは、グルココルチコイド分泌促進作用を示す。ＡＣＴＨの分泌は、視床下部から分泌される副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン（ｃｏｒｔｉｃｏｔｒｏｐｉｎ−ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＣＲＨ））によって促進され、グルココルチコイドによってネガティブフィードバックされる。

（ｉｉ）成長ホルモン（ＧＨ）
ソマトトロピンともいう。下垂体前葉の成長ホルモン産生・分泌細胞（ｓｏｍａｔｏｔｒｏｐｈ）から分泌される、ヒトの場合１９１アミノ酸のペプチドホルモンである。ＧＨは、タンパク質合成や軟骨発育の促進作用、脂肪分解作用などの、種々の生物活性を示す。ＧＨの分泌は、視床下部から分泌される成長ホルモン放出ホルモン（ｇｒｏｗｔｈ ｈｏｒｍｏｎｅ−ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＧＨＲＨ））によって刺激され、ソマトスタチンによって抑制される。ＧＨの分泌は、ＧＨ自体及びＩＧＦ−１によってもネガティブフィードバックされる。

（ｉｉｉ）プロラクチン（ＰＲＬ）
下垂体前葉のプロラクチン産生・分泌細胞（ｌａｃｔｏｔｒｏｐｈ）から主に分泌される、１９９アミノ酸のペプチドホルモンである。ＰＲＬは、ヒトでは女性ホルモンの存在下で乳汁分泌や乳腺の分化・発達を促進し、妊娠維持等の作用を持つ。ＰＲＬの分泌は、プロラクチン放出因子（ＰＲＦ）（例、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン（ＴＲＨ）、バソプレシン、血管作用性小腸ペプチド（ＶＩＰ）、ペプチドヒスチジンイソロイシン（ＰＨＩ））及びＴＲＨによって促進され、プロラクチン放出抑制因子（ＰＩＦ）（例、ドパミン、γ−アミノ酪酸（ＧＡＢＡ））によって抑制される。

（ｉｖ）黄体形成ホルモン（ＬＨ）
性腺刺激ホルモン（ゴナドトロピン）の一種であり、下垂体前葉の性腺刺激ホルモン産生・分泌細胞（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｈ）から分泌される、αサブユニットとβサブユニットからなる糖タンパク質である。ＬＨは、女性では、ＦＳＨと共に発育卵胞に作用して卵胞を発育させ、排卵及び黄体の形成を促し、エストロゲン及びプロゲステロンの産生を促進し、月経周期の形成に重要な役割を果たす。男性では、精巣のライディッヒ細胞に作用してテストステロンの分泌を促す。ＬＨの分泌も、視床下部から分泌される性腺刺激ホルモン放出ホルモン（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｉｎ−ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＧｎＲＨ））によって促進される。

（ｖ）卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）
性腺刺激ホルモン（ゴナドトロピン）の一種であり、下垂体前葉の性腺刺激ホルモン産生・分泌細胞（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｈ）から分泌される、αサブユニットとβサブユニットからなる糖タンパク質である。ＦＳＨの分泌は、視床下部から分泌される性腺刺激ホルモン放出ホルモン（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｉｎ−ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＧｎＲＨ））によって促進される。ＦＳＨは、女性においては卵巣に作用して原始卵胞を発育卵胞にし、ＬＨと協働して成熟卵胞へと発育させて、卵胞からのエストロゲン分泌を促進させる。エストロゲンが増加すると、視床下部へのフィードバックによってＧｎＲＨの分泌が抑制されてＦＳＨの分泌も抑制されるが、エストロゲンがさらに増加すると視床下部・下垂体へのポジティブフィードバックが働き、ＧｎＲＨが増加する。男性では、精巣のセルトリ細胞に作用して、テストステロンの分泌を促進し、精子形成を促進する。

（ｖｉ）甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）
下垂体前葉の甲状腺刺激ホルモン産生・分泌細胞（ｔｈｙｒｏｔｒｏｐｈ）から分泌される、αサブユニットとβサブユニットからなる糖タンパク質である（αサブユニットはＬＨ、ＦＳＨと共通である）。ＴＳＨは、甲状腺に作用して、甲状腺ホルモンの産生・分泌を促進する。ＴＳＨの分泌は、視床下部から分泌される甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン（ｔｈｙｒｏｔｒｏｐｉｎ−ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｈｏｒｍｏｎｅ（ＴＲＨ））によって刺激され、甲状腺ホルモンによってネガティブフィードバックされる。

本発明の分化誘導方法によって得られた、これらの下垂体ホルモンのいずれかを産生し分泌し得る細胞を、本明細書中では「下垂体ホルモン産生細胞」と総称する。

上記下垂体ホルモンのいずれかの産生・分泌の不全によって引き起こされる疾患としては、副腎皮質機能低下症、成長ホルモン分泌不全性低身長症、成人発症ＧＨ欠乏症、下垂体性小人症、クレチン病、不妊症等が挙げられる。また、汎下垂体機能低下症（エンプティセラ症候群、下垂体アポプレキシー、術後下垂体損傷が含まれる）、部分的下垂体機能低下症、下垂体前葉ホルモン単独欠損症（具体的には、ＡＣＴＨ単独欠損症、成長ホルモン単独欠損症、ＴＳＨ単独欠損症、プロラクチン単独欠損症、性腺刺激ホルモン単独欠損症）においては、上記下垂体ホルモンの１ないし全てのホルモンの産生・分泌の不全が生じる。

（Ｄ）組織及び細胞の同定
本発明の方法により得られた組織又は細胞は、マーカー遺伝子の発現の有無、又は下垂体ホルモン産生細胞の場合には下垂体ホルモンの培地への放出若しくは細胞内におけるその前駆タンパク質の蓄積等を指標とし、必要に応じてそれらを組み合わせることにより、いずれの組織又は細胞に分化したかを確認することができる。また、組織や細胞の形態を観察することによって、得られた組織又は細胞を特定することもできる。更に、このようなマーカー発現パターンや組織又は細胞の形態に基づき、所望の特定の組織又は細胞を単離することもできる。

本発明で使用されるマーカーとしては、ＡＣＴＨ、ＧＨ、ＰＲＬ、ＬＨ、ＦＳＨ、ＴＳＨ等の下垂体ホルモン、Ｎ−カドヘリン、Ｎｋｘ２．１（神経マーカー）、Ｓｏｘ１（神経外胚葉マーカー）、ネスチン（神経外胚葉マーカー）、ニューロフィラメント及びＮＳＥ(ｎｅｕｒｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｏｌａｓｅ)（ニューロンマーカー）、Ｒｘ（視床下部マーカー）、Ｐｉｔｘ１及びＰｉｔｘ２（頭部非神経外胚葉マーカー）、Ｃｈｘ１０（網膜マーカー）、Ｌｉｍ３（初期下垂体/下垂体前駆組織マーカー）、Ｉｓｌｅｔ１及び２（後期ラトケ嚢マーカー）、Ｅ−カドヘリン（上皮細胞マーカー）、Ｐｒｏｐ１及びＰｉｔ１（ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｈ、ｓｏｍａｔｏｔｒｏｐｈ、ｌａｃｔｏｔｒｏｐｈ又はｃａｕｄｏｍｅｄｉａｌ ｔｈｙｒｏｔｒｏｐｈ前駆体に特異的なマーカー）、Ｔｂｘ１９（ｃｏｒｔｉｃｏｔｒｏｐｈに特異的なマーカー）、ＰＣ２（ｍｅｌａｎｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｎｅａｇｅマーカー）等が挙げられるが、これらに限定されない。これら及び他のマーカー遺伝子の発現の有無を適宜組み合わせることにより、得られた細胞の正体を特定することができる。

本発明の分化誘導方法によって得られる組織または細胞は、生体内の実際の組織又は細胞の遺伝子発現プロフィールに従って特徴付けることができる。
例えば、上記マーカーを用いて規定すると、吻側視床下部組織の細胞は、Ｒｘ^＋、好ましくはＲｘ^＋、Ｎ−カドヘリン^＋、ネスチン^＋、Ｎｋｘ２．１^＋、Ｃｈｘ１０^-である。吻側頭部外胚葉組織（吻側頭部非神経外胚葉）の細胞は、Ｐｉｔｘ１^＋、好ましくはＰｉｔｘ１^＋、Ｐｉｔｘ２^＋、Ｅ−カドヘリン^＋である。下垂体前駆組織（ラトケ嚢様組織）の細胞は、Ｌｉｍ３^＋、Ｐｉｔｘ１^＋、Ｐｉｔｘ２^＋、Ｉｓｌ１^＋、Ｅ−カドヘリン^＋である（これは、下垂体原基の発現プロフィールと一致する）。下垂体性（非ニューロン）のホルモン産生細胞は、ニューロフィラメント⁻、ＮＳＥ⁻である。下垂体性ＡＣＴＨ産生細胞は、ＡＣＴＨ^＋、Ｔｂｘ１９^＋、ＰＣ２⁻であり、その他の下垂体ホルモン産生細胞はＴｂｘ１９⁻である。また、下垂体中葉のＭＳＨ産生細胞はＡＣＴＨ⁻、Ｔｂｘ１９^＋、ＰＣ２^＋である。下垂体性のＧＨ産生細胞、ＰＲＬ産生細胞及びＴＳＨ産生細胞は、Ｐｉｔｘ１^＋の中間前駆体を経て、各下垂体ホルモン産生細胞へと分化する。

本発明の方法によれば、上記中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織、例えば吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織（吻側頭部非神経外胚葉）とが、１つの凝集体中に同時に分化誘導される。このとき、吻側頭部外胚葉組織（頭部非神経外胚葉）が表層に、その内側に中枢神経組織（吻側視床下部組織）が存在する凝集体が得られる。
本発明のさらなる方法によれば、凝集体中にラトケ嚢様組織が形成される。この小嚢胞は、下垂体前駆組織と同一のマーカー発現を示し、形態学的にも類似した上皮構造や極性を有している。さらに、生体内の下垂体前駆組織（ラトケ嚢）と同じく、Ｒｘ陽性の視床下部組織の近傍に存在し、吻側頭部非神経外胚葉組織とも隣接して形成される。このことは、本発明の分化誘導法において、胚発生過程における下垂体前駆組織の発生の微小環境が模倣されたことを示す。従って、本発明においては、このラトケ嚢様組織を下垂体前駆組織とも呼ぶ。

下垂体ホルモン産生細胞の場合には、ＡＣＴＨ、ＧＨ、ＰＲＬ、ＬＨ、ＦＳＨ、ＴＳＨのそれぞれの、培地への放出若しくは細胞内におけるその前駆タンパク質の蓄積等を指標として、各下垂体ホルモン産生細胞の分化を確認することができる。

各下垂体ホルモン産生細胞に特異的なマーカー遺伝子の発現を指標とする場合、ＡＣＴＨ産生細胞はＡＣＴＨ及びＴｂｘ１９の発現を指標として、ＧＨ産生細胞はＧＨの発現を指標として、ＰＲＬ産生細胞はＰＲＬの発現を指標として、ＴＳＨ産生細胞はＴＳＨの発現を指標として、ＦＳＨ産生細胞はＦＳＨの発現を指標として、ＬＨ産生細胞はＬＨの発現を指標として、それぞれ特徴付けることができる。下垂体ホルモンはニューロンからも分泌され得るが、本発明の製造方法によって得られる各下垂体ホルモン産生細胞は、神経マーカーのＮＳＥやニューロフィラメントが陰性である点で、そのようなニューロンと区別することができる。

マーカー遺伝子の発現は、定量ＰＣＲを、例えば、製造者の指示に従って７５００ Ｆａｓｔ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ ＰＣＲ Ｓｙｓｔｅｍ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）で実施し、ＧＡＰＤＨ発現によってデータを正規化することにより解析する。定量ＰＣＲの方法は当業者に公知である。或いは、目的とするマーカー遺伝子が、マーカー遺伝子産物とＧＦＰやｖｅｎｕｓなどとの融合タンパク質として発現されるように、細胞を操作してもよい（ノックイン）。マーカー遺伝子産物に対して特異的な抗体を用いて、タンパク質の発現を検出することもできる。

これらのタンパク質の検出は、免疫染色又はラジオイムノアッセイにより実施することができる。また、その他の下垂体ホルモン産生についても、産生されるホルモン等に特異的な抗体等を用いて、同様のアッセイが可能である。このような方法は当業者に公知である。

（２）幹細胞
「幹細胞」とは、細胞分裂を経ても同じ分化能を維持することができる細胞のことをいう。幹細胞の例としては、受精卵あるいはクローン胚由来で多能性を有する胚性幹細胞（ＥＳ細胞）、生体内の組織中に存在する体性幹細胞や多能性幹細胞、各組織の基になる肝幹細胞、皮膚幹細胞、生殖幹細胞、生殖幹細胞由来の多能性幹細胞、体細胞由来で核初期化によって得られる多能性幹細胞などが挙げられる。

なかでも「多能性幹細胞」とは、インビトロにおいて培養することが可能で、かつ、胎盤を除く生体を構成するすべての細胞（三胚葉（外胚葉、中胚葉、内胚葉）由来の組織）に分化しうる能力（分化万能性（ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｃｙ））を有する幹細胞をいい、胚性幹細胞もこれに含まれる。「多能性幹細胞」は、受精卵、クローン胚、生殖幹細胞、組織内幹細胞から得られる。また、体細胞に数種類の遺伝子を導入することにより、胚性幹細胞に似た分化万能性を人工的に持たせた細胞（人工多能性幹細胞ともいう）も含む。多能性幹細胞は、自体公知の方法で作成することが可能である。例えば、Ｃｅｌｌ １３１（５）ｐｐ．８６１−８７２や、Ｃｅｌｌ １２６（４）ｐｐ．６６３−６７６に記載の方法などが挙げられる。

幹細胞としては、例えば温血動物、好ましくは哺乳動物に由来する細胞を使用できる。哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類やウサギ等の実験動物、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ等の家畜、イヌ、ネコ等のペット、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出来る。
具体的に本発明の方法で用いられる幹細胞としては、例えば、着床以前の初期胚を培養することによって樹立した哺乳動物等の胚性幹細胞（以下、「胚性幹細胞Ｉ」と省略）、体細胞の核を核移植することによって作製された初期胚を培養することによって樹立した胚性幹細胞（以下、「胚性幹細胞ＩＩ」と省略）、体細胞へ数種類の遺伝子を導入することにより、および／または化合物を作用させることにより樹立した誘導性多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、および胚性幹細胞Ｉ、胚性幹細胞ＩＩ又はｉＰＳ細胞の染色体上の遺伝子を遺伝子工学の手法を用いて改変した多能性幹細胞（以下、「改変多能性幹細胞」と省略）が挙げられる。

より具体的には、胚性幹細胞Ｉとしては、初期胚を構成する内部細胞塊より樹立された胚性幹細胞、始原生殖細胞から樹立されたＥＧ細胞、着床以前の初期胚の多分化能を有する細胞集団（例えば、原始外胚葉）から単離した細胞、あるいはその細胞を培養することによって得られる細胞などが挙げられる。
胚性幹細胞Ｉは、着床以前の初期胚を、文献（Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｏｕｓｅ Ｅｍｂｒｙｏ Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９４））に記載された方法に従って培養することにより調製することができる。

胚性幹細胞ＩＩは、例えば、Ｗｉｌｍｕｔら（Ｎａｔｕｒｅ ３８５，８１０（１９９７））、Ｃｉｂｅｌｌｉら（Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８０，１２５６（１９９８））、入谷明ら（蛋白質核酸酵素，４４，８９２（１９９９））、Ｂａｇｕｉｓｉら（Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１７，４５６（１９９９））、Ｗａｋａｙａｍａら（Ｎａｔｕｒｅ，３９４，３６９（１９９８）；Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，２２，１２７（１９９９）；Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９６，１４９８４（１９９９））、ＲｉｄｅｏｕｔＩＩＩら（Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，２４，１０９（２０００））等によって報告された方法を用いることにより、例えば以下のように作製することができる。

哺乳類動物細胞の核を摘出後初期化（核を再び発生を繰り返すことができるような状態に戻す操作）し、除核した哺乳動物の未受精卵に注入する方法を用いて発生を開始させ、発生を開始した卵を培養することによって、他の体細胞の核を有し、かつ正常な発生を開始した卵が得られる。

体細胞の核を初期化する方法としては複数の方法が知られている。例えば、核を提供する側の細胞を培養している培地を、５〜３０％、好ましくは１０％の仔ウシ胎児血清を含む培地（例えば、Ｍ２培地）から３〜１０日、好ましくは５日間、０〜１％、より好ましくは０．５％の仔ウシ胎児血清を含む貧栄養培地に変えて培養することで細胞周期を休止期状態（Ｇ０期もしくはＧ１期）に誘導することで初期化することができる。

また、同種の哺乳動物の除核した未受精卵に、核を提供する側の細胞の核を注入し、数時間、好ましくは約１〜６時間培養することで初期化することができる。

初期化された核は除核された未受精卵中で発生を開始することが可能となる。初期化された核を除核された未受精卵中で発生を開始させる方法としては複数の方法が知られている。細胞周期を休止期状態（Ｇ０期もしくはＧ１期）に誘導し初期化した核を、電気融合法などによって同種の哺乳動物の除核した未受精卵に移植することで卵子を活性化し発生を開始させることができる。

同種の哺乳動物の除核した未受精卵に核を注入することで初期化した核を、再度マイクロマニピュレーターを用いた方法などによって同種の哺乳動物の除核した未受精卵に移植し、卵子活性化物質（例えば、ストロンチウムなど）で刺激後、細胞分裂の阻害物質（例えば、サイトカラシンＢなど）で処理し第二極体の放出を抑制することで発生を開始させることができる。この方法は、哺乳動物が、例えばマウスなどの場合に好適である。

いったん発生を開始した卵が得られれば、Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｏｕｓｅ Ｅｍｂｒｙｏ Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９４）；Ｇｅｎｅ Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ，Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ ａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９３）；バイオマニュアルシリーズ８ジーンターゲッティング，ＥＳ細胞を用いた変異マウスの作製，羊土社（１９９５）等に記載の公知の方法を用い、胚性幹細胞を取得することができる。

ｉＰＳ細胞は、体細胞（例えば線維芽細胞、皮膚細胞等）に例えばＯｃｔ３／４、Ｓｏｘ２及びＫｌｆ４（必要に応じて更にｃ−Ｍｙｃ又はｎ−Ｍｙｃ）を導入することにより製造することが出来（Ｃｅｌｌ，１２６：ｐ．６６３−６７６，２００６；Ｎａｔｕｒｅ，４４８：ｐ．３１３−３１７，２００７；Ｎａｔ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２６：ｐ．１０１−１０６，２００８；Ｃｅｌｌ １３１：８６１−８７２，２００７）、また、Ｏｃｔ３／４及びＳｏｘ２、（必要に応じて更にＫｌｆ４）を導入し、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤であるバルプロ酸を作用させることにより製造することも出来る（Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２６：ｐ．１２６９−１２７５，２００８）が、これらに限定されない。

改変多能性幹細胞は、例えば、相同組換え技術を用いることにより作製できる。改変多能性幹細胞の作製に際して改変される染色体上の遺伝子としては、例えば、組織適合性抗原の遺伝子、神経系細胞の障害に基づく疾患関連遺伝子などがあげられる。染色体上の標的遺伝子の改変は、Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｏｕｓｅ Ｅｍｂｒｙｏ Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９４）；Ｇｅｎｅ Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ，Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ ａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９３）；バイオマニュアルシリーズ８ジーンターゲッティング，ＥＳ細胞を用いた変異マウスの作製，羊土社（１９９５）等に記載の方法を用い、行うことができる。

具体的には、例えば、改変する標的遺伝子（例えば、組織適合性抗原の遺伝子や疾患関連遺伝子など）のゲノム遺伝子を単離し、単離したゲノム遺伝子を用いて標的遺伝子を相同組換えするためのターゲティングベクターを作製する。作製したターゲティングベクターを幹細胞に導入し、標的遺伝子とターゲティングベクターの間で相同組換えを起こした細胞を選択することにより、染色体上の遺伝子を改変した幹細胞を作製することができる。

標的遺伝子のゲノム遺伝子を単離する方法としては、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ（１９８９）やＣｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ（１９８７−１９９７）等に記載された公知の方法があげられる。また、ゲノムＤＮＡライブラリースクリーニングシステム（Ｇｅｎｏｍｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ製）やＵｎｉｖｅｒｓａｌ ＧｅｎｏｍｅＷａｌｋｅｒ^ＴＭ Ｋｉｔｓ（ＣＬＯＮＴＥＣＨ製）などを用いることにより、標的遺伝子のゲノム遺伝子を単離することができる。

標的遺伝子を相同組換えするためのターゲティングベクターの作製、及び相同組換え体の効率的な選別は、Ｇｅｎｅ Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ，Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ ａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９３）；バイオマニュアルシリーズ８ジーンターゲッティング，ＥＳ細胞を用いた変異マウスの作製，羊土社（１９９５）等に記載の方法にしたがって作製することができる。なお、ターゲティングベクターは、リプレースメント型、インサーション型いずれでも用いることができ、また、選別方法としては、ポジティブ選択、プロモーター選択、ネガティブ選択、ポリＡ選択などの方法を用いることができる。

選別した細胞株の中から目的とする相同組換え体を選択する方法としては、ゲノムＤＮＡに対するサザンハイブリダイゼーション法やＰＣＲ法等があげられる。

また、幹細胞は、所定の機関より入手でき、また、市販品を購入することもできる。例えば、ヒト胚性幹細胞であるＫｈＥＳ−１、ＫｈＥＳ−２及びＫｈＥＳ−３は、京都大学再生医科学研究所より入手可能である。マウス胚性幹細胞の例としては、ＥＢ５細胞などが挙げられる。

幹細胞は、自体公知の方法により維持培養できる。例えば、幹細胞は、ウシ胎児血清（ＦＣＳ）、Ｋｎｏｃｋｏｕｔ^ＴＭ Ｓｅｒｕｍ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ＫＳＲ）、ＬＩＦを添加した無フィーダー細胞による培養により維持できる。

（３）均一な幹細胞凝集体の形成及びその浮遊培養
本発明の分化誘導方法で用いる、均一な幹細胞の凝集体を形成させる工程及び凝集体を浮遊培養する工程は、特許文献３及び非特許文献５に開示された「ＳＦＥＢｑ法」とほぼ同様のものである。

「均一な幹細胞の凝集体を形成させる」とは、幹細胞を集合させて幹細胞の凝集体を形成させて培養させる（凝集体培養）際に、「一定の数の分散した幹細胞を迅速に凝集」させることで質的に均一な幹細胞の凝集体を形成することをいう。さらに、特に「細胞を迅速に凝集」させることによって、幹細胞から派生する細胞の上皮化を促進させることをいう。すなわち本明細書中、「細胞を迅速に凝集」させるとは、幹細胞を均一に凝集させることによって産生される細胞の上皮様構造を再現性よく形成させることをいう。

均一な幹細胞の凝集体を「浮遊培養する」または「浮遊凝集体（凝集塊ともいう）として培養する」とは、上記工程で得られた集合し均一な凝集体を形成した幹細胞群を、培養培地中において、細胞培養器に対して非接着性の条件下で培養することをいう（本明細書中、これらの工程をあわせて、「ＳＦＥＢｑ法」と記載する）。幹細胞を浮遊培養する場合、浮遊凝集体の形成をより容易にするため、並びに／あるいは、効率的な分化誘導（例えば、神経系細胞等の外胚葉系細胞への分化誘導）のために、フィーダー細胞の非存在下で培養を行うのが好ましい。

均一な幹細胞の凝集体の形成は、「細胞を迅速に凝集」させることで均一な幹細胞の凝集体が形成され、幹細胞から産生される細胞の上皮様構造を再現性よく形成することができる限りどのような方法を採用してもよく、このような方法としては、例えば、ウェルの小さなプレート（９６穴プレート）やマイクロポアなどを用いて小さいスペースに細胞を閉じ込める方法、小さな遠心チューブを用いて短時間遠心することで細胞を凝集させる方法などが挙げられる。

凝集体の形成時に用いられる培養器は、「細胞を迅速に凝集」させることで均一な幹細胞の凝集体形成が可能なものであれば特に限定されず、当業者であれば適宜決定することが可能である。このような培養器としては、例えば、フラスコ、組織培養用フラスコ、ディッシュ、ペトリデッシュ、組織培養用ディッシュ、マルチディッシュ、マイクロプレート、マイクロウェルプレート、マイクロポア、マルチプレート、マルチウェルプレート、チャンバースライド、シャーレ、チューブ、トレイ、培養バック、ローラーボトルが挙げられるが、細胞を迅速に凝集させるためには、上述のとおり、培養スペースが比較的小さい培養器を使用することが好ましい。そしてこれらの培養器は、均一な凝集体を形成させる観点から、細胞非接着性であることが好ましい。細胞非接着性の培養器としては、培養器の表面が、細胞との接着性を向上させる目的で人工的に処理（例えば、細胞外マトリクス等によるコーティング処理）されていないものを使用できる。

浮遊培養で用いられる培養器は、細胞の浮遊培養が可能なものであれば特に限定されず、上記と同様のものが使用され得る。凝集体を浮遊培養する場合も、上記同様、培養器は細胞非接着性であることが好ましい。浮遊培養において用いる培養器は、凝集体形成で使用した培養器をそのまま用いてもよい。

凝集体形成時の幹細胞の濃度は、幹細胞の凝集塊をより均一に、効率的に形成させるように当業者であれば適宜設定することができるが、凝集体における内因性の増殖因子の発現が増加され、その結果、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に、吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織）の両方が同時に分化誘導されるように、高細胞濃度（ＨＣＤ）（large cell-aggregation(LCA)条件ともいう）とすることが好ましい。従来技術（例えば、非特許文献５、特許文献３等）では低細胞濃度で細胞を播種して凝集体形成が行われていたが、そのような低い細胞濃度では、凝集体中の内因性の増殖因子の発現増加が起こりにくく、外からＢＭＰシグナル促進剤（例、ＢＭＰ４）による刺激を加えない限り、１つの凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に、吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織）の両方が同時に分化誘導され難い。

上記「内因性の増殖因子」とは、ＢＭＰ（Ｂｏｎｅ Ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎ）、特に、ＢＭＰ２、ＢＭＰ４、又はＢＭＰ２及びＢＭＰ４の両方を指す。凝集体における該内因性の増殖因子の発現が「増加する」とは、高細胞濃度での培養を開始してから７日目以降の時点において、低細胞濃度（例えば3000細胞/凝集体）で凝集体形成を行った場合の内因性増殖因子の発現と比較して増加していることをいい、少なくとも１．８倍以上、好ましくは１．９倍以上、より好ましくは２．０倍以上増加することをいう。また、内因性増殖因子の発現が高すぎると、逆に、下垂体や感覚器のプラコード形成を導く中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織、特に吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織（下垂体プラコードの場合）の形成を抑制するおそれがあるため、該内因性の増殖因子の発現の増加は、通常５．０倍以下、好ましくは４．０倍以下、より好ましくは３．５倍以下である。

内因性増殖因子の発現は、ｍＲＮＡレベル又はタンパク質レベルのいずれで測定してもよいが、ｍＲＮＡレベルで測定することが好ましい。ｍＲＮＡ又はタンパク質の定量は、当該分野で公知の方法を用いて行えばよい。ｍＲＮＡの定量は、好ましくは定量的ＰＣＲ（例、リアルタイムＰＣＲ）で行う。一態様において、内因性増殖因子の発現量とは、ＢＭＰ２又はＢＭＰ４のいずれか一方の発現量を指す。

一態様において、高細胞濃度での培養を開始してから７日目以降の時点において、高細胞濃度で凝集体形成を行った場合の凝集体におけるＢＭＰ２又はＢＭＰ４のいずれか一方の発現が、低細胞濃度（例えば3000細胞/凝集体）で凝集体形成を行った場合と比較して、少なくとも１．８倍以上、好ましくは１．９倍以上、より好ましくは２．０倍以上である。また、同時点において、低細胞濃度と比較して、凝集体におけるＢＭＰ２又はＢＭＰ４のいずれか一方の発現が、通常５．０倍以下、好ましくは４．０倍以下、より好ましくは３．５倍以下である。

一態様において、高細胞濃度での培養を開始してから７日目以降の時点において、高細胞濃度で凝集体形成を行った場合の凝集体におけるＢＭＰ２及びＢＭＰ４のそれぞれの発現が、低細胞濃度（例えば3000細胞/凝集体）で凝集体形成を行った場合と比較して、少なくとも１．８倍以上、好ましくは１．９倍以上、より好ましくは２．０倍以上である。また、同時点において、低細胞濃度と比較して、凝集体におけるＢＭＰ２及びＢＭＰ４のそれぞれの発現が、通常５．０倍以下、好ましくは４．０倍以下、より好ましくは３．５倍以下である。

一態様において、凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織）の両方を同時に分化誘導するには、凝集体における内因性増殖因子（即ち、ＢＭＰ２及び/又はＢＭＰ４）の発現が上述のように「増加する」結果が得られるような細胞濃度（高細胞濃度（ＨＣＤ）又はlarge cell-aggregation(LCA)条件）で、凝集体の形成を行うことが重要である。特に、外からＢＭＰシグナル促進剤（例、ＢＭＰ４）による刺激を加えない場合には、凝集体における内因性増殖因子（即ち、ＢＭＰ２及び/又はＢＭＰ４）の発現が増加するような細胞濃度（高細胞濃度（ＨＣＤ）又はlarge cell-aggregation(LCA)条件）で凝集体の形成を行うことが好ましい。

必要に応じて、凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織）の両方を分化誘導するためには、上記条件に加えて、外因性のＴＧＦ−βスーパーファミリーのうちＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質のシグナル促進剤を、神経分化抑制を起こさない程度の濃度であるいは神経分化抑制を起こさない程度の期間に、下記の無血清培地中に添加してもよい。ここで、ＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質とはＢＭＰ（ＢＭＰ２／４グループ（ＢＭＰ２、ＢＭＰ４）、ＯＰ−１グループ（ＢＭＰ５、ＢＭＰ６、ＢＭＰ７、ＢＭＰ８ａ、ＢＭＰ８ｂ）、ＢＭＰ９グループ（ＢＭＰ９、ＢＭＰ１０）、ＧＤＦ５グループ（ＧＤＦ５、ＧＤＦ６、ＧＤＦ７））やＧＤＦ（Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ）に分類されるものを言い、特にＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４が好ましく、ＢＭＰ４が最も好ましい。

外因性のＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質（例、ＢＭＰ）のシグナル促進剤（例、ＢＭＰ４）は、凝集体の形成時から無血清培地へ含めていてもよいし、凝集体の浮遊培養開始から一定期間経過後に、無血清培地へ添加してもよい。浮遊培養開始から凝集体の浮遊培養開始後、上記シグナル促進剤を添加するまでの期間は、通常、２４０時間以内、好ましくは９６時間以内、より好ましくは７２時間以内である。

一態様において、神経分化を抑制しない観点から、浮遊培養開始から一定期間経過後に、無血清培地中にＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質（例、ＢＭＰ）のシグナル促進剤（例、ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４）が添加される。即ち、上記シグナル促進剤は、浮遊培養開始から早くとも４８時間経過後に、無血清培地中へ添加される。

外因性のＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質（例、ＢＭＰ）のシグナル促進剤の濃度は、例えば、ＢＭＰ２又はＢＭＰ４を用いる場合、０．０１〜１０ｎＭの範囲が例示される。

また、凝集体中における中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織）の分化誘導を促進するため、無血清培地はＳｈｈシグナル促進剤を含んでいてもよい。

Ｓｈｈシグナル促進剤は、Ｓｈｈにより媒介されるシグナル伝達を増強し得るものである限り特に限定されない。Ｓｈｈシグナル促進剤としては、例えば、Ｈｅｄｇｅｈｏｇファミリーに属するタンパク質（例えば、Ｓｈｈ、Ｓｈｈ−Ｎ）、Ｓｈｈ受容体、Ｓｈｈ受容体アゴニスト（例、Ｐｕｒｍｏｒｐｈａｍｉｎｅ、ＳＡＧ）が挙げられるが、ＳＡＧが最も好ましい。

ＳＡＧはＳｈｈより数倍以上強い活性を有し、また比較的安価で高濃度まで用いることができるため、強いヘッジホッグシグナルの活性を引き起こすことが可能である（Danjo et al, JNS, 2010)。

Ｓｈｈシグナル促進剤は、凝集体の形成時から無血清培地へ含めていてもよいし、凝集体の浮遊培養開始から一定期間経過後に、無血清培地へ添加してもよい。浮遊培養開始から凝集体の浮遊培養開始からＳｈｈシグナル促進剤添加までの期間は、通常、１９２時間以内、好ましくは１６８時間以内、より好ましくは１４４時間以内である。

用いられるＳｈｈシグナル促進剤の濃度は、凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織）の両方を分化促進可能であるような濃度であればよい。かかる濃度は、例えばＳＡＧを用いる場合、下記の無血清培地中、通常約１０〜２０００ｎＭ、好ましくは約５０〜１０００ｎＭであり、最も好ましくは約１００〜４００ｎＭである。

好ましい態様において、凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織（特に吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織）の両方を分化誘導するため、凝集体形成及び／又は浮遊培養に用いる無血清培地には、外因性のＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質（例、ＢＭＰ）のシグナル促進剤（好ましくはＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４）、及びＳｈｈシグナル促進剤（好ましくは、ＳＡＧ）が添加される。この場合、ＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質（例、ＢＭＰ）のシグナル促進剤は、凝集体の形成時から無血清培地へ含めていてもよいし、凝集体の浮遊培養開始から一定期間経過後に、無血清培地へ添加してもよい。浮遊培養開始から当該シグナル促進剤添加までの期間は、２４０時間以内、好ましくは９６時間以内、より好ましくは７２時間以内である。当該シグナル促進剤は、神経分化を抑制しないよう、浮遊培養開始から早くとも４８時間経過後に、無血清培地中へ添加するのが好ましい。また、Ｓｈｈシグナル促進剤は、凝集体の形成時から無血清培地へ含めていてもよいし、凝集体の浮遊培養開始から一定期間経過後に、無血清培地へ添加してもよい。浮遊培養開始からＳｈｈシグナル促進剤添加までの期間は、通常、１９２時間以内、好ましくは１６８時間以内である。各因子の濃度範囲は、上述の通りである。

マウスの幹細胞を使用する場合、凝集体形成時の幹細胞の濃度は、幹細胞の凝集塊をより均一に、効率的に形成させるように当業者であれば適宜設定することができるが、凝集体における内因性の増殖因子の発現が増加し、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織の両方、例えば吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織の両方が同時に分化誘導されるべく、１つの凝集体につき５×１０^３〜１．５×１０^４個（好ましくは８×１０^３〜１．５×１０^４個）の幹細胞を含む幹細胞の凝集体が形成されるように、凝集体形成時の幹細胞の濃度は、高細胞濃度で開始することが好ましい。例えば９６穴マイクロウェルプレートを用いる場合、１ウェル（１５０μｌ）あたり約４．５×１０^３〜５×１０^４細胞、好ましくは約５×１０^３〜１．５×１０^４細胞、最も好ましくは約８×１０^３〜１．５×１０^４細胞となるように調製した液を添加し、プレートを静置して凝集体を形成させる。培養スペースが十分に小さい培養容器を使用することにより、ウェル１つにつき１個の凝集体を形成させることができる。この場合、形成される凝集体に含まれる幹細胞の数と同数（５×１０^３〜１．５×１０^４個、好ましくは８×１０^３〜１．５×１０^４個）か、それをやや上回る数の幹細胞を１ウェルに加え、培養することにより、目的とする１つの凝集体につき５×１０^３〜１．５×１０^４個（好ましくは８×１０^３〜１．５×１０^４個）の幹細胞を含む幹細胞の凝集体を形成させることができる。当業者であれば、ウェルの大きさ、形状、培地の体積等の条件を考慮し、１つの凝集体につき５×１０^３〜１．５×１０^４個（好ましくは８×１０^３〜１．５×１０^４個）の幹細胞を含む幹細胞の凝集体を形成させることができる、１ウェルあたりに加える細胞数を容易に適宜調節することが出来る。

ヒトの幹細胞を使用する場合にも、凝集体形成時の幹細胞の濃度は、幹細胞の凝集塊をより均一に、効率的に形成させるように当業者であれば適宜設定することができ、凝集体における内因性の増殖因子の発現が増加し、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織の両方（特に吻側視床下部組織と吻側頭部外胚葉組織の両方）が同時に分化誘導されるように、高い細胞濃度で開始することが好ましい。ヒトの場合、１つの凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織の両方（特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織）の両方が同時に分化誘導されるためには、上記マウスの場合の濃度よりもさらに細胞数を多くする必要が有り得る。例えば、ヒトの場合の高細胞濃度は、１つの凝集体につき約０．９×１０^４〜３×１０^４個の幹細胞を含む幹細胞の凝集体が形成されるような濃度とすることが好ましい。例えば９６穴マイクロウェルプレートを用いる場合、１ウェル（１５０μｌ）あたり約０．９×１０^４〜３×１０^４細胞かそれよりやや多い細胞となるように調製し、目的とする１つの凝集体につき０．９×１０^４〜３×１０^４個の幹細胞を含む幹細胞の凝集体を形成させることができる。一方、上述のように、ＢＭＰサブファミリーに属するタンパク質（例、ＢＭＰ）のシグナル促進剤（例、ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４）を、無血清培地に添加する場合、必ずしも高細胞濃度である必要は無く、１つの凝集体につき０．３×１０^４〜３×１０^４個の幹細胞を含む幹細胞の凝集体が形成されるような濃度とすることが好ましい。当業者であれば、ウェルの大きさ、形状、培地の体積等の条件を考慮し、適切な細胞数を適宜調節することが出来る。

マウス及びヒト以外の幹細胞を使用する場合であっても、凝集体における内因性の増殖因子の発現が増加し、中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織の両方、特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織の両方が同時に分化誘導されるように、その幹細胞が由来する動物種に応じて、１つの凝集体当たりの幹細胞数を適宜調節することができる。

また凝集体形成時の培養温度、ＣＯ_２濃度等の他の培養条件は適宜設定できる。培養温度は、特に限定されるものではないが、例えば約３０〜４０℃、好ましくは約３７℃である。また、ＣＯ_２濃度は、例えば約１〜１０％、好ましくは約５％である。

凝集体形成までの時間は、細胞を迅速に凝集させることができる限り、用いる幹細胞によって適宜決定可能であるが、均一な凝集体を形成するために出来る限り早く行われることが望ましい。このような凝集体形成は２日間ほどの時間をかけて行なわれていたが（例えば、Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｋ．ら、Ｎａｔｕｒｅ Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．８，２８８−２９６、Ｓｃｈｕｌｄｉｎｅｒ Ｍ，Ｂｅｎｖｅｎｉｓｔｙ Ｎ． Ｆａｃｔｏｒｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｈｕｍａｎ ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ．Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｅｎｚｙｍｏｌ．２００３；３６５：４４６−４６１を参照のこと）、この時間を短くすることにより、目的の組織又は細胞等の効率よい分化誘導をもたらすことが可能となる。例えばマウス胚性幹細胞の場合、好ましくは１２時間以内、より好ましくは６時間以内に凝集体を形成させることが望ましい。一方ヒト胚性幹細胞の場合は、好ましくは２４時間以内、より好ましくは１２時間以内に凝集体を形成させることが望ましい。この時間を超えると、均一な幹細胞の凝集体が形成できず、後の分化効率が著しく低下する原因となり得る。この凝集体形成までの時間は、細胞を凝集させる用具や、遠心条件などを調整することで当業者であれば適宜調節することが可能である。

幹細胞の凝集体が「均一に」形成されたことや、凝集体を形成する各細胞において上皮様構造が形成されたことは、凝集塊のサイズおよび細胞数、巨視的形態、組織染色解析による微視的形態およびその均一性、分化および未分化マーカーの発現およびその均一性、分化マーカーの発現制御およびその同期性、分化効率の凝集体間の再現性などに基づき、当業者であれば判断することが可能である。

均一な幹細胞の凝集体の形成として具体的には、例えば胚性幹細胞の維持培養後、分散処理（例えば、トリプシン／ＥＤＴＡ処理）した胚性幹細胞を適切な培地（目的とする組織又は細胞に応じて後述する培地に切り替える）に懸濁し、細胞非接着性のＵ底９６穴培養プレートに、１ウェルあたり好ましくは１×１０^３〜５×１０^４細胞、より好ましくは３×１０^３〜３×１０^４細胞になるように１５０μＬの上記培地に浮遊させ、凝集体を速やかに形成させる方法が挙げられる。

凝集体の浮遊培養における培養温度、ＣＯ_２濃度等の他の培養条件も適宜設定でき、例えば、凝集体形成時の培養条件として上記したのと同様の条件が挙げられる。本工程の時間は特に限定されないが、通常４８時間以上である。

凝集体の形成時に用いられる培地と浮遊培養に用いられる培地とは、同じでも異なってもよいが、凝集体の形成で用いた培地をそのまま浮遊培養に用いても構わない。

凝集体の形成時／浮遊培養時に用いられる培地は、動物細胞の培養に用いられる培地を基礎培地として調製することができる。基礎培地としては、例えば、ＢＭＥ培地、ＢＧＪｂ培地、ＣＭＲＬ １０６６培地、Ｇｌａｓｇｏｗ ＭＥＭ培地、Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＭＥＭ Ｚｉｎｃ Ｏｐｔｉｏｎ培地、ＩＭＤＭ培地、Ｍｅｄｉｕｍ １９９培地、Ｅａｇｌｅ ＭＥＭ培地、αＭＥＭ培地、ＤＭＥＭ培地、ハム培地、ＲＰＭＩ １６４０培地、Ｆｉｓｃｈｅｒ’ｓ培地、およびこれらの混合培地など、動物細胞の培養に用いることのできる培地であれば特に限定されない。

凝集体の形成時／浮遊培養時に用いられる無血清培地とは、無調整又は未精製の血清を含まない培地を意味する。本発明においては、上述したようなものが挙げられる。

無血清培地では、一般に血清の代替としていくつかの増殖因子（Ｗｎｔ、ＴＧＦβ、ＢＭＰ、レチノイン酸、ＦＧＦ、ｌｉｐｉｄ−ｒｉｃｈアルブミンなど）を添加することが多い。しかし、下垂体前駆組織の分化には、これらの増殖因子はいずれも阻害的に働く。しかも、最も頻繁に無血清培地に添加されるインシュリンも強く下垂体前駆組織の分化を阻害する。この阻害は、インシュリンの下流シグナルであるＡｋｔという細胞内酵素（リン酸化酵素）の活性化が原因であると考えられる（特許文献３及び非特許文献５）。

従って、上記無血清培地、特に浮遊培養に用いる培地（本明細書中で「分化培地」とも呼ぶ）は、増殖因子（Ｎｏｄａｌシグナル促進剤、Ｗｎｔシグナル促進剤、ＦＧＦシグナル促進剤、ＢＭＰシグナル促進剤、レチノイン酸等が挙げられるが、好ましくはこれらに限定されない任意の増殖因子）並びにインシュリン類を実質的に含有しない無血清培地であることが好ましい。

上記無血清培地は、例えば、血清代替物を含有するものであり得る。血清代替物は、例えば、アルブミン、トランスフェリン、脂肪酸、インシュリン、コラーゲン前駆体、微量元素、２−メルカプトエタノール又は３’チオールグリセロール、あるいはこれらの均等物などを適宜含有するものであり得る。かかる血清代替物は、例えば、ＷＯ９８／３０６７９記載の方法により調製できる。また、本発明の方法をより簡便に実施するために、血清代替物は市販のものを利用できる。かかる市販の血清代替物としては、例えば、ｋｎｏｃｋｏｕｔ Ｓｅｒｕｍ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ＫＳＲ）、Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ−ｄｅｆｉｎｅｄ Ｌｉｐｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ（Ｇｉｂｃｏ社製）、Ｇｌｕｔａｍａｘ（Ｇｉｂｃｏ社製）が挙げられる。

これらの血清代替物が増殖因子及びインシュリン類を含む場合には、以下に記載するように、当該増殖因子及びインシュリン類に対する阻害剤を培地に添加することが好ましいが、増殖因子及びインシュリン類を含む血清代替物を用いないことが最も好ましい。血清代替物は、増殖因子及びインシュリン類を含まないことが明らかな、化学的に規定された（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ−ｄｅｆｉｎｅｄ）ものであることが好ましい。

ただし、ヒトを含む霊長類の多能性幹細胞の場合には、以下に記載するように、インシュリン類なしで浮遊培養すると生存が悪くなる場合があるので、このような場合には必要に応じてインシュリン類を培地に添加することもまた好ましい。

また、本発明の方法で用いられる無血清培地は、必要に応じて、脂肪酸又は脂質、アミノ酸（例えば、非必須アミノ酸）、ビタミン、増殖因子、抗酸化剤、２−メルカプトエタノール、ピルビン酸、緩衝剤、無機塩類等を含有できるが、上記と同様、増殖因子を含有しないことが最も好ましい。

「増殖因子及びインシュリン類を実質的に含有しない無血清培地」とは、増殖因子及びインシュリン類を全く含有しない無血清培地、あるいは下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞への選択的分化に不利な影響を与えない程度の量の増殖因子及び／又はインシュリン類を含有する無血清培地をいう。このような無血清培地は、例えば、培地成分としての増殖因子及びインシュリン類の未添加、または増殖因子及びインシュリン類を含有する培地からのこれらの因子の除去処理により調製できる。

或いは、増殖因子及びインシュリン類を実質的に含有しない無血清培地は、増殖因子及びインシュリン類が実質的に不活化された無血清培地であり得、この培地は、増殖因子及びインシュリン類含有無血清培地に対する増殖因子シグナル阻害剤及び／又はインシュリンシグナル阻害剤の添加により、下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞の選択的分化に不利な影響を与えない程度にまで増殖因子及びインシュリン類の活性が喪失した無血清培地をいう。

本明細書中で「増殖因子を実質的に含有しない培地」という場合の「増殖因子」とは、無血清培地での細胞培養において、血清代替物として一般に添加される因子であって、ＥＳ細胞からの下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞の選択的分化を阻害／抑制する作用を有する任意の因子を意味する。例えば、この「増殖因子」としては、Ｎｏｄａｌシグナル促進剤、Ｗｎｔシグナル促進剤、ＦＧＦシグナル促進剤、ＢＭＰシグナル促進剤、レチノイン酸等を挙げることができるが、これらに限定されない。好ましくは、「増殖因子を実質的に含有しない培地」は、Ｎｏｄａｌシグナル促進剤、Ｗｎｔシグナル促進剤、ＦＧＦシグナル促進剤、ＢＭＰシグナル促進剤及びレチノイン酸の全てを、実質的に含有しない培地である。また、ｌｉｐｉｄ−ｒｉｃｈアルブミンも「増殖因子」に含まれ、本発明において使用される培地は好ましくはｌｉｐｉｄ−ｒｉｃｈアルブミンを含有しない培地である。

本明細書中で使用する場合、「インシュリン類」とは、インシュリンシグナルを促進する化合物を意味する。インシュリンシグナル促進剤とは、インシュリン類によるシグナルの伝達に対して促進的に作用するものである限り特に限定されず、インシュリンシグナル伝達経路のどの段階で作用するものであってもよい（インシュリンの上流または下流に対して作用する因子、インシュリンのアゴニスト、類似物質など）。

インシュリン類には、インシュリン及びインシュリンの類似物質（アナログ）が含まれる。インシュリンの類似物質とは、インシュリン様の作用（本明細書中では、多能性幹細胞からの、下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞への選択的分化を阻害／抑制する作用をいう）を有する任意の物質をいい、例えば、ＩＧＦ−Ｉ等が挙げられる。

上記無血清培地を得るための増殖因子及びインシュリン類含有培地からの増殖因子及びインシュリン類の除去処理には、例えば、上記増殖因子（例えば、Ｎｏｄａｌシグナル促進剤、Ｗｎｔシグナル促進剤、ＦＧＦシグナル促進剤、ＢＭＰシグナル促進剤、レチノイン酸、ｌｉｐｉｄ−ｒｉｃｈアルブミンなど）及びインシュリン類に対する抗体を用いることができる。また、増殖因子及びインシュリン類の不活化は、増殖因子シグナル阻害剤及びインシュリンシグナル阻害剤の添加によって実施され得る。このような阻害剤は、増殖因子又はインシュリンによるシグナル伝達経路の上流又は下流を阻害する任意の物質であり得、例えば、増殖因子／インシュリンに対する抗体、増殖因子／インシュリンの可溶型受容体、増殖因子／インシュリン受容体に対する抗体、増殖因子／インシュリンのアンタゴニストなどが挙げられる。これらの物質は、所望の効果（下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞への選択的分化）を得るのに適した量で培地に添加される。

ただし、上述の通り、上記無血清培地は、凝集体中に中枢神経組織と頭部非神経外胚葉組織の両方、特に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織の両方が同時に分化誘導されるように、神経分化抑制を起こさない程度の濃度で、外因性のＢＭＰ２及び/又はＢＭＰ４のシグナル促進剤（例えば、ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４）を含んでいてもよい。ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４を添加する場合、神経分化を抑制しにくいように０．０１〜１０ｎＭの濃度となるように添加することが好ましい。

以下、上に具体的に列挙した増殖因子／インシュリン類の除去処理に使用され得る物質について説明するが、それ以外の増殖因子／インシュリン類についても、それらの除去処理に使用され得る物質の選択や使用量の調整などは、当業者の通常の技術範囲内であることは言うまでもない。

Ｎｏｄａｌシグナル阻害剤は、Ｎｏｄａｌにより媒介されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り特に限定されない。Ｎｏｄａｌシグナル阻害剤としては、例えば、ＳＢ４３１５４２（Ｓｉｇｍａ）、Ｌｅｆｔｙ−Ａ、Ｌｅｆｔｙ−Ｂ、Ｌｅｆｔｙ−１、Ｌｅｆｔｙ−２、可溶型Ｎｏｄａｌ受容体、Ｎｏｄａｌ抗体、Ｎｏｄａｌ受容体阻害剤が挙げられるが、なかでも、ＳＢ４３１５４２（４−（５−ｂｅｎｚｏ［１，３］ｄｉｏｘｏｌ−５−ｙｌ−４−ｐｙｒｉｄｉｎ−２−ｙｌ−１Ｈ−ｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｙｌ）−ｂｅｎｚａｍｉｄｅ）が好ましい。

Ｗｎｔシグナル阻害剤は、Ｗｎｔにより媒介されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り特に限定されない。Ｗｎｔシグナル阻害剤としては、例えば、Ｄｋｋ１、Ｃｅｒｂｅｒｕｓタンパク質、Ｗｎｔ受容体阻害剤、可溶型Ｗｎｔ受容体、Ｗｎｔ抗体、カゼインキナーゼ阻害剤、ドミナントネガティブＷｎｔタンパク質が挙げられるが、なかでも、Ｄｋｋ１が好ましい。

ＦＧＦシグナル阻害剤は、ＦＧＦにより媒介されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り特に限定されない。ＦＧＦシグナル阻害剤としては、例えば、抗ＦＧＦ抗体、可溶型ＦＧＦ受容体、ＦＧＦ受容体阻害剤（例えば、Ｓｕ５４０２）が挙げられる。

ＢＭＰシグナル阻害剤は、ＢＭＰにより媒介されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り特に限定されない。ＢＭＰシグナル阻害剤としては、例えば、ＢＭＰＲＦｃ（Ｒ＆Ｄ）、抗ＢＭＰ抗体、可溶型ＢＭＰ受容体、ＢＭＰ受容体阻害剤が挙げられるが、なかでもＢＭＰＲＦｃが好ましい。

レチノイン酸（ＲＡ）阻害剤は、ＲＡにより媒介されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り特に限定されない。ＲＡ阻害剤としては、例えば、抗ＲＡ抗体、可溶型ＲＡ受容体、ＲＡ受容体阻害剤が挙げられる。

浮遊培養に用いられる上記各シグナル阻害剤の濃度は、視床下部ニューロンの前駆細胞への選択的分化を達成可能であるような濃度であり得る。例えば、ＳＢ４３１５４２について、このような濃度は、約０．１〜１００ｎＭ、好ましくは約５〜３０ｎＭである。Ｄｋｋ１については、約１０〜１０００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは約１００〜１０００ｎｇ／ｍｌである。また、ＢＭＰＲＦｃについては、約０．１〜１０μｇ／ｍｌ、好ましくは約０．５〜３μｇ／ｍｌである。

上記各シグナル阻害剤は、多能性幹細胞の培養開始時に培地に添加しておくことが最も好ましい。

インシュリンの細胞内シグナル伝達には、大きく分けて２つの経路（ＭＡＰＫ経路とＰＩ３Ｋ−Ａｋｔ経路）が関与しているが、本発明の浮遊培養で使用されるインシュリンシグナル阻害剤としては、インシュリンシグナル伝達経路の下流因子であるＰＩ３Ｋの阻害剤、そしてさらに下流の因子であるＡｋｔの阻害剤が挙げられる。本発明において使用され得るＰＩ３Ｋ阻害剤としては、ＬＹ２９４００２（２−（４−ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｙｌ）−８−ｐｈｅｎｙｌ−１（４Ｈ）−ｂｅｎｚｏｐｙｒａｎ−４−ｏｎｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）（Ｃａｙｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、Ｗｏｒｔｍａｎｎｉｎ（ＦＥＲＭＥＮＴＥＫ）などが挙げられるが、好ましくはＬＹ２９４００２である。本発明において使用され得るＡｋｔ阻害剤としては、Ａｋｔ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ Ｉ〜Ｘ（Ｃａｌｂｉｏｃｈｅｍ）などが挙げられるが、好ましくはＡｋｔ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ＶＩＩＩ（１，３−Ｄｉｈｙｄｒｏ−１−（１−（（４−（６−ｐｈｅｎｙｌ−１Ｈ−ｉｍｉｄａｚｏ［４，５−ｇ］ｑｕｉｎｏｘａｌｉｎ−７−ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｍｅｔｈｙｌ）−４−ｐｉｐｅｒｉｄｉｎｙｌ）−２Ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｏｎｅ）である。

インシュリンシグナルが阻害され、下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞の選択的分化が達成される限り、浮遊培養においては、上記ＰＩ３Ｋ阻害剤及びＡｋｔ阻害剤から選択されるいずれか一方の阻害剤を単独で用いてもよく、あるいはＰＩ３Ｋ阻害剤とＡｋｔ阻害剤とを併用してもよい。各阻害剤から２種以上を選択して併用することもできる。

浮遊培養に用いられるＰＩ３Ｋ阻害剤／Ａｋｔ阻害剤の濃度は、下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞への選択的分化を達成可能であるような濃度であり得る。例えば、ＬＹ２９４００２について、このような濃度は、約０．５〜３０μＭ、好ましくは約２〜１０μＭである。Ａｋｔ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ＶＩＩＩについては、約０．１〜１０μＭ、好ましくは約０．５〜５μＭである。

好ましい態様において、本発明で使用される分化培地は、上述の増殖因子もインシュリン類も含有しない、化学的に規定された（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｄｅｆｉｎｅｄ）培地（ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ−ｆｒｅｅ ＣＤＭ；ｇｆＣＤＭと呼ぶ）である。具体的には、この分化培地として、Ｉｓｃｏｖｅ’ｓ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄｕｌｂｅｃｃｏ’ｓ Ｍｅｄｉｕｍ（ＩＭＤＭ）／Ｈａｍｓ Ｆ１２ １：１（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）に、１×Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ−ｄｅｆｉｎｅｄ ｌｉｐｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）、モノチオグリセロール（４５０μＭ；Ｓｉｇｍａ）および牛血清アルブミン（＞９９％の純度の再結晶精製品；Ｓｉｇｍａ）を添加したものが用いられる（Ｗａｔａｙａら、ＰＮＡＳ．１０５（３３），１１７９６−１１８０１）。このｇｆＣＤＭ培地は、以前に報告されたＣＤＭ培地（Ｍｏｌ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．１５：１４１−１５１（１９９５））を改変したものである。
内因性の増殖因子／インシュリンの作用を抑制するため、このようなｇｆＣＤＭ培地あるいは他の培地に増殖因子阻害剤／インシュリン阻害剤をさらに添加してもよい。

別の好ましい態様において、本発明で使用される分化培地は、ＰＩ３Ｋ阻害剤及びＡｋｔ阻害剤からなる群より選択される少なくとも１つの阻害剤並びにインシュリン類を含有し、且つインシュリン以外の上述の増殖因子を実質的に含有しない無血清培地である。例えば、特に霊長類の多能性幹細胞の分化誘導においては、インシュリンを含有しない培地により浮遊培養を行うと、細胞が死滅して増殖しにくい場合がある。このような細胞死を回避するために、細胞増殖を亢進させるためのインシュリン添加を実施し、同時にインシュリンの分化誘導阻害効果に拮抗するインシュリンシグナル阻害剤（例、ＰＩ３Ｋ阻害剤／Ａｋｔ阻害剤）を添加することが好ましい。この場合、分化培地に含まれるインシュリン類の濃度は、多能性幹細胞の増殖を促進し得る濃度である。例えば、インシュリンについてこのような濃度は、通常約０．０２〜４０μｇ／ｍｌ、好ましくは約０．１〜１０μｇ／ｍｌである。ＰＩ３Ｋ阻害剤及びＡｋｔ阻害剤の濃度範囲は上述の通りである。

ＰＩ３Ｋ阻害剤／Ａｋｔ阻害剤は、多能性幹細胞の培養開始時に培地に添加しておくことが最も好ましいが、げっ歯類（例えばマウス）多能性細胞の分化の場合は少なくとも培養６日目まで（好ましくは少なくとも培養２日目までに添加する）の時期に、霊長類（例えばヒト）多能性細胞の分化の場合は少なくとも培養２４日目まで（好ましくは少なくとも培養９日目までに添加する）の時期には、分化培地に添加すべきである。

分散浮遊培養時の細胞死を抑制するために、インシュリン添加に加えて、ＲＯＣＫ阻害剤（Ｙ−２７６３２（（＋）−（Ｒ）−ｔｒａｎｓ−４−（１−ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌ）−Ｎ−（４−ｐｙｒｉｄｙｌ）ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｃａｒｂｏｘａｍｉｄｅ ｄｉｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ）；渡辺ら、Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２５，６８１−６８６，２００７）を培養開始時から添加することが好ましい。浮遊培養に用いられるＲＯＣＫ阻害剤の濃度は、分散浮遊培養時の細胞死を抑制し得る濃度である。例えば、Ｙ−２７６３２について、このような濃度は、通常約０．１〜２００μＭ、好ましくは約２〜５０μＭである。

（４）さらなる分化誘導
本発明では、上述のように、高細胞濃度の多能性幹細胞の条件で凝集体を形成させることにより、幹細胞の凝集体における内因性の増殖因子の発現が増加して、吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織の両方が同時に分化誘導される。このような凝集体において、Ｌｉｍ３陽性細胞の分化誘導を促進するため、ラトケ嚢様組織（下垂体前駆組織）の分化誘導を促進するため、或いは得られた下垂体前駆組織から下垂体ホルモン産生細胞をさらに分化させるために、以下に記載する培地を用いて浮遊培養を行なうことができる。
生体内での下垂体発生の模式図は図１ａに、各種下垂体ホルモン産生細胞の発生の模式図は図３ａに示す。

（Ａ）Ｌｉｍ３陽性細胞及び下垂体前駆組織の分化誘導
本発明においては、高細胞濃度の多能性幹細胞の条件で凝集体を形成させることにより、幹細胞の凝集体における内因性の増殖因子の発現が増加して、１つの凝集体に吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部外胚葉組織の両方が分化誘導されるが、該凝集体内に含まれる細胞のＬｉｍ３陽性細胞への分化を促進し、下垂体前駆組織（ラトケ嚢）への分化を促進するために、浮遊培養に用いる無血清培地中はＳｈｈシグナル促進剤を含んでいてもよい。

用いられるＳｈｈシグナル促進剤の濃度は、Ｌｉｍ３陽性細胞への分化を促進可能であるような濃度であればよい。かかる濃度は、例えばＳＡＧを用いる場合、無血清培地（好ましくはｇｆＣＤＭ）中、通常約１０〜２０００ｎＭ、好ましくは約５０〜１０００ｎＭであり、最も好ましくは約１００〜４００ｎＭである。

Ｓｈｈシグナル促進剤を無血清培地に添加する時期は、凝集体中におけるＬｉｍ３陽性細胞の誘導を促進する限り特に限定されず、浮遊培養開始時に培地に添加されていなくてもよい。しかしながら、浮遊培養開始からＳｈｈシグナル促進剤の添加までの時間が長くなるほど、凝集体中に誘導されるＬｉｍ３ ｍＲＮＡの発現量が少なくなるので（図１ｉ参照）、Ｓｈｈシグナル促進剤を浮遊培養（分化培養ともいう）開始時から添加することが好ましい。例えば、Ｓｈｈシグナル促進剤は、好ましくは浮遊培養開始時〜浮遊培養３日後、より好ましくは浮遊培養開始時〜浮遊培養２日後、より好ましくは浮遊培養開始時〜浮遊培養１日後、最も好ましくは浮遊培養開始時に、培地中に添加する。

Ｓｈｈシグナル促進剤を含む無血清培地中での浮遊培養の期間は、Ｌｉｍ３陽性細胞を誘導するのに十分な期間であれば特に限定されないが、例えばマウスの凝集体の場合、通常７〜１４日程度、ヒト凝集体の場合、通常１０〜３０日程度である。

培地中のＳｈｈシグナル促進剤の濃度は、必要に応じて培養途中で切り替えてもよい。例えば、凝集体中にＬｉｍ３陽性細胞が誘導されるまで、凝集体をＳｈｈシグナル促進剤を含む無血清培地中で浮遊培養し、一旦Ｌｉｍ３陽性細胞が誘導された後は、Ｓｈｈシグナル促進剤を含有しない無血清培地中で浮遊培養を継続することができる。一実施態様において、ＳＡＧを使用する場合、下垂体前駆組織の分化誘導の促進には、浮遊培養開始時からＬｉｍ３陽性細胞が誘導されるまで（例、培養１０日目まで）１００ｎＭ乃至４００ｎＭの濃度のＳＡＧ含有培地、その後ＳＡＧなしの培地を用いることができる。一実施態様において、下垂体前駆組織から各種下垂体ホルモン産生細胞を分化誘導させる場合には、浮遊培養開始〜培養７日目まで４００ｎＭのＳＡＧ含有培地、その後培養１０日目まで１００ｎＭのＳＡＧ含有培地、その後ＳＡＧなしの培地を用いることができ、別の実施形態において、浮遊培養開始〜培養１０日目まで４００ｎＭのＳＡＧ含有培地を用い、その後培地を半分交換して８日間まで培養してもよいが、下垂体前駆組織の分化誘導が促進される限り、これらの条件に限定されない。Ｌｉｍ３陽性細胞が誘導された後、引き続きＳｈｈシグナル促進剤を含有する無血清培地中で浮遊培養を継続して、下垂体ホルモン産生細胞の分化誘導まで行うこともできるが、好ましくは、凝集体中にＬｉｍ３陽性細胞が誘導されるまで、凝集体をＳｈｈシグナル促進剤を含む無血清培地中で浮遊培養し、一旦Ｌｉｍ３陽性細胞が誘導された後は、Ｓｈｈシグナル促進剤を含有しない無血清培地中で浮遊培養を継続することにより、凝集体中のＬｉｍ３陽性細胞が、Ｌｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞（即ち、下垂体前駆組織）を形成する。

一態様において、無血清培地中に、１つの凝集体につき８×１０^３〜１．５×１０^４個の幹細胞を含む幹細胞の凝集体（マウス幹細胞の場合）或いは１つの凝集体につき９×１０^３〜３×１０^４個の幹細胞を含む幹細胞の凝集体（ヒト幹細胞の場合）を形成させ、形成された凝集体をＳｈｈシグナル促進剤を含有する無血清培地中で浮遊培養することにより、視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含む凝集体が形成され、該凝集体中にＬｉｍ３陽性細胞が誘導され、その結果、視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含み、且つＬｉｍ３陽性細胞を含む凝集体を得ることができる。

一態様において、視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含む凝集体（好ましくは、Ｌｉｍ３陽性細胞を更に含む）をＳｈｈシグナル促進剤を実質的に含有しない無血清培地中で更に浮遊培養することにより、該凝集体中にＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成され、下垂体前駆組織を得ることができる。

（Ｂ）下垂体前駆組織の分化誘導の促進
下垂体前駆組織の分化誘導において、下垂体前駆組織の分化誘導を促進するため、即ち、凝集体におけるＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞の形成数を増加させるため又はＬｉｍ３ ｍＲＮＡの発現量を増加させるために、上記Ｓｈｈシグナル促進剤を含む無血清培地での浮遊培養後、ＦＧＦシグナル促進剤を含む培地を用いることもできる。

ＦＧＦシグナル促進剤は、ＦＧＦにより媒介されるシグナル伝達を増強し得るものである限り特に限定されない。ＦＧＦシグナル促進剤としては、好ましくは、ＦＧＦ（例、ＦＧＦ１〜２３）、ＦＧＦアゴニスト、ＦＧＦ受容体アゴニストペプチドが挙げられる。好ましいＦＧＦシグナル促進剤は、ＦＧＦ８および／又はＦＧＦ１０である。

用いられるＦＧＦシグナル促進剤の濃度は、ｌｉｍ３発現細胞の形成数増加又はＬｉｍ３ ｍＲＮＡの発現量増加が達成可能であるような濃度であればよい。かかる濃度は、例えばＦＧＦ８又はＦＧＦ１０の場合、無血清培地、好ましくはｇｆＣＤＭ中、約２〜１０００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは約２０〜４００ｎｇ／ｍｌであり、最も好ましくは約２００ｎｇ／ｍｌである。

ＦＧＦシグナル促進剤は、凝集体の浮遊培養の任意の時点で培地に添加してもよいが、好ましくは、上記Ｓｈｈシグナル促進剤を含む無血清培地中での培養後に使用するＳｈｈシグナル促進剤を含まない培地中に添加する。例えば、凝集体中にＬｉｍ３陽性細胞が誘導されるまで、凝集体をＳｈｈシグナル促進剤を含む無血清培地中で浮遊培養し、一旦Ｌｉｍ３陽性細胞が誘導された後は、Ｓｈｈシグナル促進剤を含有せず、且つＦＧＦシグナル促進剤（好ましくはＦＧＦ８又はＦＧＦ１０）を含有する無血清培地中で浮遊培養を継続することができる。一実施態様において、浮遊培養開始からＬｉｍ３陽性細胞が誘導されるまで（例、培養１０日目まで）ＳＡＧ含有培地（例えば、１００ｎＭ乃至４００ｎＭのＳＡＧを含有する培地）を用い、その後ＳＡＧを含有せず、且つＦＧＦシグナル促進剤（好ましくはＦＧＦ８又はＦＧＦ１０）を含有する培地を用いる。この場合、ＦＧＦシグナル促進剤（好ましくはＦＧＦ８又はＦＧＦ１０）は、Ｌｉｍ３陽性細胞の誘導後（例、培養１０日目以降）のいずれの時点で添加してもよいが、好ましくは培養１０日目〜培養１８日目の間、より好ましくは培養１０日目〜培養１３日目の間に、好ましくは３日間、ＦＧＦシグナル促進剤（好ましくはＦＧＦ８又はＦＧＦ１０）を上記濃度範囲内で維持する。

（Ｃ）ＡＣＴＨ産生細胞の分化誘導
形成された下垂体前駆組織からＡＣＴＨ産生細胞を分化誘導するために、下垂体前駆組織の形成が達成された後、Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤を含有する無血清培地中で、下垂体前駆組織をさらに浮遊培養することができる。本明細書中で使用する「ＡＣＴＨ産生細胞」は、下垂体性ＡＣＴＨ産生細胞を指し、ＡＣＴＨ^＋ニューロンは含まれない。

Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤は、Ｎｏｔｃｈにより媒介されるシグナル伝達を抑制し得るものである限り特に限定されない。Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤としては、例えば、ＤＡＰＴ、ＤＢＺ、ＭＤＬ２８１７０などが挙げられるが、なかでも、ＤＡＰＴが好ましい。

用いられるＮｏｔｃｈシグナル阻害剤の濃度は、ＡＣＴＨ産生細胞の分化誘導を達成可能であるような濃度であり得る。かかる濃度は、例えばＤＡＰＴの場合は、無血清培地中、好ましくはｇｆＣＤＭ培地中、約０．１〜１０００μＭ、好ましくは約０．５〜５００μＭ、より好ましくは約１〜１００μＭ、最も好ましくは約１０μＭであり得る。

Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤を含む無血清培地は、上記浮遊培養によって下垂体前駆組織が形成された後に使用する。このような培地は、下垂体前駆組織が形成された後のいずれの時点で使用してもよい。Ｎｏｔｃｈシグナル促進剤を含む無血清培地は、Ｓｈｈシグナル促進剤を含有しないことが好ましい。例えば、上記のように、培養開始時からＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成されるまで（例、培養１０日目まで）ＳＡＧ含有培地（例えば、培養開始時〜７日目まで４００ｎＭのＳＡＧを含有する培地、７日目〜１０日目まで１００ｎＭのＳＡＧを含有する培地）を用い、その後ＳＡＧなしの培地を用いる場合、Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤（例、ＤＡＰＴ）は、凝集体中にＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成された後（即ち、下垂体前駆組織が形成された後）のいずれの時点で添加してもよい。好ましくは浮遊培養１０日目〜培養３０日目、より好ましくは培養１４日目〜培養２２日目、より好ましくは培養１８日目〜培養２２日目、最も好ましくは培養１８〜１９日目の間又は培養２０日目〜２１日目の間に、約３日間、好ましくは約１日間にわたり、Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤（例、ＤＡＰＴ）を上記濃度範囲内で含有する無血清培地（好ましくはｇｆＣＤＭ培地）中で、下垂体前駆組織を浮遊培養する。一実施形態では、ＳＡＧ含有培地での培養後、培養１８日目に１０μＭのＤＡＰＴが培地中に含まれるようにし、１９日目に培地を半分交換して１日間培養する。

（Ｄ）ＡＣＴＨ産生細胞以外の下垂体ホルモン産生細胞の分化誘導
形成された下垂体前駆組織から、ＡＣＴＨ産生細胞以外の下垂体ホルモン産生細胞（ＧＨ産生細胞、ＰＲＬ産生細胞、ＬＨ産生細胞、ＦＳＨ産生細胞及びＴＳＨ産生細胞）を分化誘導するために、下垂体前駆組織の形成が達成された後、それぞれ以下の培地を用いて、下垂体前駆組織をさらに浮遊培養することができる。

（ｉ）ＧＨ産生細胞の分化誘導
ＧＨ産生細胞の分化誘導には、グルココルチコイドを含む無血清培地が使用され得る。グルココルチコイドの例としては、ハイドロコーチゾン（コルチゾールともいう）、コルチコステロン、或いはそれらと同様の生物活性を有する合成化合物（デキサメタゾンなど）などが挙げられる。ＧＨ産生細胞の分化誘導の効率を上昇させるためには、この無血清培地がインシュリン類をさらに含むことが好ましい。インシュリン類の例としては、既に本明細書中で列挙したものなどが挙げられる。
例えば、本発明においてＧＨ産生細胞を分化誘導するために使用され得る培地は、ハイドロコーチゾンを約２〜約２０００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは約２０〜１０００ｎｇ／ｍｌ、最も好ましくは約２００ｎｇ／ｍｌ、あるいはデキサメタゾンを約０．１〜約１００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは約１〜５０ｎｇ／ｍｌ、最も好ましくは１０ｎｇ／ｍｌ含み、インシュリン類を約０．２〜３０ｎＭ、好ましくは約０．５〜１０ｎＭ、最も好ましくは約１ｎＭ含む、無血清培地、好ましくはｇｆＣＤＭ培地である。

上記培地は、Ｓｈｈシグナル阻害剤処理の後に使用することが好ましい。例えば、培養開始時からＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成されるまで（例、培養１０日目まで）ＳＡＧ含有培地（例えば、培養開始時〜７日目まで４００ｎＭのＳＡＧを含有する培地、７日目〜１０日目まで１００ｎＭのＳＡＧを含有する培地）を用い、その後ＳＡＧなしの培地を用いる場合、グルココルチコイド及びインシュリン類は、凝集体中にＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成された後（即ち、下垂体前駆組織が形成された後）のいずれの時点で添加してもよい。好ましくは、浮遊培養開始１０日目〜４０日目、好ましくは浮遊培養開始１５日目〜３５日目、好ましくは浮遊培養開始２０〜３３日目の間、最も好ましくは浮遊培養開始２０日目〜３０日目の間、グルココルチコイド及びインシュリン類を含有する無血清培地中で下垂体前駆組織を浮遊培養する。

（ｉｉ）ＰＲＬ産生細胞の分化誘導
ＰＲＬ産生細胞の分化誘導には、エストロゲンを含む無血清培地が使用され得る。エストロゲンの例としては、エストラジオール、エストロン、エストリオール、エステトロール、或いはそれらと同様の生物活性を有する合成化合物などが挙げられる。ＰＲＬ産生細胞の分化誘導の効率を上昇させるためには、この無血清培地がインシュリン類をさらに含むことが好ましい。インシュリン類の例としては、既に本明細書中で列挙したものなどが挙げられる。
例えば、本発明においてＰＲＬ産生細胞を分化誘導するために使用され得る培地は、エストラジオールを約５〜約５００ｎｇ／ｍｌ、好ましくは約１０〜２００ｎｇ／ｍｌ、最も好ましくは約５０ｎｇ／ｍｌ含み、インシュリン類を約０．２〜３０ｎＭ、好ましくは約０．５〜１０ｎＭ、最も好ましくは約１ｎＭ含む、無血清培地、好ましくはｇｆＣＤＭ培地である。

上記培地は、Ｓｈｈシグナル阻害剤処理の後に使用することが好ましい。例えば、培養開始からＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成されるまで（例、培養１０日目まで）ＳＡＧ含有培地（例えば、培養開始時〜７日目まで４００ｎＭのＳＡＧを含有する培地、７日目〜１０日目まで１００ｎＭのＳＡＧを含有する培地）を用い、その後ＳＡＧなしの培地を用いる場合、エストラジオール及びインシュリン類は、凝集体中にＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成された後（即ち、下垂体前駆組織が形成された後）のいずれの時点で添加してもよい。好ましくは、浮遊培養開始１０日目〜４０日目、好ましくは培養開始１４日目〜３４日目、好ましくは浮遊培養開始２０〜３３日目の間、最も好ましくは浮遊培養開始２０日目〜３０日目の間、エストラジオール及びインシュリン類を含有する無血清培地中で下垂体前駆組織を浮遊培養する。

（ｉｉｉ）ＬＨ産生細胞、ＦＳＨ産生細胞及びＴＳＨ産生細胞の分化誘導
例えば、ストローマ細胞を無血清培地（好ましくはｇｆＣＤＭ）中で（４〜１０日間）培養することによって得られた培養上清（ストローマ細胞の馴化培地）を含有する無血清培地中で下垂体前駆組織を浮遊培養することにより、ＬＨ産生細胞、ＦＳＨ産生細胞及びＴＳＨ産生細胞を分化誘導することができる。
ここで「ストローマ細胞の馴化培地」とは、ストローマ細胞由来の可溶性因子を含む培地をいい、ストローマ細胞の培養後培地の上清を回収することにより調製することができる。

ストローマ細胞としては、ＰＡ６細胞、ＭＥＦ細胞、ＯＰ９細胞などが挙げられるが、ＰＡ６細胞が特に好ましい。

上記無血清培地は、Ｓｈｈシグナル阻害剤処理の後に使用することが好ましい。例えば、培養開始時からＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成されるまで（例、培養１０日目まで）ＳＡＧ含有培地（例えば、培養開始時〜７日目まで４００ｎＭのＳＡＧを含有する培地、７日目〜１０日目まで１００ｎＭのＳＡＧを含有する培地）を用い、その後ＳＡＧなしの培地を用いる場合、ストローマ細胞の馴化培地は、凝集体中にＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成された後（即ち、下垂体前駆組織が形成された後）のいずれの時点で添加してもよい。好ましくは、培養開始１０日目〜３０日目、好ましくは培養開始１０日目〜２０日目、最も好ましくは培養開始１０日目〜１５日目の間、ストローマ細胞の馴化培地を含有する無血清培地中で下垂体前駆組織を浮遊培養する。

上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の下垂体ホルモン産生細胞のうち、Ｐｉｔｘ１陽性の中間前駆細胞を経て分化する細胞（即ち、ＧＨ産生細胞、ＰＲＬ産生細胞及びＴＳＨ産生細胞）を分化誘導する場合、分化誘導のために添加される各成分を含有する無血清培地中に、Ｗｎｔシグナル促進剤を更に添加した培地を用いることにより、各ホルモン産生細胞の割合をさらに増加させることができる（図３ａを参照）。例えば、上記培養条件において、培養開始１０日目〜３０日目の間、好ましくは培養開始１２日目〜２４日目の間、最も好ましくは培養開始１６日目〜１８日目の間に、好ましくは少なくとも２日間にわたり、Ｗｎｔシグナル促進剤を含む培地を用いることができる。ＧＨ産生細胞又はＰＲＬ産生細胞を分化誘導する場合、Ｗｎｔシグナル促進剤は、グルココルチコイド又はエストロゲン（及び必要に応じてインシュリン）の添加前に無血清培地中に添加しても同時に添加してもよいが、グルココルチコイド又はエストロゲン（及び必要に応じてインシュリン）の添加前に無血清培地中に添加することが好ましい。

Ｗｎｔシグナル促進剤は、Ｗｎｔにより媒介されるシグナル伝達を増強し得るものである限り特に限定されない。Ｗｎｔシグナル促進剤としては、例えば、Ｗｎｔファミリーに属する蛋白（例えば、Ｗｎｔ１〜１６）、ＧＳＫ３β阻害剤、Ｗｎｔ受容体、Ｌｉ^＋イオンなどが挙げられるが、なかでもＧＳＫ３β阻害剤が好ましい。
ＧＳＫ３β阻害剤としては、ＧＳＫ−３β Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ Ｉ，ＶＩ，ＶＩＩ，ＶＩＩＩ，ＸＩ，ＸＩＩ、ＣＨＩＲ ９９０２１、Ｖａｌｐｒｏｉｃ Ａｃｉｄ、ＴＤＺＤ−８、ＳＢ−２１６７６３、ＢＩＯ（６−ｂｒｏｍｏｉｎｄｉｒｕｂｉｎ−３’−ｏｘｉｍｅ）などが挙げられるが、これらに限定されない。
Ｗｎｔシグナル促進剤の濃度は、Ｗｎｔシグナル促進剤なしの場合と比較して下垂体ホルモン産生細胞の割合を増加させることができる濃度である限り限定されないが、例えば、ＢＩＯを使用する場合、その濃度は、通常約２０〜２０００ｎＭ、好ましくは約５０〜５００ｎＭ、最も好ましくは約２５０ｎＭである。
一実施形態において、培養開始１６日目からＢＩＯを２５０ｎＭ含む無血清培地を用い、１８日目に培地を半分交換して２日間培養を行う。

（５）下垂体ホルモン分泌の促進
上述の方法により得られた各下垂体ホルモン産生細胞に対し、それぞれの下垂体ホルモンの産生・分泌を促進する物質を作用させることにより、下垂体ホルモンの産生・分泌を刺激することができる。下垂体ホルモンの産生・分泌を刺激・促進する物質（ホルモン分泌促進物質ともいう）としては、各下垂体ホルモン産生細胞を直接的に作用する物質であってもよいし、例えば、移植等の後でｉｎ ｖｉｖｏで作用する場合などには、間接的に作用する物質であってもよい。
具体的には、ＡＣＴＨの産生・分泌はＣＲＨ等によって促進され、ＧＨの産生・分泌はＧＨＲＨ等によって促進され、ＴＳＨの産生・分泌はＴＲＨ等によって促進され、ＰＲＬの産生・分泌はＰＲＦ（具体例は上述のとおり）及びＴＲＨ等によって促進され、ＦＳＨ及びＬＨの産生・分泌はＧｎＲＨ等によって促進される。これらの促進物質は、天然の供給源から単離したものを用いてもよいし、組換えなどによって合成してもよい。

下垂体ホルモン産生細胞から下垂体ホルモンを分泌させるための培養条件は、下垂体ホルモン産生細胞の生存や増殖に悪影響を与えず、下垂体ホルモンの産生・分泌が促進される限り、適宜設定できる。例えば、５００μｌのＨＢＳＳ液当たり、下垂体ホルモン産生細胞を含む凝集体８個を入れ、３７℃で１０分間のプレインキュベーション後、適切な最終濃度の各刺激物質を添加し、３７℃でさらに１０分間インキュベーションする。

分化したＡＣＴＨ産生細胞をＣＲＨで刺激する場合、通常約１０ｎｇ／ｍｌ以上のＣＲＨを用いるとＡＣＴＨの産生・分泌が顕著に誘導される。ＣＲＨは、好ましくは約１０〜１００００ｎｇ／ｍｌ、より好ましくは約１００〜１００００ｎｇ／ｍｌ、より好ましくは約１０００〜１００００ｎｇ／ｍｌの濃度で用いられる。

ＧＨの産生・分泌をＧＨＲＨによって刺激する場合、好ましい濃度範囲は１００ｎＭ〜５００ｎＭであり、ＴＳＨの産生・分泌をＴＲＨによって刺激する場合、好ましい濃度範囲は、１ｎＭ〜５ｎＭであり、ＰＲＬの産生・分泌をＰＲＦ（例、上記したようなプロラクチン放出ペプチド）によって刺激する場合、好ましい濃度範囲は２ｎＭ〜１０ｎＭであり、ＦＳＨの産生・分泌をＧｎＲＨによって刺激する場合、好ましい濃度範囲は１ｎＭ〜２０ｎＭであり、ＬＨの産生・分泌をＧｎＲＨによって刺激する場合、好ましい濃度範囲は１ｎＭ〜２０ｎＭである。

下垂体ホルモン産生細胞から産生された下垂体ホルモンは、培養物から単離・精製することができる。下垂体ホルモンは、例えば培養上清から、ペプチド及びタンパク質の単離・精製のための自体公知の方法（ゲルろ過及びイオン交換クロマトグラフィーのような公知の方法）を用いることによって、単離・精製することができる。

（６）細胞培養物、及び医薬としての使用
本発明はまた、本発明の方法により得られる細胞培養物を提供する。本発明の細胞培養物は、例えば、幹細胞又は幹細胞から分化した細胞を含む浮遊凝集体、浮遊凝集体を分散処理（例えば、トリプシン／ＥＤＴＡ処理）した細胞、分散処理細胞の培養により得られる細胞などであり得る。また、本発明は、かかる細胞培養物より被験体に投与し得る程度に単離・精製された下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞を提供する。

「培養物」とは、細胞を培養することにより得られる結果物をいい、細胞、培地、場合によっては細胞分泌性成分等が含まれる。「単離」とは目的とする組織又は細胞以外の成分（細胞、タンパク質、培地等）を除去することを意味する。

本発明の方法により得られた下垂体前駆組織若しくは下垂体ホルモン産生細胞は、下記疾患の治療薬として、その他の原因による下垂体組織又は下垂体ホルモン産生細胞の損傷状態において、当該下垂体組織又は細胞を補充するためなどに用いることができる。
或いは、本発明の方法により得られた下垂体ホルモン産生細胞によって産生される下垂体ホルモンは、下記疾患の治療薬として、任意の下垂体組織又は各下垂体ホルモン産生細胞の損傷状態によって引き起こされる下垂体ホルモン分泌不全において、適切な下垂体ホルモンを補充するため（ホルモン補充療法）などに用いることができる。

本発明の方法によって得られる下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞又は下垂体ホルモンによって治療され得る疾患としては、副腎皮質機能低下症、成長ホルモン分泌不全性低身長症、成人発症ＧＨ欠乏症、下垂体性小人症、クレチン病、不妊症、汎下垂体機能低下症（エンプティセラ症候群、下垂体アポプレキシー、術後下垂体損傷が含まれる）、部分的下垂体機能低下症、下垂体前葉ホルモン単独欠損症（具体的には、ＡＣＴＨ単独欠損症、成長ホルモン単独欠損症、ＴＳＨ単独欠損症、プロラクチン単独欠損症、性腺刺激ホルモン単独欠損症）などが挙げられる。

また、本発明の方法により得られた下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞を、下垂体組織又は下垂体ホルモン産生細胞の障害に基づく疾患の治療薬として用いる場合、当該下垂体前駆組織又は細胞の純度を高めた後に被験体に移植することが好ましい。

細胞の純度を高める方法は、公知となっている細胞分離精製の方法であればいずれも用いることができるが、例えば、フローサイトメーターを用いる方法（例えば、Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ−Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（１９８８）、Ｍｏｎｏｃｌｏｎａｌ Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ：ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ，Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ａｃａｄ．Ｐｒｅｓｓ（１９９３）、Ｉｎｔ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．，１０，２７５（１９９８）参照）、パニング法（例えば、Ｍｏｎｏｃｌｏｎａｌ Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ：ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ，Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ａｃａｄ．Ｐｒｅｓｓ（１９９３）、Ａｎｔｉｂｏｄｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ（１９９６）、Ｊ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．，１４１，２７９７（１９８８）参照）、ショ糖濃度の密度差を利用する細胞分画法（例えば、組織培養の技術（第三版），朝倉書店（１９９６）参照）が挙げられる。

本発明の細胞の純度を高める方法は、上述のような幹細胞を分化誘導して得られた下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞を、抗癌剤を含む培地中で培養する工程を含む。これにより、未分化な状態の細胞を除去することができ、より純度の高い分化細胞を得ることが可能で、医薬としてより好適となる。即ち、抗癌剤で処理することにより、目的とする分化細胞以外の細胞、例えば未分化な細胞を除去することができる。

ここで、抗癌剤としては、マイトマイシンＣ、５−フルオロウラシル、アドリアマイシン、アラＣまたはメトトレキセートなどが挙げられる。これら抗癌剤は、分化誘導した細胞よりも未分化な状態の細胞に、より細胞毒性を示す濃度で用いることが好ましい。具体的には、上述した培養方法に準じて、これら抗癌剤を用いた培養を行い、至適濃度を決定することができ、例えば、これら抗癌剤を生体に用いる日本薬局方記載の濃度の１００分の１〜１倍の濃度で含む培地を用い、５％の二酸化炭素を通気したＣＯ_２インキュベーターで、３７℃で数時間、好ましくは２時間培養する方法を挙げることできる。

ここで使用する培地としては、分化誘導した下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞を培養することが可能な培地であればいかなるものも用いることができる。具体的には、上述の培地等を挙げることができる。

移植医療においては、組織適合性抗原の違いによる拒絶がしばしば問題となるが、体細胞の核を核移植した幹細胞、又は染色体上の遺伝子を改変した幹細胞を用いることで当該問題を克服できる。

また、体細胞の核を核移植した幹細胞を用いて分化誘導することで、体細胞を提供した個体の下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞を得ることができる。このような個体の組織又は細胞は、その組織又は細胞自身が移植医療として有効のみならず、既存の薬物がその個体に有効か否かを判断する診断材料としても有用である。さらに、分化誘導した組織又は細胞を長期に培養することで酸化ストレスや老化に対する感受性の判定が可能であり、他の個体由来の細胞と機能や寿命を比較することで上記疾患等に対する個体のリスクを評価することができ、それら評価データは将来の発病率が高いと診断される疾患の効果的な予防法を提供するために有用である。

下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞を移植する被験体は、温血動物、好ましくは哺乳動物、より好ましくは元の幹細胞が由来する動物と同種の動物である。哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、ハムスター、モルモット等のげっ歯類やウサギ等の実験動物、ブタ、ウシ、ヤギ、ウマ、ヒツジ等の家畜、イヌ、ネコ等のペット、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出来る。疾患の治療目的で移植する場合、被験体としてはヒト患者が好ましい。

本発明の方法により幹細胞から分化誘導された下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞は、自体公知の方法により下垂体前葉やそれに相当する部位に移植できる。

下垂体ホルモンの産生・分泌を目的とした場合には、下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞は、そのホルモンの産生・分泌が誘導される限り、被験体の任意の部位に移植できる。例えば、下垂体前駆組織又は下垂体ホルモン産生細胞は、被験体の下垂体中又はその近傍、或いは下垂体が除去されている場合には下垂体が存在すべき部位（即ちトルコ鞍）に、或いは分泌された下垂体ホルモンが作用する対象器官の近傍などに（例えば、ＡＣＴＨ産生細胞の場合、腎臓被膜下等）、移植することができる。実施例に示されるように、ＡＣＴＨ産生細胞は、異所的に移植してもＡＣＴＨ産生機能を果たすことができる。

移植後の被験体における各下垂体ホルモンの産生・分泌は、上述のようなホルモン分泌促進物質を被験体に投与することによって刺激してもよいし、内因性のそのような物質によって自然に刺激されてもよい。移植の目的及び被験体の状態等に依存して適宜選択され得る。

具体的には、被験マウスに下垂体ホルモン産生細胞を移植する方法としては、本発明の分化誘導方法によって得られた当該細胞を含む細胞凝集体として１個〜１０００個程度、好ましくは５〜５００個程度、より好ましくは１０個〜５０個程度、ハミルトンシリンジ等を用いて、腎臓被膜下に注入する方法が挙げられる。移植された細胞の生着が確保できる限り、この方法に限定されない。下垂体前駆組織（ラトケ嚢様組織）として移植する場合、ラトケ嚢様組織を細胞凝集体より単離し、それをハミルトンシリンジ等を用いて、腎臓皮膜下に注入する方法が挙げられる。
被験体がヒトである場合、皮下組織あるいは下垂体近傍に細胞凝集体を移植する方法が挙げられるが、この方法に限定されない。

移植された組織又は細胞の生着は、移植後十分な時間が経過した後に（例えば、移植の７日後）、その細胞が産生・分泌する下垂体ホルモン又はその他の適切なマーカー遺伝子産物の、蛍光抗体を用いた組織化学染色等によって、確認することができる。
或いは、当該下垂体ホルモンによってその産生・分泌が促進される他のホルモン等（例えば、ＡＣＴＨの場合にはグルココルチコイド（例、コスチコステロン））の産生、例えば血中濃度を測定することによっても、確認することができる。その他の下垂体ホルモンが産生・分泌を促進する他のホルモン等は、上述のとおりである。

特に、ＡＣＴＨ産生細胞の移植の効果は、レシピエントの自発的運動（Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｌｏｃｏｍｏｔｏｒ ａｃｔｉｖｉｔｙ）の改善によって評価することもできる。例えば、マウスの自発的運動は、１日当たりのケージ内での自発的移動距離や、１日当たりの回し車（ｒｕｎｎｉｎｇ ｗｈｅｅｌ）の自発的回転数によって評価する。ケージ内でのマウスの移動距離は、ＭＤＣ−Ｗ０２（ＢｒａｉｎＳｃｉｅｎｃｅＩｄｅａ，Ｏｓａｋａ）というＩＲセンサーを用いた解析システムなどを用いて計測することができ、回し車の回転数は、ＥＮＶ−０４４（ＭｅｄＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｇｅｏｒｇｉａ）などを用いて計測することができる。これらの計測は、別々の実験として行ない、計測するマウスが平素飼育されているケージ（ホームケージ）内にそれぞれの装置を設置して行なう。これにより、低ストレス下での自発運動量を測定することが出来る。

ＡＣＴＨ産生細胞の移植の効果は、レシピエントの生存率によっても評価できる。例えば、ＡＣＴＨ産生細胞の移植後の生存率は、Ｋａｐｌａｎ−Ｍａｙｅｒ法によって分析できる。

また、本発明の方法によって得られる凝集体及び下垂体前駆組織は、生体内での下垂体発生時の微小環境をよく再現しているので、下垂体の発生や下垂体ホルモン産生細胞の誘導等に関する研究材料としても有用である。

さらに本発明の方法は、再生医療の分野や上述の医薬等の創薬、毒性試験などに有用な「組織材料」を提供することができる点でも極めて有用である。

（７）スクリーニング方法
本発明は、本発明の細胞培養物または本発明の培養産物を用いることを特徴とする、被検物質のスクリーニング方法を提供する。特に本発明の培養産物は、生体における下垂体前駆組織の組織形成の初期過程と極めて類似した下垂体前駆組織を構築し、また、生体における下垂体ホルモン産生細胞ときわめて類似した細胞を含んでいるので、下垂体組織又は各種下垂体ホルモン産生細胞の障害に基づく疾患の治療薬のスクリーニング、その他の原因による細胞損傷状態における治療薬のスクリーニング、またはそれらの毒性試験、さらには神経系疾患の新たな治療方法の開発などに適用することができる。

ここで「被検物質」としては、例えば上記疾患の治療薬として有効性を確認したい物質や、その他の疾患の治療薬であって下垂体組織又は各種下垂体ホルモン産生細胞への影響（例えば、毒性）を確認することが必要な物質が挙げられる。当該物質は、低分子化合物、高分子化合物、タンパク質、遺伝子（ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、ウイルスなど、どのようなものであってもよい。このような物質は、当業者が適宜選択することができる。

以下の実施例により本発明をより具体的に説明するが、実施例は本発明の単なる例示を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

実施例１：ＥＳ細胞の無血清浮遊凝集塊培養による、前脳組織と頭部非神経外胚葉の同時の試験管内分化誘導
（方法）
マウスＥＳ細胞を前脳、特に視床下部組織への選択分化させる方法であるＳＦＥＢｑ／ｇｆＣＤＭ法（Wataya et al, 2008, PNAS vol.105, pp.11796-11801）を用いて、凝集体培養を７日間行なった。具体的には、トリプシン処理で単一分散させたマウスＥＳ細胞を、細胞低吸着コーティングした９６穴Ｕ字型ウェルあたり３０００、８０００、１００００あるいは１５０００細胞を播種して、凝集塊を形成させた。培地には、化学合成培地ｇｆＣＤＭ（Wataya et al, 2008, PNAS vol.105, pp.11796-11801）を用いた。視床下部組織のマーカーとしてＲｘ：：ＧＦＰ（ＧＦＰをＲｘ遺伝子座にノックイン）、頭部非神経外胚葉マーカーとしてＰｉｔｘ１抗体を用いて検出した。
（結果）
７日間ＳＦＥＢｑ／ｇｆＣＤＭ法で培養したＥＳ細胞浮遊凝集塊は、すべての培養条件で、視床下部マーカーＲｘ：：ＧＦＰ陽性、神経マーカーＮ−ｃａｄｈｅｒｉｎおよびＳｏｘ１陽性の視床下部組織を含んでいた。ウェルあたり８０００〜１５０００細胞を凝集させた培養では、５日間培養以降の浮遊凝集塊の表層（Ｒｘ：：ＧＦＰ陽性のさらに表層）にＰｉｔｘ１陽性のシート状の連続上皮組織が９割以上の凝集塊で形成された（図１ｆ）。３０００細胞からの凝集では、Ｐｉｔｘ１の細胞は少数散在するのみで、連続的な大きな上皮を形成しなかった。また別の頭部非神経外胚葉マーカーＰｉｔｘ２を用いたｑＰＣＲでは、３０００細胞からの凝集塊に比して、１００００細胞からの凝集塊は４倍のＰｉｔｘ２ ＲＮＡの発現が誘導され、ＢＭＰ２及びＢＭＰ４のｍＲＮＡの発現量が約２〜３倍に増大していた（図６）。凝集塊形成時の細胞数を増加させることだけでなく、ＢＭＰ４を０．５ｎＭの濃度で培地中に添加することによっても、Ｐｉｔｘ２の発現が上昇することが見出された（図１ｄ）。

実施例２：ＥＳ細胞の無血清浮遊凝集塊培養とヘッジホッグシグナル処理による下垂体前駆組織の試験管内分化誘導
（方法）
マウスＥＳ細胞をＳＦＥＢｑ／ｇｆＣＤＭ法（Wataya et al, 2008, PNAS vol.105, pp.11796-11801）を用いて、１凝集体あたり１００００細胞で形成させ、実施例１のように浮遊培養した。分化培養開始直後より、ヘッジホッグのアゴニストであるＳＡＧ（Danjo et al, JNS, 2011, vol.31, pp.1919-1933）を１００あるいは４００ｎＭ添加し、合計１０−１３日間培養した。ＳＡＧはＳｈｈより数倍以上強い活性を有し、また比較的安価で高濃度まで用いることができるため、強いヘッジホッグシグナルの活性を引き起こすことが可能である（Danjo et al, JNS, 2011, vol.31, pp.1919-1933）。下垂体前駆組織（ラトケ嚢）のマーカーであるＬｉｍ３などの発現をＰＣＲあるいは蛍光抗体法による凍結切片の細胞化学染色で確認した。Ｌｉｍ３の発現は、Ｌｉｍ３：：ＧＦＰのノックインＥＳ細胞を用いても確認した。
（結果）
ＳＡＧを１００あるいは４００ｎＭ添加した群では、１０日以降にＬｉｍ３の著明な遺伝子発現（未分化ＥＳ細胞の１５倍、ＳＡＧ非添加群の７倍）がＰＣＲで確認された（図１ｊ，ｋも参照）。このＬｉｍ３の誘導は、ヘッジホッグ受容体のアンタゴニストであるＳＡＮＴ−１で阻害されたため、ＳＡＧの作用はヘッジホッグシグナルを介した効果であることが判った。
さらに３日間ｇｆＣＤＭで培養すると（合計１３日間）、ＳＡＧ添加群では、凝集塊の中に数個（１−７個）のＬｉｍ３陽性の上皮性の小嚢胞が形成された（図２ａ）。小嚢胞が形成されていく様子は図２ｄ−ｆに示されている（ｄ８〜ｄ１０）。ｌｉｍ３陽性組織は、肥厚したプラコード上皮としてまず出現し、次いで陥入し、最後に中空の上皮小胞を形成した。これらの小嚢胞は、ＲｘやＳｏｘ１やＮｅｓｔｉｎ陰性で、Ｐｉｔｘ１やＰｉｔｘ２陽性であり（図２ｇ−ｊ）、下垂体前駆組織と同一のマーカー発現を示し、また１３日目までには、Ｌｉｍ３に加えて、後期ラトケ嚢マーカーＩｓｌｅｔ１／２を発現し始めた（図２ｏ）。形態学的にも下垂体前駆組織と類似した上皮構造や極性を有していた（図２ｍ、ｎ）。しかも、生体内の下垂体前駆組織（ラトケ嚢）と同じく、Ｒｘ陽性の視床下部組織の近傍に存在し、またＰｉｔｘ１陽性でＬｉｍ３陰性の頭部非神経外胚葉組織とも隣接して形成されていた（図２ｈ、ｋ）。このことは、このＥＳ細胞の浮遊凝集塊培養系において、胚発生過程の下垂体前駆組織の発生の微小環境が模倣されたことを示唆した。このようなラトケ嚢様の組織の形成は、３０００細胞の凝集塊から開始した培養では、ほとんど形成されなかった。
なお、培養１０−１３日の間はＳＡＧを含まないｇｆＣＤＭで培養した。この間にＦＧＦ８を２００ｎｇ／ｍｌ添加したところ、Ｌｉｍ３の発現組織が３−５割増加した。

実施例３：ＥＳ細胞由来の下垂体前駆組織からのＡＣＴＨ産生細胞の産生とＤＡＰＴ処理
（方法）
マウスＥＳ細胞を実施例２の方法を用いて、ＳＡＧ処理（４００ｎＭ ７日間、１００ｎＭ ３日間の計１０日間）により下垂体前駆組織に分化させた。さらにｇｆＣＤＭ培地を用いて、４０％Ｏ_２、５％ＣＯ_２下で合計１２日間培養した（合計２２日間）。さらに培養１８−１９日の間又は２０−２１日の間の１日間、Ｎｏｔｃｈシグナルの阻害剤ＤＡＰＴ １０μＭで処理した。ＡＣＴＨ産生細胞に発現するＴｂｘ１９やＡＣＴＨの発現を蛍光抗体法による凍結切片の細胞化学染色で確認した。
（結果）
蛍光抗体法での解析の結果、ＤＡＰＴ処理をした上記の凝集塊では、ＤＡＰＴ処理なしの場合と比較してＴｂｘ１９発現が増強され（図３ｂ）、ＡＣＴＨ陽性細胞の割合が増加し（図３ｃ）、Ｔｂｘ１９やＡＣＴＨ強陽性の多数細胞（＞３０細胞以上）の集合が複数箇所に含まれていた。ＤＡＰＴ処理をしていないものでは、Ｔｂｘ１９やＡＣＴＨ陽性の少数細胞が散在しているだけであった。このＡＣＴＨ陽性細胞は、ＮＳＥ及びニューロフィラメントなどの神経マーカーが陰性であったことから、脳のＡＣＴＨ^＋ニューロンではないと考えられ（図３ｆ）、またメラニン産生細胞系統のマーカーＰＣ２も発現していなかった（図３ｇ）。さらに、このＡＣＴＨ^＋細胞は、ｉｎ ｖｉｖｏの場合と同様、Ｅ−カドヘリン陰性であった（図３ｅ）。
ｉｎ ｖｉｖｏでは、下垂体の発生時、Ｔｂｘ１９陰性の前駆体はＰｉｔｘ１陽性の中間前駆体を生じ、この前駆体がその後ＧＨ産生細胞、ＰＲＬ産生細胞、ＴＳＨ産生細胞へと分化する。Ｐｉｔｘ１の発現を確認したところ、ＤＡＰＴ処理では発現は増加せずにむしろ減少し、ＢＩＯ処理では大きく増加した。ＷｎｔインヒビターＩＷＰ２処理では、Ｐｉｔｘ１の発現は低下傾向であった（図３ｋ）。

実施例４：ＥＳ細胞由来の下垂体前駆組織からのＡＣＴＨ以外の下垂体ホルモン産生細胞の産生
（方法）
マウスＥＳ細胞を実施例２の方法を用いて、ＳＡＧ処理（４００ｎＭ ７日間、１００ｎＭ ３日間の計１０日間）により下垂体前駆組織に分化させた。さらに４０％Ｏ_２、５％ＣＯ_２下で継続的に浮遊培養した。培地は、副腎皮質ホルモン（２００ｎｇ／ｍｌ ハイドロコーチゾン）と１ｎＭインスリンを含むｇｆＣＤＭ、エストロゲン（５０ｎｇ／ｍｌエストラジオール）と１ｎＭインスリンを含むｇｆＣＤＭ、あるいはマウスのフィーダー細胞ＰＡ６細胞のｇｆＣＤＭによる培養上清（馴化培地）のいずれかを用いた。
成長ホルモン（ＧＨ）、プロラクチン（ＰＲＬ）、黄体形成ホルモン（ＬＨ）、卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）の発現を蛍光抗体法による凍結切片の細胞化学染色で確認した。
（結果）
副腎皮質ホルモン（２００ｎｇ／ｍｌ ハイドロコーチゾン）と１ｎＭ インスリンを含むｇｆＣＤＭで培養２０日より１０日間培養したものでは、多数のＧＨ陽性細胞が凝集塊の中に確認された（図３ｌ、ｍ）。さらに、ＧＳＫ３βの阻害剤で、Ｗｎｔ経路を刺激するＢＩＯ（２５０ｎＭ）を培養１６−１８日の間に処理すると、ＧＨ陽性細胞が３−５割さらに増加した。エストロゲン（５０ｎｇ／ｍｌ エストラジオール）と１ｎＭ インスリンを含むｇｆＣＤＭで培養２０日より１０日間培養したものでは、多数のＰｒｏｌａｃｔｉｎ陽性細胞が凝集塊の中に確認された（図３ｎ、ｏ）。ＰＡ６細胞のｇｆＣＤＭによる培養上清で培養１０日より１５日間培養したものでは、多数のＬＨ陽性細胞及びＦＳＨ陽性細胞が確認されるとともに、少数のＴＳＨ陽性細胞が認められた（ＬＨ陽性細胞＞ＦＳＨ陽性細胞＞ＴＳＨ陽性細胞）（図３ｐ−ｓ）。

実施例５：ＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ産生細胞からのＣＲＨによる試験管内のＡＣＴＨ分泌
（方法）
マウスＥＳ細胞を実施例３の方法を用いて、ＳＡＧ処理とＤＡＰＴ処理によりＡＣＴＨ産生細胞に分化させた（合計２２日間）。この凝集塊に対して、ＣＲＨ（副腎皮質刺激ホルモン放出因子）を作用させて、ＡＣＴＨの分泌を定量した。具体的には、５００μｌのＨＢＳＳ液あたり、８個の凝集体を入れ、３７度で１０分間プレインキュベーション後、最終濃度１０−１００００ｎｇ／ｍｌのＣＲＨを添加し、さらに１０分間インキュベーション後の培養上清を回収し、ＥＬＩＳＡ法で計測した(図４ａ)。
（結果）
ＣＲＨを加えない群では、培養上清のＡＣＴＨの濃度は０．２ｐｇ／ｍｌ以下であったが、１０ｎｇ／ｍｌ ＣＲＨ群では１．４ｐｇ／ｍｌ、１００ｎｇ／ｍｌ ＣＲＨ群では４ｐｇ／ｍｌ、１０００および１００００ｎｇ／ｍｌ ＣＲＨ群では８．５−９．５ｐｇ／ｍｌのＡＣＴＨが検出された（図４ｃ）。一方、ＳＡＧ処理をしなかった凝集塊では、１０００ｎｇ／ｍｌ ＣＲＨの添加によっても、ＡＣＴＨの分泌の有意な上昇は認められず、ＳＡＧ処理したがＤＡＰＴ処理をしなかった凝集塊では、ＣＲＨを加えてもＡＣＴＨの分泌はあまり高くならなかった（図４ｄ）。なお、このＡＣＴＨの分泌の誘導はＣＲＨ特異的であり、他の放出ホルモンを加えても観察されなかった（図４ｂ）。
さらに、下垂体からのＡＣＴＨ分泌を抑制することが知られているハイドロコーチゾン（１００ｎｇ／ｍｌ）で６０分間前処理を行なった場合、ＣＲＨによるＡＣＴＨの分泌促進効果をほぼ完全に抑制した（図４ｅ）が、エストラジオールによる前処理はＡＣＴＨ分泌に影響しなかった（図４ｆ）。

実施例６：ＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ産生細胞からのＣＲＨによる生体内でのＡＣＴＨと副腎皮質ホルモンの分泌
（方法）
マウスＥＳ細胞を実施例３の方法を用いて、ＳＡＧ処理とＤＡＰＴ処理によりＡＣＴＨ産生細胞に分化させた細胞塊を、下垂体除去手術を施したマウスの腎臓被膜下に移植した（図５ａ右）。これらのマウスについては、ＡＣＴＨの分泌能（ＣＲＨへの反応性）が失われたことを移植前に確認した（図５ｂ、ｃ）。
具体的には、合計２２日間の培養後に、細胞凝集塊をハミルトンシリンジにより、下垂体除去マウスの腎臓被膜下に注入した。移植７日後に、ＣＲＨ腹腔内投与による負荷のもと、血漿を回収し、ＡＣＴＨおよび副腎皮質ホルモン（Ｃｏｒｔｉｃｏｓｔｅｒｏｎ）濃度をＥＬＩＳＡ法で計測した。
（結果）
腎臓皮下移植したＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ陽性細胞は、移植後７日後も局所に生着していることが、蛍光抗体法による組織化学染色で確認された（図５ａ左）。対照群（ｓｈａｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）では、ＣＲＨ負荷後も血中ＡＣＴＨは１ｐｇ／ｍｌ未満、Ｃｏｒｔｉｃｏｓｔｅｒｏｎも３ｐｇ／ｍｌ未満であった。一方、ＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ陽性細胞移植群では、ＡＣＴＨは２５−３０ｐｇ／ｍｌ、Ｃｏｒｔｉｃｏｓｔｅｒｏｎは３００ｐｇ／ｍｌの濃度にＣＲＨ負荷後に達した（図５ｅ、ｆ：ＣＲＨ負荷あり；図５ｇ、ｈ：ＣＲＨ負荷なし）。

実施例７：ＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ産生細胞の異所性移植による下垂体除去マウスの生存及び活動性の改善
（方法）
マウスＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ産生細胞を実施例６と同様に、下垂体除去手術を施したマウス（９週齢）の腎臓被膜下に移植した。移植マウスの生存および体重の増加を経過観察し、対照群（ｓｈａｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）と比較した。マウスの自発的運動についても検討した。マウスの自発的運動は、IRセンサー（ＭＤＣ−Ｗ０２（ＢｒａｉｎＳｃｉｅｎｃｅＩｄｅａ，Ｏｓａｋａ））を用いて、ケージの中でマウスが１日にどのくらい自発的に移動するかを計測した。また、ＥＮＶ−０４４（ＭｅｄＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｇｅｏｒｇｉａ）を用いて、マウスが自発的にｒｕｎｎｉｎｇ ｗｈｅｅｌを１日に何回転させたかも別途計測した。
（結果）
対照群の下垂体除去マウスでは、ｓｈａｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ後８週までに全個体が死亡したが、ＥＳ細胞由来のＡＣＴＨ産生細胞の移植群では、その時点で約８５％の個体が生存していた（図５ｋ）。また、対照群がすべて死亡した８週の段階で、移植群では６割のマウスが、移植時より体重が増加していた。
また、移植群のマウスは、コントロールよりも高いレベルの自発的運動を示した(図５ｉ、ｊ)。

実施例８：ヒトＥＳ細胞からの下垂体前駆細胞の分化誘導
（方法）
トリプシンにて単一分散したヒトＥＳ細胞１２０００細胞をＲＯＣＫ阻害剤Ｙ−２７６３２ １０μＭ存在下に（Watanabe et al, Nature Neuroscience, 2007）実施例１のように浮遊凝集塊培養を行なった。培養液には、ｇｆＣＤＭに５％ＫＳＲを加えたものを用いた。培養３日目より０．５ ｎＭ、１．５ ｎＭまたは５.０ ｎＭのＢＭＰ４を培養液に添加し、培養６日目より１０００ ｎＭのＳＡＧを添加し浮遊培養を継続した。
（結果）
培養１７日後には、いずれの凝集塊も多数のＲｘ陽性の神経前駆細胞を凝集塊内部に含み、またその表面にE-cadおよびサイトケラチン陽性の非神経外胚葉細胞がマウスＥＳ細胞の培養と同様に、単層の細胞からなるシート状の上皮構造を形成していた（図７）。ｑＰＣＲ解析により、Ｐｉｔｘ１の発現誘導も5 nM BMP処理をした群でしていない群に比して、約10倍の誘導を認めた（図８）。BMP処理した群では、培養２５日後には、Rx陽性の神経上皮構造の表面にE-cad陽性の非神経外胚葉が存在し、マウス培養での下垂体プラコード形成と同様に、その一部が肥厚してプラコード様の構造を呈していた（図７）。

トリプシンにて単一分散したヒトＥＳ細胞３０００個及び６０００個からスタートした場合でも、同等の結果が得られた。従って、培地中にＢＭＰ４を添加した場合には、比較的少数の細胞からなる凝集塊を用いても、吻側視床下部組織とシート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織の両方を同時に分化誘導できる可能性が示された。

本発明を好ましい態様を強調して説明してきたが、好ましい態様が変更され得ることは当業者にとって自明であろう。本発明は、本発明が本明細書に詳細に記載された以外の方法で実施され得ることを意図する。したがって、本発明は添付の「請求の範囲」の精神および範囲に包含されるすべての変更を含むものである。
ここで述べられた特許および特許出願明細書を含む全ての刊行物に記載された内容は、ここに引用されたことによって、その全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。

本発明の方法によれば、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞から、中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織を含む凝集体、特に吻側視床下部組織及び吻側頭部外胚葉組織を含む凝集体や下垂体前駆組織を試験管内で分化誘導し、さらに各種下垂体ホルモン産生細胞を分化誘導することができる。下垂体は多くのホルモンを産生・分泌する中心的な内分泌器官であり、ホルモン分泌の異常は生体に対し重大な影響を及ぼす。従って、本発明の方法で得られた凝集体、下垂体前駆組織及び下垂体ホルモン産生細胞は、特に、下垂体ホルモンの分泌不全によって引き起こされる疾患や下垂体ホルモンの分泌不全を引き起こす疾患の治療等に利用することができる。
中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織を含む凝集体からは、下垂体だけでなく、嗅上皮、水晶体、内耳等の感覚器のプラコードも形成され得る。

本出願は日本で出願された特願２０１１−２３９８０３（出願日：２０１１年１０月３１日）を基礎としており、その内容は本明細書に全て包含されるものである。

Claims (33)

1. 無血清培地中で幹細胞の凝集体を形成させる工程、及び
   形成された凝集体を無血清培地中で浮遊培養する工程
   を含む、視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体の製造方法。
2. 浮遊培養で用いる無血清培地がＳｈｈシグナル促進剤を含む、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記Ｓｈｈシグナル促進剤がＳＡＧである、請求項２に記載の製造方法。
4. 浮遊培養で用いる無血清培地がＢＭＰシグナル促進剤を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. ＢＭＰシグナル促進剤がＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４である、請求項４に記載の製造方法。
6. 前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉が、吻側視床下部組織及びシート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 前記吻側視床下部組織がＲｘ陽性である、請求項６に記載の製造方法。
8. シート状の連続上皮である吻側頭部非神経外胚葉組織がＰｉｔｘ１陽性である、請求項６記載の方法。
9. 前記無血清培地が、Ｎｏｄａｌシグナル促進剤、Ｗｎｔシグナル促進剤、ＦＧＦシグナル促進剤、ＢＭＰシグナル促進剤、レチノイン酸及びインシュリン類を実質的に含有しない無血清培地である、請求項１に記載の製造方法。
10. 前記幹細胞がヒト由来である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
11. 前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体が、Ｌｉｍ３陽性細胞を更に含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記Ｌｉｍ３陽性細胞が、凝集体中に上皮性の小嚢胞を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の製造方法。
13. 浮遊培養により、幹細胞の凝集体における内因性の増殖因子の発現を増加させる、請求項１に記載の製造方法。
14. 前記内因性の増殖因子がＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４である、請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記ＢＭＰ２及び／又はＢＭＰ４の発現が、低細胞濃度で幹細胞の凝集体を形成させた場合と比較して、ｍＲＮＡレベルで２倍以上増加することを特徴とする、請求項１４に記載の製造方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法によって製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤を含む無血清培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、副腎皮質刺激ホルモン産生細胞の製造方法。
17. 前記Ｎｏｔｃｈシグナル阻害剤がＤＡＰＴである、請求項１６に記載の製造方法。
18. 請求項１６又は１７に記載の方法で製造された副腎皮質刺激ホルモン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体において副腎皮質刺激ホルモンの分泌不全を改善する方法。
19. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法によって製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、グルココルチコイドを含む無血清培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、成長ホルモン産生細胞の製造方法。
20. 前記無血清培地がインシュリンをさらに含む、請求項１９に記載の製造方法。
21. 前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、グルココルチコイドを含む無血清培地中で浮遊培養する工程の前又は同時に、ＧＳＫ３β阻害剤を含む無血清培地中で浮遊培養する工程を含む、請求項１９又は２０に記載の成長ホルモン産生細胞の製造方法。
22. 前記ＧＳＫ３β阻害剤がＢＩＯである、請求項２１に記載の製造方法。
23. 請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法で製造された成長ホルモン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体において成長ホルモンの分泌不全を改善する方法。
24. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法によって製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、エストロゲンを含む無血清培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、プロラクチン産生細胞の製造方法。
25. 前記無血清培地がインシュリンをさらに含む、請求項２４に記載の製造方法。
26. 前記視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、エストロゲンを含む無血清培地中で浮遊培養する工程の前又は同時に、ＧＳＫ３β阻害剤を含む無血清培地中で浮遊培養する工程を含む、請求項２４又は２５に記載のプロラクチン産生細胞の製造方法。
27. 前記ＧＳＫ３β阻害剤がＢＩＯである、請求項２６に記載の製造方法。
28. 請求項２４〜２７のいずれか１項に記載の方法で製造されたプロラクチン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体においてプロラクチンの分泌不全を改善する方法。
29. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法で製造された視床下部組織及び頭部非神経外胚葉を共に含んでなる凝集体を、無血清培地中でストローマ細胞を培養することによって得られたストローマ細胞の馴化培地中でさらに浮遊培養する工程を含む、卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン及び/又は甲状腺刺激ホルモン産生細胞の製造方法。
30. 前記ストローマ細胞がＰＡ６細胞である、請求項２９に記載の製造方法。
31. 請求項２９又は３０に記載の方法で製造された卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン又は甲状腺刺激ホルモン産生細胞を被験体に移植することを含む、被験体において卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン又は甲状腺刺激ホルモンの分泌不全を改善する方法。
32. 無血清培地中で幹細胞の凝集体を形成させる工程、及び
    形成された凝集体を無血清培地中で浮遊培養する工程
    を含む、中枢神経組織及び頭部非神経外胚葉組織を共に含んでなる凝集体の製造方法。
33. 請求項３２に記載の凝集体においてプラコードが自己形成される、嗅上皮、水晶体又は内耳を形成するプラコードの製造方法。