Calu-3 細胞株

Calu-3細胞は、非小細胞肺がんを代表するヒト由来の気道上皮細胞株です。肺がんの生物学、呼吸器疾患、宿主と病原体の相互作用、気道における薬物輸送の研究など、生物医学研究において広く利用されています。さらに、いくつかの呼吸器疾患の治療法開発にも活用されています。

Calu-3細胞の由来と一般的な特性

細胞株について知っておくべき最も重要な情報は、その由来と一般的な特性です。これらは、研究におけるその細胞株の活用方法を決定する上で役立ちます。このセクションでは、Calu-3細胞株に関するこの不可欠な情報を理解するお手伝いをします。主な内容は以下の通りです：Calu-3細胞株とは何ですか？ Calu-3細胞の形態はどのようなものか？Calu-3細胞の由来は何か？

• Calu-3細胞は、肺腺がんを患う白人男性（25歳）の胸水（転移部位）から採取されました。この細胞株は、1975年にメモリアル・スローン・ケタリングがんセンターのヨルゲン・フォグ（Jorgen Fogh）とジェルマン・トレンペ（Germain Trempe）によって樹立されました。
• Calu-3細胞は上皮様形態を呈しています。
• Calu-3細胞の大きさは、直径8～9～20マイクロメートルの範囲です。
• この細胞株は、K-RAS（G13D）、TP53、およびCDKN2A遺伝子に変異を有し、野生型のEGFRを発現している。

A549 対 Calu-3

A549細胞とCalu-3細胞は、いずれもヒト肺腺癌細胞株ですが、それぞれ異なる特徴を持っています。Calu-3細胞モデルとA549細胞モデルの主な違いは、粘液層の厚さです。 Calu-3 細胞はより薄い粘液層を形成するため、近位気道上皮をモデル化しています。一方、A549 細胞にはこの特徴がなく、遠位気道の生理学的構造を表現するのに適しています [1]。

気管支喘息における気管支の可視化。喘息とは、気道が収縮・腫脹し、過剰な粘液によって閉塞される肺疾患であり、息切れなどの典型的な症状を引き起こす。

Calu-3細胞株：培養情報

このセクションでは、Calu-3細胞株の培養における重要なポイントについて解説します。ここでは、Calu-3細胞の倍加時間はどれくらいか、Calu-3細胞の培地とは何か、Calu-3細胞の培養プロトコルとは何か、Calu-3細胞の培養方法はどのようなものかについて説明します。

Calu-3細胞の培養における要点

倍加時間：

Calu-3細胞の倍加時間は約35時間です。

付着培養か浮遊培養か：

Calu-3は、付着性の肺腺癌細胞株です。

分割倍率：

Calu-3細胞株の継代比は1:2～1:4です。継代を行う際は、細胞を1×リン酸緩衝生理食塩水（PBS）で洗浄し、Accutase（継代用溶液）を加えた状態で室温で約10分間インキュベートします。 その後、新鮮な細胞培地を加え、剥離した細胞を遠心分離する。細胞ペレットを慎重に再懸濁し、細胞を新鮮な培養培地が入ったフラスコに分注して増殖させる。

増殖培地：

Calu-3細胞の培養には、10% FBS、2 mM L-グルタミン、1.5 g/L NaHCO3、EBSS、1 mM ピルビン酸ナトリウム、およびNEAAを含むEMEM培地を使用する。 Calu-3細胞の培地は、週に2～3回交換する必要があります。

培養条件：

Calu-3細胞は、37°C、5% CO₂の加湿インキュベーター内で培養する。

保存：

凍結した細胞は、長期にわたり細胞の生存率を維持するために、液体窒素の気相中、または-150 °C以下の温度で保存する必要があります。

凍結手順および培地：

Calu-3肺細胞株の凍結には、主にCM-1またはCM-ACF凍結培地が使用されます。細胞の生存率を維持し、細胞へのショックを防ぐため、温度を1分あたり1°Cしか下げない緩慢な凍結プロセスが行われます。

解凍手順：

バイアルを37 °Cに予熱した水浴に約1分間、あるいは小さな氷の塊が残る程度まで浸して細胞を解凍します。 新鮮な培養液を加え、遠心分離を行って凍結培地の成分を除去します。その後、細胞ペレットを再懸濁し、増殖培地が入った新しいフラスコに細胞を移します。

バイオセーフティレベル：

Calu-3細胞株を取り扱うには、バイオセーフティレベル1の実験室環境が不可欠です。

異なる継代数のCalu-3細胞。典型的な膵島様付着クラスターが強調表示されている。

Calu-3細胞の長所と短所

他のヒト細胞株と同様、Calu-3細胞にも独自の長所と短所があります。ここでは、そのうちの重要なものをいくつか取り上げます。

長所

• in vitro気道上皮モデル：

  呼吸器研究において、Calu-3細胞は気道上皮の効率的なin vitroモデルとして機能します。これらはヒト気道内壁の特性を反映しており、薬物輸送の調査、宿主と病原体の相互作用の研究、およびムチン産生の研究を可能にします。

• 分極：

  Calu-3細胞は分極化した単層を形成するため、より現実的な条件下での薬物輸送や宿主と病原体の相互作用の研究に広く利用されている。

デメリット

• がん細胞株：

  Calu-3細胞は肺腺癌から得られたものであるため、健康な肺組織を完全に代表しているとは限らない点に留意することが重要です。研究者は、研究においてこれをモデルとして使用する際、この点を考慮する必要があります。

 

研究におけるCalu-3細胞株の応用

Calu-3は、生物医学研究においていくつかの応用が可能です。本記事のこのセクションでは、中でも特に有望なものをいくつか紹介します。

• 呼吸器疾患の研究：Calu-3肺細胞は、嚢胞性線維症、喘息、慢性閉塞性肺疾患（COPD）など、さまざまな呼吸器疾患や障害の調査に利用されています。 Chiara Papi氏らによる研究では、Calu-3嚢胞性線維症in vitroモデルを用いて、miRNA-101-3pを標的とする抗miR-101-3pペプチド核酸（PNA）の影響が調査された。 この研究により、PNA 処理は嚢胞性線維症膜貫通伝導度調節因子（CFTR）遺伝子の発現を増加させる傾向があることが判明し、嚢胞性線維症および関連疾患に対する潜在的な治療戦略が示唆されました [2]。
• 創薬：Calu-3 細胞は、いくつかの呼吸器疾患に対する薬剤の試験および開発のモデルとして用いられています。 さらに、これらの細胞は、気道上皮を介した薬物輸送の研究にも利用されています。例えば、2021年に実施された研究では、アンドログラフィス・パニキュラータ（Andrographis paniculata）の植物抽出物およびその生物活性成分であるアンドログラフォライドが、Calu-3細胞におけるSARS-CoV-2感染に対して示す抗ウイルス活性が調査されました [3]。
• 宿主-病原体相互作用：Calu-3細胞は、病原体と気道上皮との相互作用を研究するのに理想的であり、SARS-CoV-2などの呼吸器感染症の理解に役立っている。 例えば、Byoung Kwon Parkらは、SARS-CoV-2感染に対するCalu-3細胞およびVero細胞の反応とウイルス産生を調査した[4]。

5. Calu-3細胞：研究論文

以下は、Calu-3細胞を用いた、注目度が高く頻繁に引用されている研究論文の一部です：

一酸化炭素放出分子-2（CORM-2）は、非小細胞肺がんのCalu-3細胞において、増殖、遊走、浸潤を抑制し、アポトーシスを促進する

本研究は2018年に『European Review for Medical and Pharmacological Sciences』誌に掲載されました。この研究では、一酸化炭素放出分子-2（CORM-2）が非小細胞肺がん細胞（Calu-3）のアポトーシスを促進し、その増殖、遊走、浸潤を抑制することが示唆されました。

Calu-3上皮細胞は、in vitroにおいて、新鮮に分離した一次鼻上皮細胞とは異なる免疫反応および上皮バリア反応を示す

『Clinical and Translational Allergy』（2018年）に掲載された本研究では、Calu-3細胞株と新鮮に培養された初代鼻上皮細胞の免疫応答および上皮バリア応答を比較した。

キニーネはヒト細胞株におけるSARS-CoV-2の感染を抑制する

『Viruses』（2021年）に掲載された本論文は、Calu-3などのウイルスに感染した様々な細胞株に対するキニーネの効果を評価し、SARS-CoV-2感染の潜在的な治療法としてキニーネを提案した。

高濃度のD-グルコースは、ヒト気道上皮細胞株Calu-3においてGLUT1を介してACE2の発現を誘導する

『BMC Molecular and Cell Biology』（2022年）に掲載されたこの研究では、高濃度のD-グルコースがGLUT1遺伝子の調節を介して、Calu-3細胞におけるACE2の発現を促進することが示唆された。

Dolosigranulum pigrumは呼吸器上皮細胞におけるSARS-CoV-2に対する免疫反応を調節する

『Pathogens』（2021年）に掲載された本論文は、肺上皮細胞におけるDolosigranulum pigrum 040417の免疫調節効果について検討した。さらに、この免疫バイオティクス菌がSARS-CoV-2感染に対する防御に果たす可能性についても調査した。

Calu-3細胞に関するリソース：プロトコル、動画など

Calu-3細胞に関しては、細胞培養やトランスフェクションに関する情報を網羅した多くのオンラインリソースが利用可能です。

• Calu-3細胞のトランスフェクションプロトコル：このリソースでは、Calu-3細胞のトランスフェクションに関する重要な知識を提供します。
• Calu-3のトランスフェクション：この動画チュートリアルは、in vitroでのCalu-3トランスフェクションプロトコルを学ぶためのステップバイステップガイドです。

Calu-3細胞の培養プロトコルについては、こちらに記載されています。

• Calu-3細胞：この文書には、Calu-3細胞の培地および継代（パッセージ）プロトコルに関する情報が網羅されています。

参考文献

1. Wiese-Rischke, C., R.S. Murkar, and H. Walles, 「ヒト下気道の生物学的モデル―生物医学研究におけるヒト3Dバリアモデルの課題と特別な要件」. Pharmaceutics, 2021. 13(12).
2. Fabbri, E. 他, 「マイクロRNA miR-101-3p を標的とするペプチド核酸（PNA）によるヒト気道上皮 Calu-3 細胞の処理は、嚢胞性線維症膜貫通伝導度調節因子（CFTR）遺伝子の発現増加と関連している」。 European Journal of Medicinal Chemistry, 2021. 209: p. 112876.
3. Sa-Ngiamsuntorn, K. 他、ヒト肺上皮細胞におけるアンドログラフィス・パニキュラータ抽出物およびその主要成分であるアンドログラフォライドの抗SARS-CoV-2活性、ならびに主要臓器細胞代表株における細胞毒性評価。 Journal of natural products, 2021. 84(4): p. 1261-1270.
4. Park, B.K. 他、SARS-CoV-2 感染時の Calu-3 細胞および Vero 細胞におけるシグナル伝達とウイルス産生の差異。Biomol Ther (Seoul)、2021年。29(3): p. 273-281。