JP2001157574A

JP2001157574A - ハニカム構造体およびその調製方法、ならびにその構造体を用いたフィルムおよび細胞培養基材

Info

Publication number: JP2001157574A
Application number: JP34056899A
Authority: JP
Inventors: Masatsugu Shimomura; 政嗣下村; Takehiro Nishikawa; 雄大西川; Akira Mochizuki; 明望月; Masaru Tanaka; 賢田中
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-12
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP4431233B2

Abstract

(57)【要約】【課題】細胞を培養するに当たっての基材及び/又は細
胞が3次元組織体を形成するときの足場の提供。【解決手段】生分解性ポリマー（ポリ乳酸）が50-99％
および両親媒性ポリマー（Cap）が50-1％からなるポリ
マーの疎水性有機溶媒溶液を、相対湿度50〜95％の大気
下で基板上にキャストし、該有機溶媒を徐々に蒸散させ
ると同時に該キャスト液表面で結露させ、該結露により
生じた微小水滴を蒸発させる事で得られるハニカム構造
体を用いたシートあるいは細胞培養基材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は医療や農業分野で近
年研究が盛んな細胞工学や組織工学においてもっとも基
礎となる細胞培養の基礎及び応用に関わる物である。す
なわち、細胞を培養するに当たっての基材及び/又は細胞
が3次元組織体を形成するときの足場を提供するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】細胞と材料との相互作用において、細胞
は材料表面の化学的な性質のみならず微細な形状によっ
ても影響を受けることが知られている。そこで組織工学
などの観点から細胞の機能制御を目指すとき、細胞と接
触する材料表面の化学的性質と微細な構造の双方の加工
が重要となる。表面の微細加工法としては表面加工技術
としては半導体産業等に利用されているマイクロパター
ン技術を利用した細胞接着面のサイズコントロール、培
養基板への微小溝構造の導入、マイクロスフィアによる
微細凹凸の作製が行われ、表面微細構造が細胞の成長等
に大きく影響を及ぼすことが知られている。

【０００３】これらのマイクロパターン技術を使った表
面設定は、非常に高度な技術が必要であり、大量生産が
出来ない、高コストになる、などの多くの問題を抱えて
いるのが現状である。全く別の表面パターニング技術と
しては特殊な構造を有するポリマーの希薄溶液を高湿度
下でキャストすることでμmスケールのハニカム構造を
有するフィルムが得られることが知られている。本方法
はパターニングするに当たっての経済性に優れることが
特徴である。

【０００４】具体的には、サイエンス、１９９９年、２
８３巻、ページ373には親水性ブロックと疎水性のブロ
ックからなるロッド-コイルジブロックポリマーである
ポリフェニルキノリン-ブロック-ポリスチレンを使いう
例が、又、ネイチャー、１９９４年、３６９巻、ページ３
８７にはポリスチレンと剛直なブロックであるポリパラ
フェニレンとからなるジブロックポリマーを使った例が
開示されている。このように、従来の技術では自己凝集力
の強い部分と柔軟性を発現する部分とを併せ持つ特殊な
ポリマーを利用し、これらのポリマーを疎水性有機溶媒
に溶解し、これをキャストする事でハニカム構造体を調
製していた。一方、本発明者らはシンソリッドフィル
ムズ 1998年327-329巻、ページ854、スープラモレキュ
ラーサイエンス 1998年第5巻、ページ331、及びモレ
キュラークリスタルリキッドクリスタル 1998
年、第322巻ページ305に親水性のアクリルアミドポリ
マーを主鎖骨格とし、疎水性側鎖としてドデシル基と親
水性側鎖としてラクトース基或いはカルボキシル基を併
せ持つ両親媒性ポリマー、或いはヘパリンやデキストラ
ン硫酸などのアニオン性多糖と4級の長鎖アルキルアン
モニウム塩とのイオンコンプレックスが同様な方法でハ
ニカム構造を有する薄膜を与えることを報告している。

【０００５】しかしながらこれらのポリマーでは、得ら
れるハニカム構造体の自己自立性に劣ったり、経時的に
ハニカム構造が崩壊するなどの欠点を有するため、細胞
培養用基材として十分な機能を提供するものでなかっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】細胞工学、組織工学等
において細胞培養を行う時、細胞の足場となる基材が必
要であり、前述の如く細胞と材料との相互作用において
細胞は最良表面の化学的な性質のみならず微細な形状に
よっても影響を受けることが知られている。細胞の機能
制御を目指すとき、細胞と接触する材料表面の化学的性
質と細胞の微細な構造の双方の設計が重要となる。ハニ
カム構造を有する多孔性フィルムではハニカムパターン
が細胞接着面を提供し、多孔質構造が細胞の支持基板へ
のアクセス、栄養の供給ルートとなることが示されてい
る。

【０００７】このハニカム構造フィルムをベースに細胞
を組織化すれば、その１つの利用方法として人工臓器が
考えられる。しかし人工臓器等にしたときには体内に埋
め込むことが必須となる為、この基材は長期的には生体
内へ吸収されることが望ましい。これまでのハニカム構
造を与える材料で細胞培養に要する時間は安定に構造を
維持し、それ以上では分解するような生分解性材料から
作られたものはない。言い換えれば、ハニカム構造体と細
胞工学、細胞培養技術を組み合わせ人工臓器等の医療用
途へ展開するに当たっては生分解性材料を使うことが必
須である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は上述の課題、
問題点を考慮し、鋭意検討した結果、生分解性高分子と
両親媒性ポリマーとを適当な割合で組み合わせること
で、経済的な調製が可能であり，自立性が有り、構造的
にも安定なハニカム構造体を与えることを見出した。すなわち、本発明は以下によって達成される。

【０００９】（１）生分解性ポリマーが50-99w/w％およ
び両親媒性ポリマーが50-1w/w％からなるポリマーの疎
水性有機溶媒溶液を、相対湿度50〜95％の大気下で基板
上にキャストし、該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時
に該キャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微
小水滴を蒸発させる事で得られるハニカム構造体。（２）（１）のハニカム構造体からなるフィルム。（３）前記生分解性ポリマーが脂肪族ポリエステルであ
る（３）のハニカム構造体。（４）（１）のハニカム構造体からなる細胞培養用基
材。（５）前記ハニカム構造体の直径が0.1〜10μmである請
求項４記載の細胞培養用基材。（６）相対湿度50-95％の大気下で生分解性ポリマーを5
0-99％、両親媒性ポリマーを1-50％含有する疎水性有機
溶媒を基板上にキャストし、該有機溶媒を徐々に蒸散さ
せると同時に該キャスト液表面で結露させることでハニ
カム構造体を調製する方法。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明における生分解性ポリマー
としてはポリ乳酸、ポリヒドロキシ酪酸、ポリカプロ
ラクトン、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジ
ペートなどの生分解性脂肪族ポリエステル、ポリブチレ
ンカーボネート、ポリエチレンカーボネート等の脂肪族
ポリカーボネート等が、有機溶媒への溶解性の観点から
好ましい。中でも、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンが入手
の容易さ、価格等の観点から望ましい。

【００１１】本発明に用いる両親媒性ポリマーとしては
細胞培養基材として利用することを考慮すると毒性の無
いことが必須であることから、ポリエチレングリコール/
ポリプロピレングリコールブロック共重合体、アクリル
アミドポリマーを主鎖骨格とし、疎水性側鎖としてドデ
シル基と親水性側鎖としてラクトース基或いはカルボキ
シル基を併せ持つ両親媒性ポリマー、或いはヘパリンや
デキストラン硫酸,DNAやRNAの核酸などのアニオン性高
分子と長鎖アルキルアンモニウム塩とのイオンコンプレ
ックス、ゼラチン、コラーゲン、アルブミン等の水溶性タ
ンパク質を親水性基とした両親媒性ポリマー等を利用す
ることが望ましい。

【００１２】本発明のハニカム構造体を作製するに当た
ってはポリマー溶液上に微小な水滴粒子を形成させるこ
とが必須である事から、使用する有機溶剤としては非水
溶性である事が必要である。これらの例としてはクロロ
ホルム、塩化メチレン等のハロゲン系有機溶剤、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチ
ル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルイソブチルケト
ン、などの非水溶性ケトン類、二硫化炭素などが挙げら
れる。これらの有機溶媒は単独で使用しても、又、これら
の溶媒を組み合わせた混合溶媒として使用してもかまわ
ない。これらに溶解する生分解性ポリマーと両親媒性ポ
リマー両者併せてのポリマー濃度は0.01から10wt%、より
好ましくは0.05から5wt%である。ポリマー濃度が0.01wt%
より低いと得られるフィルムの力学強度が不足し望まし
くない。又、10wt%以上ではポリマー濃度が高くなりす
ぎ、十分なハニカム構造が得られない。又、生分解性ポリ
マーと両親媒性ポリマーの組成比は99：1から50:50(wt/
wt)である。両親媒性ポリマー比が1以下では均一なハニ
カム構造が得られなく、又、該比が50以上では得られるハ
ニカム構造体の安定性、特に力学的な安定性にかける為、
好ましくない。

【００１３】本発明においては該ポリマー有機溶媒溶液
を基板上にキャストしハニカム構造体を調製するわけで
あるが、該基板としてはガラス、金属、シリコンウェハ
ー、等の無機材料、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リエーテルケトン、等の耐有機溶剤製に優れた高分子、
水、流動パラフィン、液状ポリエーテル等の液体が使用
できる。中でも、基材に水を使用した場合、該ハニカム
構造体の特徴である自立性を生かすことで、該構造体を
単独で容易に基板から取り出すことが出来、好適であ
る。

【００１４】本発明で、ハニカム構造が形成される機構
は次のように考えられる。疎水性有機溶媒が蒸発すると
き、潜熱を奪う為に、キャストフィル表面の温度が下が
り、微小な水の液滴がポリマー溶液表面に凝集、付着す
る。ポリマー溶液中の親水性部分の働きによって水と疎
水性有機溶媒の間の表面張力が減少し、このため、水微
粒子が凝集して1つの塊になろうとするにさいし、安定化
される。溶媒が蒸発していくに伴い、ヘキサゴナルの形を
した液滴が最密充填した形で並んでいき、最後に、水が
飛び、ポリマーが規則正しくハニカム状に並んだ形とし
て残る。従って、該フィルムを調製する環境としては相対
湿度が50から95％の範囲にあることが望ましい。50%以
下ではキャストフィルム上への結露が不十分になり、又、
95%以上では環境のコントロールが難しく好ましくない。
このようにしてできるハニカム構造体のひとつひとつ
（個々）の大きさは0.1から10μｍであり、この範囲の
大きさであれば好適に細胞培養用の基材として用いるこ
とができる。

【００１５】以下、本発明を実施例を使って詳細に説明
するが、本発明はこれによって何ら限定されるものでは
ない。

【００１６】

【実施例】（実施例１−３)ポリ-L-乳酸(分子量85000〜
160000)のクロロフォルム溶液(1.0g/L)と式（I）のCap
のベンゼン溶液(1.0g/L)を１：１、４：１、８：１の割
合で混合し、ガラス基板上にキャストし室温、湿度80％
の条件下に静置し、溶媒を徐々に飛ばすことでハニカム
構造体を調製した。こうして得られた構造体の光学顕微
鏡写真を図１に示す。これらのフィルムはピンセットで
摘み上げることが可能であり、自己支持性を示すことが
確認された。

【化１】

【００１７】（実施例４）シャーレ（内径9.3cm）にMil
li-Q水（40ml）を入れ、ポリ-L-乳酸（分子量85000〜16
0000）のクロロホルム溶液（１.0g/L）と両親媒性ポリ
マーであるCapのベンゼン溶液（１.0g/L）を8：1（wt
％）の割合で混合し、その20μｌを水面上に展開し崩壊
膜を作製した。その後、さらに１0μｌの該ポリマー溶
液を滴下して液滴を形成させ、それに相対湿度80%の空
気を90ml/minの速度で当てる事でハニカム構造体を作製
した。該構造体はフレーム（φ＝5mm）にすくい取る事
ができ、自己支持性が確認できた。

【００１８】（比較例１）ポリ-L-乳酸(分子量85000〜1
60000)のクロロフォルム溶液(1.0g/L)のみで、実施例1と
同様な操作でハニカム構造の調整を試みた。結果を図2に
示すが、得られたフィルムのモルフォロジーは不均質な
ものであった。

【００１９】（比較例２）Cap溶液のみを用い実施例１
と同時条件でハニカム構造体の調製を試みた。本例で
は、フィルムが微小水滴が蒸発する間に破れてしまい、
また、自己支持性も有していなかった。

【００２０】（試験例１）実施例１で得られたハニカム
フィルムをポリHEMAコートしたガラス板上に設置し、こ
の上で牛大動脈由来血管内皮細胞(ECs)の培養を行った。
培養はIMDM培地を用い、CO₂インキュベータ内(CO₂濃度=
5%、温度=３7℃、相対湿度=80%)で行った。比較例として
ｐHEMAコートのガラス板上に直接ECｓを播種し同じ条件
で培養を行った。前者においては、細胞はよく接着し伸
展しており、ハニカム構造体のフィルムが細胞の足場と
して機能していることがわかった。一方、後者ではECsは
全く接着しなかった。

【００２１】

【効果】上述したように、本発明の方法によれば生分解
性ポリマーを主成分とした規則正しく配列したハニカム
構造体が簡便に調製可能となり、これを用いたフィルム
および細胞培養基材が提供可能となる。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月１４日（２０００．１．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】追加

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハニカム構造体を表した顕微鏡写真で
ある。

フロントページの続きＦターム(参考） 4B029 AA21 BB11 CC02 CC08 CC11 4B065 AA90X AC20 BB01 BC03 BC07 BC41 BC50 CA44 CA46 4F074 AA65 AA68 AA71 AA97 CB47 CC36W DA59 4J002 AA001 AA002 AB052 AD002 BG132 CF031 CF181 CF191 CG011 CH022 GB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生分解性ポリマーが50-99w/w％および両親
媒性ポリマーが50-1w/w％からなるポリマーの疎水性有
機溶媒溶液を、相対湿度50〜95％の大気下で基板上にキ
ャストし、該有機溶媒を徐々に蒸散させると同時に該キ
ャスト液表面で結露させ、該結露により生じた微小水滴
を蒸発させる事で得られるハニカム構造体。
【請求項２】請求項１のハニカム構造体からなるフィル
ム。
【請求項３】前記生分解性ポリマーが脂肪族ポリエステ
ルである請求項１のハニカム構造体。
【請求項４】請求項１記載のハニカム構造体からなる細
胞培養用基材。
【請求項５】前記ハニカム構造体の直径が0.1〜10μmで
ある請求項４記載の細胞培養用基材。
【請求項６】相対湿度50-95％の大気下で生分解性ポリ
マーを50-99％、両親媒性ポリマーを1-50％含有する疎
水性有機溶媒を基板上にキャストし、該有機溶媒を徐々
に蒸散させると同時に該キャスト液表面で結露させるこ
とでハニカム構造体を調製する方法。