JP2001178445A

JP2001178445A - 三次元動物細胞培養担体及び三次元動物細胞

Info

Publication number: JP2001178445A
Application number: JP36909299A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ishikawa; 陽一石川
Original assignee: Able Corp
Current assignee: Able Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】動物細胞を三次元で高密度に増殖し又は維持
し易い動物細胞培養担体及びこの担体を用いて培養又は
維持した動物細胞を提供すること。【解決手段】三次元動物細胞培養担体は、面状をなし
通液性を有する厚さ２ｍｍ以下の担体２を、対応する面
部分同士に最大距離が０．５ｍｍ以上の空隙６が形成さ
れるように配置して成る。担体２が曲面状をなし、渦巻
き状ないし多重管状をなしていてもよい。このような三
次元動物細胞培養担体上に形成された三次元動物細胞で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動物細胞を三次元
で高密度に培養し又は維持するのに用いられる培養担体
に係り、更に詳細には、面状をなし多孔質で通液性を有
し特定の空隙を備えた動物細胞培養担体、及び該担体に
形成された三次元動物細胞に関する。かかる培養担体に
接着して培養されたか又は固定して維持された細胞は、
皮膚、軟骨、血管及び肝臓等の人工臓器の形成や、食品
・薬品の安全性評価及び代謝の研究に利用され、実験動
物の代替品としても利用され得る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
動物細胞を三次元で生体組織と同等にまで高密度に構築
しようとすると、細胞の外縁部から１ｍｍ以上離れた部
位の細胞には栄養や酸素が外縁部からの拡散によっては
供給され難く、この部位の細胞が壊死し易いため、動物
細胞を三次元に高密度培養したり、三次元細胞担体に細
胞を固定して維持することは困難であった。

【０００３】また、中空糸束をハウジングに収納し、こ
れらの中空糸内に培養液を供給しつつ中空糸外で細胞を
培養する培養装置が市販されているが、この装置におい
ては、細胞を播種すると、細胞が重力の影響でハウジン
グの下方へ移動してしまったり、中空糸の培養液供給口
付近と出口付近では環境が異なるため、細胞が偏在して
しまったりするという課題があった。なお、中空糸の使
用本数を多くすると中空糸が偏って配置され易く、その
ため、ハウジング内に中空糸から離れ過ぎた場所が生
じ、その場所の細胞につき培養環境が悪くなってしまう
という課題もあった。

【０００４】更に、発泡ウレタンのような多孔質素材に
直線状の孔を開けてレンコン状に形成し、この線状孔を
培養液の供給流路として利用する手法も知られている
が、多孔質素材のいかなる位置でも上記線状孔から１ｍ
ｍ以上離れないようにして、該線状孔を開ける作業は難
しく、また、線状孔を開けた後、細胞を多孔質素材に均
一に播種することも困難であり、細胞の偏在を回避し難
いという課題があった。

【０００５】更にまた、シート状多孔質担体と細胞が接
着し難いか又は目の粗いネットとを重ねて簀巻き状に巻
き付け、ネットの中に培養液を流通させる担体も考えら
れるが、培養液の流速に対する圧損がネットの場所によ
って異なるため流量が均一にならないとともに、細胞が
増殖すると細胞が接着し難い素材でも細胞がコラーゲン
の足場を形成して増殖する可能性があり、長期的には圧
損が変動するので長期間安定な流速を得ることは難しい
という課題があった。

【０００６】従来から、動物細胞は高密度化することに
よってその機能を発現する場合が多いことが知られてい
るが、上述のように、生体外では生体内と同様な三次元
高密度化された動物細胞を構築することが難しいため、
常法で培養した動物細胞を代替臓器、組織の代謝研究及
び食品・薬品の安全性評価等には利用できないという課
題もあった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、動物細胞を三次元で高密度に増殖し又は維持し易い
動物細胞培養担体及びこの担体を用いて培養又は維持し
た動物細胞を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意検討を重ねた結果、面状の通液性担体を
特定の空隙をもって配置し、該空隙を培養液の流路とし
て利用すれば、細胞が担体において高密度に増殖しても
培養液の流路を確保でき、上記課題が解決されることを
見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち、本発明の三次元動物細胞培養担体
は、面状をなし通液性を有する厚さ２ｍｍ以下の担体
を、対応する面部分同士に最大距離が０．５ｍｍ以上の
空隙が形成されるように配置して成ることを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明の三次元動物細胞培養担体の
好適形態は、上記担体が曲面状をなし、渦巻き状ないし
多重管状をなすことを特徴とする。更に、本発明の三次
元動物細胞培養担体の他の好適形態は、上記空隙に中空
糸が配置されていることを特徴とする。更にまた、本発
明の三次元動物細胞培養担体の更に他の好適形態は、上
記担体が襞を有し、該襞付き担体同士又は該襞付き担体
と上記面状担体とを積み重ねることにより、該襞の凹部
が上記空隙を形成することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の三次元動物細胞は、上述の
如き三次元動物細胞培養担体上に形成されたことを特徴
とする。

【００１２】

【作用】本発明においては、面状の通液性担体に動物細
胞が接着又は内包されて増殖又は維持される。細胞が組
織のように高密度化すると、かかる細胞の外縁から１ｍ
ｍ以上離れた細胞部位は壊死し易いが、本発明の三次元
動物培養担体では、所定厚さの面状通液性担体に特定の
空隙が接しているので、この空隙に培養液を流通させれ
ば、上記担体内の細胞、特に細胞外縁から１ｍｍ以上離
間した細胞部位にも培養液を確実に供給できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の三次元動物細胞培
養担体及び三次元動物細胞について詳細に説明する。上
述の如く、本発明の三次元動物細胞培養担体は、通液性
で面状をなす厚さ２ｍｍ以下の担体を有し、この面状担
体では、その対応する面部分同士に最大距離０．５ｍｍ
以上の空隙が形成されている。

【００１４】ここで、「三次元動物細胞」とは、細胞集
落の内部にそのいずれの外縁からも０．１ｍｍ以上離間
した部位が存在するのに十分な大きさを有する動物細胞
をいう。また、上記面状担体としては、平面や曲面の面
状をなし、培養液を通過させる通液性を有するとともに
表面及び内部に細胞を収納できれば十分であるが、代表
的には、平面状で多孔質の素材から成る担体を例示でき
る。具体的には、かかる多孔質素材として、多孔質セル
ロース、連続気泡ウレタン、ガーゼ、コラーゲン及びポ
リエステル等のプラスチック製不織布や、これらを基材
にしてコーティングを施したり、反応基を修飾して細胞
適合性を付加したものを挙げることができる。更に、本
発明では、上記面状担体の厚さを２ｍｍ以下とするが、
２ｍｍを超えると、生体組織までの高密度化は難しい。

【００１５】次に、「対応する面部分同士に最大距離
０．５ｍｍ以上の空隙が形成されている」とは、上記面
状担体の対応する部分間に空隙が配設されており、この
空隙の最大距離が０．５ｍｍ以上であることをいう。こ
こで、対応する面部分同士とは、一方の面の任意部位
と、その任意部位における法線が他方の面と交差する部
位との組合せをいい、上記面状担体が平面状をなす場合
には、相互に対向する面同士が該当し、本発明において
は、この対向面間の距離が０．５ｍｍ以上あればよいこ
とになる。また、この面状担体が曲面状をなし、その全
体形状が多重管状をなす場合には、内管と外管とが０．
５ｍｍ以上の空隙をもって配置されていればよい。更
に、この面状担体の全体形状（平面形状）が渦巻き状を
なす場合には、内周分と外周分との間に０．５ｍｍ以上
の空隙を保持しながら曲面が渦巻き状に延在していれば
よいことになる。

【００１６】なお、上記空隙の形状は、特に限定される
ものではないが、その最大距離が０．５ｍｍ以上である
ことを要する。例えば、三角形状、四角形状、菱形状、
円弧状、半円状及び楕円状などの空隙が採用されるが、
いずれの形状であっても当該空隙を形成する面部分間に
おける最大距離、例えば三角形では頂点と底辺との距
離、円形では直径、が０．５ｍｍ以上であることが要求
される。かかる最大距離が０．５ｍｍ未満では、圧損が
生じて空隙を培養液が流れ難い部分を生じてしまうこと
があり、好ましくない。

【００１７】上述のように、本発明の動物細胞培養担体
は、代表的には、不織布を平面状に展開し特定の空隙を
形成するように積層し、又は特定の空隙を形成するよう
に渦巻き状に巻回するなどして構成される。この場合、
かかる不織布と不織布との間にスペーサーを配置すれ
ば、上記特定空隙の形成を確実にすることができる。ス
ペーサーの形状は上記特定空隙の形成ができれば特に限
定されるものではなく、また、スペーサーの代わりに中
空糸を上記空隙に配置することも可能である。内径０．
５ｍｍ以上の中空糸を配置すれば、中空糸内を培養液が
流れ、この中空糸が培養液流路として機能する。

【００１８】なお、上記面状担体を形成する不織布とし
ては、通常、表面形状が平滑なものを使用するが、これ
に限定されるものではなく、襞付きの不織布を用いるこ
とも可能であり、かかる襞付きの不織布同士を積層し、
又は襞付きの不織布と平滑な表面を有する不織布とを積
層することによっても、上記特定空隙を有する動物細胞
培養担体を得ることができる。

【００１９】上述した本発明の動物細胞培養担体では、
上記空隙が適切な培養液流路として機能し、培養細胞全
体に培養液を供給し得るので、この担体を使用して培養
し又は維持した細胞は、三次元に高密度化が可能であ
り、かかる高密度化によって、培養細胞は、細胞本来の
機能を発現し得る。よって、このような細胞本来の機能
を具備する本発明の三次元動物細胞は、動物実験におけ
る臓器の代替品や代謝研究における組織の代替品として
利用でき、更には、食品・薬品の安全性評価等にも好適
に利用できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を若干の好適実施例により更に
詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。

【００２１】（実施例１）図１は、本発明の三次元動物
細胞培養担体を用いた培養装置の一実施例を示す断面図
であり、図２は、その蓋を取り除いた上面図である。図
１及び図２において、培養槽１は蓋５を有し、その内部
には平面状通液性の多孔質担体２が渦巻き状に巻回され
て収納されている（図２参照）。そして、培養液４は、
培養槽１の底部に設けられた培養液出入口３から供給又
は排出される。本実施例において、多孔質担体２は２ｍ
ｍ以下厚さを有し、その片辺にはパイプ状芯７が固定さ
れており、培養槽１のほぼ中心部に鉛直に配置されてい
る。多孔質担体２は重なる部位が生ずることがないよう
に、０．５ｍｍ以上の空隙６を有するように配置されて
いる。

【００２２】本実施例の培養装置において、培養液４を
出入口３から適宜設定した液面高さまで供給して静置し
た後、排出するという繰り返し処理を行うと、培養液４
は空隙６を介して給排される。この培養装置では、担体
２内に動物細胞が組織と同様に高密度化しても、厚さ２
ｍｍ以下の担体の全ての細胞に培養液を供給することが
できる。なお、培養に先立って担体をシャーレ上に平面
に展開し、ここに細胞を播種して予め培養しておき、又
は細胞を固定しておき、これを簀巻き状に巻き取って培
養槽内１に配置するとよい。

【００２３】上記通液性多孔質担体２としては、多孔質
セルロース、連続気泡ウレタン、ガーゼ、コラーゲン及
びポリエステル等のプラスチックの不織布や、これらを
基材にしてコーティングを施したり、反応基を修飾して
細胞適合性を付加した素材が利用できる。

【００２４】（実施例２）図３は、本発明の動物細胞培
養担体を用いた培養装置の他の実施例を示す上面図であ
り、図２と同様のものを示しており、また、この培養装
置の断面は図１と同様の構成を有する。本実施例の培養
装置では、通液性多孔質担体２の所々にスペーサー８が
固定されているので、空隙６を確実に設けることができ
る。なお、スペーサー８として中空糸を用いてもよい。

【００２５】（実施例３）図４及び図５は、それぞれ他
の実施例の側面図及び上面図を示す。培養槽形状や培養
液供給機構は実施例１の場合と同様である。また、蓋は
省略してある。本実施例では、通液性多孔質担体２の片
面に中空糸９が固定されており、これを簀巻き状にして
培養槽１に収納してある。本実施例では、培養液が中空
糸９中をも通過するので、実施例２の構成において、ス
ペーサー８を増加すると空隙６の体積が減少する欠点を
補うことができる。

【００２６】なお、上記実施例１、２及び３において
は、培養液を底面側（出入口３）から給排したが、培養
液排出口を設けた蓋を培養槽１に配置し、底面に設けた
培養液出入口３から培養液を連続的又は間欠的に供給
し、上記蓋に設けた排出口から排出してもよい。また、
通液性多孔質担体２に襞をつけておくと、担体２を重ね
た場合、襞の凹部が空隙となるので、特にスペーサーや
中空糸を設けなくても確実に空隙を確保できる。

【００２７】（実施例４）図６及び図７は、それぞれ更
に他の実施例の断面図及びそのＡ−Ｂ切断面における断
面図である。方形の培養槽１０にはフィルター１２を備
えた蓋１１が密閉固定されており、この培養槽１０は、
培養液入口１４ａ及び出口１４ｂを備え、斜めに配置さ
れた架台１３の上に配置されている。また、培養槽１０
内には、通液性多孔質担体１５がスペーサー１６と交互
に積み重ねられて配置されている。この培養槽１０に培
養液を供給して培養液出口１４ｂから抜き取ると、培養
液はスペーサー１６によって形成された空隙を介して流
れ、これに含まれている栄養分及び酸素が担体１５上及
び担体１５内の細胞に供給される。なお、本実施例で
は、通液性多孔質担体は可撓性を有する必要はなく、セ
ラミックス、ヒドロキシアパタイトや多孔質金属等の剛
体も利用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、面状の通液性担体を特定の空隙をもって配置し、該
空隙を培養液の流路として利用することとしたため、動
物細胞を三次元で高密度に増殖し又は維持し易い動物細
胞培養担体及びこの担体を用いて培養又は維持した動物
細胞を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元動物細胞培養担体を用いた培養
装置の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す培養装置の上面図である。

【図３】本発明の三次元動物細胞培養担体を用いた培養
装置の他の実施例を示す上面図である。

【図４】本発明の三次元動物細胞培養担体を用いた培養
装置の他の実施例を示す断面図である。

【図５】図４に示す培養装置の上面図である。

【図６】本発明の三次元動物細胞培養担体を用いた培養
装置の更に他の実施例を示す断面図である。

【図７】図６に示す培養装置のＡ−Ｂ切断面における断
面図である。

【符号の説明】

１培養槽２通液性多孔質担体３培養液出入口４培養液５蓋６空隙７パイプ状芯８スペーサー９中空糸１０培養槽１１蓋１２フィルター１３架台１４ａ培養液入口１４ｂ培養液出口１５通液性多孔質担体１６スペーサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面状をなし通液性を有する厚さ２ｍｍ以
下の担体を、対応する面部分同士に最大距離が０．５ｍ
ｍ以上の空隙が形成されるように配置して成ることを特
徴とする三次元動物細胞培養担体。
【請求項２】上記担体が曲面状をなし、渦巻き状ない
し多重管状をなすことを特徴とする請求項１記載の三次
元動物細胞培養担体。
【請求項３】上記空隙に中空糸が配置されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の三次元動物細胞培養
担体。
【請求項４】上記担体が襞を有し、該襞付き担体同士
又は該襞付き担体と上記面状担体とを積み重ねることに
より、該襞の凹部が上記空隙を形成することを特徴とす
る請求項１又は３記載の三次元動物細胞培養担体。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つの項に記載
の三次元動物細胞培養担体上に形成されたことを特徴と
する三次元動物細胞。