JP2004101256A - Method for screening biomaterial - Google Patents

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JP2004101256A
JP2004101256A JP2002260780A JP2002260780A JP2004101256A JP 2004101256 A JP2004101256 A JP 2004101256A JP 2002260780 A JP2002260780 A JP 2002260780A JP 2002260780 A JP2002260780 A JP 2002260780A JP 2004101256 A JP2004101256 A JP 2004101256A
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Japan
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lectin
biomaterial
screening
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blood
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Sakura Sakano
坂野 さくら
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Asahi Kasei Corp
Asahi Kasei Medical Co Ltd
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Asahi Medical Co Ltd
Asahi Kasei Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for screening biomaterials for cell medical services. <P>SOLUTION: The screening method comprises a series of the following methods. A cell of which the interaction with the biomaterials is to be measured is determined, and lectin which specifically combines with the cell is selected. Then, a probe for screening the biomaterials containing a sugar chain having an affinity to the lectin is selected. By measuring the interaction between the probe for screening the biomaterials and a candidate material, a target biomaterial is finally selected. The biomaterial is useful as a material for medical equipment such as a leukocyte removal filter for blood transfusion. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成高分子等の材料をバイオマテリアルとして使用する際に望ましいバイオマテリアルをスクリーニングする方法に関する。本発明により選択されたバイオマテリアルは、輸血用白血球除去フィルターをはじめ、医療用具、医用機器の製造に利用でき、細胞保存バックや細胞分離膜、細胞培養器など再生医療の分野においても利用できる。
【0002】
【従来の技術】
血液透析器、輸血用白血球吸着除去フィルター、人工血管等の各種医療用具は、いわゆるバイオマテアリアルから構成されている。このバイオマテリアルは生体関連物との相互作用が重要で、バイオマテリアルに要求される性質に応じてより適切なものが選択されなければならない。昨今、これらの各種医療用具に要求される性質はより高度になり新たな材料の研究開発が盛んに行われているが、細胞医療用バイオマテリアルの研究開発に、生体関連物の中でも特にヒト細胞を用いなければならない場合、倫理的な問題以外にも幾つかの重大な課題が発生する。たとえば輸血用白血球除去フィルターの場合、第一は、医療に不可欠な血液製剤を多量に入手することは極めて困難であること。第二は、仮に入手できたとしても、血液製剤は含有する成分の量や保存された日数等が必ずしも同じではないため血液製剤間の個体差が大きく、この個体差が材料評価の結果を変動させる可能性があり、また、国、施設によっては血液製剤の作成方法が異なることも血液製剤の個体差の一因となりうるものであること。第三には、梅毒、肝炎(B型、C型)、AIDS等の病原体の検査がなされ、陰性のものが血液製剤となってはいるが、未知の病原体やいわゆるウインドウピリオドの観点から感染の危険性はやはり存在することなどが挙げられる。
【0003】
これらの課題を克服するために種々の試みがなされている。例えば、特許文献1では特定の粒子径を有する粒子(人工物)を特定の粘度を有する液体に分散させた擬似血液を用いて、血液を用いずに白血球除去フィルターの性能を評価する方法が開示されている。しかしながら、この方法では確かに血液を用いた評価との相関はとれてはいるものの、原理的裏付けの無い、極めて間接的・限定的な方法であり、もちろん、血液細胞以外に適用できるものではない。実際の臨床実験を含む医療材料開発の最終段階では、製品としてのスペックを満たすか否かの実スケールの検討が必要になる。しかしながら、その段階に至るまでは、できる限り小スケールでの実験が組まれることになる。しかし、たとえ少量でも血液を用いた技術であれば、前述の第一、第二の課題は解決される可能性があるものの、第三の問題である感染については解決され得ない。またこれらの課題は、たとえヒト以外の異種の細胞を用いたとしても、第一の数量的な課題と、最近、問題となっている狂牛病のような異種感染を含む第三の課題は残り、バイオマテリアル研究開発の大きな妨げとなっている。
【0004】
ところで、真核細胞の膜のいちばん外側の表層は“糖衣”と呼ばれる糖類を多量に含む層から成り、こうした糖類は、膜タンパク質や脂質と共有結合して糖タンパク、糖脂質として存在しているものと、膜内在性プロテオグリカン分子の中の多糖類として存在しているものがある。近年、糖鎖−レセプター間の相互作用異常による病変や、エイズなどのウイルス感染における糖鎖の役割解明など、糖鎖工学の研究の進歩はめざましく、これらの研究の道具としてレクチンが使われていることは注目すべきことである。糖鎖に対して特異的結合性を示すレクチンは、主に植物を起源としていて、これまでに 100種類以上のレクチンが見つかっていて、そのうちの多くが糖鎖研究用試薬として市販されている。レクチンの利用については、例えば、非特許文献1に、レクチンの一種である大豆凝集素がより分化した細胞に親和性が高いことから、より分化した細胞を捕捉除去し、結果として未分化細胞を濃縮する細胞分離方法が示され、例えば、特許文献2ではレクチンを固定して細胞分離などに用いる基材、およびレクチンを固定化する方法が開示されているが、これらはいずれもレクチン自体を材料に固定するというもので、バイオマテリアルスクリーニング用プローブの選択にレクチンを用いるという本発明の主旨とは本質的に異なる。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−76396号公報
【特許文献2】
特開平8−319300号公報
【非特許文献1】
Exp. Hematol 1994, 22(12):1134−40
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、実際に細胞を用いる際に問題となる、(1)数量制限、(2)個体差あるいはロット差、(3)感染の危険性 を無くし、かつ細胞医療用バイオマテリアルのスクリーニングを可能にする方法及びこのようにしてスクリーニングしたバイオマテリアルを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはかかる課題を解決すべく鋭意検討を進め、まずバイオマテリアルと細胞が相互作用を持つ場合、直接的に影響を受けるのは細胞の最表面に存在する糖鎖であることに着目し、それら糖鎖を表面に含有する物質こそが細胞の代用に成り得るという仮説を立てた。次に、レクチンを用いた従来の細胞研究法から目的の細胞膜表面上の糖鎖を同定し、さらに、それら高結合親和性レクチンの特異性糖鎖を含有する物質が細胞の代用と成り得るかを実証し、本発明の完成に至った。
【0008】
すなわち本発明は、(1)バイオマテリアルとの相互作用を測定すべき細胞を決定する、(2)該細胞に特異的に結合するレクチンを選定する、(3)該レクチンに親和性を有する糖鎖を含むバイオマテリアルスクリーニング用プローブを選定する、(4)該バイオマテリアルスクリーニング用プローブと候補材料との相互作用を測定し、該測定結果に基づき候補材料からバイオマテリアルをスクリーニングする、という4つの工程から成るバイオマテリアルのスクリーニング方法、及びこの方法によって選択されたバイオマテリアルに関する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいうバイオマテリアルとは、細胞の採取、分離、保存、培養など、既述の医療用具、医用機器を構成する材料のことである。
【0010】
本発明でいうレクチンとは糖と特異的に結合するタンパク質のことで、細胞膜複合糖質(糖蛋白質や糖脂質)の糖鎖と結合することによって細胞凝集、分裂誘発、機能活性化、細胞障害などの効果を及ぼす物質として一般的に知られているものである。代表的なものとしてはヒイロチャワンタケレクチン、マッシュルームレクチン、コンカナバリンA、ドリコス豆レクチン、チョウセンアサガオレクチン、デイゴ豆レクチン、レンズ豆レクチン、ロータスレクチン、イヌエンジュレクチン、インゲン豆レクチン、ピーナッツレクチン、エンドウ豆レクチン、アメリカヤマゴボウレクチン、ヒママメレクチン、大豆レクチン、ニホンニワトコレクチン、ハリエニシダレクチン、小麦胚芽レクチンなどがある。
【0011】
細胞とレクチンの親和性の検出には、組織染色法以外にも酵素免疫法やフローサイトメトリーによる方法があり、用いるレクチンに、あらかじめビオチンやFluorescein Isothiocyanate(FITC)、Horse Radish Peroxidaseなどの標識を付した標識レクチンを用いることができる。
【0012】
本発明の最初の工程は、バイオマテリアルとの相互作用に起因する細胞表面の性質を、レクチンを用いて特徴づけることである。この工程で得られた糖特異性の情報からバイオマテリアルスクリーニング用プローブが選定され、次の工程に利用される。レクチンを用いて特徴づけされる細胞表面の性質とは、糖鎖分子の種類や数のことで、例えば、ヒイロチャワンタケレクチンはα−L−Fuc、マッシュルームレクチンはβ−D−Gal、コンカナバリンAはα−D−Manやα−D−Glc、ドリコス豆レクチンはD−GalNAc、チョウセンアサガオレクチンはβ−D−GlcNAc、デイゴ豆レクチンはD−GalNAcやD−Gal、レンズ豆レクチンはD−ManやD−Glc、ロータスレクチンはL−Fuc、イヌエンジュレクチンはSiaα2−3Gal、インゲン豆レクチンはD−GalNAc、ピーナッツレクチンはD−Gal、エンドウ豆レクチンはD−GlcやD−Man、アメリカヤマゴボウレクチンはキトオリゴ糖、ヒママメレクチンはβ−D−Gal、大豆レクチンはD−GalNAc、ニホンニワトコレクチンはSiaα2−6Gal/GalNAc、ハリエニシダレクチンはα−L−Fuc、小麦胚芽レクチンはD−GlcNAcが主な糖特異性と知られている。
【0013】
レクチンを用いて細胞表面を特徴づけるために、細胞は様々なレクチンと反応させることになるが、その際の反応条件は、目的とするバイオマテリアルの使用形態に合わせることが望ましい。例えば血液と接触させる白血球吸着除去フィルター用バイオマテリアルをスクリーニングする目的においては、白血球とレクチンの反応は、白血球を分離せず血液中に存在する形態を保持し、かつ白血球吸着除去フィルターの使用温度で行うことが望ましい。
【0014】
レクチンによって特徴づけられた細胞表面の糖特異性から、細胞代用の糖鎖含有物質は選定される。糖鎖含有物質として、合成高分子に糖鎖を組み込んだ様々な市販の糖鎖研究試薬を利用することができ、生化学工業(株)(日本国)からはビニル系モノマーに単糖を誘導して高分子化したものや、合成ポリアクリルアミドに糖を組み込んだものが販売されている。また、目的の糖鎖によって、キトオリゴ糖やマンナンなどの天然多糖類や、血清タンパクの一種であるオロソムコイド、ニワトリ卵白中のオボアルブミンやオボムコイドなど、糖鎖構造がその分子の特徴を表す物質を糖鎖含有物質として用いることができる。
【0015】
本発明でいうバイオマテリアル候補材料とバイオマテリアルスクリーニング用プローブの相互作用とは、例えば双方の吸着性あるいは非吸着性であり、バイオマテリアルの使用形態に依存する。
【0016】
本発明でいうスクリーニング方法とは、細胞などの生体関連物質と接触する界面に存在する最適なバイオマテリアルを選択する方法で、バイオマテリアル候補材料が最表面に固定された形態であれば、平板や平膜あるいは粒子などいずれでもよく、より好ましくは比較する材料間で吸着表面積を一定に制御しやすい基材にコートした形態である。本発明で選定されたバイオマテリアルスクリーニング用プローブとの相互作用の測定は、直接あるいは間接法のいずれの方法でも可能である。例えば、材料と吸着反応させた前後のプローブの濃度変化をUV測定やELISA法で定量的にスクリーニングしたり、プローブをあらかじめ蛍光色素やアイソトープで標識することにより直接的に材料とプローブの相互作用を測定することで成し得る。
【0017】
本発明の方法によってスクリーニングされた材料は、そのまま、あるいは各種形状に成型加工などの処理を経て、バイオマテリアルとして利用される。
【0018】
以下に実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【実施例】
本実施例では、白血球吸着除去フィルター用のバイオマテリアルについて、4つの工程から成るスクリーニング方法を示す。
1.バイオマテリアルとの相互作用を測定すべき細胞の決定
輸血製剤用の白血球吸着除去フィルターは末梢血液と相互作用させることから、血液中の白血球および赤血球、血小板を相互作用を測定すべき細胞と決定した。
【0019】
2.レクチンの選定
白血球、赤血球、血小板の各細胞膜表面の糖鎖を認識させるレクチンとして、生化学工業(株)(日本国)から購入したFITC標識されたコンカナバリンA(ConA)、チョウセンアサガオレクチン(DSA)、イヌエンジュレクチン(MAM)、ピーナッツレクチン(PNA)、ヒママメレクチン(RCA120)、ハリエニシダレクチン(UEA−I)、小麦胚芽レクチン(WGA)を選定した。
【0020】
3.バイオマテリアルスクリーニング用プローブの選定
血液は、抗凝固剤としてCPD(citrate−phosphate−dextrose)を用い、健常人より採血した。リン酸塩バッファー(KHPO 0.144 g/l、 NaCl 9.00 g/l、 NaHPO 0.795 g/l (pH 7.4))(GIBCO BRL、 Life Technologies, Inc., 米国)で10分の1に希釈した血液 100μlを試験管に取り、FITC標識された各種レクチン0.13〜0.20 mg/mlをそれぞれ20μlずつ添加し、遮光して室温にて30分間静置することで、血球とレクチンを反応させた。レクチンの代わりに同バッファーを20μl添加し、以下と同様の操作を行ったものをネガティブコントロールとした。各反応は、同バッファー1 mlを各反応試験管に添加することで終了させた。
赤血球、血小板、白血球の各種レクチン親和性は、フローサイトメーターで測定した。フローサイトメーターはFACSCalibur(BD,米国)を用い、データ収集解析ソフトウェアはCELLQuest(BD,米国)を用いた。まず前方および側方散乱光検出系にて赤血球と血小板および白血球のゲーティングを行い、それぞれのゲートについてレクチンに標識されたFITCの蛍光強度を比較した。
【0021】
図1には各血球とレクチン7種のそれぞれの親和性を比較した。白血球と赤血球、あるいは白血球と血小板の間でレクチン親和性を比較したところ、MAMとの親和性に対し、血球間で大差が認められた。
MAMはSiaα2−3Galに糖特異性を示すことから、この糖鎖構造を有し、分子内にFITCを含有する合成高分子、Neu5Acα2−3Galβ1−4GlcNAcβ−PAA−flu(以下、236FPと略称で記す。)(Syntesome、ドイツ)をバイオマテリアルスクリーニング用プローブとして選定した。
【0022】
4.バイオマテリアルスクリーニング
スクリーニングの対象となるバイオマテリアル候補ポリマーとして、ポリヒドロキシエチルメタクリレートあるいは2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジメチルアミノメタクリレート、メチルメタクリレートを様々な組成比の組み合わせで合成した分子量30〜50万のコポリマーを用いた。各ポリマーは40℃に加温したエタノール中に溶解させることにより、2重量%の高分子溶液を調製した。その高分子溶液1 ml中に直径10 μmのポリスチレン粒子(PolybeadTM PolystyreneMicrospheres, Poly Science社、米国)約50 mgを分散させることにより、粒子濃度が1重量%の懸濁液を調製した。この粒子懸濁液に、40 ℃にて超音波を5 分間照射した。その後、粒子懸濁液の入った容器をロテーター(小型回転培養機RT−5、TAITEC、日本)に取り付けて、毎分3.4 mの速度で回転させたまま恒温装置内で40 ℃に加温し、55 分間反応させた。反応後は遠心分離にて粒子を分離し、得られた粒子を蒸留水にて洗浄した後、凍結乾燥させることに各ポリマーで被覆された粒子を得た。それぞれの粒子表面は、X線光電子分光装置(ESCA 5400, Perkin Elmer, Inc., 米国)と飛行時間型二次イオン質量分析装置(TRIFT II, Physical Electronics, Inc., 米国)にて最表面の分子分布状態を観察し、それぞれの粒子表面全体にポリマーが被覆していることを確認した。
【0023】
各ポリマーコート粒子は5 mgを秤量し、1 %ヤギ血清(Cappel、米国)含リン酸塩バッファー300 μl中に懸濁し、そこへ3.の工程で選定されたバイオマテリアルスクリーニング用プローブの236FP 0.2mg/mlを5 μl添加した。ポリマー粒子への236FPの吸着はフローサイトメーターを用いて測定した。フローサイトメーターの測定は、はじめに前方散乱光の検出系にて単一に存在する粒子をゲーティングし、その画分を1万個カウントするように設定した。各ポリマー粒子への236FP吸着率は、粒子1万個のFITC蛍光強度の平均値から、236FP未添加の各ポリマー粒子の同測定値をネガティブコントロールとして差し引き、236FP吸着率=Log(FITC蛍光強度−ネガティブコントロール)で示し、この結果から、各種ポリマーの中から236FPの親和性の高いものが白血球吸着除去フィルター用のバイオマテリアルとして選ばれた。
【0024】
白血球吸着除去フィルター開発を目的としたバイオマテリアルスクリーニング方法において、本発明と比較するため、以下に白血球吸着除去率を測定する従来法を示し、図2には本発明と従来法のデータの相関図を示す。
【0025】
バイオマテリアル候補ポリマーコート不織布の作製
各ポリマー10 gをエタノール190 gに溶解させ、5 wt%コート溶液を調製した。該コート溶液に平均繊維直径1.2 μmのポリエチレンテレフタレート繊維よりなる不織布(40 g/m目付、厚さ0.20 mm、幅150 mm)を連続的に浸漬させた後、ニップロールに挟んで通過させることにより、余分なコート溶液を除去した。コーティングされた不織布は、排気ダクトを備えた乾燥室内で室温にて一昼夜乾燥させた後、回収した。
【0026】
白血球吸着除去率の測定
各ポリマーコート不織布から任意に直径20 mmの円形状に切り抜き、その32枚をフィルターホルダーに充填(充填密度0.2 g/cm)した。このカラムに上述の健常人血液15 mlを、シリンジポンプを用いて一定流速0.74ml/分で流し、その13.3 mlを回収した。
【0027】
濾過前の血液、および濾過した後の回収液について、その一定量の血液を採取し、白血球濃度は残存白血球測定用試薬システムLeucoCOUNTTM KIT(BD Bioscience、米国)を用いて測定した。なお、白血球の吸着除去率=−Log(濾過後回収液中の白血球濃度/濾過前血液中の白血球濃度)で算出した。
【0028】
白血球表面を特徴づけたMAMの糖特異性から選定したバイオマテリアルスクリーニング用プローブの236FPとバイオマテリアル候補ポリマーの吸着率は、図2に示すように、同ポリマーの白血球吸着除去率と相関が見られた(相関係数0.8123)。
【0029】
【発明の効果】
以上示したように本発明によれば、実際に血液などを用いることなくバイオマテリアルのスクリーニングができるので、時間、コストの節約になり、また感染の危険性と皆無になるため、バイオマテリアルを用いた医療器具などの設計開発に貢献すること極めて大である。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の各種レクチンの血球親和性を比較した図。
横軸はレクチンの種類、縦軸はレクチンを標識しているFITCの蛍光強度のポリマー粒子1万個の平均値を示す。
【図2】実施例1の236FP吸着率と、従来法の白血球吸着除去率の相関性を示した図。
横軸はポリマーコート不織布の白血球吸着率を、縦軸はポリマーコート粒子への236FP吸着率を、示す。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for screening a desirable biomaterial when a material such as a synthetic polymer is used as the biomaterial. The biomaterial selected according to the present invention can be used in the manufacture of medical devices and medical devices, including a leukocyte removal filter for blood transfusion, and can also be used in the field of regenerative medicine such as a cell storage bag, a cell separation membrane, and a cell incubator.
[0002]
[Prior art]
Various medical devices such as a hemodialyzer, a leukocyte adsorption removal filter for blood transfusion, and an artificial blood vessel are made of a so-called biomaterial. The interaction between the biomaterial and the biological substance is important, and a more appropriate one must be selected according to the properties required for the biomaterial. In recent years, the properties required for these various medical devices have become more sophisticated, and research and development of new materials has been actively pursued. If you must use, there are a number of significant challenges besides ethical issues. For example, in the case of a leukocyte removal filter for blood transfusion, first, it is extremely difficult to obtain large quantities of blood products essential for medical treatment. Second, even if available, blood products do not always contain the same amount of components and the number of days they have been stored, so individual differences between blood products are large, and this individual difference fluctuates the results of material evaluation. In addition, different methods of preparing blood products in different countries and facilities may contribute to individual differences in blood products. Third, pathogens such as syphilis, hepatitis (types B and C) and AIDS have been tested, and negative ones are blood products. However, unknown pathogens and so-called window The danger still exists.
[0003]
Various attempts have been made to overcome these problems. For example, Patent Literature 1 discloses a method for evaluating the performance of a leukocyte removal filter without using blood by using simulated blood in which particles (artificial products) having a specific particle size are dispersed in a liquid having a specific viscosity. Have been. However, although this method certainly correlates with the evaluation using blood, it is a very indirect and limited method that has no theoretical support and, of course, is not applicable to anything other than blood cells . In the final stage of medical material development including actual clinical experiments, it is necessary to examine the actual scale of whether or not the product specifications are satisfied. However, up to that point, experiments will be conducted on the smallest possible scale. However, if the technique uses blood even in a small amount, the above-mentioned first and second problems may be solved, but the third problem, infection, cannot be solved. These challenges, even when using non-human xenogeneic cells, are the first quantitative challenge, and the third, including the recent xenogeneic infections such as mad cow disease, It remains a major obstacle to biomaterials research and development.
[0004]
By the way, the outermost surface layer of the eukaryotic cell membrane is composed of a layer containing a large amount of sugar called "sugar coating", and these sugars exist as glycoproteins and glycolipids by covalently bonding with membrane proteins and lipids. Some exist as polysaccharides in the integral membrane proteoglycan molecule. In recent years, advances in research on glycotechnology have been remarkable, such as pathological changes caused by abnormal carbohydrate-receptor interactions and the role of sugar chains in viral infections such as AIDS, and lectins have been used as tools for these studies. That is noteworthy. Lectins that exhibit specific binding to sugar chains are mainly derived from plants, and over 100 types of lectins have been found so far, and many of them are commercially available as sugar chain research reagents. Regarding the use of lectins, for example, Non-Patent Document 1 discloses that soybean agglutinin, which is a kind of lectin, has high affinity for more differentiated cells. A cell separation method for enrichment is shown. For example, Patent Document 2 discloses a substrate used for cell separation or the like by immobilizing lectin, and a method for immobilizing lectin. This is essentially different from the gist of the present invention in that a lectin is used to select a probe for biomaterial screening.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-76396 [Patent Document 2]
JP-A-8-319300 [Non-Patent Document 1]
Exp. Hematol 1994, 22 (12): 1134-40.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to eliminate the risks of (1) quantity limitation, (2) individual difference or lot difference, (3) infection risk and to screen biomaterials for cell medicine, which are problems when actually using cells. And a biomaterial screened in this way.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to solve such problems, and first focused on the fact that when a biomaterial interacts with a cell, the sugar chain present on the outermost surface of the cell is directly affected. He hypothesized that a substance containing these sugar chains on the surface could substitute for cells. Next, using conventional lectin-based cell research methods to identify sugar chains on the surface of the target cell membrane, and whether the substances containing the specific sugar chains of these high-binding-affinity lectins can substitute for cells And completed the present invention.
[0008]
That is, the present invention provides (1) a cell for which the interaction with the biomaterial is to be measured, (2) a lectin that specifically binds to the cell, and (3) a saccharide having an affinity for the lectin. Four steps of selecting a biomaterial screening probe including a chain, (4) measuring the interaction between the biomaterial screening probe and the candidate material, and screening the biomaterial from the candidate material based on the measurement result. And a biomaterial selected by the method.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The biomaterial as referred to in the present invention is a material that constitutes the above-mentioned medical device and medical device, such as cell collection, separation, storage, and culture.
[0010]
The lectin as referred to in the present invention is a protein that specifically binds to sugar and binds to a sugar chain of a cell membrane glycoconjugate (glycoprotein or glycolipid) to induce cell aggregation, mitogenesis, activation of function, and cytotoxicity. It is a substance generally known as a substance having such an effect. Typical ones are Gingerbread lectin, mushroom lectin, concanavalin A, doricos bean lectin, Korean Asaga lectin, deigo bean lectin, lentil lectin, lotus lectin, dog lentin lectin, kidney bean lectin, peanut lectin, pea lectin, United States There are pokeweed lectin, pokeweed lectin, soybean lectin, Japanese elder lectin, gorse lectin, wheat germ lectin and the like.
[0011]
In addition to tissue staining, enzyme immunity and flow cytometry can be used to detect the affinity between cells and lectins. The lectins used are labeled in advance with biotin, Fluorescein Isothiocyanate (FITC), Horse Radish Peroxidase, or the like. Labeled lectins can be used.
[0012]
The first step of the present invention is to use lectins to characterize cell surface properties resulting from the interaction with the biomaterial. A probe for biomaterial screening is selected from information on the sugar specificity obtained in this step, and is used in the next step. The cell surface properties characterized by using lectins refer to the type and number of sugar chain molecules. For example, Hilochawantake lectin is α-L-Fuc, mushroom lectin is β-D-Gal, and concanavalin A is α-D-Man, α-D-Glc, Drico's bean lectin is D-GalNAc, Datura asaga lectin is β-D-GlcNAc, deigo bean lectin is D-GalNAc or D-Gal, lentil lectin is D-Man or D-Glc, Lotus lectin is L-Fuc, canine endectin is Siaα2-3Gal, kidney bean lectin is D-GalNAc, peanut lectin is D-Gal, pea lectin is D-Glc or D-Man, and American pokeweed lectin is chitooligo. Sugar and bean lectin are β-D-Gal, Down the D-GalNAc, Nihon elder lectins Siaα2-6Gal / GalNAc, Hari broom lectins α-L-Fuc, wheat germ lectin is D-GlcNAc are known as the main sugar specificity.
[0013]
In order to characterize the cell surface using lectins, cells are reacted with various lectins, and the reaction conditions at that time are desirably adjusted to the intended use form of the biomaterial. For example, for the purpose of screening a biomaterial for a leukocyte adsorption removal filter to be brought into contact with blood, the reaction between leukocytes and lectin is to maintain the form present in the blood without separating leukocytes, and at the operating temperature of the leukocyte adsorption removal filter. It is desirable to do.
[0014]
A sugar chain-containing substance for cell substitution is selected based on the cell surface sugar specificity characterized by lectin. As a sugar chain-containing substance, various commercially available sugar chain research reagents in which a sugar chain is incorporated into a synthetic polymer can be used, and monosaccharides are derived from Seikagaku Corporation (Japan) into vinyl monomers. There are commercially available products that have been polymerized as a result, and products that have sugars incorporated into synthetic polyacrylamide. Also, depending on the target sugar chain, substances whose sugar chain structure shows the characteristics of the molecule, such as natural polysaccharides such as chitooligosaccharides and mannan, orosomucoid which is a kind of serum protein, ovalbumin and ovomucoid in chicken egg white, etc. It can be used as a chain-containing material.
[0015]
The interaction between the biomaterial candidate material and the biomaterial screening probe referred to in the present invention is, for example, both adsorptive or non-adsorbent, and depends on the form of use of the biomaterial.
[0016]
The screening method referred to in the present invention is a method for selecting an optimal biomaterial present at an interface that comes into contact with a biological substance such as a cell.If the biomaterial candidate material is fixed on the outermost surface, a flat plate or a flat plate may be used. The material may be a flat film or particles, and more preferably, is coated on a base material whose adsorption surface area is easily controlled to be constant between the materials to be compared. The interaction with the biomaterial screening probe selected in the present invention can be measured by any of the direct and indirect methods. For example, the change in the concentration of the probe before and after the adsorption reaction with the material is quantitatively screened by UV measurement or ELISA, or the interaction between the material and the probe is directly performed by labeling the probe with a fluorescent dye or isotope in advance. This can be done by measuring.
[0017]
The material screened by the method of the present invention is used as a biomaterial as it is or after processing such as molding into various shapes.
[0018]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【Example】
In this embodiment, a screening method including four steps for a biomaterial for a leukocyte adsorption removal filter will be described.
1. Determination of cells to be measured for interaction with biomaterials Since leukocyte adsorption removal filters for transfusion products interact with peripheral blood, leukocytes, erythrocytes, and platelets in blood were determined as cells to be measured for interaction. .
[0019]
2. Selection of lectins FITC-labeled Concanavalin A (ConA) and Korean Asagaorectin (DSA) purchased from Seikagaku Corporation (Japan) as lectins that recognize sugar chains on the surface of each cell membrane of leukocytes, erythrocytes, and platelets , Dog endogen lectin (MAM), peanut lectin (PNA), juvenile lectin (RCA120), gorse lectin (UEA-I), and wheat germ lectin (WGA).
[0020]
3. Selection of probe for biomaterial screening Blood was collected from healthy individuals using CPD (citrate-phosphate-dextros) as an anticoagulant. Phosphate buffer (KH 2 PO 4 0.144 g / l, NaCl 9.00 g / l, Na 2 HPO 4 0.795 g / l (pH 7.4)) (GIBCO BRL, Life Technologies, Inc.) 100 μl of blood diluted 1/10 in a test tube, and 0.13 to 0.20 mg / ml of various FITC-labeled lectins are added in 20 μl each, and protected from light for 30 minutes at room temperature. The blood cells and the lectin were allowed to react by standing still. A negative control was prepared by adding 20 μl of the same buffer instead of lectin and performing the same operation as described below. Each reaction was terminated by adding 1 ml of the same buffer to each reaction test tube.
Affinities of various lectins of erythrocytes, platelets, and leukocytes were measured with a flow cytometer. The flow cytometer used was FACSCalibur (BD, USA), and the data acquisition and analysis software used was CELLQuest (BD, USA). First, red blood cells, platelets, and white blood cells were gated by the forward and side scattered light detection systems, and the fluorescence intensity of FITC labeled with lectin was compared for each gate.
[0021]
FIG. 1 compares the affinity of each blood cell with each of the seven lectins. When the lectin affinity was compared between leukocytes and erythrocytes or between leukocytes and platelets, a great difference was observed between the blood cells with respect to the affinity with MAM.
Since MAM shows sugar specificity to Siaα2-3Gal, it has this sugar chain structure, and a synthetic polymer containing FITC in the molecule, Neu5Acα2-3Galβ1-4GlcNAcβ-PAA-flu (hereinafter abbreviated as 236FP) .) (Synthesome, Germany) were selected as probes for biomaterial screening.
[0022]
4. Biomaterial screening As a biomaterial candidate polymer to be screened, polyhydroxyethyl methacrylate or 2-hydroxypropyl methacrylate, dimethylamino methacrylate, methyl methacrylate, a copolymer having a molecular weight of 300,000 to 500,000 synthesized using various combinations of composition ratios is used. Was. Each polymer was dissolved in ethanol heated to 40 ° C. to prepare a 2% by weight polymer solution. Approximately 50 mg of polystyrene particles (Polybead Polystyrene Microspheres, PolyScience, USA) having a diameter of 10 μm were dispersed in 1 ml of the polymer solution to prepare a suspension having a particle concentration of 1% by weight. The particle suspension was irradiated with ultrasonic waves at 40 ° C. for 5 minutes. Thereafter, the container containing the particle suspension was attached to a rotator (small rotary incubator RT-5, TAITEC, Japan) and heated to 40 ° C. in a thermostat while rotating at a speed of 3.4 m / min. Warm and react for 55 minutes. After the reaction, the particles were separated by centrifugation, and the obtained particles were washed with distilled water and lyophilized to obtain particles coated with each polymer. The surface of each particle is surfaced with an X-ray photoelectron spectrometer (ESCA 5400, Perkin Elmer, Inc., USA) and a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TRIFT II, Physical Electronics, Inc., USA). By observing the molecular distribution state, it was confirmed that the entire surface of each particle was covered with the polymer.
[0023]
5 mg of each polymer-coated particle was weighed and suspended in 300 μl of a phosphate buffer containing 1% goat serum (Cappel, USA). 5 μl of the biomaterial screening probe 236FP 0.2 mg / ml selected in the step 3 was added. The adsorption of 236FP on the polymer particles was measured using a flow cytometer. In the measurement by the flow cytometer, first, a single existing particle was gated by a forward scattered light detection system, and the fraction was set to be 10,000. The 236FP adsorption rate to each polymer particle was obtained by subtracting the same measured value of each polymer particle without 236FP added as a negative control from the average value of FITC fluorescence intensity of 10,000 particles, and 236FP adsorption rate = Log (FITC fluorescence intensity− Negative control), and from these results, a polymer having a high affinity of 236FP was selected as a biomaterial for a leukocyte adsorption removal filter from among various polymers.
[0024]
In the biomaterial screening method for the purpose of developing a leukocyte adsorption removal filter, a conventional method for measuring the leukocyte adsorption removal ratio is shown below for comparison with the present invention, and FIG. 2 is a correlation diagram of data of the present invention and the conventional method. Is shown.
[0025]
Preparation of biomaterial candidate polymer-coated nonwoven fabric 10 g of each polymer was dissolved in 190 g of ethanol to prepare a 5 wt% coating solution. The made of polyethylene terephthalate fibers having an average fiber diameter of 1.2 [mu] m to coat solutions nonwoven (40 g / m 2 basis weight, thickness 0.20 mm, width 0.99 mm) was allowed to continuously immersed, sandwiched nip rolls Excess coating solution was removed by passing through. The coated nonwoven fabric was dried overnight at room temperature in a drying room equipped with an exhaust duct, and then collected.
[0026]
Measurement of Leukocyte Adsorption Removal Rate Each polymer-coated nonwoven fabric was arbitrarily cut into a circular shape having a diameter of 20 mm, and 32 were filled in a filter holder (filling density: 0.2 g / cm 3 ). 15 ml of the above-mentioned healthy human blood was flowed through this column at a constant flow rate of 0.74 ml / min using a syringe pump, and 13.3 ml of the blood was collected.
[0027]
A certain amount of blood was collected from the blood before filtration and the collected liquid after filtration, and the leukocyte concentration was measured using a residual leukocyte measurement reagent system LeucoCOUNT KIT (BD Bioscience, USA). The leukocyte adsorption removal rate was calculated as -Log (the concentration of leukocytes in the collected liquid after filtration / the concentration of leukocytes in the blood before filtration).
[0028]
The adsorption rate of 236FP of the biomaterial screening probe selected from the sugar specificity of MAM characterizing the leukocyte surface and the biomaterial candidate polymer has a correlation with the leukocyte adsorption removal rate of the same polymer as shown in FIG. (Correlation coefficient 0.8123).
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, biomaterials can be screened without actually using blood or the like, which saves time and cost, and eliminates the risk of infection. It is extremely important to contribute to the design and development of medical equipment.
[0030]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram comparing blood cell affinity of various lectins of Example 1.
The horizontal axis indicates the type of lectin, and the vertical axis indicates the average value of the fluorescence intensity of FITC labeling the lectin of 10,000 polymer particles.
FIG. 2 is a diagram showing the correlation between the 236FP adsorption rate of Example 1 and the leukocyte adsorption removal rate of a conventional method.
The horizontal axis represents the leukocyte adsorption rate of the polymer-coated nonwoven fabric, and the vertical axis represents the 236FP adsorption rate to the polymer-coated particles.

Claims (2)

以下の工程を含むバイオマテリアルスクリーニング方法。
(1)  バイオマテリアルとの相互作用を測定すべき細胞を決定する。
(2)  該細胞に特異的に結合するレクチンを選定する。
(3)  該レクチンに親和性を有する糖鎖を含むバイオマテリアルスクリーニング用プローブを選定する。
(4)  該バイオマテリアルスクリーニング用プローブと候補材料との相互作用を測定し、該測定結果に基づき候補材料からバイオマテリアルをスクリーニングする。
A biomaterial screening method comprising the following steps.
(1) Determine the cells whose interaction with the biomaterial is to be measured.
(2) Select a lectin that specifically binds to the cell.
(3) Select a biomaterial screening probe containing a sugar chain having affinity for the lectin.
(4) Interaction between the biomaterial screening probe and the candidate material is measured, and the biomaterial is screened from the candidate material based on the measurement result.
請求項1記載の方法を用いてスクリーニングされたものであることを特徴とするバイオマテリアル。A biomaterial that has been screened using the method according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009002685A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Olympus Corp Magnetic particle for labeling erythrocyte

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