JP2006304791A - Method for forming large amount of cell cluster by using three-dimensional culture device - Google Patents

Method for forming large amount of cell cluster by using three-dimensional culture device Download PDF

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culture
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clinostat
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Junzo Tanaka
順三 田中
Kiyoshi Kita
清 喜多
Ai Okamura
愛 岡村
Hideki Taniguchi
英樹 谷口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an artificially constructed tissue and organ applicable in a regenerative medical field, especially a method for forming a cell cluster to form a large amount of cell cluster indispensable for the artificial production of pancreatic islet (having insulin secreting function) for applying to cell transplantation in regenerative medicine and enabling the culture for a long period. <P>SOLUTION: The method for forming a cell cluster to form an artificial pancreatic islet for diabetes treatment is carried out by the cell culture using a clinostat-mounting circulation system comprising a three-dimensional culture device using an n-axis rotation clinostat. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、三次元培養による細胞培養方法、特に、n軸回転するクリノスタットを用い
る三次元培養装置を用いて、均一なサイズの細胞集塊を大量に形成する方法に関する。
The present invention relates to a cell culture method by three-dimensional culture, and more particularly, to a method for forming a large amount of cell clusters of uniform size using a three-dimensional culture apparatus using an n-axis rotating clinostat.

近年、医学分野において再生医療への期待が高まっている。再生医療とは人工的に構築
した組織及び器官を使用して、疾患や損傷している組織又は器官の機能を修復する医療方
法で、将来、医学を担う重要な技術の一つである。
In recent years, expectations for regenerative medicine are increasing in the medical field. Regenerative medicine is a medical method for repairing the function of a diseased or damaged tissue or organ using artificially constructed tissues and organs, and is one of the important technologies that will be responsible for medicine in the future.

従来、細胞の浮遊培養方法として、細胞を搭載した培養容器を回転させる方法が知られ
ている(特許文献1〜3)。また、クリノスタット(三次元培養装置)及びこの装置を用い
て人工臓器を製造する方法が知られている(特許文献4〜5)。
Conventionally, as a cell suspension culture method, a method of rotating a culture vessel on which cells are mounted is known (Patent Documents 1 to 3). Moreover, clinostat (three-dimensional culture apparatus) and a method for producing an artificial organ using this apparatus are known (Patent Documents 4 to 5).

特開2002-45173号公報JP 2002-45173 A 特開2003-289851号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-289851 特開2003-304866号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-304866 特開2003-70458号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-70458 特開2003-70464号公報JP 2003-70464 A

再生医療の実現化に大きな期待が寄せられている疾患の一つとして、糖尿病が挙げられ
る。中でも1型糖尿病は、インスリン分泌能を有する膵β細胞がほとんど失われることに
より、血糖値の制御が困難となるために発症する疾患である。現時点における唯一の根本
的な治療法として、膵臓移植(pancreas transplantation)、及び移植時の侵襲が膵臓移
植よりも少ない膵島移植(islet tarnsplantation)が挙げられる。しかし、いずれも
ドナーの絶対的な不足が問題となっており、移植を待望する多くの患者への治療に必要な
膵臓及び膵島を、限られたドナー膵臓から得ることは現時点では不可能である。
Diabetes is one of the diseases that are highly expected to realize regenerative medicine. Among them, type 1 diabetes is a disease that develops because control of blood glucose levels becomes difficult due to the loss of pancreatic β cells having the ability to secrete insulin. At present, the only fundamental treatment includes pancreas transplantation and islet tarnsplantation, which has less invasion at the time of transplantation than pancreas transplantation. However, the absolute shortage of donors has become a problem, and it is currently impossible to obtain the pancreas and pancreatic islets necessary for the treatment of many patients awaiting transplantation from limited donor pancreas .

そこで、糖尿病の治療を目標とした、再生医学的アプローチによる膵島の人為的な創出
技術が、緊急、かつ、重要な医療技術の開発課題として大きな注目を集めるようになって
きた。すなわち、生体外の培養環境において膵島という小さな高次組織エレメントを作製
するための基盤技術の開発が求められている。
Therefore, the artificial creation technology of pancreatic islets by regenerative medicine approach aiming at the treatment of diabetes has attracted a great deal of attention as an urgent and important medical technology development issue. That is, there is a demand for the development of a basic technology for producing small higher-order tissue elements called islets in an in vitro culture environment.

膵島は、大きさが0.1 mm〜0.3 mmの球状の塊を形成しており、膵臓内に成人一人当たり
約100万個が存在する。この膵島を生体外の環境において大量に構築することができれば1
型糖尿病患者への医療応用が可能となる。
The islets form a spherical mass with a size of 0.1 mm to 0.3 mm, and there are about 1 million adults per adult in the pancreas. If this islet can be constructed in large quantities in an in vitro environment, 1
Medical application to patients with type 2 diabetes.

再生医療を実現する上では、細胞から立体構造を有する細胞集塊を製造することが必要
不可欠である。さらに、医療現場での応用を想定すると、製造した細胞集塊を人体に移植
する際には機能面においても移植の際の技術面においても、さらに多くの患者への供給に
関しても、多数の細胞集塊を製造する必要がある。あわせて、必要に応じた細胞集塊サイ
ズの調整ができることが望ましい。細胞集塊の数及びサイズの調節ができれば医療現場で
の細胞移植が可能となる。
In order to realize regenerative medicine, it is essential to produce a cell cluster having a three-dimensional structure from cells. Furthermore, assuming application in the medical field, when transplanting the produced cell agglomerates to the human body, a large number of cells, both functionally and technically when transplanted, are supplied to more patients. It is necessary to produce agglomerates. In addition, it is desirable that the cell clump size can be adjusted as necessary. If the number and size of cell clumps can be adjusted, cell transplantation at a medical site becomes possible.

特許文献5にはクリノスタットを用いてカエルの細胞、つまり両生類の細胞の培養を行
った実験が記載されているが、製造する人工臓器の「数」及び「サイズ」についての記載
はみられない。また、従来のクリノスタットを用いた細胞培養では長期間の培養が困難で
あった。
Patent Document 5 describes an experiment in which frog cells, that is, amphibian cells, were cultured using a clinostat, but there is no description about the “number” and “size” of the artificial organs to be produced. . In addition, long-term culture is difficult in cell culture using conventional clinostats.

本発明は、再生医療分野で応用可能な、人工構築組織及び器官の製造に関する方法の開
発、特に、再生医療として細胞移植に応用するための膵島(インシュリン分泌機能を有す
る)の人工製造のために必要不可欠である細胞集塊を大量に形成するための培養手段の開
発を課題とする。
The present invention is applicable to the development of methods relating to the production of artificially constructed tissues and organs that can be applied in the field of regenerative medicine, in particular for the artificial production of islets (having an insulin secretion function) for application to cell transplantation as regenerative medicine. The subject is the development of culture means for forming a large amount of essential cell clumps.

本発明者は、循環システムを搭載したクリノスタット(三次元培養装置)を用いてヒト
細胞及びマウス細胞について、多数の細胞集塊を製造するとともに、その多数の細胞集塊
のサイズの調整を行うことができる培養手段を見出した。
The inventor manufactures a large number of cell clumps for human cells and mouse cells using a clinostat (three-dimensional culture apparatus) equipped with a circulation system, and adjusts the size of the large number of cell clumps. We have found culture means that can do this.

また、本発明は、クリノスタット(三次元培養装置)を用いて細胞培養する際に、細胞
培養器に搭載する細胞数を調節することにより、細胞集塊のサイズを調節することができ
ることを特徴とする。
Furthermore, the present invention is characterized in that, when culturing cells using a clinostat (three-dimensional culture apparatus), the size of the cell clump can be adjusted by adjusting the number of cells mounted on the cell culture vessel. And

本発明の方法において、クリノスタットの各軸の回転を1分間に2rpm以下とすること
が好ましい。2rpmという低速回転にすることにより、培養液中の細胞は重力方向へ沈下
する傾向となり、細胞培養器内底部において細胞の密度が高い領域が発生し、細胞同士の
接触頻度が増し、細胞集塊が大量(1000個以上)に形成されることとなる。つまり、2rpm
を超えると、培養液中の細胞の拡散性が高まり、細胞間の接触頻度が減少し細胞集塊の形
成率は低下するため2rpm以下が望ましい。また、培養液を循環することが好ましい。また
、培養液の粘性および質量は、細胞を添加し静置させた際に細胞が沈下するものとするこ
とが好ましい。本発明の方法により哺乳動物細胞の集塊を形成することができる。
In the method of the present invention, the rotation of each axis of the clinostat is preferably 2 rpm or less per minute. By rotating at a low speed of 2 rpm, the cells in the culture solution tend to sink in the direction of gravity, generating a high cell density region at the inner bottom of the cell culture vessel, increasing the contact frequency between the cells, and cell agglomeration. Will be formed in large quantities (over 1000). That is, 2rpm
If it exceeds 1, the diffusibility of the cells in the culture medium increases, the frequency of contact between the cells decreases, and the formation rate of cell clumps decreases, so 2 rpm or less is desirable. Further, it is preferable to circulate the culture solution. In addition, the viscosity and mass of the culture solution are preferably such that the cells sink when the cells are added and allowed to stand. Agglomerates of mammalian cells can be formed by the method of the present invention.

本発明は、培養液循環システムを搭載することにより、哺乳動物細胞の培養を可能とす
る。培養系において樹立している体細胞を、クリノスタットを用いて培養し、細胞集塊を
数又はサイズの調節を伴って1回の培養において1000個以上の細胞集塊を作製することが
できる。本発明の方法により、哺乳動物の細胞について細胞集塊の大量製造、細胞集塊サ
イズの調節が可能となる。
The present invention enables culture of mammalian cells by mounting a culture medium circulation system. Somatic cells established in a culture system can be cultured using a clinostat, and 1000 or more cell clumps can be produced in one culture with the number or size of the cell clumps adjusted. The method of the present invention enables mass production of cell clumps and regulation of cell clump size for mammalian cells.

細胞培養方法に使用されるクリノスタットを備えた細胞培養装置自体は、公知であり、
また、市販されているものもあるが、本発明の方法を遂行するにあたりそれらは循環シス
テムをクリノスタット内部に搭載していないため、これらのものを使用することはできな
い。本発明の方法は、従来知られている方法とは異なる。特許文献5に示されている細胞
培養装置は、図10に示すように、本体15に支柱16aと支柱16bで支持された外側フ
レーム17と内側フレーム22を備えた3次元クリノスタット11を備えている。ロータ
リージョイント18は、外側フレーム17を回転可能に支持する。内側フレーム22には
、培養容器12が接続される。
The cell culture apparatus itself equipped with a clinostat used in the cell culture method is known,
Although some are commercially available, they cannot be used in carrying out the method of the present invention because they do not have a circulation system installed inside the clinostat. The method of the present invention is different from the conventionally known methods. As shown in FIG. 10, the cell culture device disclosed in Patent Document 5 includes a three-dimensional clinostat 11 including a main body 15 including an outer frame 17 and an inner frame 22 supported by a column 16 a and a column 16 b. Yes. The rotary joint 18 rotatably supports the outer frame 17. The culture vessel 12 is connected to the inner frame 22.

文献5に示される培養容器は図4に示すように、培養容器12は、回転軸18aと回転軸
20aとの交点の近傍にある。クリノスタット11は、培養容器12をn軸回転する。培
養容器12は、内側フレーム22と同体に回転する。外側フレーム17と内側フレーム2
2とがそれぞれ回転されると、培養容器12は、n軸回転する。培養液タンク13から培
養容器12への培養液の供給は、外部に設置されたポンプ14によりロータリージョイン
ト18とロータリージョイント20とを介して行われる。培養容器12に供給された培養
液は、培養液タンク13に戻される。細胞塊を培養する培養液は、循環的に使用されるこ
とになる。
As shown in FIG. 4, the culture vessel 12 shown in Document 5 is in the vicinity of the intersection of the rotary shaft 18a and the rotary shaft 20a. The clinostat 11 rotates the culture vessel 12 by n-axis. The culture container 12 rotates together with the inner frame 22. Outer frame 17 and inner frame 2
When 2 and 2 are respectively rotated, the culture vessel 12 rotates n-axis. The supply of the culture solution from the culture solution tank 13 to the culture vessel 12 is performed via the rotary joint 18 and the rotary joint 20 by the pump 14 installed outside. The culture solution supplied to the culture vessel 12 is returned to the culture solution tank 13. The culture solution for culturing the cell mass is used cyclically.

文献5に示される培養容器は図11に示されるように、培養容器12の内部には、培養
液と、培養される細胞塊とが封入される。培養容器(12)がn軸回転されることにより
、培養細胞に働く重力方向が分散され、各細胞があらゆる方向に向けて増殖・伸展するこ
とができるようになり、培養細胞の3次元的な培養が可能になる。
As shown in FIG. 11, the culture vessel shown in Document 5 contains a culture solution and a cell mass to be cultured inside the culture vessel 12. By rotating the culture vessel (12) by n-axis, the direction of gravity acting on the cultured cells is dispersed, and each cell can be propagated and extended in all directions. Culture becomes possible.

図1に、本発明の細胞培養方法における細胞搭載ユニットの概略全体構成を示す。図1
に示すように、細胞培養器9は細胞を搭載する培養層1と培養液を循環させる培地層2に
中間隔膜3によって分離されている。この中間隔膜3は、培養液を浸透させるが細胞は通
過しない構造となっている(孔密度105〜6×106pore/cm3)。さらに、各層の外側にはガス
透過膜4があり、ガスの供給と排出が行なわれる。細胞培養器9の培地層2の内の培養液
が電源ボックス7で操作される培養液循環ポンプ5により、培養液を溜めている培地バッ
ク6へと流れ込み、それと同時に培地バック6に溜めてある培養液が培養液循環ポンプ5
によりポンプチューブ8を介して細胞培養器9の培地層2へと流れ込む循環システムにな
っている。培地層2の培養液は中間隔膜3を通過して培養層1へと流れ込み細胞への養分
供給をおこなう。
FIG. 1 shows a schematic overall configuration of a cell mounting unit in the cell culture method of the present invention. FIG.
As shown in FIG. 2, the cell culture vessel 9 is separated by a medium-interval membrane 3 into a culture layer 1 on which cells are mounted and a medium layer 2 through which a culture solution is circulated. This intermediate spacing membrane 3 has a structure that allows the culture medium to permeate but does not allow cells to pass therethrough (pore density 10 5 to 6 × 10 6 pore / cm 3 ). Further, a gas permeable membrane 4 is provided outside each layer, and gas is supplied and discharged. The culture medium in the culture medium layer 2 of the cell culture device 9 flows into the culture medium bag 6 storing the culture liquid by the culture medium circulation pump 5 operated by the power supply box 7 and is stored in the culture medium bag 6 at the same time. Culture fluid is culture fluid circulation pump 5
Thus, the circulation system flows into the culture medium layer 2 of the cell culture device 9 through the pump tube 8. The culture medium in the culture medium layer 2 passes through the intermediate interval film 3 and flows into the culture layer 1 to supply nutrients to the cells.

本発明は特許文献5記載の方法とは異なり、循環システムは回転軸内部に搭載しており
、n軸回転部を介さないため、既存する培養液循環システム付きクリノスタットで問題と
されていた培養液詰まりやコンタミネーションおよび培養液漏れ等が全く生じない。
Unlike the method described in Patent Document 5, the circulatory system is mounted inside the rotary shaft and does not go through the n-axis rotator, so that the culture that has been a problem in the existing clinostat with a culture fluid circulating system is used. There is no clogging, contamination, or culture fluid leakage.

本発明の方法では、培養液循環システムを使用することにより常時、安定して養分の供
給を行なうことができる。つまり、臓器製造のために不可欠な長期間培養と3次元培養を
複合して行うことができる。
In the method of the present invention, nutrients can be constantly and stably supplied by using a culture solution circulation system. That is, long-term culture and three-dimensional culture essential for organ production can be combined.

図2に、本発明の細胞培養方法におけるクリノスタットのX軸、Y軸、Z軸の回転軌道
を示す。細胞集塊の創出のための培養は、水平軸(X軸)を外側の軸とし、例えば、10
分間に15回転、垂直軸(Y軸)を内側の軸とし10分間に17回転とする軌道制御運転を
行いX, Y, Zの各軸の重力分散が1:1:1となるように回転させる。その結果、回転中心部
は重力の分散により模擬微小重力環境となり細胞は培養液中に一見浮遊した状態となる。
FIG. 2 shows the rotation trajectories of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the clinostat in the cell culture method of the present invention. The culture for creating a cell conglomerate has a horizontal axis (X axis) as an outer axis.
Orbit control operation with 15 rotations per minute, vertical axis (Y axis) as inner axis and 17 rotations per 10 minutes, rotating so that gravity dispersion of each axis of X, Y, Z is 1: 1: 1 Let As a result, the center of rotation becomes a simulated microgravity environment due to the dispersion of gravity, and the cells seem to float in the culture medium.

図3に、本発明の細胞培養方法におけるクリノスタットの回転中心部と細胞培養器の配
置の関係を示す。クリノスタットは重力をX、Y、Z軸方向に分散(模擬微小重力環境)さ
せることで細胞を浮遊した状態とし3次元培養をおこなう装置であり、重力が最も分散さ
れる箇所は回転軸Xと回転軸Yの交差する回転中心部Cである。したがって、細胞培養器
9を回転中心部C付近に搭載することにより、培養細胞への重力が分散される。
FIG. 3 shows the relationship between the center of rotation of the clinostat and the arrangement of the cell incubator in the cell culture method of the present invention. The clinostat is a device that suspends cells by dispersing gravity in the X, Y, and Z axis directions (simulated microgravity environment) to perform three-dimensional culture. The place where gravity is most dispersed is the rotation axis X This is the rotation center C where the rotation axes Y intersect. Therefore, by mounting the cell culture device 9 near the rotation center C, the gravity on the cultured cells is dispersed.

細胞搭載時の媒体としては、一般的に汎用されている培養液を選択して使用できる。こ
の培養液の粘性及び質量は細胞よりも低い。したがって、クリノスタットの回転を1分間
に2 rpm以下という低速回転とし重力を分散することにより遠心力の作用は低くなり、ク
リノスタットによる3次元培養を行った際、細胞は地球の重力方向へ沈下する傾向となる
As a medium for loading cells, a generally used culture solution can be selected and used. This culture has a lower viscosity and mass than cells. Therefore, when the clinostat is rotated at a low speed of 2 rpm or less per minute and the gravity is dispersed, the action of the centrifugal force is reduced, and when the three-dimensional culture is performed with the clinostat, the cells sink in the direction of the earth's gravity. Tend to.

細胞が細胞集塊を形成するには個々の細胞が増殖した母娘細胞同士の結合のほかに、浮
遊状態にある他の細胞との結合が必要である。細胞同士の結合は細胞の互いの接着性によ
り行なわれる。ただし、結合するための前段階として細胞間の出会いが必要である。また
、細胞間の接着が行なわれても、静置培養を行った際に形成される2次元的なシート状の
接着ではなく、3次元を有した球状の集塊を効率よく作製する必要がある。
In order for cells to form a cell clump, in addition to the connection between mother and daughter cells in which individual cells have proliferated, it is necessary to bond with other cells in a floating state. The cell-to-cell connection is performed by the adhesion of the cells to each other. However, it is necessary to meet between cells as a pre-stage for connection. In addition, even when cells are adhered to each other, it is necessary to efficiently produce a spherical agglomeration having three dimensions, not a two-dimensional sheet-like adhesion formed when stationary culture is performed. is there.

よって、本発明では回転中心部付近に細胞培養器を搭載し、重力を分散させながら細胞
を培養するものの、2rpmという低速回転で、一般的に使用されている細胞培養液を用いる
ことにより、通常培養液よりも比重が高い動物細胞は重力方向へ沈下し、細胞培養器内に
おいて細胞が底部に偏在することとなる。さらに、培養器は常に2rpm以下のn軸回転をし
ていることから、細胞は回転中の培養器内壁の底部にあたる部分を転がりながら培養され
ることとなる。これらのことから、細胞同士の接触頻度が、培養液中に分散されている状
態の細胞接触頻度よりも増し、大量(1000個以上)の細胞集塊を形成するようになる。
Therefore, in the present invention, a cell culture device is mounted near the center of rotation, and the cells are cultured while dispersing the gravity. However, by using a commonly used cell culture solution at a low speed of 2 rpm, Animal cells having a specific gravity higher than that of the culture solution sink in the direction of gravity, and the cells are unevenly distributed at the bottom in the cell culture vessel. Furthermore, since the incubator always rotates n-axis at 2 rpm or less, the cells are cultured while rolling the portion corresponding to the bottom of the rotating inner wall of the incubator. From these things, the contact frequency of cells increases more than the cell contact frequency of the state currently disperse | distributed in a culture solution, and comes to form a large quantity (1000 or more) cell clumps.

以下の、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。
1.三次元培養
(試験方法)培養液循環システムを搭載したクリノスタットを用いて細胞の三次元培養を
行った。培養期間は48時間(短期培養)及び144時間(6日間、長期培養)とした。長期培
養においては本クリノスタットが搭載している培養液(培地)循環システムを使用した。
このシステムは1分あたり約1 μl(1日約1.44 ml)の培養液を循環することができるよ
う設定されている。クリノスタットの運転条件は、平均重力レベルを1x10-2 G以下、重
力分散値をX軸、Y軸及びZ軸のいずれも0.333となるように設定した。運転モードは軌
道制御設定とし、1周期の回転時間は10分、回転数は内側軸では17回転/周期、外側軸では
15回転/周期とした。この軌道制御設定により、運転中のX軸、Y軸及びZ軸の平均重力(
G)値はそれぞれ-0.000G、-0.001G及び-0.000Gとなる。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
1. Three-dimensional culture (test method) Three-dimensional culture of cells was performed using a clinostat equipped with a culture medium circulation system. The culture period was 48 hours (short-term culture) and 144 hours (6 days, long-term culture). In the long-term culture, the culture medium (medium) circulation system installed in the present clinostat was used.
The system is set up to circulate approximately 1 μl of culture fluid per minute (approximately 1.44 ml per day). The operating conditions of the clinostat were set so that the average gravity level was 1 × 10 −2 G or less and the gravity dispersion values were 0.333 for all of the X axis, Y axis, and Z axis. The operation mode is set to orbit control, the rotation time of one cycle is 10 minutes, the rotation speed is 17 rotations / cycle on the inner shaft, and on the outer shaft
15 rotations / cycle. By this orbit control setting, the average gravity (X axis, Y axis and Z axis during operation)
G) values are -0.000G, -0.001G and -0.000G, respectively.

2. 培養条件
培養中の気相はAir 95%(O2約20%)、CO2 5%、とし、培養温度は37℃とした。培養液
は10% Fetal Bovine Serum (FBS: GIBCO, California, USA)及び1%Penicillin-Strepto
mycin (GIBCO, N.Y., USA) を添加した Dalbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM, P-4
417: Sigma-Aldrich co, St Louis, Mo, USA)を使用した。
2. Culture conditions The gas phase during the culture was 95% Air (approximately 20% O 2 ) and 5% CO 2 , and the culture temperature was 37 ° C. 10% Fetal Bovine Serum (FBS: GIBCO, California, USA) and 1% Penicillin-Strepto
Dalbecco's Modified Eagle Medium (DMEM, P-4) with mycin (GIBCO, NY, USA)
417: Sigma-Aldrich co, St Louis, Mo, USA).

3. 供試細胞
3.1 短期培養(48時間)
膵島構成細胞と同様の内胚葉系臓器由来のヒト肝芽腫由来細胞株であるHep G2及びマウ
ス肝上皮由来細胞株であるMLE 10の2種の細胞を用いて48時間の三次元培養を行った。搭
載細胞密度は2種細胞において、いずれも1x105 cells/ml、2x105 cells/ml及び2x106
cells/mlとした。
3. Test cells 3.1 Short-term culture (48 hours)
A 48-hour three-dimensional culture was performed using two types of cells: Hep G2, a human hepatoblastoma-derived cell line derived from an endoderm organ similar to the islet component cells, and MLE 10, a mouse liver epithelium-derived cell line. It was. The cell density is 2 x 10 5 cells / ml, 2 x 10 5 cells / ml and 2 x 10 6
Cells / ml.

3.2 長期培養(144時間)
144時間(6日間)の三次元培養はMLE 10細胞を用いて行った。
3.2 Long-term culture (144 hours)
144 hours (6 days) of three-dimensional culture was performed using MLE 10 cells.

4. 評価方法
評価項目は短期培養及び長期培養ともにスフェロイド形成の有無、スフェロイド数の測
定、スフェロイドサイズの測定、スフェロイドを構成する細胞数の算出、スフェロイドを
構成する細胞の生存率の算出、培養液中のグルコース濃度及びアルブミン濃度の測定を行
った。
4. Evaluation method Evaluation items include the presence or absence of spheroid formation, spheroid count measurement, spheroid size measurement, calculation of the number of cells constituting the spheroid, calculation of the survival rate of the cells constituting the spheroid, culture medium The glucose concentration and albumin concentration in the medium were measured.

4.1 スフェロイド数の測定はクリノスタット用細胞培養器から回収したスフェロイド
をシャーレ内の中央に集め実体顕微鏡により撮影した画像を用いて算定した。
4.1 Measurement of the number of spheroids was calculated using an image obtained by collecting the spheroids collected from the cell culture vessel for clinostat in the center of the petri dish and photographing with a stereomicroscope.

4.2 スフェロイドサイズの測定は無作為に選択した100個のスフェロイドの長径及び
短径の平均を直径として判定した。
4.2 Measurement of spheroid size was determined by determining the average of the major axis and minor axis of 100 randomly selected spheroids as the diameter.

4.3 スフェロイドを構成する細胞数の測定は、まず1部のスフェロイドのサイズを確
認し各個体を認識した上で10% Hoechst 33258 (WAKO Osaka, Japan)を添加したPhosphate
Buffered Saline (PBS: Sigma-Aldrich co, St Louis, MO, USA)にスフェロイドを2分間
曝露し核を染色した。次に、スライドガラス上にスフェロイドを乗せ、カバーガラスでや
や押しつぶすように挟み込みマニキュアで封入した。その後、蛍光顕微鏡により撮影した
スフェロイド画像から核数を算定し、この値をスフェロイド構成細胞数とした。
4.3 Measurement of the number of cells constituting the spheroid is confirmed by first confirming the size of one spheroid and recognizing each individual, and then adding 10% Hoechst 33258 (WAKO Osaka, Japan)
Spheroids were exposed to Buffered Saline (PBS: Sigma-Aldrich co, St Louis, MO, USA) for 2 minutes to stain nuclei. Next, spheroids were placed on the slide glass, sandwiched so as to be slightly crushed with a cover glass, and sealed with nail polish. Thereafter, the number of nuclei was calculated from the spheroid images taken with a fluorescence microscope, and this value was used as the number of spheroid-constituting cells.

4.4 スフェロイドを構成する細胞の生存率の算出は死細胞を選択的に染色する0.4% T
rypan Blue Stain (GIBCO, California, USA)を用いて、スフェロイドサイズと構成細胞
数の値から算出した。
4.4 Calculation of the viability of the cells that make up the spheroid is 0.4% T, which selectively stains dead cells.
Using rypan Blue Stain (GIBCO, California, USA), the spheroid size and the number of constituent cells were calculated.

4.5 培養液中のグルコース濃度はムタロターゼとグルコースオキシターゼを組み合わ
せた酵素法試薬グルコースCII−テストワコー(ムタロターゼ・GOD法:Wako, Osaka, Jap
an)を用いた吸光度測定により行った。また、培養液中のアルブミン測定はMouse Albumin
ELISA Quantitation Kit (BETHYL, TX, USA)により行なった。
4.5 Glucose concentration in the culture solution is the enzyme method reagent glucose CII-Test Wako (Mutarotase GOD method: Wako, Osaka, Jap) combining mutarotase and glucose oxidase.
an). In addition, measurement of albumin in culture broth
ELISA Quantitation Kit (BETHYL, TX, USA) was used.

(1)2種の細胞系(Hep G2及びMLE 10)はともに1x105 cells/ml、2x105 cells/ml及
び2x106 cells/mlの細胞数でクリノスタットに搭載すると細胞集塊を多数形成した。図
4の(a)に示す細胞培養容器内にみられる白色浮遊物は培養液中に浮遊する大量の細胞
集塊である(細胞搭載密度2×106 cells/ml)。(b)は細胞集塊の拡大写真を示す。
(1) The two cell lines (Hep G2 and MLE 10) both formed a large number of cell clumps when mounted on a clinostat with 1 × 10 5 cells / ml, 2 × 10 5 cells / ml and 2 × 10 6 cells / ml. . The white suspended matter seen in the cell culture container shown in FIG. 4 (a) is a large amount of cell aggregate floating in the culture solution (cell loading density 2 × 10 6 cells / ml). (B) shows an enlarged photograph of a cell cluster.

(2)Hep G2を1x105 cells/ml、2x105 cells/ml及び2x106cells/mlの細胞数でそれぞ
れ細胞培養器に搭載し、細胞培養器の回転中心部がクリノスタットの回転中心部から2.5
cmはずれるように装着し、10分間にX軸が15回転、Y軸が17回転とした48時間の
三次元培養を行った。回転速度は X軸は1.5 rpm、Y軸は1.7 rpmとした。その結果、搭載
細胞密度の違いにより、細胞集塊数及び平均サイズに差がみられたことから、搭載細胞密
度により細胞集塊の数とサイズの調整が可能であることが示された。
(2) Hep G2 is loaded into the cell culture vessel at 1x10 5 cells / ml, 2x10 5 cells / ml and 2x10 6 cells / ml, respectively, and the rotation center of the cell culture device is from the rotation center of the clinostat. 2.5
The samples were mounted so that they were separated from each other by 10 cm, and three-dimensional culture was performed for 48 hours with 15 rotations of the X axis and 17 rotations of the Y axis in 10 minutes. The rotation speed was 1.5 rpm for the X axis and 1.7 rpm for the Y axis. As a result, it was shown that the number and size of the cell clumps can be adjusted by the loaded cell density because the number of cell clumps and the average size were different due to the difference in the loaded cell density.

Hep G2細胞集塊を図5に示す。トリパンブルー染色写真は青色に染まった細胞が死細胞
であり、白色の細胞が生細胞であることを示している。したがって、細胞集塊の側部を構
成する細胞の多くが生細胞であることが伺える。ヘキスト染色写真は細胞集塊を構成する
細胞数を示す。パラフィン切片,HE染色からは細胞集塊の内部細胞が生細胞であることが
伺える。Hep G2細胞集塊サイズの分布を図6に示す。図6からは細胞の搭載密度が高いほ
ど細胞集塊のサイズが小さくなる傾向が伺える。さらに、2x105 cells/ml及び2x106cel
ls/mlの細胞搭載密度では細胞集塊のサイズが1峰性に分布することが示される。
The Hep G2 cell cluster is shown in FIG. The trypan blue-stained photograph shows that cells stained blue are dead cells and white cells are live cells. Therefore, it can be seen that many of the cells constituting the side of the cell cluster are living cells. A Hoechst-stained photograph shows the number of cells constituting a cell cluster. From the paraffin section and HE staining, it can be seen that the inner cell of the cell cluster is a living cell. The distribution of the Hep G2 cell clump size is shown in FIG. From FIG. 6, it can be seen that the higher the cell loading density, the smaller the cell clump size. In addition, 2 x 10 5 cells / ml and 2 x 10 6 cel
The cell loading density of ls / ml shows that the cell clump size is unimodally distributed.

(3)MLE 10を1x105 cells/ml、2x105 cells/ml及び2x106 cells/mlの細胞数でそれ
ぞれ細胞培養器に搭載し、細胞培養器の中心部がクリノスタットの回転中心部から2.5 cm
はずれるように装着し、10分間にX軸が15回転、Y軸が17回転とした48時間の三次
元培養を行った。その結果、搭載細胞密度の違いにより、細胞集塊数に差がみられたこと
から、搭載細胞密度により細胞集塊の数の調整が可能であることが示された。
(3) Mount MLE 10 in a cell culture device at 1 × 10 5 cells / ml, 2 × 10 5 cells / ml and 2 × 10 6 cells / ml respectively, and the center of the cell culture device is 2.5 from the center of rotation of the clinostat. cm
It was mounted so that it was detached, and three-dimensional culture was performed for 48 hours with the X axis rotating 15 times and the Y axis rotating 17 minutes in 10 minutes. As a result, there was a difference in the number of cell clumps due to the difference in the loaded cell density, indicating that the number of cell clumps can be adjusted by the loaded cell density.

MLE 10細胞集塊を図7に示す。トリパンブルー染色写真は青色に染まった細胞が死細胞
であり、白色の細胞が生細胞であることを示している。したがって、細胞集塊の側部を構
成する細胞の多くが生細胞であることが伺える。ヘキスト染色写真は細胞集塊を構成する
細胞数を示す。凍結切片、HE染色からは細胞集塊の内部細胞が生細胞であることが伺える
。MLE 10細胞集塊サイズの分布を図8に示す。図8からは1x105 cells/mlの細胞搭載密
度では細胞集塊のサイズが1峰性に分布することが示される。
The MLE 10 cell cluster is shown in FIG. The trypan blue-stained photograph shows that cells stained blue are dead cells and white cells are live cells. Therefore, it can be seen that many of the cells constituting the side of the cell cluster are living cells. A Hoechst-stained photograph shows the number of cells constituting a cell cluster. From the frozen section and HE staining, it can be seen that the inner cell of the cell cluster is a living cell. The distribution of MLE 10 cell clump size is shown in FIG. FIG. 8 shows that the cell clump size is unimodally distributed at a cell loading density of 1 × 10 5 cells / ml.

(4)Hep G2を2x105 cells/mllの細胞数で細胞培養器に搭載し、細胞培養器の中心部が
クリノスタットの回転中心部から2.5 cmはずれるように装着し、10分間にX軸が15回
転、Y軸が17回転とした144時間の三次元培養を行った。培養期間中は培養液循環シ
ステム使用した。その結果、培養液循環システムを使用した場合において細胞の生存が高
いことが伺え、長期間、大量の細胞集塊を培養することが可能なことが示された。
(4) Mount Hep G2 on a cell culture vessel with a cell count of 2 × 10 5 cells / mll and attach the cell culture device so that the center of the cell culture device is 2.5 cm away from the center of rotation of the clinostat. 144-hour three-dimensional culture was performed with 15 rotations and 17 Y-axis rotations. A culture medium circulation system was used during the culture period. As a result, it was confirmed that the cell survival was high when the culture solution circulation system was used, and it was shown that a large amount of cell aggregates can be cultured for a long period of time.

長期間培養を行ったHep G2細胞集塊を図9に示す。トリパンブルー染色写真は青黒色に
染まった細胞が死細胞であり、白色の細胞が生細胞であることを示している。したがって
、循環システムを使用した場合において、循環システムを使用しなかった場合よりも細胞
集塊を構成する細胞の生存性が良好であることが伺える。凍結切片,HE染色からは循環シ
ステムを使用した場合において、循環システムを使用しなかった場合よりも細胞集塊を構
成する内部細胞の生存性が良好であることが伺える。
以上の結果をまとめて表1に示す。
A Hep G2 cell cluster that has been cultured for a long time is shown in FIG. The trypan blue-stained photograph shows that cells stained blue-black are dead cells and white cells are live cells. Therefore, it can be seen that when the circulation system is used, the viability of the cells constituting the cell cluster is better than when the circulation system is not used. From the frozen section and HE staining, it can be seen that when the circulation system is used, the viability of the internal cells constituting the cell cluster is better than when the circulation system is not used.
The above results are summarized in Table 1.

Figure 2006304791
Figure 2006304791

本発明により、医療現場において患者へ移植する細胞を効率よく作製することができ、
これまで絶対的に不足していたドナー細胞に代わる移植細胞として使用することができる
。また、人工的に大量生産することでこれまで不足していた移植用細胞を多くの患者に低
価格で提供することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to efficiently produce cells to be transplanted to a patient in a medical field,
It can be used as a transplanted cell in place of a donor cell that has been absolutely deficient until now. In addition, by artificially mass-producing it, it becomes possible to provide many patients with transplant cells that have been insufficient until now at a low price.

本発明の細胞培養方法における細胞搭載ユニットの概略全体構成図である。It is a general | schematic whole block diagram of the cell mounting unit in the cell culture method of this invention. 本発明の細胞培養方法におけるクリノスタットのX軸、Y軸、Z軸の回転軌道を示す図である。It is a figure which shows the rotation track | orbit of the X-axis of the clinostat in the cell culture method of this invention, a Y-axis, and a Z-axis. 本発明の細胞培養方法におけるクリノスタットの回転中心部と細胞培養器の配置の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the rotation center part of a clinostat and the arrangement | positioning of a cell culture device in the cell culture method of this invention. 実施例1において培養したHep G2スフェロイドの図面代用光学写真(A)及び図面代用顕微鏡写真(B)である。2 is a drawing-substitute optical photograph (A) and a drawing-substitution micrograph (B) of the Hep G2 spheroid cultured in Example 1. FIG. 実施例1において培養したHep G2スフェロイドの図面代用顕微鏡写真(A;トリパンブルー染色、B;ヘキスト染色、C;パラフィン切片、HE染色)である。FIG. 2 is a drawing-substituting micrograph of Hep G2 spheroid cultured in Example 1 (A: trypan blue staining, B: Hoechst staining, C: paraffin section, HE staining). Hep G2スフェロイドサイズの分布図である。It is a distribution map of Hep G2 spheroid size. 実施例1において培養したMLE 10スフェロイドの図面代用顕微鏡写真(A;トリパンブルー染色、B;ヘキスト染色、C;凍結切片、HE染色)である。FIG. 2 is a drawing-substituting micrograph of MLE 10 spheroids cultured in Example 1 (A: trypan blue staining, B: Hoechst staining, C: frozen section, HE staining). MLE 10スフェロイドサイズの分布図である。It is a distribution map of MLE 10 spheroid size. 培養液循環システムを使用した場合(A)と使用しない場合(B)のスフェロイドを対比して示す図面代用顕微鏡写真(上; トリパンブルー染色、下; 凍結切片、HE染色 )である。FIG. 2 is a drawing-substituting micrograph (upper; trypan blue staining, lower; frozen section, HE staining) showing a comparison of spheroids when the culture medium circulation system is used (A) and when not used (B). クリノスタットの一形態の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of one form of a clinostat. 図10に示すクリノスタットに用いる培養容器の一形態の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of one form of the culture container used for the clinostat shown in FIG.

Claims (4)

n軸回転するクリノスタットを用いる三次元培養装置を用いて細胞培養し、クリノスタッ
ト搭載型循環システムを使用することにより糖尿病治療用人工膵島を形成することを特徴
とする細胞集塊形成法。
A method of forming a cell agglomeration comprising culturing cells using a three-dimensional culture apparatus using an n-axis rotating clinostat and forming an artificial islet for treating diabetes by using a clinostat-mounted circulation system.
培養液循環システムをクリノスタット内部に搭載することにより、培養液を循環すること
を特徴とする請求項1記載の細胞集塊形成法。
The method of forming a cell agglomeration according to claim 1, wherein the culture solution is circulated by mounting the culture solution circulation system inside the clinostat.
クリノスタットの各軸の回転を1分間に2rpm以下とすることを特徴とする請求項1記載
の細胞集塊形成法。
The cell clump formation method according to claim 1, wherein the rotation of each axis of the clinostat is 2 rpm or less per minute.
細胞は哺乳動物細胞であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の細胞集塊形
成法。
The method of forming a cell clump according to any one of claims 1 to 3, wherein the cell is a mammalian cell.
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