JP2006325532A - 細胞培養容器,細胞培養容器の製造方法、及び培養細胞 - Google Patents
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Abstract
簡便に簡単な構造で剥離時の細胞への損傷を防ぎ、栄養物の運搬,老廃物排出を促進するとともに、構造による培養効率の改善効果を高めることのできる細胞培養容器を提供する。
【解決手段】
培養容器に培養する細胞よりも小さい相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁を形成し、培養面側壁と培養面の境界線上にある任意の位置と最近接の突起物の距離が培養する細胞の直径よりも小さいことを特徴とする細胞培養容器を提供する。細胞培養容器の突起物が培養細胞に与える効果をより効率よく細胞に与えることができる。
【選択図】図1
Description
AB間の断面図を示す概念図である。図2(b)は、図2(a)の特に培養面102と培養面側壁103との境界部を示す概念図である。突起物101は培養面側壁103近くにまで形成されており、突起物101は培養面102の実質的に全面を覆っている。培養面側壁103と培養面102の境界線上にある任意の位置と最近接の突起物101の距離Iは培養する細胞の相当直径以下となるように設計されている。突起物101を含む培養面
102,培養面側壁103は一体となっており、同一の材料から形成されている。培養面側壁103にも突起物101を形成すれば突起物101による効果をさらに効率よく得ることができるため最も好ましいが、加工が困難である場合には培養面102よりも細胞が吸着し難い別の表面構造を形成するか、若しくは細胞非接着性の表面処理を施すことが可能である。培養面側壁103の高さは培養面102表面から溢れることなく培養液を保持できる高さがあることが好ましい。この高さは培養面102の面積や形状,親水性や培養面102に配する培養液の量に応じて最適の値とすることができるが、培養面102からの培養面側壁103の高さhを0.05mm以上100mm以下とすることが好ましい。また、この培養面側壁103は培養面102上の突起物101の高さよりも高くすることが好ましく、より好ましくは突起物101の高さの10倍以上に設定する。この高さは培養面102の形状にも依存するが、高さの下限は適正な量の培養液を突起物101を有する培養面102上に保持できるかどうかで決まり、高さの上限は培養液や細胞への操作性によって決まる。また、培養面側壁103の培養面102に対する傾斜角度θは培養液の保持と培養面側壁103への細胞の付着を妨げるために45度以上とすることが好ましい。また、必要に応じて多数の段を有する階段状の培養面側壁103を形成して培養面側壁103に表面構造を形成しやすくすることも可能である。
102上の突起物101の形状は第一の形態と同一であるが、培養面側壁103は培養面102よりも細胞付着性の低い材質から形成されており、培養面102へ接着されている。培養面側壁103と培養面102の間の接着は、突起物101を損ねることなく取り外し可能な構成とすることで、例えば培養後の観察操作を容易にすることもできる。
102上の突起物101の形状は第一,第二の形態と同一であるが、培養面102と培養面側壁103の間に培養面102を囲む培養面102よりも低い位置にある緩衝面104を形成している。培養面側壁103に細胞が吸着する場合でもこの緩衝面104を形成することで培養面102に培養面側壁103に吸着した細胞が移動することを防ぐことができる。
102から0.01mm 以上の高さがあり、培養面102を培養液で浸すことのできる構成とするために培養面側壁103の高さよりも小さい値となる。また、緩衝面の幅(培養面側壁から培養面端部までの距離)dは、細胞が培養面102へ移るのを防ぐために、培養する細胞の相当直径よりも大きくすることが好ましい。
105を加熱して軟化し、その容器原料105に突起物101,培養面102、及び培養面側壁103を規定する形状が形成された金型106を押し付けることにより、金型106の形状を容器原料105に転写し、突起物101,培養面102、及び培養面側壁103を有する細胞培養容器100を得ることができる。
105を加熱して軟化し、その容器原料105に突起物101,培養面102を規定する形状が形成された金型106を押し付けることにより、金型106の形状を容器原料105に転写する。その後、別に形成した培養面側壁103を培養面102に接合することによって細胞培養容器100を得ることができる。
105を加熱して軟化し、その容器原料105に突起物101,培養面102,培養面側壁103、及び緩衝面104を規定する形状が形成された金型106を押し付けることにより、金型106の形状を容器原料105に転写し、突起物101,培養面102,培養面側壁103、及び緩衝面104を有する細胞培養容器100を得ることができる。
100上の突起物101に相当する形状、つまり相当直径が10nm以上10μm以下であり、高さが10nm以上1mm以下である形状を表面に形成することが求められる。このため、金型は金属,カーボンやシリコンなどの無機物、及び樹脂組成物の少なくとも1つを含み、その表面形状は光リソグラフィ法,電子線直接描画法,粒子線ビーム加工法,走査プローブ加工法などの微細加工法や微粒子の自己組織化、又はこれらの手法により形成されたマスタよりナノインプリント法,射出成型法,無電解めっき法などにより形状転写することにより形成される。また、突起物101の微小な形状に比較すると、培養面側壁103を規定する形状はマクロスケールの形状であり、このような形状を形成する際には機械加工や複数の金型を接合するなどの手法を併用すると精度良く金型106を形成することができる。また、マクロ形状を規定する手法に焦点深度の大きい光リソグラフィ法やレーザ加工法、若しくは微粒子の自己組織化法などを組み合わせることで培養面側壁103に微細加工を施し、細胞の非接着性を付与することができる。また、図7〜図9では突起物101を形成する手法として軟化した容器原料105に金型106を押し付けるいわゆるナノインプリント法を用いたが、これ以外の射出成型法を代表とする樹脂の成型法や、金型を用いずレーザ加工法などで直接加工することも可能であるのは明らかである。
107で満たし、突起物101の上に細胞108を配置する。この後、常法により細胞
108を培養する。本発明の細胞培養容器100では、細胞108と培養面102との接触が突起物101によって点接触となるため、細胞108の剥離時に生じる損傷を防ぐことができる。また、突起物101の形状や突起物101の表面処理を、培養する細胞108によって変化させることにより、品質の良い培養細胞を剥離時の損傷なしに形成できる。また、本特許における細胞培養容器100においては突起物101は培養面102の実質的に全面を覆っているため、図11に示す端部に平面部の存在する細胞培養容器100のように培養面102の平坦部に付着する細胞109が存在しない為に、突起物101による細胞培養への改善効果を効率的にすることができる。また、培養面102に細胞108が付着する平坦部の領域を実質的に無くし、場合によっては培養面側壁103に細胞108が吸着することを妨げ、吸着してもその部位で吸着した細胞108が培養面102に配されることを防ぐ構造を形成することによって、突起物101が細胞108に特異な影響を与える際に突起物101が形成されていない部位で培養された細胞108が混合することを防ぐという効果を得ることもできる。なお、細胞108とは、培養組織,器官に代表される組織化された培養細胞をも含む概念である。
107や細胞108が偏ったり、培養面102から漏れたりすることを防ぐ必要があるため、細胞培養容器100は容器全体としては十分な剛性を有することが好ましい。このため、例えば細胞培養容器100の少なくとも周辺部や培養面102以外の領域の一部は厚み0.5mm 以上の剛性のある構造とすると良い。なお、培養面102を構成する部材における吸光や蛍光を軽減し、外部からの温度伝導を促進するために培養面102においては周辺部よりも薄く設定することができる。また、より軽量で剛性の高い構造とする為に、細胞培養容器100の端部などで折り曲げて強度を補強する領域を形成したり、培養面側壁103の培養面102に対して反対側を中空とするような構造を取ったりすることで強度やハンドリング性に関連の無い部位を除去することもできる。また、細胞培養容器100が単体では十分な剛性を有さない場合には細胞培養容器100に培養面102を形成した後に、別に形成した剛性を有する部材を細胞培養容器100に取り付けることによって剛性を付与することもできる。
mmのPDMS(Poly(dimethyl siloxane)、ダウ・コーニング社)から成る。培養面102は一片0.90cm の正方形であり、培養面側壁103は概鉛直方向に立って培養面102を囲んでいる。また、培養面102は細胞培養容器100中央部に2ヶ所形成されており、互いの距離を5mm空けている。なお、培養面102上に形成された突起物101は底面の直径が500nm,高さ1μmの円柱状であり、第一の実施例と全く同じ構成である。
106に形成することができる。また、培養面側壁103の形成にも金型を用い、その金型は鉄,ニッケルなどの金属から形成することが多いが、求められる加工精度や簡便性,可視性などの必要性に応じて有機樹脂やシリコンウエハ,ガラスなど無機物などから形成することも可能である。培養面側壁103を形成する金型の形成方法としてはその加工精度と金型の材質に応じて先に細胞培養容器100の形成で用いる金型106の製造方法として示した手法の中から選択される。
cm,高さ1mmの凸形状を有する形状を加工した金型117を形成した。その後、金型表面にフッ素系の離型処理を施し、硬化前のPDMSを硬化剤と混合して金型117に高さ
0.7mm 分をキャストして120℃,10分の熱処理を施してPDMSを硬化して金型から外し、培養面側壁103とした。このようにして形成したPDMS製の培養面側壁103は細胞接着性が低いために細胞培養容器100に好適である。また、PDMS製の培養面側壁103は培養面102との密着性が高いために、培養面102上の所定の位置に培養面側壁103を配して密着させることで培養に必要な密着性を得ることができる。また、培養面102の突起物101は先に示したように一辺1cm角の正方形の領域に形成されており、培養面側壁103は培養面102の端部0.05cm を覆うように密着させることによって、培養面側壁103と突起物101の距離を突起物101の間隔である1μmとすることができる。また、必要な細胞を培養した後に、培養液を取り除いて培養面側壁103を培養面102から引き離すことで容易に培養面側壁103を除くことができる。このため、観察時に障害となる培養面側壁103を取り外すことが可能であり、正立型の光学顕微鏡による高解像度観察や走査型電子顕微鏡による培養後の細胞の形状評価に好適である。
CollagenI,溶媒:0.02M 酢酸水溶液)を突起物101の高さよりも薄くコートさせた表面親水化PDMS製の平滑スタンプを密着させ、突起物101の先端部のみコラーゲンI溶液を付着させた。平滑スタンプを除いた後に室温にて1時間保持してPBS(リン酸緩衝液)で洗浄することで、突起物101の先端部のみにコラーゲンIによる修飾を加え、細胞培養に適した表面処理を行った。
Cyro hMSC No.2051)を培地(CAMBREX社、ブレットキットMSCGM(間葉系幹細胞増殖用培地))中に播種し、37℃・5%CO2 下のインキュータ内で5日間培養した。比較のために一般的に用いられる動物細胞培養用ディッシュ(Corning社) においても同様の条件でヒト間葉系幹細胞を培養した。
102近傍から底面に対して70度の角度で培養に用いている培地を吐出することによって発生させた。
112…第二の金型原盤部品、113…金型原盤、114…レプリカ材料、115…金型レプリカ、116…ニッケル板。
Claims (27)
- 培養する細胞よりも微小な相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁の二つの部位を含む細胞培養容器であって、培養する細胞よりも微小な相当直径の突起物が培養面全体に形成されており、培養面側壁の培養面の境界線上にある任意の位置と最近接の突起物の距離が培養する細胞の直径よりも小さいことを特徴とする細胞培養容器。
- 培養する細胞よりも微小な相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁の二つの部位を含む細胞培養容器であって、さらに培養面側壁と培養面の間に培養面よりも低い位置にある緩衝面が形成されており、培養する細胞よりも微小な相当直径の突起物が培養面全体に形成されており、緩衝面側にある培養面端部の任意の位置と最近接の突起物の距離が培養する細胞の直径よりも小さいことを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、培養面が培養面側壁によって2つ以上に分離されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、表面の突起物を含む培養面と培養面側壁が同一の材料から成り、一体であることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、表面の突起物と培養面が同一の材料からなり、培養面側壁の少なくとも一部が培養面とは異なる材料から成ることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、表面の突起物と培養面が同一の材料からなり、培養面側壁の少なくとも一部が培養面から取り外し可能であることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、培養面側壁に培養する細胞よりも微小な相当直径の突起物が形成されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、培養面側壁に表面構造の形成、若しくは細胞難接着性の表面修飾が成されることによって細胞が培養面に比較して培養面側壁に吸着し難いことを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、前記突起物の間隔が該細胞の直径よりも小さいことを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、表面の突起物の相当直径が10nm以上10μm以下であり、高さが10nm以上1mm以下である突起物であることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、培養面からの培養面側壁の高さが0.05mm以上100mm以下であり、培養面に対する傾斜角度が45度以上であることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、細胞培養容器の厚みが0.5mm 以上である領域を含むことを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、細胞培養容器の全体、若しくはその一部に、親水処理,疎水化処理,金属層の形成、又は、有機物質の被覆のいずれか1つ以上の処理が施されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、細胞培養容器内の特定の領域に選択的に親水処理,疎水化処理,金属層の形成、又は、有機物質の被覆のいずれかの1つ以上の処理が施されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、細胞培養容器内の突起物を構成する個々の突起物に対して選択的に親水処理,疎水化処理,金属層の形成、又は有機物質の被覆のいずれか1つ以上の処理が施されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器であって、細胞培養容器内の突起物を構成する突起群の先端部のみに親水処理,疎水化処理,金属層の形成、又は有機物質の被覆が施されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 培養する細胞よりも微小な相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁の二つの部位を含む細胞培養容器の製造方法であって、
培養面表面の複数の突起物を含む培養面と培養面側壁の形状に相当する形状を有する一つの金型を軟化した状態の容器原料に配し、突起物を含む培養面と培養面側壁の形状を容器原料に形成する工程と、
金型を容器原料から外す工程と、
を含むことを特徴とする細胞培養容器の製造方法。 - 培養する細胞よりも微小な相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁の二つの部位を含む細胞培養容器の製造方法であって、
培養面表面の複数の突起物を含む培養面に相当する形状を有する一つの金型を軟化した状態の容器原料に配し、突起物を含む培養面の形状を容器原料に形成する工程と、
金型を容器原料から外す工程と、
培養面側壁を容器原料に接合する工程と、
を含むことを特徴とする細胞培養容器の製造方法。 - 請求項17又は18に記載の細胞培養容器の製造方法であって、金型が培養面を囲む培養面よりも低い位置にある緩衝面を規定する形状を有することを特徴とする細胞培養容器の製造方法。
- 請求項17又は18に記載の細胞培養容器の製造方法であって、さらに製造した細胞培養容器の一部を切断する工程が含まれていることを特徴とする細胞培養容器の製造方法。
- 請求項17又は18に記載の細胞培養容器の製造方法であって、さらに製造した細胞培養容器の培養面を外界から隔離する梱包工程が含まれていることを特徴とする細胞培養容器の製造方法。
- 請求項17又は18に記載の細胞培養容器の製造方法であって、さらに製造した細胞培養容器の培養面を、細胞培養容器を構成する材料のガラス転移点よりも低い温度において滅菌処理を施す工程が含まれていることを特徴とする細胞培養容器の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の細胞培養容器で培養されたことを特徴とする培養細胞。
- 細胞を培養するための細胞培養容器であって、培養する細胞よりも微小な相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁の二つの部位を含み、該培養面は培養面側壁によって複数領域に分離されており、培養面からの培養面側壁の高さが0.05mm以上100mm以下であり、細胞培養容器の少なくとも一部の厚みが0.5mm 以上であることを特徴とする細胞培養容器。
- 細胞を培養するための細胞培養容器であって、培養する細胞よりも微小な相当直径の複数の突起物を有する培養面と、培養面を囲む培養面側壁と、培養面側壁と培養面の間に培養面よりも低い位置にある緩衝面を含み、該培養面は培養面側壁によって複数領域に分離されており、該緩衝面の幅が培養する細胞の直径よりも大きいことを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項24又は25に記載の細胞培養容器であって、培養面側壁の一部に細胞培養容器を切断するための切り込み部、又は、切り取り線が形成されていることを特徴とする細胞培養容器。
- 請求項24又は25に記載の培養容器であって、培養面に形状された突起物の表面処理,高さ,先端部直径,相当直径,間隔あるいは配置の少なくとも一つの形状が分離された領域毎に異なることを特徴とする細胞培養容器。
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