JP2008306977A - 細胞培養基材 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐薬剤品、衛生性に優れ、また生体内安定性に優れている特性を有するフッ素樹脂層を含む細胞培養基材において、細胞培養性に優れた細胞培養基材を提供することを課題とする。
【解決手段】細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角が９５°〜５０°のフッ素樹脂層を含む細胞培養基材による。かかる細胞培養基材によると、優れた細胞培養性が認められ、さらには、耐薬剤品、クリーン性に優れ、また生体内安定性に優れているという性質は保持しており、例えば体内で使用される再生医療用基材として優れた補綴材とすることができる。
【選択図】 図２
【解決手段】細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角が９５°〜５０°のフッ素樹脂層を含む細胞培養基材による。かかる細胞培養基材によると、優れた細胞培養性が認められ、さらには、耐薬剤品、クリーン性に優れ、また生体内安定性に優れているという性質は保持しており、例えば体内で使用される再生医療用基材として優れた補綴材とすることができる。
【選択図】 図２
Description
本発明は、細胞培養基材に関するものであり、特にフッ素樹脂を含む細胞培養基材に関するものである。
細胞培養の技術は、再生医療などに代表される生態病変部の解明や、組織など欠損部への補綴材、薬剤の評価、細胞生産物の回収、細胞の生化学的現象や性質の解明、有用な物質の生産など、様々な分野で利用されている。
培養細胞は、接着非依存性細胞および接着依存性細胞の２種類に大別される。これらのうち、細胞が接着する基材を必要とする接着依存性細胞の培養では、細胞を培養する基材が必要となり、材質は細胞接着性のものが選択される。具体的には、ガラス、あるいはコロナ処理やプラズマ処理などの表面処理を施したポリスチレンなどの合成高分子材料などが細胞培養基材として普及している（特許文献１）。
一方では、細胞低接着性基材の開発も望まれている。これらは、人工血管、癒着防止膜やカテーテルといった様々な用途に利用される。
これまでに検討されている細胞低接着性基材として、以下が挙げられる。例えば、疎水性ポリマー基材（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリスチレン）は材質に特徴を有するといわれており、ＰＴＦＥは人工血管として利用されている（特許文献２）。
これまでに検討されている細胞低接着性基材として、以下が挙げられる。例えば、疎水性ポリマー基材（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリスチレン）は材質に特徴を有するといわれており、ＰＴＦＥは人工血管として利用されている（特許文献２）。
一方、ＰＴＦＥを代表とするフッ素樹脂は、耐薬剤品、衛生性に優れ、特に人工血管などの補綴材として用いられるなど生体内安定性に優れているという特徴がある。しかし、その高い疎水性のためにフッ素樹脂上では細胞培養性が低く、細胞培養を必要とする用途には使用しにくいものであった。細胞培養が必要な用途としては、例えば体内で使用される再生医療用基材が挙げられ、かかる基材は補綴材表面に細胞組織膜を形成促進し、生体組織との生体親和性を高める必要がある。
細胞培養基板として利用可能なパターン形成体について報告がある（特許文献４）。ここでは、フッ素ガスを導入ガスとしてプラズマ照射するプラズマ照射工程を有することを特徴とするパターン形成体が開示されている。かかるパターン形成体では、シランカップリング剤または上記シランカップリング剤の重合体を含有する中間層と、上記中間層上にパターン状に形成され、表面にフッ素が含有されている撥液性樹脂層とを有することが記載されているが、表面にフッ素が含有される部位は撥液性であり、フッ素面を処理して親水性を高めることは開示されていない。
特開２００５−２７５３２号公報
特許第２９８６７２８号公報
特許第３４４１５３０号公報
特開２００７−３７５５号公報
本発明は、耐薬剤品、衛生性に優れ、また生体内安定性に優れている特性を有するフッ素樹脂層を含む細胞培養基材において、さらに細胞培養性に優れた細胞培養記載を提供することを課題とする。
本発明者らは、上細胞培養基材における水静的接触角と親水性および疎水性性質との関係に着目し、記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角が９５°〜５０°の場合に、フッ素樹脂層を含む細胞培養基材が細胞培養性に優れていることを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、以下よりなる。
１．フッ素樹脂を含む細胞培養基材において、前記細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角が９５°〜５０°であることを特徴とする細胞培養基材。
２．フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである前項１の細胞培養基材。
１．フッ素樹脂を含む細胞培養基材において、前記細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角が９５°〜５０°であることを特徴とする細胞培養基材。
２．フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである前項１の細胞培養基材。
本発明のフッ素樹脂層を含む細胞培養基材によると、優れた細胞培養性が認められた。さらには、該細胞培養基材は、耐薬剤品、クリーン性に優れ、また生体内安定性に優れているという性質は保持しており、例えば体内で使用される再生医療用基材として優れた補綴材とすることができる。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
本発明のフッ素樹脂を含む細胞培養基材とは、細胞培養基材においてフッ素樹脂を含むものであればよく、全てがフッ素樹脂であってもよく、一部がフッ素樹脂であってもよい。例えば、通常使用されるポリカプロラクトン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）やポリ乳酸-グリコール酸（ＰＬＧＡ）などに代表される生分解性材料や、ポリスチレンなどの樹脂に、フッ素樹脂がコーティングされているものであってもよい。
本発明のフッ素樹脂を含む細胞培養基材とは、細胞培養基材においてフッ素樹脂を含むものであればよく、全てがフッ素樹脂であってもよく、一部がフッ素樹脂であってもよい。例えば、通常使用されるポリカプロラクトン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）やポリ乳酸-グリコール酸（ＰＬＧＡ）などに代表される生分解性材料や、ポリスチレンなどの樹脂に、フッ素樹脂がコーティングされているものであってもよい。
フッ素樹脂の種類は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（略称：ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン-パーフルオロビニルエーテル共重合体（ネオフロンＰＦＡ、略称：ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体（共重合体ネオフロンＦＥＰ、略称：ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体（ネオフロンＥＴＦＥ、略称：ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ネオフロンＰＶＤＦ、略称：ＰＶＤＦ）、トリフルオロ塩化エチレン樹脂（ネオフロンＰＣＴＦＥ、略称：ＰＣＴＦＥ）、溶融フッ素樹脂複合材（ネオフロンＦＭＣ）、ポリフロンＭＰＡ、低分子量テトラフルオロエチレン樹脂（ルブロン）などが例示される。本発明の細胞培養基材に含まれるフッ素樹脂としては、前記例示したいずれの樹脂であっても良いが、特にＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体など、パーフルオロ樹脂が薬品安定性、生体内安定性、衛生性などの面から好ましい。特にＰＴＦＥは、人工血管、人工硬膜、人工心膜など、生体内の補綴材としての実績があり、実際の使用面から好ましい材料である。
フッ素樹脂を含む基材を細胞培養基材として細胞を培養すると、細胞は通常三次元細胞塊（スフェロイド状）になりやすく、細胞の進展が起こりにいので、フッ素樹脂は細胞培養性が低い素材であると判断できる。これは、フッ素樹脂の高い疎水性のためと考えられる。そこで、本発明ではフッソ樹脂を処理して、適当な親水性に改良することにより、生体内安定性などのフッ素樹脂の特質は残したまま、細胞培養基材表面での細胞培養性を付与する。
細胞培養基材表面での細胞培養性を付与するために、細胞増殖性の観点から、本発明のフッ素樹脂を含む細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角は９５°〜５０°とし、特に９５°〜６５°が好適である。水静的接触角は、測定温度２５℃において、純水の液滴１μｌをシリンジより測定対象物に付着させ、シリンジのみを引き離して測定面に水滴を形成させて約５秒後に、測定面と水滴の接触角を測定して求めることができる（図１参照）。水静的接触角が９５°を超えると撥水性が高くなり、細胞培養性が低下する。一方、水静的接触角が５０°未満であると、親水性が高くなりすぎ、接着タンパク質が基材に吸着しにくくなり、細胞培養性が低下する。
上記の条件を満たすためのフッ素樹脂を含む細胞培養基材の表面改良方法は、特に限定されるものではないが、例えば、プラズマ処理、コロナ処理などの放電処理、ＵＶ処理、電子線・放射線処理、イオン注入法などが挙げられる。特に親水性基導入が容易な方法として紫外線照射を行うことができ、フッ素樹脂との結合エネルギーが１２８ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上の原子と親水基を有する化合物の存在下で、フッ素樹脂にエキシマレーザーを照射して親水化する方法などを適用することができる（特許第３３４０５０１号）。
その他、エキシマレーザーの代わりに、紫外線源として低圧水銀ランプを用いることもできる。具体的には、図２に示す配置からなる装置で、処理水溶液として水酸化アルミニウム／水酸化ナトリウム水溶液やホウ酸水溶液などを用いて、フッ素樹脂のフィルムの上から低水銀ランプで紫外線を照射して親水化を行うことができる。上記方法により、処理水溶液と接している面が改良され、親水化される。
他の方法として、図３に示すように、フッ素樹脂フィルムと石英ガラスで処理水溶液を挟み込み、石英ガラスを通して紫外線を照射することにより、フッ素樹脂フィルムの処理水溶液と接している面を改良し、親水化を行ってもよい。
他の方法として、図３に示すように、フッ素樹脂フィルムと石英ガラスで処理水溶液を挟み込み、石英ガラスを通して紫外線を照射することにより、フッ素樹脂フィルムの処理水溶液と接している面を改良し、親水化を行ってもよい。
上記表面改良方法により、紫外線処理でフッ素樹脂を含む細胞培養基材表面のＣ−Ｆ結合のフッ素原子が炭素原子より外れ、水酸基や水素原子などによって置換され、細胞培養基材の表面が親水化される。処理水溶液を用いずに紫外線を照射するのみで、はずれたフッ素原子がそのまま再結合するため、親水化が十分になされない。アルミニウムイオンやホウ素存在下では、これらの原子とフッ素が結合をつくることによりトラップされ、樹脂表面へのフッ素原子の再結合が抑制され、水溶液中の水酸基や水素原子が炭素原子と結合する。したがって、紫外線照射の際に利用可能な処理液として、アルミニウムイオンやホウ素を含む水溶液であれば良く、特に限定されないが、例えば水酸化アルミニウムのＮａＯＨ水溶液やホウ酸水溶液などが挙げられる。
フッ素樹脂を含む細胞培養基材表面の化学結合は、化学結合分析装置、例えば光電子分光分析装置（ＥＳＣＡ）を用いて調べることができる。ＥＳＣＡにおいて、例えば炭素との結合を調べるＣ１ｓスペクトルの分析結果から、フッ素原子が他の原子や官能基に置換された炭素原子の比率を調べることができる。光電子取り出し角は４５°としたとき、本発明のフッ素樹脂を含む細胞培養基材において、基材表面のフッ素原子が他の原子、官能基に置換された炭素原子の比率は、細胞培養性の面から２５〜６０％の割合であるのが好ましい。Ｃ−Ｆ結合から置換される共有結合種類としては、Ｃ−Ｈ、Ｃ−ＯＨ、Ｃ＝Ｏなどが挙げられる。置換された炭素原子の比率は、Ｃ１ｓスペクトルを波形分析して、Ｆが２つとも結合したまま残存する炭素原子の割合を差し引いて計算することができる。上記のような置換基を導入することで、細胞培養基材表面濡れ性が向上し、また細胞外マトリクスを形成するタンパク質などが細胞培養基材表面に接着しやすくなり、細胞培養性が向上すると考えられる。置換された炭素原子の比率が２５％未満の場合は撥水性が高くなり、接着タンパク質の活性が落ちると考えられ、細胞培養性が低下する。６０％を超えると親水性が高くなりすぎ、接着タンパク質が基材に吸着しにくくなり、細胞培養性が低下する。
（実施例１）
水静的接触角１２３°のＰＴＦＥフィルム（日東電工製、Ｎｏ．９００）（厚さ０．１ｍｍ、１１ｃｍ×８ｃｍ）に処理水溶液３ｍｌを加え、さらに石英ガラス（厚さ３ｍｍ）を重ねたものに、図２に示す配置で、低圧水銀灯（照度１０〜２０ｍＷ／ｃｍ２）で３０分間照射した。
処理水溶液は、Ａｌ（ＯＨ）３が０．１ｍｏｌ／ｌ、ＮａＯＨが５ｍｏｌ／ｌになるように調製した。
処理後のＰＴＦＥフィルム表面の処理面の水静的接触角は５３°であった。また、炭素原子置換率は、ＥＳＣＡによるＣ１ｓスペクトル分析で６０％であった。
水静的接触角１２３°のＰＴＦＥフィルム（日東電工製、Ｎｏ．９００）（厚さ０．１ｍｍ、１１ｃｍ×８ｃｍ）に処理水溶液３ｍｌを加え、さらに石英ガラス（厚さ３ｍｍ）を重ねたものに、図２に示す配置で、低圧水銀灯（照度１０〜２０ｍＷ／ｃｍ２）で３０分間照射した。
処理水溶液は、Ａｌ（ＯＨ）３が０．１ｍｏｌ／ｌ、ＮａＯＨが５ｍｏｌ／ｌになるように調製した。
処理後のＰＴＦＥフィルム表面の処理面の水静的接触角は５３°であった。また、炭素原子置換率は、ＥＳＣＡによるＣ１ｓスペクトル分析で６０％であった。
（実施例２）
図１に示す配置で、低水銀灯で５分間照射した以外は実施例１と同様の方法により、接触角７２°の表面処理ＰＴＦＥフィルムを得た。
図１に示す配置で、低水銀灯で５分間照射した以外は実施例１と同様の方法により、接触角７２°の表面処理ＰＴＦＥフィルムを得た。
（実施例３）
図２に示す配置で、低水銀灯で２０分間照射した以外は実施例１と同様の方法により、接触角８８°の表面処ＰＴＦＥフィルムを得た。
図２に示す配置で、低水銀灯で２０分間照射した以外は実施例１と同様の方法により、接触角８８°の表面処ＰＴＦＥフィルムを得た。
（実施例４）
図１に示す配置で、低水銀灯で１分間照射した以外は実施例１と同様の方法により、接触角９５°の表面処理ＰＴＦＥフィルムを得た。炭素原子置換率は、２５％であった。
図１に示す配置で、低水銀灯で１分間照射した以外は実施例１と同様の方法により、接触角９５°の表面処理ＰＴＦＥフィルムを得た。炭素原子置換率は、２５％であった。
（比較例１）
低圧水銀ランプで表面処理しない水静的接触角１２３°のＰＴＦＥフィルム（日東電工製、Ｎｏ．９００）（厚さ０．１ｍｍ、１１ｃｍ×８ｃｍ）を、比較例のＰＴＦＥフィルムとした。
低圧水銀ランプで表面処理しない水静的接触角１２３°のＰＴＦＥフィルム（日東電工製、Ｎｏ．９００）（厚さ０．１ｍｍ、１１ｃｍ×８ｃｍ）を、比較例のＰＴＦＥフィルムとした。
（実験例）
実施例１〜４、比較例１のフィルムについて細胞培養試験を行った。実施例１〜４、および比較例１のＰＴＦＥフィルムをエチレンオキサイドガス滅菌し、２４ウェル培養皿（ポリスチレンコロナ処理品：イワキ製）に置いた。参考例では、ＰＴＦＥフィルムを置かなかった。次に、Ｌ６細胞（マウス骨格筋由来細胞株）をCell Counting Kit-8 (DOJINDO)を用いて細胞数を計測し、４０ｃｅｌｌｓ／ｍｍ２となるように上記各ウェルに播種し、ＤＭＥＭ（１％ペニシリン／ストレプトマイシン、１０％ウシ胎児血清）を用いて３７±１℃で４日間培養した。培養４日目にCell Counting Kit-8 (DOJINDO)を用いて細胞数を計測した。
実施例１〜４、比較例１のフィルムについて細胞培養試験を行った。実施例１〜４、および比較例１のＰＴＦＥフィルムをエチレンオキサイドガス滅菌し、２４ウェル培養皿（ポリスチレンコロナ処理品：イワキ製）に置いた。参考例では、ＰＴＦＥフィルムを置かなかった。次に、Ｌ６細胞（マウス骨格筋由来細胞株）をCell Counting Kit-8 (DOJINDO)を用いて細胞数を計測し、４０ｃｅｌｌｓ／ｍｍ２となるように上記各ウェルに播種し、ＤＭＥＭ（１％ペニシリン／ストレプトマイシン、１０％ウシ胎児血清）を用いて３７±１℃で４日間培養した。培養４日目にCell Counting Kit-8 (DOJINDO)を用いて細胞数を計測した。
細胞数の観察を行った結果を表１に示した。これにより、フッ素樹脂に表面処理を施すことで、従来用いられている市販の培養皿と同等以上の細胞培養性を得ることができた。
以上詳述したように、本発明のフッ素樹脂層を含む細胞培養基材によると、優れた細胞培養性が認められた。さらには、該細胞培養基材は、耐薬剤品、クリーン性に優れ、また生体内安定性に優れているという性質は保持しており、例えば体内で使用される再生医療用基材として優れた補綴材とすることができる。
α 水静的接触
１ 低圧水銀ランプ
２ フッ素樹脂層を含む細胞培養基材
３ 処理水溶液
４ 処理台
５ 石英ガラス
１ 低圧水銀ランプ
２ フッ素樹脂層を含む細胞培養基材
３ 処理水溶液
４ 処理台
５ 石英ガラス
Claims (2)
- フッ素樹脂を含む細胞培養基材において、前記細胞培養基材の細胞培養表面の水静的接触角が９５°〜５０°であることを特徴とする細胞培養基材。
- フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンである請求項１の細胞培養基材。
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