JP2009278960A - Method for producing spheroid and spheroid array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スフェロイドの製造方法、およびスフェロイドアレイに関する。 The present invention relates to a method for producing a spheroid and a spheroid array.
近年、種々の組織細胞に分化する潜在的能力を保持した胚性幹細胞を用いて、人工的に各種組織細胞への分化誘導を行い、再生医療等へ応用することが検討されている。胚性幹細胞をin vitroで、種々の組織細胞へ分化誘導する方法としては、サイトカインや成長因子を作用させる方法、遺伝子を導入する方法等が知られている。
例えば、胚性幹細胞から形成した胚様体に、ウイルスベクターを用いて特定の遺伝子を導入することで、特定の組織細胞への分化を促進させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, it has been studied to artificially induce differentiation into various tissue cells using embryonic stem cells having the potential to differentiate into various tissue cells, and to apply them to regenerative medicine and the like. As a method for inducing differentiation of embryonic stem cells into various tissue cells in vitro, a method in which a cytokine or a growth factor is acted, a method in which a gene is introduced, and the like are known.
For example, a method of promoting differentiation into a specific tissue cell by introducing a specific gene into an embryoid body formed from embryonic stem cells using a viral vector is known (see, for example, Patent Document 1). ).
また、胚性幹細胞から胚葉体を形成する方法としては、ハンギングドロップ中で胚性幹細胞を培養する方法や、ペトリディッシュに播種する方法等が一般に知られている。さらに特定の形状を有する培養容器中で胚性幹細胞を培養することで質的に安定した胚葉体を効率的に形成する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、形成される胚様体の大きさが不揃いとなりやすいため、分化誘導の効率が十分とは言い難く、また安定的に分化誘導を行うことが困難であった。また、特許文献2に記載の方法では、形成される肺様体の大きさを均一に制御することが困難であり、また一度に形成できる肺様体の数も十分であるとは言い難かった。 However, in the method described in Patent Document 1, the size of the embryoid bodies to be formed tends to be uneven, so that the efficiency of differentiation induction is not sufficient, and it is difficult to stably induce differentiation. It was. Further, in the method described in Patent Document 2, it is difficult to uniformly control the size of the formed lung-like bodies, and it is difficult to say that the number of lung-like bodies that can be formed at one time is sufficient. .
本発明は、均一な大きさを有する胚性幹細胞由来のスフェロイドを、一度に大量に形成することが可能なスフェロイドの製造方法を提供することを課題とする。また本発明は均一な大きさを有する胚性幹細胞由来のスフェロイドが、アレイ状に配置されたスフェロイドアレイを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a spheroid capable of forming a large amount of spheroids derived from embryonic stem cells having a uniform size at a time. Another object of the present invention is to provide a spheroid array in which embryonic stem cell-derived spheroids having a uniform size are arranged in an array.
本発明の第1の態様は、基材と、前記基材上に配置され、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有する分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含有する感光性組成物を硬化させて形成された複数の親水性領域および疎水性領域と、を含む基板上に、胚性幹細胞を播種することと、播種された胚性幹細胞を培養することと、培養された胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させることと、を含むスフェロイドの製造方法である。
前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体は重合度が5〜1000のポリアルキレングリコール基を4以上有することが好ましい。
The first aspect of the present invention is a base material, a trivalent or higher-valent linkage that binds to the polyalkylene glycol group and three or more polyalkylene glycol groups that are disposed on the base material and have a polymerizable substituent at the terminal. Seeding embryonic stem cells on a substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed by curing a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having a group, and seeding A method for producing spheroids, comprising culturing cultured embryonic stem cells and forming spheroids derived from cultured embryonic stem cells.
The branched polyalkylene glycol derivative preferably has 4 or more polyalkylene glycol groups having a polymerization degree of 5 to 1000.
本発明の第2の態様は、前記スフェロイドの製造方法で製造され、内胚葉系マーカーであるAFPの発現量が、中胚葉系マーカーであるFlK−1及び外胚葉系マーカーであるNCAMの少なくとも一方の発現量よりも大きいスフェロイドである。 According to a second aspect of the present invention, the expression level of AFP that is an endoderm marker produced by the spheroid production method is at least one of FlK-1 that is a mesodermal marker and NCAM that is an ectoderm marker. It is a spheroid larger than the expression level.
本発明の第3の態様は、基材と、前記基材上に配置され、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有する分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含有する感光性組成物を硬化させて、アレイ状に形成された複数の親水性領域および疎水性領域と、を含む基板と、前記疎水性領域に配置された胚性幹細胞由来の複数のスフェロイドと、を含むスフェロイドアレイである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a base material, three or more polyalkylene glycol groups disposed on the base material and having a polymerizable substituent at a terminal, and a trivalent or higher valent bond that binds to the polyalkylene glycol group. A substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed in an array by curing a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having a group, and disposed in the hydrophobic region A plurality of spheroids derived from embryonic stem cells.
本発明の第4の態様は、前記スフェロイドアレイを用いる薬物スクリーニング方法である。前記薬物スクリーニング方法は、高分子ミセルに内包された薬物を前記スフェロイドに接触させることを含むことが好ましい。 A fourth aspect of the present invention is a drug screening method using the spheroid array. It is preferable that the drug screening method includes contacting a drug encapsulated in polymer micelles with the spheroid.
本発明の第5の態様は、基材と、前記基材上に配置され、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有する分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含有する感光性組成物を硬化させて形成された複数の親水性領域および疎水性領域と、を含む基板上に、胚性幹細胞を播種することと、分化誘導因子の存在下に播種された胚性幹細胞を培養することと、培養された胚性幹細胞から分化誘導された細胞を得ることと、を含む胚性幹細胞の分化誘導方法である。また前記分化誘導因子は高分子ミセルに内包された状態で添加されることが好ましい。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a base material, three or more polyalkylene glycol groups that are disposed on the base material and have a polymerizable substituent at the terminal, and a trivalent or higher-valent bond that binds to the polyalkylene glycol group. Seeding embryonic stem cells on a substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed by curing a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having a group, and differentiation A method for inducing differentiation of embryonic stem cells, comprising culturing embryonic stem cells seeded in the presence of an inducer and obtaining cells induced to differentiate from the cultured embryonic stem cells. The differentiation-inducing factor is preferably added in a state of being encapsulated in polymer micelles.
本発明によれば、均一な大きさを有する胚性幹細胞由来のスフェロイドを、一度に大量に形成することが可能なスフェロイドの製造方法を提供することができる。また本発明によれば、均一な大きさを有する胚性幹細胞由来のスフェロイドが、アレイ状に配置されたスフェロイドアレイを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the spheroid which can form the spheroid derived from the embryonic stem cell which has a uniform magnitude | size in large quantities at once can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a spheroid array in which spheroids derived from embryonic stem cells having a uniform size are arranged in an array.
本発明のスフェロイドの製造方法は、基材と、前記基材上に配置され、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有する分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含有する感光性組成物を硬化させて形成された複数の親水性領域および疎水性領域と、を含む基板上に、胚性幹細胞を播種することと、播種された胚性幹細胞を培養することと、培養された胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させることと、を含むことを特徴とする。
かかる基板を用いることで、均一な大きさを有する胚性幹細胞由来のスフェロイドを、一度に大量に形成することができる。
The method for producing a spheroid of the present invention comprises a base material, a trivalent or higher-valent linkage that binds to the polyalkylene glycol group and three or more polyalkylene glycol groups that are disposed on the base material and have a polymerizable substituent at the terminal. Seeding embryonic stem cells on a substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed by curing a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having a group, and seeding Culturing the cultured embryonic stem cells and forming spheroids derived from the cultured embryonic stem cells.
By using such a substrate, a large amount of embryonic stem cell-derived spheroids having a uniform size can be formed at a time.
本発明における基板は、基材と、後述する特定構造の分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含む感光性組成物を用いて、基材上に形成された複数の親水性領域および疎水性領域とを含む。前記親水性領域は、前記感光性組成物が硬化した架橋体が形成された領域であり、また前記疎水性領域は、前記親水性領域以外の領域であって基材が露出した領域である。 The substrate in the present invention includes a base material and a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed on the base material using a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having a specific structure described later. The hydrophilic region is a region where a crosslinked product obtained by curing the photosensitive composition is formed, and the hydrophobic region is a region other than the hydrophilic region where the substrate is exposed.
本発明における基板は、複数の前記親水性領域と複数の疎水性領域とが区画化されて形成された基板であることが好ましい。また前記親水性領域および疎水性領域の数、大きさおよびその形状には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。尚、本発明における基板およびその作製方法の詳細については後述する。 The substrate in the present invention is preferably a substrate formed by partitioning a plurality of the hydrophilic regions and a plurality of hydrophobic regions. Further, the number, size, and shape of the hydrophilic region and the hydrophobic region are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. In addition, the detail of the board | substrate in this invention and its manufacturing method is mentioned later.
本発明においては、均一な大きさのスフェロイドを形成する観点から、前記複数の疎水性領域が均一な大きさおよび形状を有していることが好ましい。
また、大量の均質なスフェロイドを効率的に形成する観点から、前記疎水性領域を例えば円状に形成した場合の大きさとして、直径が50〜500μmであることが好ましく、100〜300μmであることがより好ましい。
In the present invention, it is preferable that the plurality of hydrophobic regions have a uniform size and shape from the viewpoint of forming a spheroid having a uniform size.
In addition, from the viewpoint of efficiently forming a large amount of homogeneous spheroids, the diameter is preferably 50 to 500 μm, preferably 100 to 300 μm as the size when the hydrophobic region is formed in a circular shape, for example. Is more preferable.
本発明のスフェロイドの作製方法は、前記基板上に、胚性幹細胞を播種することと、播種された胚性幹細胞を培養することと、培養された胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させることを含む。
前記基板上に胚性幹細胞を播種し、培養することで、前記基板上の疎水性領域に胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成することができる。すなわち、前記基板上の疎水性領域にのみ胚性幹細胞が配置され、親水性領域には胚性幹細胞が接着しないことにより、疎水性領域の数、大きさ、およびその形状に応じた胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成することができる。
The method for producing spheroids of the present invention includes seeding embryonic stem cells on the substrate, culturing the seeded embryonic stem cells, and forming spheroids derived from the cultured embryonic stem cells. .
By seeding and culturing embryonic stem cells on the substrate, spheroids derived from embryonic stem cells can be formed in the hydrophobic region on the substrate. That is, embryonic stem cells are arranged only in the hydrophobic region on the substrate, and the embryonic stem cells do not adhere to the hydrophilic region, so that the embryonic stem cells according to the number, size, and shape of the hydrophobic region Origin spheroids can be formed.
前記胚性幹細胞は、異なる機能を持つ種々の細胞に分化可能な細胞である。このような胚性幹細胞の由来は、哺乳動物であれば特に制限はなく、霊長類(例えば、ヒト、サルなど)、有蹄類(例えば、ブタ、ウシ、ウマなど)、小型哺乳類のげっ歯類(例えば、マウス、ラット、ウサギなど)の種々の動物から、使用目的に応じて適宜選択することができる。
胚性幹細胞の調製方法は、当該技術分野において周知の方法を用いて行うことができる。例えば、胚性幹細胞のみを選択的に生育させることができるような培養条件下で細胞を培養することで得ることができる。
The embryonic stem cell is a cell that can be differentiated into various cells having different functions. The origin of such embryonic stem cells is not particularly limited as long as it is a mammal, and includes primates (eg, humans, monkeys, etc.), ungulates (eg, pigs, cows, horses, etc.), small mammalian rodents. Depending on the purpose of use, it can be appropriately selected from a variety of animals (eg, mouse, rat, rabbit, etc.).
The method for preparing embryonic stem cells can be performed using methods well known in the art. For example, it can be obtained by culturing cells under culture conditions that allow only embryonic stem cells to be selectively grown.
胚性幹細胞の培養には、通常使用される培地を使用することができる。培養に用いられる培地としては、一般に動物細胞の培養に用いられる培地であればよく、例えばダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)等を挙げることができる。
この培地には、細胞の増殖を促進するための血清を添加するか、あるいは血清に代替するものとして、例えばFGF、EGF、PDGF等の細胞増殖因子やトランスフェリン等の既知血清成分を添加してもよい。なお、血清を添加する場合の濃度は、そのときの培養状態によって適宜変更することができるが、通常5容量%〜10容量%とすることができる。また、適宜、各種ビタミンやストレプトマイシン等の抗生物質(AB)を添加したものであってもよい。さらに培地には、胚性幹細胞の自己複製能を維持しつつ、種々の組織細胞への分化を抑制する因子(例えば、白血病抑制因子(LIF)等)が含まれていてもよい。
For culture of embryonic stem cells, a commonly used medium can be used. The medium used for the culture may be a medium generally used for culturing animal cells, and examples thereof include Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM).
To this medium, serum for promoting cell growth may be added, or as an alternative to serum, for example, cell growth factors such as FGF, EGF, PDGF, and known serum components such as transferrin may be added. Good. In addition, although the density | concentration in the case of adding serum can be suitably changed according to the culture state at that time, it can usually be 5 volume%-10 volume%. Moreover, what added antibiotics (AB), such as various vitamins and streptomycin, may be used suitably. Furthermore, the medium may contain a factor (for example, leukemia inhibitory factor (LIF) or the like) that suppresses differentiation into various tissue cells while maintaining the self-renewal ability of embryonic stem cells.
胚性幹細胞の培養には、通常の培養条件、例えば37℃の温度で5%CO2濃度のインキュベーター内での培養が適用される。
また胚性幹細胞由来のスフェロイドの形成においては、通常の培養条件で2時間〜2日程度培養を行うことでスフェロイドを形成することができる。
For culturing embryonic stem cells, normal culturing conditions such as culturing in an incubator with a temperature of 37 ° C. and a concentration of 5% CO 2 are applied.
In the formation of spheroids derived from embryonic stem cells, spheroids can be formed by culturing for about 2 hours to 2 days under normal culture conditions.
本発明における胚性幹細胞の培養に用いる培地としては、効率的なスフェロイド形成の観点から、LIFを含まない培地を用いることが好ましく、LIFを含まずレチノイン酸を含む培地を用いることがより好ましい。 As a medium used for culturing embryonic stem cells in the present invention, it is preferable to use a medium that does not contain LIF, and more preferably a medium that does not contain LIF and contains retinoic acid, from the viewpoint of efficient spheroid formation.
前記基板上に、胚性幹細胞を播種する方法に特に制限はなく通常の方法を適宜用いることができる。また播種する胚性幹細胞の密度については、スフェロイドが形成可能であれば特に制限はなく、基板の大きさ、疎水性領域の数及び大きさ等に応じて適宜選択することができる。例えば、1×104〜1×108cells/mLとすることができ、1×104〜1×106cells/mLであることが好ましい。 There is no particular limitation on the method of seeding embryonic stem cells on the substrate, and a normal method can be used as appropriate. The density of embryonic stem cells to be seeded is not particularly limited as long as spheroids can be formed, and can be appropriately selected according to the size of the substrate, the number and size of the hydrophobic regions, and the like. For example, it can be set to 1 × 10 4 to 1 × 10 8 cells / mL, and is preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 6 cells / mL.
本発明において胚性幹細胞由来のスフェロイドの形成は、形態観察に基づいて判断することができる。すなわち、播種された胚性幹細胞は、培養期間の経過に伴って、疎水性領域上に集合し、細胞凝集塊(スフェロイド)の形成をする
またスフェロイド形成の他の指標として、培養期間の経過に伴うアルカリホスファターゼ(ALP)活性が低下を用いてもよい。
In the present invention, the formation of embryonic stem cell-derived spheroids can be determined based on morphological observation. That is, the seeded embryonic stem cells gather on the hydrophobic region as the culture period progresses to form cell aggregates (spheroids). As another indicator of spheroid formation, A concomitant decrease in alkaline phosphatase (ALP) activity may be used.
本発明のスフェロイドの製造方法によれば、均一な大きさで且つ大量のスフェロイドを基板上に形成することができる。このようなスフェロイドは、細胞の性質もほぼ均質なものであるため、種々の挙動において同様の傾向を示すことができる。
したがって本発明のスフェロイドの製造方法で形成されたスフェロイドを、例えば、薬物スクリーニングに適用することで、より高感度かつ高精度な薬物スクリーニングが可能となる。また、かかるスフェロイドは、所定の刺激に対応して同程度の分化を誘導することができる。
According to the method for producing spheroids of the present invention, a large amount of spheroids having a uniform size can be formed on a substrate. Since such spheroids have almost homogeneous cell properties, they can show the same tendency in various behaviors.
Therefore, by applying the spheroid formed by the spheroid production method of the present invention to, for example, drug screening, it becomes possible to perform drug screening with higher sensitivity and accuracy. Such spheroids can induce the same degree of differentiation in response to a predetermined stimulus.
本発明のスフェロイドの製造方法で形成された胚性幹細胞由来のスフェロイドにおいては、内胚葉系マーカーであるAFPの発現量が、中胚葉系マーカーであるFlk−1の発現量および外胚葉系マーカーであるNCAMの発現量の少なくとも一方よりも大きいことを特徴とするが、さらに未分化性マーカーであるOct4の発現量が低下していることが好ましい。
これにより本発明のスフェロイドを、内胚葉系の組織細胞への分化誘導に好適に適用することができる。
In the spheroid derived from embryonic stem cells formed by the spheroid production method of the present invention, the expression level of AFP, which is an endoderm marker, is the expression level of Flk-1, which is a mesoderm marker, and the ectoderm marker. Although it is characterized by being larger than at least one expression level of NCAM, it is preferable that the expression level of Oct4, which is an undifferentiated marker, is further reduced.
Thereby, the spheroid of the present invention can be suitably applied to induce differentiation into endoderm tissue cells.
また前記AFPの発現量は、Flk−1の発現量およびNCAMの発現量の少なくとも一方の50倍以上であることが好ましく、200倍以上であることがより好ましい。
本発明においてAFP等のマーカーの発現量は、RT−PCRを用いて通常の方法で測定した発現量を意味する。
The expression level of AFP is preferably 50 times or more of at least one of the expression level of Flk-1 and the expression level of NCAM, and more preferably 200 times or more.
In the present invention, the expression level of a marker such as AFP means the expression level measured by a normal method using RT-PCR.
本発明のスフェロイドアレイは、基材と、前記基材上に配置され、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有する分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含有する感光性組成物を硬化させて、アレイ状に形成された複数の親水性領域および疎水性領域と、を含む基板と、前記疎水性領域に配置された胚性幹細胞由来の複数のスフェロイドと、を含むことを特徴とする。
本発明における基板および胚性幹細胞については、前記スフェロイドの製造方法における基板および胚性幹細胞と同様である。
The spheroid array of the present invention comprises a base material, three or more polyalkylene glycol groups that are arranged on the base material and have a polymerizable substituent at a terminal, and a trivalent or higher linking group that binds to the polyalkylene glycol group. A substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed in an array by curing a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having a structure, and an embryo disposed in the hydrophobic region A plurality of spheroids derived from sex stem cells.
The substrate and embryonic stem cell in the present invention are the same as the substrate and embryonic stem cell in the spheroid production method.
本発明のスフェロイドアレイにおけるスフェロイドの配置及び個数は、基板上に形成された疎水性領域の配置及び個数に応じたものである。ここで疎水性領域の配置は基板上にアレイ状に配置されていれば特に制限はなく、疎水性領域の個数と共に、スフェロイドアレイの目的等に応じて適宜変更することができる。 The arrangement and the number of spheroids in the spheroid array of the present invention are in accordance with the arrangement and the number of hydrophobic regions formed on the substrate. Here, the arrangement of the hydrophobic regions is not particularly limited as long as they are arranged in an array on the substrate, and can be appropriately changed according to the purpose of the spheroid array and the number of the hydrophobic regions.
本発明のスフェロイドアレイにおいては、アレイ状に配置された各スフェロイドを、その大きさが均一になるように、また基板上に大量にかつ効率よく形成することができる。かかるスフェロイドアレイにおいては、各スフェロイドの薬物感受性等の性質を均質に揃えることができる。これを例えば、薬物スクリーニングに用いる場合には、高精度かつ良好な再現性の薬物スクリーニングが実現できる。また例えば、組織細胞への分化誘導に用いる場合には、大量の組織細胞凝集塊を良好な再現性で得ることができる。 In the spheroid array of the present invention, each spheroid arranged in an array can be formed on a substrate in a large amount and efficiently so that the size is uniform. In such a spheroid array, properties such as drug sensitivity of each spheroid can be made uniform. For example, when this is used for drug screening, drug screening with high accuracy and good reproducibility can be realized. For example, when used for induction of differentiation into tissue cells, a large amount of tissue cell aggregates can be obtained with good reproducibility.
本発明のスフェロイドアレイにおいては、基材上に形成された複数の親水性領域および疎水性領域が区画化されて形成され、親水性領域に囲まれた疎水性領域がアレイ状に配置されている。かかる形状に疎水性領域を形成する方法としては、後述の本発明における基板の作製方法を好適に挙げることができる。
本発明において前記疎水性領域は、形成されるスフェロイドの均一性の観点から、均一な大きさおよび形状であることが好ましい。
本発明のスフェロイドアレイは、例えば、前記スフェロイドの製造方法を用いて製造することができる。
In the spheroid array of the present invention, a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed on a substrate are partitioned and formed, and the hydrophobic regions surrounded by the hydrophilic regions are arranged in an array. . As a method for forming the hydrophobic region in such a shape, a method for producing a substrate in the present invention described later can be preferably exemplified.
In the present invention, the hydrophobic region preferably has a uniform size and shape from the viewpoint of the uniformity of the formed spheroids.
The spheroid array of the present invention can be manufactured using, for example, the spheroid manufacturing method.
本発明の薬物スクリーニング方法は、前記スフェロイドアレイを用いることを特徴とする。これにより高精度かつ良好な再現性の薬物スクリーニングが実現できる。
また本発明の薬物スクリーニング方法は、スフェロイドアレイを構成するスフェロイドに、高分子ミセルに内包された薬物を接触させることを含むことが好ましい。これにより、より効率的にスフェロイドと薬物を接触させることができ、より高感度に薬物スクリーニングを行うことができる。
The drug screening method of the present invention is characterized by using the spheroid array. Thereby, drug screening with high accuracy and good reproducibility can be realized.
In addition, the drug screening method of the present invention preferably includes bringing a drug encapsulated in a polymer micelle into contact with a spheroid constituting a spheroid array. Thereby, a spheroid and a drug can be contacted more efficiently, and drug screening can be performed with higher sensitivity.
本発明の薬物スクリーニングにおけるスフェロイドアレイは、胚性幹細胞由来のスフェロイドがアレイ状に配置されて構成される。スフェロイド(細胞凝集塊)を用いてスクリーニングを行うことにより、薬物に対する細胞応答をより明確かつ高感度に判定することができる。例えば、薬物に対する細胞応答を発色、発光、蛍光等で検出する場合には、凝集した複数の細胞からの応答として検出できるため、明確かつ高感度に判定することができる。
またスフェロイドがアレイ状に配置されていることにより、薬物に対する細胞応答を再現性よくかつ高感度に判定することができ、また複数の薬物に対する細胞応答を同時に判定することができる。
The spheroid array in the drug screening of the present invention is configured by arranging embryonic stem cell-derived spheroids in an array. By screening using spheroids (cell aggregates), the cellular response to the drug can be determined more clearly and with high sensitivity. For example, when a cellular response to a drug is detected by color development, luminescence, fluorescence, or the like, it can be detected as a response from a plurality of aggregated cells, and thus can be determined clearly and with high sensitivity.
Further, since the spheroids are arranged in an array, the cellular response to the drug can be determined with high reproducibility and with high sensitivity, and the cellular responses to a plurality of drugs can be simultaneously determined.
本発明においてスクリーニング対象となる薬物には特に制限はなく、胚性幹細胞由来のスフェロイドに何らかの応答変化を生じさせる薬物であればよい。具体的には、分化誘導因子、成長因子等を挙げることができる。本発明においては、スクリーニング感度の観点から、分化誘導因子であることが好ましい。
また前記薬物は、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよい。前記高分子化合物としては、例えば、蛋白質、ポリヌクレオチド等を挙げることができる。
The drug to be screened in the present invention is not particularly limited as long as it is a drug that causes some kind of response change in embryonic stem cell-derived spheroids. Specific examples include differentiation inducing factors and growth factors. In the present invention, it is preferably a differentiation inducing factor from the viewpoint of screening sensitivity.
The drug may be a low molecular compound or a high molecular compound. Examples of the polymer compound include proteins and polynucleotides.
本発明の薬物スクリーニング方法において、薬物とスフェロイドとを接触させる方法には特に制限はなく、通常用いられる方法を適用することができる。
例えばスクリーニング対象となる薬物がポリヌクレオチドの場合、薬物とスフェロイドを接触させる方法としては、ウイルスベクターを用いる方法(例えば、特開2006−254872号公報参照)が一般的に用いられている。本発明においてはポリヌクレオチドが高分子ミセルに内包された状態でスフェロイドと接触することが好ましい。これにより、ウイルスベクターに由来する細胞毒性の発現を回避することができ、薬物とスフェロイドの接触をより効率的に行うことができる。
In the drug screening method of the present invention, the method for bringing the drug into contact with the spheroid is not particularly limited, and a commonly used method can be applied.
For example, when the drug to be screened is a polynucleotide, a method using a viral vector (see, for example, JP-A-2006-254872) is generally used as a method for bringing the drug into contact with the spheroid. In the present invention, it is preferable to contact the spheroid in a state where the polynucleotide is encapsulated in the polymer micelle. Thereby, the expression of the cytotoxicity derived from a viral vector can be avoided, and a drug and a spheroid can be contacted more efficiently.
本発明において用いられることがある高分子ミセルは、親水性構成単位と疎水性構成単位とを含むブロックコポリマーから構成することができる。前記親水性構成単位としては非イオン性の親水性構成単位であることが好ましく、ポリアルキレングリコールであることがより好ましい。また疎水性構成単位は、内包する薬物に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリアスパラギン酸などの金属錯体と相互作用しうる構成単位、カチオン性蛋白質と相互作用しうるアニオン性の構成単位、ポリヌクレオチドと相互作用しうるカチオン性の構成単位等を挙げることができる。 The polymeric micelle that may be used in the present invention may be composed of a block copolymer containing a hydrophilic constituent unit and a hydrophobic constituent unit. The hydrophilic structural unit is preferably a nonionic hydrophilic structural unit, and more preferably a polyalkylene glycol. The hydrophobic structural unit can be appropriately selected depending on the drug to be encapsulated. Examples thereof include a structural unit that can interact with a metal complex such as polyaspartic acid, an anionic structural unit that can interact with a cationic protein, and a cationic structural unit that can interact with a polynucleotide.
本発明においてスクリーニング対象の薬物が、例えばポリヌクレオチドの場合、高分子ミセルを構成するブロックコポリマーは疎水性構成単位としてカチオン性の構成単位を含むことが好ましい。かかるブロックコポリマーの具体例としては、例えば、特開2004−352972号公報に記載のポリエチレングリコール−ポリカチオンブロック共重合体を好適に挙げることができる。 In the present invention, when the drug to be screened is, for example, a polynucleotide, the block copolymer constituting the polymer micelle preferably contains a cationic constituent unit as a hydrophobic constituent unit. As a specific example of such a block copolymer, for example, a polyethylene glycol-polycation block copolymer described in JP-A-2004-352972 can be preferably exemplified.
本発明において前記胚性幹細胞は、スクリーニング目的に応じた応答遺伝子を含むことが好ましい。これにより、より高精度かつ高感度に薬物スクリーニングを行うことができる。前記応答遺伝子はスクリーニング目的に応じて適宜選択される。例えば、特定の組織細胞への分化誘導因子のスクリーニングに用いる場合、その組織細胞特異的に発現する遺伝子のプロモーターを応答遺伝子として好適に用いることができる。
具体的には、例えば、骨芽様細胞への分化誘導因子のスクリーニングに適用する場合、I型またはII型のコラーゲンプロモーターを応答遺伝子として用いることができる。
In the present invention, the embryonic stem cell preferably contains a response gene corresponding to the screening purpose. Thereby, drug screening can be performed with higher accuracy and higher sensitivity. The response gene is appropriately selected according to the purpose of screening. For example, when used for screening for a differentiation-inducing factor for a specific tissue cell, a promoter of a gene expressed specifically in the tissue cell can be suitably used as a response gene.
Specifically, for example, when applied to screening for differentiation-inducing factors into osteoblast-like cells, a type I or type II collagen promoter can be used as a response gene.
本発明において前記応答遺伝子は、それによって発現制御されるレポーター遺伝子を、その下流に連結していることが好ましい。レポーター遺伝子としては通常使用されるものを特に制限なく用いることができ、例えば、緑色蛍光蛋白質(GFP)をコードする遺伝子を好適に用いることができる。 In the present invention, the response gene preferably has a reporter gene whose expression is controlled thereby linked downstream thereof. As the reporter gene, those commonly used can be used without particular limitation, and for example, a gene encoding green fluorescent protein (GFP) can be preferably used.
本発明の薬物スクリーニング方法を、骨芽様細胞への分化誘導因子のスクリーニングに適用する場合、前記スフェロイドを形成する胚性幹細胞はI型またはII型のコラーゲンプロモーターとこれに発現制御されるレポーター遺伝子とを含むことが好ましい。 When the drug screening method of the present invention is applied to screening of differentiation-inducing factors into osteoblast-like cells, the embryonic stem cells that form the spheroids are type I or type II collagen promoters and reporter genes whose expression is controlled thereby Are preferably included.
本発明の胚性幹細胞の分化誘導方法は、基材と、前記基材上に配置され、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有する分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含有する感光性組成物を硬化させて形成された複数の親水性領域および疎水性領域と、を含む基板上に、胚性幹細胞を播種することと、分化誘導因子の存在下に播種された胚性幹細胞を培養することと、培養された胚性幹細胞から分化誘導された細胞を得ることと、を含むことを特徴とする。
本発明における基板および胚性幹細胞については、前記スフェロイドの製造方法における基板および胚性幹細胞と同様である。
The method for inducing differentiation of embryonic stem cells of the present invention comprises a base material, three or more polyalkylene glycol groups that are arranged on the base material and have a polymerizable substituent at the terminal, and a trivalent group that binds to the polyalkylene glycol group. Seeding embryonic stem cells on a substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed by curing a photosensitive composition containing a branched polyalkylene glycol derivative having the above linking group. And culturing embryonic stem cells seeded in the presence of a differentiation-inducing factor, and obtaining differentiation-induced cells from the cultured embryonic stem cells.
The substrate and embryonic stem cell in the present invention are the same as the substrate and embryonic stem cell in the spheroid production method.
本発明においては前記基板上で胚性幹細胞の分化誘導を行うことで、胚性幹細胞から分化誘導された細胞が基板の疎水性領域においてスフェロイド(細胞凝集塊)を形成する。そのため、分化誘導された細胞を高い均一性で効率よく得ることができる。 In the present invention, differentiation induction of embryonic stem cells is performed on the substrate, so that cells induced to differentiate from embryonic stem cells form spheroids (cell aggregates) in the hydrophobic region of the substrate. Therefore, differentiation-induced cells can be efficiently obtained with high uniformity.
本発明における分化誘導としては、胚性幹細胞から、胚性幹細胞とは異なる性質を有する細胞への分化誘導であれば特に制限はなく、例えば、胚様体を構成する細胞、体性幹細胞、組織細胞等への分化誘導を挙げることができる。
本発明における分化誘導因子としては、胚性幹細胞を分化誘導可能な化合物であれば、特に制限なく、目的に応じて適宜選択して用いることができる。また前記分化誘導因子は低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよい。ここで高分子化合物には蛋白質やポリヌクレオチド等が含まれる。
The differentiation induction in the present invention is not particularly limited as long as it induces differentiation from embryonic stem cells to cells having different properties from embryonic stem cells. For example, cells constituting somatoid bodies, somatic stem cells, tissues Examples include differentiation induction into cells and the like.
The differentiation-inducing factor in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound that can induce differentiation of embryonic stem cells, and can be appropriately selected and used according to the purpose. The differentiation inducing factor may be a low molecular compound or a high molecular compound. Here, the polymer compound includes a protein, a polynucleotide and the like.
本発明の分化誘導方法においては、基板上に胚性幹細胞を播種した後に、基板の疎水性領域に胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させ、その後、分化誘導因子の存在下に胚性幹細胞由来のスフェロイド培養することが好ましい。胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させることにより、より効率的に分化誘導を行うことができる。
基板の疎水性領域に胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させる方法としては、前記スフェロイドの製造方法を好適に適用することができる。
In the differentiation induction method of the present invention, after seeding embryonic stem cells on a substrate, embryonic stem cell-derived spheroids are formed in the hydrophobic region of the substrate, and then embryonic stem cell-derived in the presence of a differentiation-inducing factor. Spheroid culture is preferred. Differentiation can be induced more efficiently by forming spheroids derived from embryonic stem cells.
As a method for forming embryonic stem cell-derived spheroids in the hydrophobic region of the substrate, the method for producing spheroids can be suitably applied.
本発明において分化誘導因子の存在下に播種された胚性幹細胞を培養する方法としては、分化誘導因子を添加した培地中で胚性幹細胞を培養する方法を挙げることができる。前記分化誘導因子の添加方法としては特に制限なく、通常用いられる方法を用いることができる。
本発明においては、分化誘導効率の観点から、高分子ミセルに内包された状態の分化誘導因子を添加することが好ましい。尚、高分子ミセルについては前記薬物スクリーニング方法で説明した高分子ミセルを本発明においても好適に適用することができる。
Examples of the method of culturing embryonic stem cells seeded in the presence of a differentiation-inducing factor in the present invention include a method of culturing embryonic stem cells in a medium to which a differentiation-inducing factor is added. The method for adding the differentiation-inducing factor is not particularly limited, and a commonly used method can be used.
In the present invention, it is preferable to add a differentiation-inducing factor encapsulated in polymer micelles from the viewpoint of differentiation induction efficiency. As the polymer micelle, the polymer micelle described in the drug screening method can be preferably applied in the present invention.
本発明の分化誘導方法においては、用いる分化誘導因子に応じて分化誘導された細胞を得ることができる。
本発明の分化誘導方法によって、例えば骨芽様細胞を得る場合、用いることができる分化誘導因子としては、TH(例えば、Biochem. Biophys. Res. Commun., 357(4),854-860 (2007)参照)ような低分子化合物や、caALK6、Runx2、caSmo、caLEF−1、IRS−1等の遺伝子(ポリヌクレオチド)を挙げることができる。中でも骨芽様細胞への分化誘導効率の観点から、caALK6およびRunx2の少なくとも一方であることが好ましい。
また例えば、軟骨様細胞への分化誘導因子として、Sox5、Sox6、Sox9等の遺伝子(ポリヌクレオチド)を挙げることができる。
尚、前記遺伝子の詳細については、例えば、FASEB J., 21, 1777-1787 (2007)、特開2004−267052号公報等に記載されている。
In the differentiation induction method of the present invention, cells induced to differentiate can be obtained according to the differentiation-inducing factor used.
For example, when osteoblast-like cells are obtained by the differentiation induction method of the present invention, the differentiation induction factor that can be used is TH (for example, Biochem. Biophys. Res. Commun., 357 (4), 854-860 (2007 ))), And genes (polynucleotides) such as caALK6, Runx2, caSmo, caLEF-1, and IRS-1. Among these, from the viewpoint of differentiation induction efficiency into osteoblast-like cells, at least one of caALK6 and Runx2 is preferable.
Moreover, for example, genes (polynucleotides) such as Sox5, Sox6, and Sox9 can be cited as factors for inducing differentiation into cartilage-like cells.
Details of the gene are described in, for example, FASEB J., 21, 1777-1787 (2007), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-267052, and the like.
本発明の分化誘導方法によって得られる分化誘導された細胞は、高い均一性を有する細胞凝集塊であることから、種々の用途、例えば再生医療等に好適に用いることができる。 Since the differentiation-induced cells obtained by the differentiation induction method of the present invention are cell aggregates having high uniformity, they can be suitably used for various applications such as regenerative medicine.
以下、本発明における基板について詳細に説明する。
本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体は、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の3以上と、前記ポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基とを有することを特徴とする。
かかる構成の分岐ポリアルキレングリコール誘導体は、親水性の架橋体を形成することができる。かかる親水性の架橋体は、細胞非接着性の経時安定性が良好であり、例えば、本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体を用いて基材上に親水性領域と疎水性領域とが高精度に形成された基板は、該基板上で細胞を培養した場合に、疎水性領域にのみ特異的に細胞が接着するため、高精度に区画化された細胞集合体を形成することができる。また、前記親水性領域は細胞非接着性の経時安定性が良好であり、長期に渡って区画化された細胞集合体を維持することができる。更に前記細胞集合体は、例えば、単層の細胞集合体とすることもできるし、細胞が3次元的凝集状態を形成した細胞凝集塊(スフェロイド)とすることもできる。
Hereinafter, the substrate in the present invention will be described in detail.
The branched polyalkylene glycol derivative in the present invention is characterized by having three or more polyalkylene glycol groups having a polymerizable substituent at the terminal and a trivalent or more linking group bonded to the polyalkylene glycol group.
The branched polyalkylene glycol derivative having such a configuration can form a hydrophilic crosslinked product. Such a hydrophilic cross-linked product has good cell non-adhesive stability over time. For example, a hydrophilic region and a hydrophobic region can be highly accurately formed on a substrate using the branched polyalkylene glycol derivative of the present invention. When the cells are cultured on the substrate, the cells adhere specifically only to the hydrophobic region, so that a cell assembly partitioned with high accuracy can be formed. Further, the hydrophilic region has good cell non-adhesive stability over time and can maintain a compartmented cell aggregate over a long period of time. Further, the cell aggregate can be, for example, a monolayer cell aggregate or a cell aggregate (spheroid) in which cells form a three-dimensional aggregated state.
本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体において、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基の含有数は3以上である。前記ポリアルキレングリコール基の含有数が2以下では、これによって形成された親水性領域の細胞非接着性の経時安定性が不十分であり、区画化された細胞集合体を長期間維持することができない。
また前記ポリアルキレングリコール基の含有数は、経時安定性と良好なスフェロイド形成性の点から、4以上であることが好ましく、4以上64以下であることがより好ましく、4以上16以下であることが更に好ましい。
In the branched polyalkylene glycol derivative in the present invention, the content of polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal is 3 or more. When the polyalkylene glycol group content is 2 or less, the non-adhesive temporal stability of the hydrophilic region formed thereby is insufficient, and the compartmentalized cell aggregate can be maintained for a long time. Can not.
In addition, the content of the polyalkylene glycol group is preferably 4 or more, more preferably 4 or more and 64 or less, and more preferably 4 or more and 16 or less from the viewpoint of stability over time and good spheroid formation. Is more preferable.
本発明における前記ポリアルキレングリコール基は、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基であれば特に制限はない。
また前記重合性置換基としては重合性の官能基を有する置換基であってポリアルキレングリコールの末端に結合可能なものであれば特に制限はない。重合性置換基のポリアルキレングリコールの末端への結合態様としては、ポリアルキレングリコールに由来する酸素原子を介した結合態様であっても、ポリアルキレングリコールの末端水酸基が他の元素に置換された結合態様であってもよい。
The polyalkylene glycol group in the present invention is not particularly limited as long as it is a polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal.
The polymerizable substituent is not particularly limited as long as it is a substituent having a polymerizable functional group and can be bonded to the terminal of the polyalkylene glycol. The bonding mode of the polymerizable substituent to the terminal of the polyalkylene glycol is a bond in which the terminal hydroxyl group of the polyalkylene glycol is substituted with another element even if it is a bonding mode through an oxygen atom derived from the polyalkylene glycol. An aspect may be sufficient.
前記重合性置換基は、重合性の官能基そのものであっても、重合性の官能基と連結基とを含んで構成された置換基であってもよい。
本発明における重合性の官能基としては、通常用いられる重合性官能基を特に制限なく用いることができ、例えば、エチレン性不飽和結合を有する基、アジド基等を挙げることができる。本発明においては、親水性領域のパターン形成性の観点から、エチレン性不飽和結合を有する基及びアジド基から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、アジド基であることがより好ましい。
The polymerizable substituent may be a polymerizable functional group itself or a substituent constituted by including a polymerizable functional group and a linking group.
As the polymerizable functional group in the present invention, a commonly used polymerizable functional group can be used without particular limitation, and examples thereof include a group having an ethylenically unsaturated bond and an azide group. In the present invention, from the viewpoint of pattern formation of the hydrophilic region, it is preferably at least one selected from a group having an ethylenically unsaturated bond and an azide group, and more preferably an azide group.
また前記重合性置換基における連結基としては重合性の官能基とポリアルキレングリコール基とを連結可能な基であれば特に制限はなく、例えば、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、カルボニル基、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ジスルフィド及び水素原子から選ばれる少なくとも1種を含んで構成することができる。
具体的には例えば、カルボニル基、アリーレン基、アルキレンカルボニル基、カルボニルアリーレン基、カルバモイルアリーレン基等を挙げることができる。
更に連結基の価数としては少なくとも2価であればよく、3価以上の連結基であってポリアルキレングリコールと2以上の重合性官能基とを連結する連結基であってもよい。
The linking group in the polymerizable substituent is not particularly limited as long as it is a group capable of linking a polymerizable functional group and a polyalkylene glycol group. For example, an alkylene group, an arylene group, a heteroarylene group, a carbonyl group, It can be configured to include at least one selected from an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a disulfide and a hydrogen atom.
Specific examples include a carbonyl group, an arylene group, an alkylenecarbonyl group, a carbonylarylene group, a carbamoylarylene group, and the like.
Furthermore, the valence of the linking group may be at least divalent, and may be a linking group having a valence of 3 or more and linking a polyalkylene glycol and two or more polymerizable functional groups.
末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基を構成するポリアルキレングリコール基は、本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体に親水性を付与可能なポリアルキレングリコール基であれば特に制限はない。例えば、炭素数2〜4のアルキレングリコール構造単位(例えば、エチレンオキシ、n−プロピレンオキシ、イソプロピレンオキシ、ブチレンオキシ、イソブチレンオキシ等)を含むポリアルキレングリコール基を好ましく用いることができる。 The polyalkylene glycol group constituting the polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal is not particularly limited as long as it is a polyalkylene glycol group capable of imparting hydrophilicity to the branched polyalkylene glycol derivative in the present invention. For example, a polyalkylene glycol group containing an alkylene glycol structural unit having 2 to 4 carbon atoms (for example, ethyleneoxy, n-propyleneoxy, isopropyleneoxy, butyleneoxy, isobutyleneoxy, etc.) can be preferably used.
前記ポリアルキレングリコール基におけるアルキレングリコール構造単位は、1種のアルキレングリコール構造単位からなるものであっても、2種以上アルキレングリコール構造単位の組合せからなるものであってもよい。ポリアルキレングリコール基が2種以上のアルキレングリコール構造単位の組合せからなる場合、ブロックポリマーであってもランダムポリマーであってもよい。
また、ポリアルキレングリコール基の重合度としては、親水性の観点から5以上であればよく、5〜1000の重合度を有するポリアルキレングリコール基を好ましく用いることができ、より好ましくは10〜500である。
The alkylene glycol structural unit in the polyalkylene glycol group may be composed of one type of alkylene glycol structural unit or may be composed of a combination of two or more types of alkylene glycol structural units. When the polyalkylene glycol group is composed of a combination of two or more alkylene glycol structural units, it may be a block polymer or a random polymer.
The degree of polymerization of the polyalkylene glycol group may be 5 or more from the viewpoint of hydrophilicity, and a polyalkylene glycol group having a degree of polymerization of 5 to 1000 can be preferably used, and more preferably 10 to 500. is there.
本発明における、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基と結合する3価以上の連結基は、少なくとも3つの前記ポリアルキレングリコール基における重合性置換基が結合していない方の末端と結合し、前記ポリアルキレングリコール基を互いに連結可能なものであれば特に制限はない。結合様式としては共有結合、配位結合、イオン結合のいずれであってもよい。
具体的には例えば、糖類に由来する連結基、多価アルコールに由来する連結基、多価カルボン酸に由来する連結基、配位結合を介して前記ポリアルキレングリコール基を含む基を結合可能な金属原子等を挙げることができる。
In the present invention, a trivalent or higher valent linking group bonded to a polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal is bonded to the terminal of the at least three polyalkylene glycol groups to which the polymerizable substituent is not bonded. The polyalkylene glycol group is not particularly limited as long as it can be linked to each other. The bonding mode may be any of a covalent bond, a coordination bond, and an ionic bond.
Specifically, for example, a linking group derived from a saccharide, a linking group derived from a polyhydric alcohol, a linking group derived from a polyvalent carboxylic acid, or a group containing the polyalkylene glycol group can be bonded via a coordination bond. A metal atom etc. can be mentioned.
前記糖類としては、例えば、グリセルアルデヒド、エリトロース、リボース、グルコース等を挙げることができる。また、多価アルコールとしては、グリセリン、ペンタエリスリトール、キシリトール、ソルビトール等を挙げることができる。更に、多価カルボン酸としては、プロパントリカルボン酸、クエン酸、ベンゼントリカルボン酸等を挙げることができる。また、前記金属原子としては、金、銀、白金、ニッケル、銅等を挙げることができる。 Examples of the saccharide include glyceraldehyde, erythrose, ribose, glucose and the like. Examples of the polyhydric alcohol include glycerin, pentaerythritol, xylitol, sorbitol and the like. Furthermore, examples of the polyvalent carboxylic acid include propanetricarboxylic acid, citric acid, and benzenetricarboxylic acid. Examples of the metal atom include gold, silver, platinum, nickel, and copper.
本発明においては、親水性と経時安定性の観点から、多価アルコールに由来する連結基であることが好ましく、グリセリンに由来する連結基又はペンタエリスリトールに由来する連結基がより好ましく、グリセリン、ポリグリセリン、ペンタエリスリトール、及びポリペンタエリスリトールから選ばれる化合物に由来する連結基であることが特に好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of hydrophilicity and stability over time, it is preferably a linking group derived from a polyhydric alcohol, more preferably a linking group derived from glycerin or a linking group derived from pentaerythritol. A linking group derived from a compound selected from glycerin, pentaerythritol, and polypentaerythritol is particularly preferable.
本発明における末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基は、経時安定性と良好なスフェロイド形成性の観点から、下記一般式(1)で表される置換ポリアルキレングリコール基であることが好ましい。 In the present invention, the polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal is preferably a substituted polyalkylene glycol group represented by the following general formula (1) from the viewpoint of temporal stability and good spheroid-forming properties. .
一般式(1)中、mは2〜4の整数を表すが、2又は3であることが好ましく、2であることがより好ましい。またnは5〜1000の整数を表すが、10〜500であることが好ましく、10〜300であることがより好ましい。 In the general formula (1), m represents an integer of 2 to 4, preferably 2 or 3, and more preferably 2. Moreover, although n represents the integer of 5-1000, it is preferable that it is 10-500, and it is more preferable that it is 10-300.
一般式(1)中、X1は重合性置換基を表す。本発明において前記重合性置換基は、本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体の架橋硬化性の観点から、下記一般式(3)及び一般式(4)の少なくとも1種で表される重合性置換基であることが好ましい。 In the general formula (1), X 1 represents a polymerizable substituent. In the present invention, the polymerizable substituent is a polymerizable substituent represented by at least one of the following general formula (3) and general formula (4) from the viewpoint of cross-linking curability of the branched polyalkylene glycol derivative in the present invention. It is preferable that
一般式(3)中、L3は単結合又は2価の連結基を表す。前記2価の連結基としてはエチレン性不飽和基とポリアルキレングリコール基とを連結可能であれば特に制限はない。例えば、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、カルボニル基、酸素原子、窒素原子、イミノ基、及び水素原子の少なくとも1種を含んで構成される2価の連結基を挙げることができ、カルボニル基、エステル基、アミド基、フェニレン基、炭素数2〜4のアルキレン基、から選ばれる2価の連結基又はこれらの組合せからなる2価の連結基であることが好ましい。
本発明においてL3は、単結合、又は、カルボニル基、カルボニルフェニレン基、カルバモイルフェニレン基から選ばれる2価の連結基であることがより好ましい。
In General Formula (3), L 3 represents a single bond or a divalent linking group. The divalent linking group is not particularly limited as long as it can link an ethylenically unsaturated group and a polyalkylene glycol group. For example, an alkylene group, an arylene group, a heteroarylene group, a carbonyl group, an oxygen atom, a nitrogen atom, an imino group, and a divalent linking group including at least one of a hydrogen atom can be exemplified, and a carbonyl group And a divalent linking group selected from an ester group, an amide group, a phenylene group, an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, or a combination thereof.
In the present invention, L 3 is more preferably a single bond or a divalent linking group selected from a carbonyl group, a carbonylphenylene group, and a carbamoylphenylene group.
また、R3は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表す。炭素数1〜3のアルキル基としては、具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基を挙げることができる。本発明においては、分岐ポリアルキレングリコール誘導体の架橋反応性の観点から、R3は水素原子又はメチル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。 R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group. In the present invention, from the viewpoint of the crosslinking reactivity of the branched polyalkylene glycol derivative, R 3 is preferably a hydrogen atom or a methyl group, and more preferably a hydrogen atom.
一般式(4)におけるL4は2価の連結基を表すが、その定義及びその好ましい範囲は前記L3における2価の連結基と同様である。 L 4 in the general formula (4) represents a divalent linking group, and the definition and preferred range thereof are the same as those of the divalent linking group in L 3 .
また本発明においては、前記重合性置換基の少なくとも1つは下記一般式(5)で表される置換基であることが好ましい。これにより、重合性置換基の反応開始がより長波長の光照射によって可能となる。 In the present invention, at least one of the polymerizable substituents is preferably a substituent represented by the following general formula (5). As a result, the reaction of the polymerizable substituent can be initiated by irradiation with light having a longer wavelength.
一般式(5)中、L5は単結合又は2価の連結基を表す。L5で表される2価の連結基は、前記L3における2価の連結基と同様である。
また、iは1又は2を表す。
In general formula (5), L 5 represents a single bond or a divalent linking group. The divalent linking group represented by L 5 is the same as the divalent linking group in L 3 .
I represents 1 or 2.
一般式(5)中、R5は置換基を表すが、一般式(5)で表される重合性置換基の極大吸収波長を変化させることができる置換基であれば特に制限はない。中でも一般式(5)で表される重合性置換基の極大吸収波長を長波長側にシフト可能な置換基であることが好ましい。具体的には例えば、ニトロ基、水酸基、アルキルオキシ基、ジアルキルアミノ基、シアノ基、ニトロソ基等を好適に挙げることができる。
iが2の場合、2つのR5は同一でも異なっていてもよい。
In general formula (5), R 5 represents a substituent, and is not particularly limited as long as it is a substituent capable of changing the maximum absorption wavelength of the polymerizable substituent represented by general formula (5). Among these, a substituent capable of shifting the maximum absorption wavelength of the polymerizable substituent represented by the general formula (5) to the long wavelength side is preferable. Specific examples include a nitro group, a hydroxyl group, an alkyloxy group, a dialkylamino group, a cyano group, and a nitroso group.
When i is 2, two R 5 may be the same or different.
また、本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体は、親水性と架橋反応性の観点から、下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましい。 The branched polyalkylene glycol derivative in the present invention is preferably a compound represented by the following general formula (2) from the viewpoint of hydrophilicity and crosslinking reactivity.
一般式(2)中、L2は単結合又はメチレン基を表し、pは1又は2を表す。pが1のときL2は単結合であることが好ましく、pが2のときL2はメチレン基であることが好ましい。
qは1〜70の整数を表す。本発明においては、親水性と架橋反応性の観点から、pが1のとき、qは1〜64であることが好ましく、2〜10であることがより好ましい。またpが2のとき、qは1〜32であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。
In General Formula (2), L 2 represents a single bond or a methylene group, and p represents 1 or 2. When p is 1, L 2 is preferably a single bond, and when p is 2, L 2 is preferably a methylene group.
q represents an integer of 1 to 70. In the present invention, from the viewpoints of hydrophilicity and crosslinking reactivity, when p is 1, q is preferably 1 to 64, and more preferably 2 to 10. When p is 2, q is preferably 1 to 32, and more preferably 1 to 5.
一般式(2)中、R2は末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基又は末端に水酸基を有するポリアルキレングリコール基を表す。中でも架橋反応性の観点から、R2は末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基であることが好ましく、前記一般式(1)で表される置換ポリアルキレングリコール基であることがより好ましい。 In general formula (2), R 2 represents a polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal or a polyalkylene glycol group having a hydroxyl group at the terminal. Among these, from the viewpoint of crosslinking reactivity, R 2 is preferably a polyalkylene glycol group having a polymerizable substituent at the terminal, and more preferably a substituted polyalkylene glycol group represented by the general formula (1). .
本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体は、経時安定性とスフェロイド形成性の観点から、末端に重合性置換基を有するポリアルキレングリコール基を4以上16以下有し、前記ポリアルキレングリコール基が前記一般式(1)で表されるものであって、前記重合性置換基が前記一般式(3)、一般式(4)及び一般式(5)の少なくとも1種で表されるものであることが好ましい。 The branched polyalkylene glycol derivative in the present invention has from 4 to 16 polyalkylene glycol groups having a polymerizable substituent at the terminal from the viewpoint of stability over time and spheroid formation, and the polyalkylene glycol group is represented by the general formula It is preferable that the polymerizable substituent is represented by at least one of the general formula (3), the general formula (4), and the general formula (5). .
本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体の具体例を以下に例示するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、下記具体例中のポリアルキレングリコールの重合度(n)は分岐ポリアルキレングリコール誘導体の重量平均分子量から算出される平均重合度を意味する。また、分岐ポリアルキレングリコール誘導体の重量平均分子量は、例えば、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定することができる。 Specific examples of the branched polyalkylene glycol derivative in the present invention are illustrated below, but the present invention is not limited thereto. In the following specific examples, the degree of polymerization (n) of the polyalkylene glycol means an average degree of polymerization calculated from the weight average molecular weight of the branched polyalkylene glycol derivative. The weight average molecular weight of the branched polyalkylene glycol derivative can be measured by, for example, gel permeation chromatography (GPC).
本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体は、例えば、3以上のポリエチレングリコール基を有する化合物(以下、「マルチアームPEG」ということがある。例えば、日油(株)製、SUNBRIGHT(登録商標)PTEシリーズ、HGEOシリーズ等)の末端水酸基に対して、重合性置換基を、通常用いられる方法を用いてエステル結合、エーテル結合等で結合することによって合成することができる。例えば、エステル結合の形成は酸塩化物法、活性エステル法等で行うことができる。 The branched polyalkylene glycol derivative in the present invention is, for example, a compound having three or more polyethylene glycol groups (hereinafter, sometimes referred to as “multi-arm PEG”. For example, Sunbrigh (registered trademark) PTE series manufactured by NOF Corporation). , HGEO series, etc.) can be synthesized by bonding a polymerizable substituent with an ester bond, an ether bond or the like using a commonly used method. For example, the ester bond can be formed by an acid chloride method, an active ester method, or the like.
本発明における分岐ポリアルキレングリコール誘導体は、例えば、後述の感光性組成物の成分とすることができる。また、架橋反応により親水性の架橋体を形成することができる。 The branched polyalkylene glycol derivative in the present invention can be, for example, a component of the photosensitive composition described later. Moreover, a hydrophilic crosslinked body can be formed by a crosslinking reaction.
本発明における感光性組成物は、前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体の少なくとも1種を含有することを特徴とする。かかる感光性組成物を用いることで、例えば、基材上に高精度に区画化された親水性領域と疎水性領域とを形成することができる。
前記感光性組成物においては、前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体を1種単独で含有することもできるし、2種以上を含有することもできる。
また前記感光性組成物は、前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体に加えて、光重合開始剤、溶剤、細胞培養液、界面活性剤、緩衝液、消泡剤、防腐剤等の各種の添加剤等を含んで構成することができる。
The photosensitive composition in the present invention contains at least one of the branched polyalkylene glycol derivatives. By using such a photosensitive composition, for example, a hydrophilic region and a hydrophobic region can be formed on the substrate with high accuracy.
In the said photosensitive composition, the said branched polyalkylene glycol derivative can also be contained individually by 1 type, and can also contain 2 or more types.
In addition to the branched polyalkylene glycol derivative, the photosensitive composition contains various additives such as a photopolymerization initiator, a solvent, a cell culture solution, a surfactant, a buffer solution, an antifoaming agent, and an antiseptic. Can be configured.
前記光重合開始剤としては、光照射によって重合反応を開始可能なものであれば特に制限はないが、生細胞に対する障害性が低いものであることが好ましい。具体的には、例えば、IRGACURE 2959、IRGACURE 184(いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)等を挙げることができ、細胞毒性と水溶性の点からIRGACURE 2959が好ましい。 The photopolymerization initiator is not particularly limited as long as it can initiate a polymerization reaction by light irradiation, but is preferably one that has low damage to living cells. Specific examples include IRGACURE 2959, IRGACURE 184 (both manufactured by Ciba Specialty Chemicals), and IRGACURE 2959 is preferred from the viewpoint of cytotoxicity and water solubility.
前記溶剤としては、前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体を溶解可能であれば特に制限はない。ここでいう溶解可能とは前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体を質量基準で0.1%以上溶解できることをいう。
前記溶剤として具体的には、ベンゼン、トルエン、THF、DMF、クロロホルム等の有機溶媒、及び水を好ましく用いることができる。また、溶剤は1種単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the branched polyalkylene glycol derivative. The term “dissolvable” as used herein means that the branched polyalkylene glycol derivative can be dissolved by 0.1% or more on a mass basis.
Specifically, organic solvents such as benzene, toluene, THF, DMF, and chloroform, and water can be preferably used as the solvent. Moreover, you may use a solvent individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
前記感光性組成物における前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体の含有率としては、例えば0.1〜50質量%とすることができ、0.1〜20質量%であることが好ましい。 As content rate of the said branched polyalkylene glycol derivative in the said photosensitive composition, it can be 0.1-50 mass%, for example, and it is preferable that it is 0.1-20 mass%.
本発明における架橋体は、前記感光性組成物を架橋硬化させて形成されたものである。前記架橋硬化は光照射による重合反応に起因するものであれば特に制限はなく、感光性組成物に応じて適宜架橋硬化条件を選択することができる。 The crosslinked body in the present invention is formed by crosslinking and curing the photosensitive composition. The cross-linking curing is not particularly limited as long as it is caused by a polymerization reaction by light irradiation, and the cross-linking curing conditions can be appropriately selected according to the photosensitive composition.
本発明における架橋体は、例えば、基材上に形成された前記感光性組成物からなる観光性組成物層を硬化させたものであっても、媒体中で分散状態とした前記感光性組成物を硬化させたものであってもよい。基材上に形成された前記感光性組成物層を硬化させることで、基材上に架橋体からなる親水性領域を形成することができる。また、媒体中で分散状態とした前記感光性組成物を硬化させることで、親水性表面を有する粒子状の架橋体を形成することができる。 The crosslinked body in the present invention is, for example, the photosensitive composition in a dispersed state in a medium even if the tourism composition layer made of the photosensitive composition formed on a substrate is cured. May be cured. By curing the photosensitive composition layer formed on the substrate, a hydrophilic region made of a crosslinked product can be formed on the substrate. Moreover, the particulate crosslinked body which has a hydrophilic surface can be formed by hardening the said photosensitive composition made into the dispersion state in the medium.
本発明における基板は、基材と、前記基材上に配置された前記架橋体とを含むことを特徴とする。本発明における基材としては、通常用いられる基材を特に制限なく用いることができる。基材の材質としては、例えば、ガラス、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、シリコーン、ダイヤモンド、金属、及びセラミックス等を挙げることができる。本発明においては、基材と架橋体との接着性の観点から、ガラス又は熱可塑性樹脂であることが好ましく、ガラスであることがより好ましい。 The board | substrate in this invention contains the base material and the said bridge | crosslinking body arrange | positioned on the said base material, It is characterized by the above-mentioned. As a base material in this invention, the base material used normally can be especially used without a restriction | limiting. Examples of the material of the base material include glass, thermoplastic resin, thermosetting resin, silicone, diamond, metal, and ceramics. In this invention, it is preferable that it is glass or a thermoplastic resin from a viewpoint of the adhesiveness of a base material and a crosslinked body, and it is more preferable that it is glass.
また本発明における基材は、アミノ基を有するシランカップリング剤、エチレン性不飽和基を有するシランカップリング剤、及びポリリジンから選ばれる少なくとも1種で表面処理された基材であることが好ましい。これにより、基材とその上に形成された架橋体との結合安定性を向上させることができる。
また、前記基材は、細胞接着性タンパク質の少なくとも1種で表面処理された基材であることもまた好ましく、アミノ基を有するシランカップリング剤、エチレン性不飽和基を有するシランカップリング剤、及びポリリジンから選ばれる少なくとも1種で表面処理された基材を、細胞接着性タンパク質の少なくとも1種で更に表面処理した基材であることがより好ましい。
表面処理された基材を用いて、基板を構成することにより、例えば、基板上で細胞を培養する場合に、より効率的に細胞集合体を形成することができる。
ここで、細胞接着性タンパク質としては、例えば、コラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、テイネシン及びエラスチン等を挙げることができ、中でも、細胞集合体の形成性の観点から、コラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、ビトロネクチンが好ましく、コラーゲン、ゼラチンがより好ましい。
Moreover, it is preferable that the base material in this invention is a base material surface-treated by at least 1 sort (s) chosen from the silane coupling agent which has an amino group, the silane coupling agent which has an ethylenically unsaturated group, and polylysine. Thereby, the bond stability of a base material and the crosslinked body formed on it can be improved.
In addition, the substrate is preferably a substrate surface-treated with at least one kind of cell adhesion protein, a silane coupling agent having an amino group, a silane coupling agent having an ethylenically unsaturated group, More preferably, the base material is surface-treated with at least one selected from polylysine and further surface-treated with at least one cell adhesion protein.
By constructing the substrate using the surface-treated base material, for example, when cells are cultured on the substrate, cell aggregates can be formed more efficiently.
Here, examples of the cell adhesion protein include collagen, gelatin, fibronectin, vitronectin, laminin, tainesin, and elastin. Among these, collagen, gelatin, fibronectin, Vitronectin is preferable, and collagen and gelatin are more preferable.
本発明における基板を作製する方法は、例えば、基材上に前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体を含む感光性組成物を付与して感光性組成物層を形成する工程と、前記感光性組成物層を、露光処理する硬化工程とを含むことができる。これにより、基材上に、前記架橋体が形成された基板を作製することができる。
前記基板を作製する方法は、必要に応じて、前記硬化工程後に加熱工程、洗浄工程、乾燥工程、滅菌工程等を更に含むことができる。
The method for producing a substrate in the present invention includes, for example, a step of applying a photosensitive composition containing the branched polyalkylene glycol derivative on a base material to form a photosensitive composition layer, and a step of forming the photosensitive composition layer. And a curing step of performing an exposure process. Thereby, the board | substrate with which the said crosslinked body was formed on a base material is producible.
The method for producing the substrate may further include a heating step, a washing step, a drying step, a sterilization step, and the like after the curing step, if necessary.
本発明において、基材上に感光性組成物層を形成する工程には、特に制限なく通常の薄膜形成方法を適用することができ、例えば、塗布法、ディップコート法、スピンコート法等を好適に適用することができる。
基材上に形成された感光性組成物層の層厚としては、特に制限はなく基板の使用目的に応じて適宜選択することができ、例えば、5nm〜1000μmとすることができる。特に、本発明の基板を後述の細胞培養基板として使用する場合には、10nm〜1000nmとすることが好ましく、10nm〜500nmであることがより好ましい。
In the present invention, a normal thin film forming method can be applied to the step of forming the photosensitive composition layer on the substrate without any particular limitation. For example, a coating method, a dip coating method, a spin coating method and the like are preferable. Can be applied to.
There is no restriction | limiting in particular as layer thickness of the photosensitive composition layer formed on the base material, According to the intended purpose of a board | substrate, it can select suitably, For example, it can be set as 5 nm-1000 micrometers. In particular, when the substrate of the present invention is used as a cell culture substrate described later, the thickness is preferably 10 nm to 1000 nm, and more preferably 10 nm to 500 nm.
前記基材上に感光性組成物層を形成する工程は、必要に応じて、感光性組成物中の溶剤を除去する工程を含むことができる。前記溶剤を除去する工程としては、前記溶剤に応じて適宜その条件を選択することができ、常温乾燥であっても、加熱乾燥であってもよい。例えば、30〜150℃で1分〜10時間とすることができ、好ましくは35〜120℃で3分〜1時間である。 The step of forming the photosensitive composition layer on the substrate can include a step of removing the solvent in the photosensitive composition, if necessary. The process for removing the solvent can be appropriately selected according to the solvent, and may be room temperature drying or heat drying. For example, it may be 1 minute to 10 hours at 30 to 150 ° C., and preferably 3 minutes to 1 hour at 35 to 120 ° C.
前記硬化工程における露光処理は、前記感光性組成物層を全面露光する工程であっても、所望のパターン様に部分露光する工程であってもよい。本発明においては、所望のパターン様に部分露光する工程であることが好ましく、前記部分露光する工程後に更に現像工程を含むことがより好ましい。これにより、前記架橋体からなる親水性領域と架橋体が形成されていない疎水性領域とが、パターン様に基材上に形成された基板を作製することができる。 The exposure process in the curing step may be a step of exposing the entire surface of the photosensitive composition layer, or a step of partially exposing the photosensitive composition layer in a desired pattern. In this invention, it is preferable that it is the process of partial exposure like a desired pattern, and it is more preferable to include the image development process after the said partial exposure process. Thereby, the board | substrate with which the hydrophilic region which consists of the said crosslinked body, and the hydrophobic area | region in which the crosslinked body is not formed was formed on the base material like a pattern can be produced.
前記所望のパターン様に部分露光する工程は、所望のパターン様に光透過性を有するマスク(フォトマスク)を介して、部分露光する工程であることが好ましい。また、前記マスクを感光性組成物層に密着させて部分露光を行うことにより、より高精度でパターン様に露光することができる。 The step of partially exposing in the desired pattern is preferably a step of partially exposing through a mask (photomask) having light transmittance in the desired pattern. Moreover, by exposing the mask to the photosensitive composition layer and performing partial exposure, pattern exposure can be performed with higher accuracy.
露光に用いる光源としては、前記感光性組成物層を硬化可能な光源であれば特に制限はない。光源として例えば、X線、電子線、エキシマレーザー、キセノンランプ、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ及び高圧水銀ランプ等を挙げることができる。中でも低圧又は高圧水銀ランプを好適に用いることができ、10〜2000Wの高圧水銀ランプであることが好ましい。
また露光波長及び露光量についても特に制限はなく、前記感光性組成物に応じて適宜選択することができる。露光波長としては、例えば200〜400nmとすることができ、280〜400nmであることが好ましい。露光量としては、例えば、0.1〜1000mJ/cm2とすることができ、1〜200mJ/cm2であることが好ましく、10〜20mJ/cm2であることがより好ましい。
The light source used for exposure is not particularly limited as long as it is a light source capable of curing the photosensitive composition layer. Examples of the light source include X-rays, electron beams, excimer lasers, xenon lamps, metal halide lamps, low-pressure mercury lamps, and high-pressure mercury lamps. Among them, a low-pressure or high-pressure mercury lamp can be suitably used, and a high-pressure mercury lamp of 10 to 2000 W is preferable.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about an exposure wavelength and an exposure amount, According to the said photosensitive composition, it can select suitably. As an exposure wavelength, it can be 200-400 nm, for example, and it is preferable that it is 280-400 nm. The exposure amount, for example, be a 0.1~1000mJ / cm 2, it is preferably from 1 to 200 mJ / cm 2, more preferably 10~20mJ / cm 2.
前記現像工程は、前記感光性組成物層における未露光領域を基材上から除去できる方法であれば特に制限はなく、例えば、溶剤を用いた洗浄、及び溶剤への浸漬等を挙げることができ、本発明においては、溶剤として水を用いる洗浄及び水への浸漬であることが好ましい。 The development step is not particularly limited as long as it can remove an unexposed area in the photosensitive composition layer from the substrate, and examples thereof include washing with a solvent and immersion in a solvent. In the present invention, washing with water as a solvent and immersion in water are preferred.
本発明における基板は、例えば、架橋体からなる親水性領域と、基材が露出した疎水性領域とが区画化(パターニング)されて基材上に形成された基板として作製することにより、細胞培養基板として好適に用いることができる。すなわち、前記疎水性領域にのみ細胞が配置され、前記親水性領域には細胞が接着しないことにより、所望のパターン様に細胞が配置可能な細胞培養基板とすることができる。 The substrate in the present invention is produced, for example, as a substrate formed on a base material obtained by partitioning (patterning) a hydrophilic region composed of a crosslinked body and a hydrophobic region where the base material is exposed. It can be suitably used as a substrate. That is, a cell culture substrate on which cells can be arranged in a desired pattern can be obtained by arranging cells only in the hydrophobic region and not adhering cells to the hydrophilic region.
本発明における基板を胚性幹細胞の培養用基板として用いる方法としては、通常の胚性幹細胞の培養方法を制限なく適用することができる。例えば、本発明の基板上に細胞培養培地を配置し、前記細胞培養培地へ所望の胚性幹細胞を播種した後、所望の胚性幹細胞に応じて選択される培養条件を適用することで、基板上の疎水性領域に所望の胚性幹細胞を選択的に配置することができる。 As a method of using the substrate in the present invention as a substrate for culturing embryonic stem cells, a normal method for culturing embryonic stem cells can be applied without limitation. For example, by placing a cell culture medium on the substrate of the present invention, seeding desired embryonic stem cells in the cell culture medium, and then applying the culture conditions selected according to the desired embryonic stem cells, Desired embryonic stem cells can be selectively placed in the upper hydrophobic region.
本発明における親水性領域及び疎水性領域の形状には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、疎水性領域を円状、三角形をはじめとする多角形状、楕円状、ストライプ状等に形成することができる。また親水性領域及び疎水性領域の大きさについても特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 There is no restriction | limiting in particular in the shape of the hydrophilic region and hydrophobic region in this invention, According to the objective, it can select suitably. For example, the hydrophobic region can be formed in a circular shape, a polygonal shape including a triangle, an oval shape, a stripe shape, or the like. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the magnitude | size of a hydrophilic region and a hydrophobic region, According to the objective, it can select suitably.
本発明における基板を胚性幹細胞の培養基板として使用する場合、疎水性領域を円状に形成した場合の大きさとしては、直径として5〜1000μmとすることが好ましく、50〜500μmとすることがより好ましい。また、隣接する疎水性領域を隔てる親水性領域の幅としては、50〜500μmであることが好ましく、100〜200μmであることがより好ましい。更に前記親水性領域における層の厚みとしては、10nm〜1000nmであることが好ましく10nm〜500nmであることがより好ましい。
本発明における親水性領域及び疎水性領域の形状及び大きさは、上述の硬化工程における露光処理を、マスクを介した露光処理とすることで、容易にかつ高い精度で制御することができる。
When the substrate in the present invention is used as a culture substrate for embryonic stem cells, the size when the hydrophobic region is formed in a circle is preferably 5 to 1000 μm in diameter, and preferably 50 to 500 μm. More preferred. Further, the width of the hydrophilic region separating adjacent hydrophobic regions is preferably 50 to 500 μm, and more preferably 100 to 200 μm. Furthermore, the thickness of the layer in the hydrophilic region is preferably 10 nm to 1000 nm, and more preferably 10 nm to 500 nm.
The shape and size of the hydrophilic region and the hydrophobic region in the present invention can be controlled easily and with high accuracy by making the exposure process in the above-described curing step an exposure process through a mask.
本発明における基板は、特に胚性幹細胞由来のスフェロイド形成用の細胞培養用基板として好適に用いることができる。本発明における基板は、前記分岐ポリアルキレングリコール誘導体からなる親水性領域を有するため、高精度にパターニングされた疎水性領域を形成することができる。また、前記親水性領域は細胞非接着性の経時安定性が極めて良好であり、長期間にわたって良好な機能性を示すスフェロイドを維持することが可能となる。すなわち、スフェロイドを形成する各実質細胞に特異的な機能が維持されうる。例えば、肝細胞にあっては高レベルの肝細胞機能(例えば、高レベルのアルブミン産生能、薬物代謝活性)、膵β細胞にあってはインスリン分泌機能、心筋細胞にあっては拍動運動機能等が長期間にわたって維持される。
このようなスフェロイドが形成された基板は、例えば、各種細胞に影響を及ぼし得る環境又は物質のスクリーニングに用いることができる。各種細胞に対する影響は、スフェロイドの形態の変化や産生物(例えば、肝細胞におけるアルブミン、モデル薬物の代謝生成物等)の産生能の変化をモニターすることで評価することができる。
The substrate in the present invention can be suitably used as a cell culture substrate for forming spheroids derived from embryonic stem cells. Since the substrate in the present invention has a hydrophilic region composed of the branched polyalkylene glycol derivative, a hydrophobic region patterned with high precision can be formed. Further, the hydrophilic region has extremely good cell non-adhesive stability over time, and can maintain a spheroid exhibiting good functionality over a long period of time. That is, a function specific to each parenchymal cell forming a spheroid can be maintained. For example, hepatocytes have a high level of hepatocyte function (for example, high level of albumin production ability and drug metabolic activity), pancreatic β cells have an insulin secretion function, and cardiomyocytes have a pulsatile motor function. Etc. are maintained over a long period of time.
The substrate on which such spheroids are formed can be used, for example, for screening for environments or substances that can affect various cells. The influence on various cells can be evaluated by monitoring changes in the spheroid morphology and production ability of products (eg, albumin in hepatocytes, metabolites of model drugs, etc.).
本発明における基板においては、前記親水性領域を、分岐ポリアルキレングリコール誘導体として、末端に重合性置換基を有する重合度が5〜1000のポリアルキレングリコール基を4以上有する化合物を用いて形成することで、形成されたスフェロイドの経時安定性が顕著に向上する。 In the substrate in the present invention, the hydrophilic region is formed as a branched polyalkylene glycol derivative using a compound having 4 or more polyalkylene glycol groups having a polymerization degree of 5 to 1000 and having a polymerizable substituent at the terminal. Thus, the temporal stability of the formed spheroids is remarkably improved.
本発明における基板をスフェロイド形成用基板として使用する場合、疎水性領域を例えば、円状に形成した場合の大きさとしては、直径として5〜1000μmとすることができる。好ましくは50〜500μmであり、より好ましくは100〜300μmである。また、隣接する疎水性領域を隔てる親水性領域の幅としては、50〜500μmであることが好ましく、100〜200μmであることがより好ましい。また親水性領域における層の厚みとしては10nm〜1000nmであることが好ましく10nm〜500nmがより好ましい。
親水性領域と疎水性領域とを前記大きさで構成することにより、機能性の高いスフェロイドをより効率的に作成することができ、更により長期に渡って維持することが可能となる。
When using the board | substrate in this invention as a board | substrate for spheroid formation, as a magnitude | size at the time of forming a hydrophobic region in circular shape, it can be set as 5-1000 micrometers in diameter. Preferably it is 50-500 micrometers, More preferably, it is 100-300 micrometers. Further, the width of the hydrophilic region separating adjacent hydrophobic regions is preferably 50 to 500 μm, and more preferably 100 to 200 μm. The thickness of the layer in the hydrophilic region is preferably 10 nm to 1000 nm, and more preferably 10 nm to 500 nm.
By configuring the hydrophilic region and the hydrophobic region with the above-mentioned sizes, highly functional spheroids can be created more efficiently and can be maintained for a longer period of time.
本発明における基板をスフェロイド形成用基板として用いる場合、必要に応じて前記疎水性領域に予めフィーダー細胞を配置することができる。すなわち本発明においては、本発明の基板上の疎水性領域にフィーダー細胞層を形成し、形成されたフィーダー細胞層上で、胚性幹細胞を培養することができる。
予めフィーダー細胞層を形成することで、胚性幹細胞由来のスフェロイド形成がより効率的に進行し、スフェロイドの安定性が向上する。前記フィーダー細胞としては、例えば、COS−1細胞、血管内皮細胞(例えば、大日本製薬製「ヒト臍帯静脈血管内皮細胞」)、繊維芽細胞等を挙げることができる。
When using the board | substrate in this invention as a board | substrate for spheroid formation, a feeder cell can be previously arrange | positioned to the said hydrophobic area | region as needed. That is, in the present invention, a feeder cell layer can be formed in the hydrophobic region on the substrate of the present invention, and embryonic stem cells can be cultured on the formed feeder cell layer.
By forming the feeder cell layer in advance, the formation of embryonic stem cell-derived spheroids proceeds more efficiently, and the stability of the spheroids is improved. Examples of the feeder cells include COS-1 cells, vascular endothelial cells (for example, “Human Umbilical Vein Endothelial Cells” manufactured by Dainippon Pharmaceutical), fibroblasts, and the like.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、特に断りのない限り「%」は質量基準であり、平均分子量は重量平均分子量である。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise specified, “%” is based on mass, and the average molecular weight is a weight average molecular weight.
まず、本発明に用いられる分岐ポリアルキレングリコール誘導体、および該ポリアルキレングリコールを含む感光性組成物を用いて作製された基板について具体的に説明する。
(参考例1)
〜分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PA20K)の合成〜
4−アジド−安息香酸12g(93.6mmol)を40mLの塩化チオニルに溶解し、1.5時間、加熱還流した。反応混合物を減圧で濃縮、少量のヘキサンを加えて再度減圧で濃縮した後、真空下で乾燥し、白色固体として目的物の4−アジド−安息香酸クロリド9.3g(51.2mmol、収率70%)を得た。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.11-8.15 (2H, m), 7.11-7.16 (2H, m).
First, the branched polyalkylene glycol derivative used in the present invention and a substrate produced using the photosensitive composition containing the polyalkylene glycol will be specifically described.
(Reference Example 1)
-Synthesis of branched polyalkylene glycol derivative (4PA20K)-
4-Azido-benzoic acid 12 g (93.6 mmol) was dissolved in 40 mL of thionyl chloride and heated to reflux for 1.5 hours. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, a small amount of hexane was added, and the mixture was again concentrated under reduced pressure, and then dried under vacuum, and 9.3 g (51.2 mmol, yield 70) of the desired 4-azido-benzoic acid chloride as a white solid. %).
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.11-8.15 (2H, m), 7.11-7.16 (2H, m).
次に、3mLのジクロロメタン(脱水)に、トリエチルアミン81mg(0.8mmol)、4−ジメチルアミノピリジン147mg(1.2mol)を加え、氷浴で冷却しながら攪拌した。この溶液に、上記で得られた4−アジド−安息香酸クロリド363mg(2.0mmol、マルチアームPEGの末端OH基に対して5モル当量)のジクロロメタン(脱水)溶液(5mL)を滴下し、そのまま5分攪拌を続けた後、反応容器を遮光し、マルチアームPEG(日油(株)製SUNBRIGHT(登録商標) PTE−20000、4つのポリエチレングリコール基を有するペンタエリスリトール誘導体)2g(0.1mmol)のジクロロメタン(脱水)溶液(20mL)をゆっくり滴下した。反応溶液を氷浴からはずし、そのまま室温で18時間攪拌した。反応混合物を減圧で濃縮し、ベンゼンを加えて懸濁させたものをろ過して塩を除いた後、再び減圧で濃縮した。粗生成物を少量のベンゼンに溶解し、0℃に冷却したイソプロピルエーテルに滴下して得られた沈殿を濾取する工程を3回繰り返して、得られた白色固体を減圧下で乾燥し、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PA20K)1.74g(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
Next, 81 mg (0.8 mmol) of triethylamine and 147 mg (1.2 mol) of 4-dimethylaminopyridine were added to 3 mL of dichloromethane (dehydrated), followed by stirring while cooling in an ice bath. To this solution was added dropwise a dichloromethane (dehydrated) solution (5 mL) of 363 mg (2.0 mmol, 5 molar equivalents to the terminal OH group of multi-arm PEG) of 4-azido-benzoic acid chloride obtained above. After stirring for 5 minutes, the reaction vessel was shielded from light, and multi-arm PEG (SUNBRIGHT (registered trademark) PTE-20000 manufactured by NOF Corp., pentaerythritol derivative having four polyethylene glycol groups) 2 g (0.1 mmol) Of dichloromethane (dehydrated) (20 mL) was slowly added dropwise. The reaction solution was removed from the ice bath and stirred as such for 18 hours at room temperature. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, and suspended by adding benzene, the salt was removed by filtration, and then concentrated again under reduced pressure. The process of dissolving the crude product in a small amount of benzene and dripping it into isopropyl ether cooled to 0 ° C. and collecting the resulting precipitate by filtration was repeated three times, and the resulting white solid was dried under reduced pressure. As a result, 1.74 g (yield 85%) of a branched polyalkylene glycol derivative (4PA20K) was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
マルチアームPEGとしてPTE−20000の代わりに下記表1に示したマルチアームPEGを用いた以外は、参考例1と同様にして分岐ポリアルキレングリコール誘導体を合成した。収率、性状等を表1に示した。 A branched polyalkylene glycol derivative was synthesized in the same manner as Reference Example 1, except that the multi-arm PEG shown in Table 1 below was used instead of PTE-20000 as the multi-arm PEG. The yield, properties, etc. are shown in Table 1.
(参考例2)
5−アミノ−サリチル酸15.3g(0.1mol)を蒸留水80mLと濃塩酸20mLの混合溶液に懸濁させ、室温で30分攪拌した。混合溶液を氷浴中で冷却した後、亜硝酸ナトリウム6.9g(0.1mol)の水溶液10mLを溶液の反応液の液温が5℃を超えないような速度で滴下し、そのまま1時間攪拌した。続いて、アジ化ナトリウム7.15 g(0.11mol)の水溶液30mLを反応液の液温が10℃を超えない速度で滴下した。氷浴を外して室温に戻しつつ、気泡が発生しなくなるまで激しく攪拌した。生成した沈殿を濾取し、さらに沈殿を蒸留水で洗浄した。得られた固体は、暗所で風乾した後、減圧下で完全に乾燥し、5−アジド−サリチル酸を白色固体として12.0g(67.0mmol、収率=67%)得た。
1H-NMR(DMSO-d6) δ: 11.14(1H, bs), 7.41 (1H, d, J = 3.0 Hz), 6.88 (1H, dd, J = 8.5, 3.0 Hz), 6.68 (1H, d, J = 8.4 Hz).
(Reference Example 2)
5-Amino-salicylic acid (15.3 g, 0.1 mol) was suspended in a mixed solution of distilled water (80 mL) and concentrated hydrochloric acid (20 mL), and stirred at room temperature for 30 minutes. After cooling the mixed solution in an ice bath, 10 mL of an aqueous solution of 6.9 g (0.1 mol) of sodium nitrite was added dropwise at such a rate that the temperature of the reaction solution did not exceed 5 ° C., and the mixture was stirred for 1 hour. did. Subsequently, 30 mL of an aqueous solution of 7.15 g (0.11 mol) of sodium azide was added dropwise at a rate such that the temperature of the reaction solution did not exceed 10 ° C. While removing the ice bath and returning to room temperature, the mixture was vigorously stirred until no bubbles were generated. The produced precipitate was collected by filtration, and the precipitate was further washed with distilled water. The obtained solid was air-dried in a dark place and then completely dried under reduced pressure to obtain 12.0 g (67.0 mmol, yield = 67%) of 5-azido-salicylic acid as a white solid.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ: 11.14 (1H, bs), 7.41 (1H, d, J = 3.0 Hz), 6.88 (1H, dd, J = 8.5, 3.0 Hz), 6.68 (1H, d , J = 8.4 Hz).
得られた5−アジド−サリチル酸5g(27.9mmol)を塩化チオニル50mLに懸濁し、70℃で1時間攪拌した。反応混合物を室温まで放冷し、過剰の塩化チオニルを減圧で除き、5−アジド−サリチル酸クロリドの赤色固体を定量的に得た。
1H-NMR (DMSO-d6) δ: 7.39 (1H, d, J = 2.9 Hz), 7.26 (1H, dd, J = 8.8, 2.9 Hz), 7.00 (1H, d, J = 8.8 Hz).
5 g (27.9 mmol) of 5-azido-salicylic acid obtained was suspended in 50 mL of thionyl chloride and stirred at 70 ° C. for 1 hour. The reaction mixture was allowed to cool to room temperature, excess thionyl chloride was removed under reduced pressure, and a red solid of 5-azido-salicylic acid chloride was obtained quantitatively.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ: 7.39 (1H, d, J = 2.9 Hz), 7.26 (1H, dd, J = 8.8, 2.9 Hz), 7.00 (1H, d, J = 8.8 Hz).
次に、3mLのジクロロメタン(脱水)に、トリエチルアミン81mg(0.8mmol)、ジメチルアミノピリジン147mg(1.2mol)を加え、氷浴で冷却しながら攪拌した。この溶液に、上記で得られた5−アジド−サリチル酸クロリド358mg(2mmol、マルチアームPEGの末端OH基に対して5モル当量)のジクロロメタン(脱水)溶液(5mL)を滴下し、そのまま5分攪拌を続けた後、反応容器を遮光し、マルチアームPEG(日油(株)製SUNBRIGHT(登録商標) PTE−20000、4つのポリエチレングリコール基を有する化合物)2g(0.1mmol)のジクロロメタン(脱水)溶液(20mL)をゆっくり滴下した。反応溶液を氷浴からはずし、そのまま室温で18時間攪拌した。反応混合物を減圧で濃縮し、ベンゼンを加えて懸濁させたものをろ過して塩を除いた後、再び減圧で濃縮した。粗生成物を少量のベンゼンに溶解し、0℃に冷却したイソプロピルエーテルに滴下して得られた沈殿を濾取する工程を3回繰り返して、得られた白色固体を減圧下で乾燥し、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PB20K)1.77g(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
Next, 81 mg (0.8 mmol) of triethylamine and 147 mg (1.2 mol) of dimethylaminopyridine were added to 3 mL of dichloromethane (dehydrated), followed by stirring while cooling in an ice bath. To this solution was added dropwise a solution (5 mL) of 5-azido-salicylic acid chloride obtained above in 358 mg (2 mmol, 5 molar equivalents relative to the terminal OH group of multi-arm PEG) in dichloromethane (dehydrated), and the mixture was stirred for 5 minutes. Then, the reaction vessel was shielded from light, and 2 g (0.1 mmol) of dichloromethane (dehydration) of multi-arm PEG (SUNBRIGHT (registered trademark) PTE-20000, a compound having four polyethylene glycol groups, manufactured by NOF Corporation) was used. The solution (20 mL) was slowly added dropwise. The reaction solution was removed from the ice bath and stirred as such for 18 hours at room temperature. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, and suspended by adding benzene, the salt was removed by filtration, and then concentrated again under reduced pressure. The process of dissolving the crude product in a small amount of benzene and dripping it into isopropyl ether cooled to 0 ° C. and collecting the resulting precipitate by filtration was repeated three times, and the resulting white solid was dried under reduced pressure. As a result, 1.77 g (yield: 85%) of a branched polyalkylene glycol derivative (4PB20K) was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
(参考例3)
参考例2において、マルチアームPEGとしてPTE−20000の代わりにHGEO−20000(日油(株)製、8つのポリエチレングリコール基を有するヘキサグリセリン誘導体)を用いた以外は実施例4と同様にして、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(8PB20K)1.72g(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
(Reference Example 3)
In Reference Example 2, in the same manner as in Example 4 except that HGEO-20000 (manufactured by NOF Corporation, hexaglycerin derivative having 8 polyethylene glycol groups) was used instead of PTE-20000 as multi-arm PEG, 1.72 g (yield 85%) of the branched polyalkylene glycol derivative (8PB20K) as the target product was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
(参考例4)
5−アミノ−2−ニトロ安息香酸18.1g(0.1mol)を蒸留水80mLと濃塩酸20mLの混合溶液に懸濁させ、室温で30分攪拌した。混合溶液を氷浴中で冷却した後、亜硝酸ナトリウム6.9g(0.1mol)の水溶液10mLを溶液の反応液の液温が5℃を超えないような速度で滴下し、そのまま1時間攪拌した。続いて、アジ化ナトリウム7.15 g(0.11mol)の水溶液30mLを反応液の液温が10℃を超えない速度で滴下した。氷浴を外して室温に戻しつつ、気泡が発生しなくなるまで激しく攪拌した。生成した沈殿を濾取し、さらに沈殿を蒸留水で洗浄した。得られた固体は、暗所で風乾した後、減圧下で完全に乾燥し、5−アジド−2−ニトロ安息香酸を白色固体として19.2g(92.4mmol、収率=92%)を得た。
1H-NMR (DMSO-d6) δ: 13.99(1H, bs), 8.09-8.06 (1H, m), 7.45-7.42 (2H, m).
(Reference Example 4)
18.1 g (0.1 mol) of 5-amino-2-nitrobenzoic acid was suspended in a mixed solution of 80 mL of distilled water and 20 mL of concentrated hydrochloric acid, and stirred at room temperature for 30 minutes. After cooling the mixed solution in an ice bath, 10 mL of an aqueous solution of 6.9 g (0.1 mol) of sodium nitrite was added dropwise at such a rate that the temperature of the reaction solution did not exceed 5 ° C., and the mixture was stirred for 1 hour. did. Subsequently, 30 mL of an aqueous solution of 7.15 g (0.11 mol) of sodium azide was added dropwise at a rate such that the temperature of the reaction solution did not exceed 10 ° C. While removing the ice bath and returning to room temperature, the mixture was vigorously stirred until no bubbles were generated. The produced precipitate was collected by filtration, and the precipitate was further washed with distilled water. The obtained solid was air-dried in the dark and then completely dried under reduced pressure to obtain 19.2 g (92.4 mmol, yield = 92%) of 5-azido-2-nitrobenzoic acid as a white solid. It was.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ: 13.99 (1H, bs), 8.09-8.06 (1H, m), 7.45-7.42 (2H, m).
得られた5−アジド−2−ニトロ安息香酸1.0g(4.8mmol)を塩化チオニル10mLに懸濁し、70℃で1時間攪拌した。反応混合物を室温まで放冷し、過剰の塩化チオニルを減圧で除き、5−アジド−サリチル酸クロリドの赤色固体を定量的に得た。
1H-NMR (DMSO-d6) δ: 8.10-8.07 (1H, m), 7.46-7.42 (2H, m).
The obtained 5-azido-2-nitrobenzoic acid 1.0 g (4.8 mmol) was suspended in 10 mL of thionyl chloride and stirred at 70 ° C. for 1 hour. The reaction mixture was allowed to cool to room temperature, excess thionyl chloride was removed under reduced pressure, and a red solid of 5-azido-salicylic acid chloride was obtained quantitatively.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ: 8.10-8.07 (1H, m), 7.46-7.42 (2H, m).
次に、3mLのジクロロメタン(脱水)に、トリエチルアミン81mg(0.8mmol)、ジメチルアミノピリジン147mg(1.2mol)を加え、氷浴で冷却しながら攪拌した。この溶液に、上記で得られた5−アジド−2−ニトロ安息香酸クロリド417mg(2mmol、マルチアームPEGの末端OH基に対して5モル当量)のジクロロメタン(脱水)溶液(5mL)を滴下し、そのまま5分攪拌を続けた後、反応容器を遮光し、マルチアームPEG(日油(株)製SUNBRIGHT(登録商標) PTE−20000、4つのポリエチレングリコール基を有する化合物)2g(0.1mmol)のジクロロメタン(脱水)溶液(20mL)をゆっくり滴下した。反応溶液を氷浴からはずし、そのまま室温で18時間攪拌した。反応混合物を減圧で濃縮し、ベンゼンを加えて懸濁させたものをろ過して塩を除いた後、再び減圧で濃縮した。粗生成物を少量のベンゼンに溶解し、0℃に冷却したイソプロピルエーテルに滴下して得られた沈殿を濾取する工程を3回繰り返して、得られた白色固体を減圧下で乾燥し、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PC20K)1.81(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
Next, 81 mg (0.8 mmol) of triethylamine and 147 mg (1.2 mol) of dimethylaminopyridine were added to 3 mL of dichloromethane (dehydrated), followed by stirring while cooling in an ice bath. To this solution was added dropwise a dichloromethane (dehydrated) solution (5 mL) of 417 mg (2 mmol, 5 molar equivalents relative to the terminal OH group of multi-arm PEG) of 5-azido-2-nitrobenzoic acid chloride obtained above, After stirring for 5 minutes as it was, the reaction vessel was shielded from light, and 2 g (0.1 mmol) of multi-arm PEG (SUNBRIGHT (registered trademark) PTE-20000, a compound having four polyethylene glycol groups, manufactured by NOF Corporation) was added. Dichloromethane (dehydrated) solution (20 mL) was slowly added dropwise. The reaction solution was removed from the ice bath and stirred as such for 18 hours at room temperature. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, and suspended by adding benzene, the salt was removed by filtration, and then concentrated again under reduced pressure. The process of dissolving the crude product in a small amount of benzene and dripping it into isopropyl ether cooled to 0 ° C. and collecting the resulting precipitate by filtration was repeated three times, and the resulting white solid was dried under reduced pressure. A branched polyalkylene glycol derivative (4PC20K) 1.81 (yield 85%) was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
(参考例5)
参考例4において、マルチアームPEGとしてPTE−20000の代わりにHGEO−20000(日油(株)製、8つのポリエチレングリコール基を有するヘキサグリセリン誘導体)を用いた以外は参考例4と同様にして、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(8PC20K)1.71g(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
(Reference Example 5)
In Reference Example 4, in the same manner as Reference Example 4 except that HGEO-20000 (manufactured by NOF Corporation, hexaglycerin derivative having 8 polyethylene glycol groups) was used as the multi-arm PEG instead of PTE-20000, 1.71 g (yield 85%) of the branched polyalkylene glycol derivative (8PC20K) as the target product was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
(参考例6)
アクリロイルクロリド181mg(2.0mmol、マルチアームPEGの末端OH基に対して5モル当量)のベンゼン(脱水)溶液(5mL)を滴下し、そのまま5分攪拌を続けた後、反応容器を遮光し、マルチアームPEG(日油(株)製SUNBRIGHT(登録商標) PTE−20000、4つのポリエチレングリコール基を有するペンタエリスリトール誘導体)2g(0.1mmol)のベンゼン(脱水)溶液(20mL)をゆっくり滴下した。反応溶液を氷浴からはずし、そのまま室温で18時間攪拌した。反応混合物を減圧で濃縮し、ベンゼンを加えて懸濁させたものをろ過して塩を除いた後、再び減圧で濃縮した。粗生成物を少量のベンゼンに溶解し、0℃に冷却したイソプロピルエーテルに滴下して得られた沈殿を濾取する工程を3回繰り返して、得られた白色固体を減圧下で乾燥し、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PD20K)1.74g(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
(Reference Example 6)
A benzene (dehydrated) solution (5 mL) of 181 mg of acryloyl chloride (2.0 mmol, 5 molar equivalents relative to the terminal OH group of the multi-arm PEG) was dropped, and the stirring was continued for 5 minutes. A benzene (dehydrated) solution (20 mL) of 2 g (0.1 mmol) of multi-arm PEG (SUNBRIGHT (registered trademark) PTE-20000, 4 pentaerythritol derivatives having four polyethylene glycol groups) manufactured by NOF Corporation was slowly added dropwise. The reaction solution was removed from the ice bath and stirred as such for 18 hours at room temperature. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, and suspended by adding benzene, the salt was removed by filtration, and then concentrated again under reduced pressure. The process of dissolving the crude product in a small amount of benzene and dripping it into isopropyl ether cooled to 0 ° C. and collecting the resulting precipitate by filtration was repeated three times, and the resulting white solid was dried under reduced pressure. As a result, 1.74 g (yield 85%) of a branched polyalkylene glycol derivative (4PD20K) was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
(参考例7)
参考例6において、マルチアームPEGとしてPTE−20000の代わりに、HGEO−20000(日油(株)製、8つのポリエチレングリコール基を有するヘキサグリセリン誘導体)を用いた以外は、参考例6と同様にして、目的物とする分岐ポリアルキレングリコール誘導体(8PD20K)1.74g(収率85%)を得た。
1H-NMRの積分比より算出した末端水酸基の重合性置換基への置換率は、85%であった。
1H-NMR (CDCl3) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 (2145H, m).
(Reference Example 7)
In Reference Example 6, in the same manner as Reference Example 6 except that HGEO-20000 (manufactured by NOF Corporation, hexaglycerin derivative having 8 polyethylene glycol groups) was used as the multi-arm PEG instead of PTE-20000. As a result, 1.74 g (yield: 85%) of a branched polyalkylene glycol derivative (8PD20K) as a target product was obtained.
The substitution ratio of the terminal hydroxyl group to the polymerizable substituent calculated from the integral ratio of 1 H-NMR was 85%.
1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 8.05 (8H, d, J = 8.6 Hz), 7.07 (8H, d, J = 8.6 Hz), 4.46 (8H, t, J = 4.9 Hz), 3.89-3.39 ( 2145H, m).
(参考例8)
〜基板の作製〜
以下の作業は、すべてイエロールーム内で行った。
参考例1で作製した分岐ポリアルキレングリコール誘導体(マルチアームPEG−アジド:4PA20K)をトルエンに溶解し、感光性組成物Aとして4PA20Kのトルエン溶液(1%)を調製した。基材としてポリ−L−リジンコートスライドガラス(松浪硝子工業(株)製。白切放NO.1スライドガラス丸型21mmΦ。以下「PLLコートガラス」と略す)を使用し、PLLコートガラス上に、感光性組成物Aを110μL滴下後、スピンコート法(500rpm×5秒+3000rpm×20秒+6000rpm×1秒)により成膜し、常温で放置して乾燥させた。これに、石英ガラス製フォトマスク(直径200μmの円形パターンが多数配置されたもの)を密着させ、高圧水銀灯(200W)を用いて40秒間露光を行った後、脱イオン水で洗浄(現像工程:流水15秒間+浸漬20分間)した。常温で乾燥し、表面に微細加工された親水性の架橋体を有する基板を得た。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡(倍率×100)により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 8)
-Fabrication of substrate-
The following operations were all performed in the yellow room.
The branched polyalkylene glycol derivative (multi-arm PEG-azide: 4PA20K) prepared in Reference Example 1 was dissolved in toluene to prepare a 4PA20K toluene solution (1%) as photosensitive composition A. Poly-L-lysine-coated slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd., white cut-off NO.1 slide glass round shape 21 mmΦ, hereinafter abbreviated as “PLL-coated glass”) is used as a base material. Then, after 110 μL of the photosensitive composition A was dropped, a film was formed by a spin coating method (500 rpm × 5 seconds + 3000 rpm × 20 seconds + 6000 rpm × 1 second) and left to dry at room temperature. A quartz glass photomask (with a large number of circular patterns with a diameter of 200 μm) is adhered to this, and after exposure for 40 seconds using a high-pressure mercury lamp (200 W), it is washed with deionized water (development process: Running water for 15 seconds + immersion for 20 minutes). The substrate was dried at room temperature to obtain a substrate having a hydrophilic crosslinked body finely processed on the surface. When the surface of the said board | substrate was observed with the phase-contrast optical microscope (magnification x100), it has confirmed that the favorable micro pattern was formed with high precision.
(参考例9)
参考例8において、基材としてPLLコートガラスに代えて、アミノプロピルシランコートガラス(松浪硝子工業(株)製。APSコートNO.1カバーガラス丸型21mmΦ。以下「APSコートガラス」と略す)を用いた以外は、参考例8と同様にして基板を作製し、表面に微細加工された親水性の架橋体を有する基板を得た。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 9)
In Reference Example 8, instead of PLL-coated glass as a substrate, aminopropylsilane-coated glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd. APS Coat No. 1 Cover Glass Round 21 mmΦ, hereinafter abbreviated as “APS Coated Glass”). A substrate was produced in the same manner as in Reference Example 8 except that it was used, and a substrate having a hydrophilic cross-linked body finely processed on its surface was obtained. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
(参考例10)
参考例8において、基材としてPLLコートガラスに代えて、MASコートガラス(松浪硝子工業(株)製)を用いた以外は、参考例8と同様にして基板を作製し、表面に微細加工された親水性の架橋体を有する基板を得た。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 10)
In Reference Example 8, a substrate was prepared in the same manner as in Reference Example 8 except that MAS-coated glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd.) was used instead of PLL-coated glass as the base material, and the substrate was finely processed on the surface. A substrate having a hydrophilic cross-linked product was obtained. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
(参考例11)
参考例8において、基材としてPLLコートガラスに代えて、PLLコート上にコラーゲンをさらにコーティングした「コラーゲンコートガラス」を用いた以外は、参考例8と同様にして基板を作製し、表面に微細加工された親水性の架橋体を有する基板を得た。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡(倍率×100)により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
尚、コラーゲンコートガラスは、PLLコートガラス上にブタI型コラーゲン(日本ハム(株)製)の0.1%水溶液を400μL滴下し、スピンコート法(350rpm×5秒+500rpm×5秒+1000rpm×10秒+1500rpm×10秒+6000rpm×1秒)にて成膜した後、室温で乾燥する工程を2回繰り返して作製した。
(Reference Example 11)
In Reference Example 8, a substrate was prepared in the same manner as in Reference Example 8 except that “collagen-coated glass” in which collagen was further coated on the PLL coat was used instead of PLL-coated glass as a base material, and the surface was finely formed. A substrate having a processed hydrophilic crosslinked body was obtained. When the surface of the said board | substrate was observed with the phase-contrast optical microscope (magnification x100), it has confirmed that the favorable micro pattern was formed with high precision.
The collagen-coated glass was dropped on a PLL-coated glass with 400 μL of 0.1% aqueous solution of porcine type I collagen (manufactured by Nippon Ham Co., Ltd.) and spin-coated (350 rpm × 5 seconds + 500 rpm × 5 seconds + 1000 rpm × 10). Second + 1500 rpm × 10 seconds + 6000 rpm × 1 second), and the process of drying at room temperature was repeated twice.
(参考例12)
参考例8において、基材としてPLLコートガラスに代えて、PLLコート上にゼラチンをさらにコーティングした「ゼラチンコートガラス」を用いた以外は、参考例8と同様にして基板を作製し、表面に微細加工された親水性の架橋体を有する基板を得た。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
尚、ゼラチンコートガラスは、PLLコートガラスを用い、ゼラチン(新田ゼラチン社製)の0.1%溶液を400μL滴下し、スピンコート法(350rpm×5秒+500rpm×5秒+1000rpm×10秒+1500rpm×10秒+6000rpm×1秒)にて成膜した後、室温で乾燥して作製した。
(Reference Example 12)
In Reference Example 8, a substrate was prepared in the same manner as in Reference Example 8 except that “gelatin-coated glass” in which gelatin was further coated on the PLL coat was used instead of PLL-coated glass as the base material, and the surface was made fine. A substrate having a processed hydrophilic crosslinked body was obtained. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
As the gelatin-coated glass, PLL coated glass is used, and 400 μL of a 0.1% solution of gelatin (manufactured by Nitta Gelatin Co., Ltd.) is dropped, and spin coating (350 rpm × 5 seconds + 500 rpm × 5 seconds + 1000 rpm × 10 seconds + 1500 rpm ×) The film was formed at 10 seconds + 6000 rpm × 1 second) and then dried at room temperature.
(参考例13)
参考例11において、コラーゲンコートガラスの作製方法を、PLLコートガラスをブタI型コラーゲン(日本ハム(株)製)の0.02%水溶液に3時間浸漬後、脱イオン水の流水で洗浄、乾燥させる方法に変更した以外は、参考例11と同様の方法で基板を作製した。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 13)
In Reference Example 11, the method for producing the collagen-coated glass was as follows: the PLL-coated glass was immersed in a 0.02% aqueous solution of porcine type I collagen (manufactured by Nippon Ham Co., Ltd.) for 3 hours, washed with running deionized water, and dried. A substrate was produced in the same manner as in Reference Example 11 except that the method was changed. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
(参考例14)
参考例8において、感光性組成物Aに代えて、マルチアームPEG−アジド(4PA20K)の濃度を0.5%とした感光性組成物Bを用いた以外は、参考例8と同様の方法で基板を作製した。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 14)
In Reference Example 8, instead of Photosensitive Composition A, the same method as Reference Example 8 was used, except that Photosensitive Composition B in which the concentration of multi-arm PEG-azide (4PA20K) was 0.5% was used. A substrate was produced. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
(参考例15)
参考例8において、分岐ポリアルキレングリコール誘導体として4PA20Kに代えて、参考例2〜5で合成した各種の分岐ポリアルキレングリコール誘導体をそれぞれ用いた以外は参考例8と同様の方法で基板を作製した。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 15)
In Reference Example 8, instead of 4PA20K as the branched polyalkylene glycol derivative, a substrate was prepared in the same manner as in Reference Example 8 except that the various branched polyalkylene glycol derivatives synthesized in Reference Examples 2 to 5 were used. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
(実施例16)
参考例8において、分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PA20K)に代えて、参考例4で合成した分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PC20K)を用い、露光条件として高圧水銀灯(200W)で3秒間とした以外は、参考例8と同様の方法で基板を作製した。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡(倍率×100)により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Example 16)
In Reference Example 8, instead of the branched polyalkylene glycol derivative (4PA20K), the branched polyalkylene glycol derivative (4PC20K) synthesized in Reference Example 4 was used, and the exposure condition was 3 seconds with a high-pressure mercury lamp (200 W). A substrate was produced in the same manner as in Reference Example 8. When the surface of the said board | substrate was observed with the phase-contrast optical microscope (magnification x100), it has confirmed that the favorable micro pattern was formed with high precision.
(参考例17)
参考例8において、分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PA20K)に代えて、参考例4で合成した分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PC20K)を用い、露光条件をフォトマスク上にフィルター(シグマ光機(株)製、UTVAF36U)を配置して、高圧水銀灯(200W)で10秒間の露光とした以外は、実施例10と同様の方法で基板を作製した。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡(倍率×100)により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 17)
In Reference Example 8, instead of the branched polyalkylene glycol derivative (4PA20K), the branched polyalkylene glycol derivative (4PC20K) synthesized in Reference Example 4 was used, and the exposure conditions were filtered on a photomask (manufactured by Sigma Koki Co., Ltd.). , UTVAF36U) and a substrate was produced in the same manner as in Example 10 except that the exposure was performed with a high-pressure mercury lamp (200 W) for 10 seconds. When the surface of the said board | substrate was observed with the phase-contrast optical microscope (magnification x100), it has confirmed that the favorable micro pattern was formed with high precision.
(参考例18)
参考例9〜13において、分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PA20K)に代えて、参考例2で合成した分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PB20K)又は参考例4で合成した分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PC20K)を用い、露光条件をフォトマスク上にフィルター(シグマ光機(株)製、UTVAF36U)を配置して、高圧水銀灯(200W)で10秒間の露光とした以外は、参考例9〜13とそれぞれ同様の方法で基板を作製した。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡により観察したところ、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 18)
In Reference Examples 9 to 13, instead of the branched polyalkylene glycol derivative (4PA20K), the branched polyalkylene glycol derivative (4PB20K) synthesized in Reference Example 2 or the branched polyalkylene glycol derivative (4PC20K) synthesized in Reference Example 4 was used. The same exposure method as in Reference Examples 9 to 13 except that a filter (Sigma TV Co., UTVAF36U) was placed on the photomask and the exposure was performed for 10 seconds with a high-pressure mercury lamp (200 W). A substrate was prepared. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope, it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy.
(参考例19)
参考例6及び参考例7で作製した分岐ポリアルキレングリコール誘導体(4PD20K、8PD20K)の濃度が1%であって、光重合開始剤としてIRGACURE2959の濃度が0.05%となるようにトルエンに溶解して、感光性組成物Dを調製した。基材としてポリ−L−リジンコートスライドガラス(松浪硝子工業(株)製。白切放NO.1スライドガラス丸型21mmΦ。以下「PLLコートガラス」と略す)を使用し、PLLコートガラス上に、感光性組成物Dを110μL滴下後、スピンコート法(500rpm×5秒+3000rpm×20秒+6000rpm×1秒)により成膜し、常温で放置して乾燥させた。これに、石英ガラス製フォトマスク(直径100μmの円形パターンが多数配置されたもの)を密着させ、高圧水銀灯(200W)を用いて40秒間露光を行った後、脱イオン水で洗浄(現像工程:流水15秒間+浸漬20分間)した。常温で乾燥し、表面に微細加工された親水性の架橋体を有する基板を得た。当該基板の表面を、位相差光学顕微鏡(倍率×100)により観察したところ、いずれの分岐ポリアルキレングリコール誘導体を用いた場合にも、良好なマイクロパターンが高精度に形成されていることが確認できた。
(Reference Example 19)
The branched polyalkylene glycol derivatives (4PD20K, 8PD20K) prepared in Reference Example 6 and Reference Example 7 were dissolved in toluene so that the concentration of IRGACURE2959 as a photopolymerization initiator was 0.05%. A photosensitive composition D was prepared. Poly-L-lysine-coated slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd., white cut-off NO.1 slide glass round shape 21 mmΦ, hereinafter abbreviated as “PLL-coated glass”) is used as a base material. After 110 μL of the photosensitive composition D was dropped, a film was formed by a spin coating method (500 rpm × 5 seconds + 3000 rpm × 20 seconds + 6000 rpm × 1 second), and left to dry at room temperature. A quartz glass photomask (having a large number of circular patterns with a diameter of 100 μm arranged thereon) is adhered to this, and after exposure for 40 seconds using a high-pressure mercury lamp (200 W), it is washed with deionized water (development process: Running water for 15 seconds + immersion for 20 minutes). The substrate was dried at room temperature to obtain a substrate having a hydrophilic crosslinked body finely processed on the surface. When the surface of the substrate was observed with a phase-contrast optical microscope (magnification x100), it was confirmed that a good micropattern was formed with high accuracy when any branched polyalkylene glycol derivative was used. It was.
(実施例1)
〜胚性幹細胞の調製〜
I型コラーゲンαプロモーターで発現制御されたGFP遺伝子を組み換えたトランスジェニックマウス由来の胚性幹細胞(COL1−GFP)を、FASEB J.,21,1777-1787(2007)に記載された方法に従って作製し、下記LIF(+)培地を用いて継代培養を行った。
LIF(+)培地:DMEM(シグマ・アルドリッチ社製)500mL、FBS 75mL、AB 5mL、GlutaMAX 5mL、非必須アミノ酸溶液 5mL、α−LIF 50μL、2−メルカプトエタノール 3.8μL。
また、同様にしてII型コラーゲンプロモーターで発現制御されたGFP遺伝子を組み換えたWTマウス由来の胚性幹細胞(COL2−GFP)を作製し、同様にLIF(+)培地を用いて継代培養を行った。
Example 1
-Preparation of embryonic stem cells-
An embryonic stem cell (COL1-GFP) derived from a transgenic mouse recombined with a GFP gene whose expression is controlled by a type I collagen α promoter was expressed by FASEB J. et al. , 21, 1777-1787 (2007), and subcultured using the following LIF (+) medium.
LIF (+) medium: DMEM (manufactured by Sigma-Aldrich) 500 mL, FBS 75 mL, AB 5 mL, GlutaMAX 5 mL, non-essential amino acid solution 5 mL, α-LIF 50 μL, 2-mercaptoethanol 3.8 μL.
Similarly, embryonic stem cells (COL2-GFP) derived from WT mice recombined with a GFP gene whose expression was controlled by a type II collagen promoter were prepared, and subcultured in the same manner using LIF (+) medium. It was.
〜スフェロイド形成〜
LIF(+)培地で継代培養してきた胚性幹細胞(COL1−GFP)をトリプシン(1X)処理し、遠心分離後、LIF(+)培地に細胞を分散させた。
参考例8において作製した後、滅菌作業を行った基板を、FALCON社製12ウェルプレート底面にセットし、培地としてLIF(+)培地を添加し、LIF(+)培地に分散させた胚性幹細胞(COL1−GFP)を細胞濃度1.5×105cells/mLで播種した。次いで培地を下記LIF(−)ATRA(+)培地に交換し、培養条件5%CO2、37℃で6日間培養した。
LIF(−)ATRA(+)培地:上記LIF(+)培地において、α−LIF 50μLの代わりに、レチノイン酸(ATRA) 50μLを添加した。
~ Spheroid formation ~
Embryonic stem cells (COL1-GFP) that have been subcultured in LIF (+) medium were treated with trypsin (1X), and after centrifugation, the cells were dispersed in LIF (+) medium.
After the preparation in Reference Example 8, the sterilized substrate is set on the bottom of a 12-well plate manufactured by FALCON, LIF (+) medium is added as a medium, and embryonic stem cells are dispersed in the LIF (+) medium. (COL1-GFP) was seeded at a cell concentration of 1.5 × 10 5 cells / mL. Next, the medium was replaced with the following LIF (−) ATRA (+) medium, and the cells were cultured for 6 days at 37 ° C. under culture conditions 5% CO 2 .
LIF (−) ATRA (+) medium: In the above LIF (+) medium, 50 μL of retinoic acid (ATRA) was added instead of 50 μL of α-LIF.
1日以内に基材上に形成した疎水性領域に対応してアレイ状に並んだ、均一な大きさを有する多数の胚性幹細胞由来のスフェロイド(細胞凝集塊)が得られた。培養開始1日後の顕微鏡写真(倍率×400)を図1に、6日後の顕微鏡写真(倍率×400)を図2に示した。 A large number of embryonic stem cell-derived spheroids (cell aggregates) having a uniform size arranged in an array corresponding to the hydrophobic regions formed on the substrate within one day were obtained. A photomicrograph (magnification x400) one day after the start of culture is shown in FIG. 1, and a photomicrograph after six days (magnification x400) is shown in FIG.
(実施例2)
実施例1において、基板として直径200μmの円形パターンの代わりに、直径100μmおよび500μmの円形パターンの疎水性領域がそれぞれ形成された基板を用いた以外は実施例1と同様にして、胚性幹細胞(COL1−GFP)を培養した。
直径100μmの円形パターンを形成した基板を用いた場合には、実施例1と同様に均一な大きさを有し、アレイ状に配置された胚性幹細胞由来のスフェロイドが得られた。また、500μmの円形パターンを用いた場合には、基板中央部分の疎水性領域では胚性幹細胞由来のスフェロイドが形成されていた。
(Example 2)
In Example 1, instead of using a circular pattern with a diameter of 100 μm and a circular pattern with a diameter of 500 μm instead of a circular pattern with a diameter of 200 μm as the substrate, embryonic stem cells ( COL1-GFP) was cultured.
When a substrate on which a circular pattern having a diameter of 100 μm was formed, spheroids derived from embryonic stem cells having a uniform size as in Example 1 and arranged in an array were obtained. When a 500 μm circular pattern was used, embryonic stem cell-derived spheroids were formed in the hydrophobic region at the center of the substrate.
(実施例3)
実施例1において、参考例8で作製した基板の代わりに、参考例9〜19で作製した基板を用いた以外は実施例1と同様にして、胚性幹細胞(COL1−GFP)を培養した。
いずれの基板を用いた場合でも、実施例1と同様に、均一な大きさを有しアレイ状に配置された多数の胚性幹細胞由来のスフェロイドが得られた。
(Example 3)
In Example 1, embryonic stem cells (COL1-GFP) were cultured in the same manner as in Example 1 except that the substrates prepared in Reference Examples 9 to 19 were used instead of the substrate prepared in Reference Example 8.
Whichever substrate was used, as in Example 1, a large number of embryonic stem cell-derived spheroids having a uniform size and arranged in an array were obtained.
(比較例1)
実施例1において、参考例8で作製した基板の代わりにペトリディッシュを用いた以外は実施例1と同様にして、胚性幹細胞(COL1−GFP)を培養した。
形成された肺様体(EB)の培養6日後の顕微鏡写真(倍率×400)を図3に示した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, embryonic stem cells (COL1-GFP) were cultured in the same manner as in Example 1 except that a petri dish was used instead of the substrate prepared in Reference Example 8.
A photomicrograph (magnification × 400) of the formed lung-like body (EB) after 6 days of culture is shown in FIG.
(実施例4)
LIF(+)培地で継代培養した胚性幹細胞(COL1−GFP)を参考例1で作製した基板に播種した。培地は基板に播種時にLIF(-)ATRA(+)に交換した。基板に播種する直前の細胞を0dayとし、播種後1日後および6日後にそれぞれ培養細胞を回収し、常法によりアルカリホスファターゼ(ALP)活性を測定した。
培養細胞はすべてトリプシン処理により回収し、PBS(-)洗浄後(このとき細胞数をカウント)、1%SDSを加えて5分静置し、これをサンプルとした。96wellプレート中に基質溶液100μLをあらかじめ加えておき、ここにサンプル溶液を20μL加えた。この時点から37℃で、15分間インキュベートし、反応停止液を80μL加えて反応を停止した。この後、405nmにおける吸光度をプレートリーダーにより測定し、あらかじめ作成しておいた検量線よりp−ニトロフェノール濃度を算出し、ALP活性を求めた。結果を図4に示した。
Example 4
Embryonic stem cells (COL1-GFP) subcultured in LIF (+) medium were seeded on the substrate prepared in Reference Example 1. The medium was replaced with LIF (−) ATRA (+) when seeded on the substrate. Cells immediately before seeding on the substrate were set to 0 day, and cultured cells were collected 1 day and 6 days after seeding, and alkaline phosphatase (ALP) activity was measured by a conventional method.
All cultured cells were collected by trypsin treatment, washed with PBS (-) (counting the number of cells at this time), added with 1% SDS, and allowed to stand for 5 minutes. This was used as a sample. In a 96-well plate, 100 μL of the substrate solution was previously added, and 20 μL of the sample solution was added thereto. From this point of time, the mixture was incubated at 37 ° C. for 15 minutes, and the reaction was stopped by adding 80 μL of a reaction stop solution. Thereafter, the absorbance at 405 nm was measured with a plate reader, the p-nitrophenol concentration was calculated from a calibration curve prepared in advance, and ALP activity was determined. The results are shown in FIG.
図4から、本発明にかかる基板上で胚性幹細胞を培養することにより、経時的にALP活性が低下することがわかる。 FIG. 4 shows that ALP activity decreases with time by culturing embryonic stem cells on the substrate according to the present invention.
(実施例5)
〜RT−PCRによるマーカー遺伝子発現量評価〜
LIF(+)培地で継代培養した胚性幹細胞(COL1−GFP)を参考例1で作製した基板に播種した。培地は基板に播種時にLIF(-)ATRA(+)培地に交換した。基板に播種する直前の細胞を0dayとし、播種後1日後、5日後および7日後にそれぞれ培養細胞を回収した。RT−PCRを用いた常法により、未分化性マーカーOct4、外胚葉系マーカーNCAM、中胚葉系マーカーFlk−1、および内胚葉系マーカーAFPの発現量を、以下のプロトコールに従って、それぞれ評価した。結果を図5〜図8に示した。
(Example 5)
-Evaluation of marker gene expression by RT-PCR-
Embryonic stem cells (COL1-GFP) subcultured in LIF (+) medium were seeded on the substrate prepared in Reference Example 1. The medium was replaced with LIF (−) ATRA (+) medium when seeded on the substrate. The cells immediately before seeding on the substrate were set to 0 day, and the cultured cells were collected 1 day, 5 days and 7 days after seeding. The expression levels of the undifferentiated marker Oct4, the ectoderm marker NCAM, the mesoderm marker Flk-1, and the endoderm marker AFP were evaluated according to the following protocol by a conventional method using RT-PCR. The results are shown in FIGS.
RNA抽出:基板上の培地を取り除き、PBS(-)で2回洗浄した後、TRIzolを500μL添加し、5分間室温にて静置した。よくピペッティングした後、エッペンチューブに移し、−80℃にて保存した。
RNA精製:TRIzol 500μLに対し、クロロホルム 100μLを添加し、手でよく攪拌後、12000rpm、5分間、4℃で遠心分離を行った。ついで、IPA 400μLの入った別のエッペンチューブに遠心分離後の上清から200μLを添加し、転倒混和を行い、15000rpm、10分間、4℃で遠心分離を行った。デカンテーションにより上清を取り除き、さらにキムワイプの上に伏せておき、完全に上清を除去した。75%EtOH 500μLを添加し、VORTEXにより攪拌後、15000rpm、5分間、4℃で遠心分離を行った。再びデカンテーションにより上清を取り除き、さらにエッペンで上清を完全に除去し、RNA Free Waterを20μL加えて溶解した。
RT:Takara ExScript RT reagent Kitを用い、添付のプロトコルに従って操作を行った。
PCR:設定条件は以下のとおりである。94℃、5min;94℃、30sec;58℃、30sec;72℃、30sec;72℃、7min;4℃、∞;Cycle数 35。
RNA extraction: The medium on the substrate was removed, and after washing twice with PBS (−), 500 μL of TRIzol was added and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. After pipetting well, it was transferred to an Eppendorf tube and stored at -80 ° C.
RNA purification: 100 μL of chloroform was added to 500 μL of TRIzol, and the mixture was thoroughly stirred by hand, followed by centrifugation at 12,000 rpm for 5 minutes at 4 ° C. Subsequently, 200 μL of the supernatant after centrifugation was added to another Eppendorf tube containing 400 μL of IPA, mixed by inversion, and centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed by decantation and further laid down on a Kimwipe to completely remove the supernatant. After adding 500 μL of 75% EtOH and stirring with VORTEX, centrifugation was performed at 15000 rpm for 5 minutes at 4 ° C. The supernatant was again removed by decantation, and the supernatant was further completely removed with an eppen, and 20 μL of RNA Free Water was added and dissolved.
RT: Using Takara ExScript RT reagent Kit, the operation was performed according to the attached protocol.
PCR: Setting conditions are as follows. 94 ° C., 5 min; 94 ° C., 30 sec; 58 ° C., 30 sec; 72 ° C., 30 sec; 72 ° C., 7 min; 4 ° C., ∞;
図5〜図8より、胚性幹細胞の経時培養により、Oct4の発現量が減少し、三胚葉系のマーカーの発現量が増加していることわかる。更に内胚葉系マーカーの発現量が突出して増加していることがわかる。 From FIG. 5 to FIG. 8, it can be seen that the expression level of Oct4 is decreased and the expression level of the three germ layer markers is increased by culturing embryonic stem cells over time. Furthermore, it can be seen that the expression level of the endoderm marker is prominently increased.
(実施例6)
〜高分子ミセルを用いた分化誘導〜
非ウイルス系遺伝子ベクターとして、特開2004−352972号公報に記載されたポリエチレングリコール−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)−Ac共重合体のジエチレントリアミン付加体(以下「PEG−DET」という)を用いて、Runx2およびcaALK6遺伝子を内包する高分子ミセルを調製した。
尚、Runx2およびcaALK6遺伝子は、FASEB J.,21,1777−1787(2007)に記載の方法に準じて調製した。また、これらの遺伝子はヒト皮膚繊維芽細胞に対する軟骨分化誘導能を有することが知られている。
また高分子ミセルの調製、培養細胞への添加条件は、Mol.Ther.,15(9),1655-1662(2007)に記載の方法に準じて行った。
(Example 6)
-Differentiation induction using polymer micelles-
As a non-viral gene vector, a diethylenetriamine adduct (hereinafter referred to as “PEG-DET”) of a polyethylene glycol-poly (β-benzyl-L-aspartate) -Ac copolymer described in JP-A-2004-352972. Was used to prepare polymer micelles containing Runx2 and caALK6 genes.
Note that the Runx2 and caALK6 genes are FASEB J. et al. , 21, 1777-1787 (2007). In addition, these genes are known to have the ability to induce cartilage differentiation on human dermal fibroblasts.
The preparation conditions of polymer micelles and the addition conditions to cultured cells are described in Mol. Ther. 15 (9), 1655-1662 (2007).
実施例1と同様にして胚性幹細胞由来のスフェロイドがアレイ状に配置された基板(スフェロイドアレイ)を作製し、これにRunx2およびcaALK6遺伝子を内包する高分子ミセルを添加して、5%CO2、37℃で5日間培養したところ、GFP由来の蛍光を観察することができた。 A substrate (spheroid array) in which embryonic stem cell-derived spheroids are arranged in an array is prepared in the same manner as in Example 1, and polymer micelles containing Runx2 and caALK6 genes are added thereto to add 5% CO 2. When cultured at 37 ° C. for 5 days, GFP-derived fluorescence could be observed.
(実施例7)
〜高分子ミセルを用いた分化誘導〜
非ウイルス系遺伝子ベクターとして、特開2004−352972号公報に記載されたポリエチレングリコール−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)−Ac共重合体のジエチレントリアミン付加体(以下「PEG−DET」という)を用いて、Sox5、Sox6、およびSox9遺伝子を内包する高分子ミセルを調製した。
尚、Sox5、Sox6、およびSox9遺伝子は、特開2004−267052号公報に記載の方法に準じて調製した。また、これらの遺伝子はヒト皮膚繊維芽細胞に対する軟骨分化誘導能を有することが知られている。
また高分子ミセルの調製、培養細胞への添加条件は、Mol.Ther.,15(9),1655-1662(2007)に記載の方法に準じて行った。
(Example 7)
-Differentiation induction using polymer micelles-
As a non-viral gene vector, a diethylenetriamine adduct (hereinafter referred to as “PEG-DET”) of a polyethylene glycol-poly (β-benzyl-L-aspartate) -Ac copolymer described in JP-A-2004-352972. Was used to prepare polymer micelles containing the Sox5, Sox6, and Sox9 genes.
The Sox5, Sox6, and Sox9 genes were prepared according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-267052. In addition, these genes are known to have the ability to induce cartilage differentiation on human dermal fibroblasts.
The preparation conditions of polymer micelles and the addition conditions to cultured cells are described in Mol. Ther. 15 (9), 1655-1662 (2007).
実施例1において、胚性幹細胞(COL1−GFP)の代わりに胚性幹細胞(COL2−GFP)を用いた以外は、実施例1と同様にして胚性幹細胞由来のスフェロイドがアレイ状に配置された基板(スフェロイドアレイ)を作製した。
これにSox5、Sox6、およびSox9遺伝子を内包する高分子ミセルを添加して、5%CO2、37℃で5日間培養したところ、GFP由来の蛍光を観察することができた。
In Example 1, embryonic stem cell-derived spheroids were arranged in an array in the same manner as in Example 1 except that embryonic stem cells (COL2-GFP) were used instead of embryonic stem cells (COL1-GFP). A substrate (spheroid array) was produced.
When polymer micelles containing Sox5, Sox6, and Sox9 genes were added thereto and cultured at 5% CO 2 and 37 ° C. for 5 days, GFP-derived fluorescence could be observed.
(実施例8)
〜低分子化合物による分化誘導〜
実施例1において、胚性幹細胞(COL1−GFP)の代わりに胚性幹細胞(COL2−GFP)を用いた以外は、実施例1と同様にして胚性幹細胞由来のスフェロイドがアレイ状に配置された基板(スフェロイドアレイ)を作製した。
これに、低分子化合物TH(Biochem. Biophys. Res. Com., 357(4), 854-860 (2007)参照)を添加して、5%CO2、37℃で5日間培養したところ、GFP由来の蛍光を観察することができた。
(Example 8)
~ Induction of differentiation by low molecular weight compounds ~
In Example 1, embryonic stem cell-derived spheroids were arranged in an array in the same manner as in Example 1 except that embryonic stem cells (COL2-GFP) were used instead of embryonic stem cells (COL1-GFP). A substrate (spheroid array) was produced.
To this, a low molecular compound TH (see Biochem. Biophys. Res. Com., 357 (4), 854-860 (2007)) was added and cultured at 5% CO 2 at 37 ° C. for 5 days. The origin fluorescence could be observed.
上記の結果から、本発明における基板上で胚性幹細胞を培養することにより、均一な大きさを有する胚性幹細胞由来のスフェロイドを大量に製造することができた。
また、本発明における基板上にアレイ状に配置された疎水性領域を形成することにより、疎水性領域に胚性幹細胞由来のスフェロイドが形成されたスフェロイドアレイが得られた。
さらに本発明のスフェロイドアレイを用いることで、薬物スクリーニングおよび胚性幹細胞の分化誘導が可能であった。
From the above results, it was possible to produce a large amount of embryonic stem cell-derived spheroids having a uniform size by culturing embryonic stem cells on the substrate in the present invention.
Moreover, the spheroid array by which the embryonic stem cell origin spheroid was formed in the hydrophobic area | region was obtained by forming the hydrophobic area | region arrange | positioned at the array form on the board | substrate in this invention.
Furthermore, by using the spheroid array of the present invention, drug screening and induction of embryonic stem cell differentiation were possible.
Claims (8)
胚性幹細胞を播種することと、
播種された胚性幹細胞を培養することと、
培養された胚性幹細胞由来のスフェロイドを形成させることと、
を含むスフェロイドの製造方法。 A branched polyalkylene glycol derivative having a base material, three or more polyalkylene glycol groups having a polymerizable substituent at the terminal and a trivalent or higher linking group bonded to the polyalkylene glycol group, disposed on the base material On a substrate including a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed by curing a photosensitive composition containing
Seeding embryonic stem cells;
Culturing the seeded embryonic stem cells;
Forming spheroids derived from cultured embryonic stem cells;
A method for producing spheroids.
前記疎水性領域に配置された胚性幹細胞由来の複数のスフェロイドと、
を含むスフェロイドアレイ。 A branched polyalkylene glycol derivative having a base material, three or more polyalkylene glycol groups having a polymerizable substituent at the terminal and a trivalent or higher linking group bonded to the polyalkylene glycol group, disposed on the base material A substrate comprising a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed in an array by curing a photosensitive composition containing
A plurality of embryonic stem cell-derived spheroids arranged in the hydrophobic region;
A spheroid array.
胚性幹細胞を播種することと、
分化誘導因子の存在下で胚性幹細胞を培養することと、
培養された胚性幹細胞から分化誘導された細胞を得ることと、
を含む胚性幹細胞の分化誘導方法。 A branched polyalkylene glycol derivative having a base material, three or more polyalkylene glycol groups having a polymerizable substituent at the terminal and a trivalent or higher linking group bonded to the polyalkylene glycol group, disposed on the base material On a substrate including a plurality of hydrophilic regions and hydrophobic regions formed by curing a photosensitive composition containing
Seeding embryonic stem cells;
Culturing embryonic stem cells in the presence of a differentiation-inducing factor;
Obtaining differentiated cells from cultured embryonic stem cells;
A method for inducing differentiation of embryonic stem cells, comprising:
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WO2015159821A1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-10-22 | 東京応化工業株式会社 | Photosensitive resin composition for forming cell culture substrate |
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