JP2010526530A - スライシングデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、細胞、細胞凝集体、組織または他の生物学的材料が孔を通過できるように選ばれた大きさを有する、少なくとも２つの孔を含む、生物学的マイクログリッドに関し、１つもしくはいくつかのスライシングビームは孔を互いに分離し、そこでは生物学的材料はマイクログリッドを通過する際に、少なくとも２つの部分に分割され/切片化され/裂かれる。さらに、本発明は、スライシングデバイスおよびスライシングデバイスを含むスライシング装置、ならびにマイクログリッド、スライシングデバイスおよび装置の使用に関する。

Description

本発明は、細胞、細胞凝集体、組織または他の生物学的材料が通過できるように選ばれた大きさを有する、少なくとも２つの孔を含む、生物学的マイクログリッドに関し、そして１つまたは幾つかのスライシングビームは、互いにその孔を分離し、そこでは生物学的材料は、そのマイクログリッドを通過するとき、少なくとも２つの部分に分割され（split）/切片化され（sliced）/裂かれる（cleaved）。さらに本発明は、スライシングデバイスおよびそのスライシングデバイスを含む装置ならびにそのマイクログリッド、スライシングデバイスの使用に関する。

異なる種類の成熟細胞に発達する可能性を有する、未成熟細胞、いわゆる幹細胞または前駆細胞は、損傷した組織を回復するために最も有望な戦略である。

幹細胞（ここでは、あらゆる種類の未成熟な組織細胞を称呼するのに用いられる）は、異なる源から単離され得る。胚性幹細胞は、余剰受精卵細胞から誘導され、胎生幹細胞は胚性/胎生組織から単離され、成体幹細胞は異なる種類の成体組織から誘導され、そして腫瘍は癌幹細胞に用いられる。これらの自己再生細胞は細胞培養系に保持され、増殖して、異なる実験および臨床目的用の源を提供する。幹細胞の培養に加えて、多くの成熟細胞も細胞分裂を受け、幹細胞と同じように維持される培養で増殖され得る。

細胞は、接着性培養（すなわち、すべての細胞は細胞培養フラスコまたは皿の底に接着する）または浮遊細胞凝集体のような、細胞の生存および成長を促進する条件下で成長される。時間とともに、各培養フラスコ内の細胞数は増加し、ついに細胞はもっと多くの細胞培養フラスコに分割されなければならない。細胞の分裂は、通常、細胞を単一細胞の均質な懸濁（解離）に分離することを含む。解離は機械的摩砕（grinding）により、またはたんぱく質加水分解酵素を添加することにより、行われる。あるいは、細胞凝集体は、それらを解離させないで、比較的小さい片に切断され得る。この方法はレーザ刃または鋏で組織を切断することを含むが、それは非常に時間を消費し、汚染し易い。

全プロセスを通して細胞死滅を最小にすることは、培養において細胞の増殖を成功させるための必要条件である。解離はいくらかの細胞死滅を招くのが通常であり、それはおそらくは解離の間の細胞膜の破壊と、単一細胞として再シード後の細胞の消滅との組み合わされた効果としてであろう。細胞内の結合の強さに依存して、異なる細胞の種類は解離時に損傷し易い。したがって、このプロセスを最適化することが重要である。さらに、解離プロセスのために酵素を添加することは、汚染のリスクならびに低濃度の酵素が細胞療法のために用いられた細胞に残り得るという問題を招く。最後に、外来の酵素の使用をなくすか、細胞培養の生存および増殖を高める方法を開発するのが有利である。

生物学的組織の再現可能な切断またはスライシングが手順の重要な部分である、用途が他にある。いわゆる器官型培養（organotypic cultures）は組織の薄い切片、通常２００〜４００μｍ、を用いて、樹立される。これらの切片は、使用される器官の細胞組織体を保存するように培養系で維持される。これらの組織の切片（slices）または柱体（prisms）は、さらにビトロ実験、たとえば、薬に組織をさらす際の代謝変化を検討する、のに用いられる。この数年、いわゆる高含量スクリーニングである、器官型培養のような複雑な細胞系で、薬および物質の大規模試験を用いる試験系に組織切片が用いられることがみられる。

本発明は、生物学的材料のスライシングデバイスに関する。スライシングデバイスはマイクログリッドからなる技術プラットフォームに属し、ここでマイクログリッドは、生物学的材料を所定の片に切断する(cut)のに用いられる。マイクログリッドは、細胞、細胞凝集体、組織または他の生物学的材料が孔を通過できるように選ばれた大きさを有する、少なくとも２つの孔を含み、そしてスライシングビームは孔を互いに分離し、そこでは生物学的材料はマイクログリッドを通過する際に、少なくとも２つの部分に分割され/切片化され/裂かれる。

もう１つの態様によれば、本発明は、スライシングデバイスを含む装置に関し、この装置は細胞の凝集体をもっと小さい大きさの凝集体に切片化するための細胞培養に用いられる。

最後の態様において、本発明はスライシングデバイスまたは装置の使用に関する。
スライシングデバイスまたは装置を供給することにより、非常に再現性のよい方法で、大量に、所定の大きさの微小片に、細胞、細胞凝集体および他の生物学的材料を切断することが可能である。本発明方法は、自動化された手順を用いて組織または細胞凝集体を切断するために、流体工学系で容易に実施され得る。説明されたデバイスは、幹細胞、前駆細胞または成熟細胞の凝集体を切断するように、デバイスを通過するそれらを吸引または吐出することにより、細胞培養に用いられ得、それにより酵素解離およびトリプシン酵素の必要性、ならびにかなりの細胞死滅に関連する機械的解離を回避する。

本発明の１つの態様の模式図。 本発明の１つの態様の模式図。 本発明の１つの態様の模式図。 本発明の１つの態様の模式図。 本発明の１つの態様の模式図。 細胞クラスターが組織デバイスに搭載されたマイクログリッドを如何に通過するかを示す図。

定義
本発明においては次のような定義が適用される。

「細胞培養」という用語は、生存可能な細胞または組織が、最初にそこから単離された有機体の外で、短もしくは長時間、人工的条件下に維持される方法および条件を意味する。

「細胞凝集体」という用語は、２もしくはそれより多い細胞が互いに結合しているときを意味する。これは、人工的にもしくは自然に生じた、細胞の凝集体またはクラスターを含む。

「組織」という用語は、生きている有機体から得られた、または器官または他の型の組織化された生物学的材料に類似するように、生物学的材料から人工的に創り出された、生物学的組織またはそれらの部分を意味する。例は、脳、肝臓、すい臓組織、または神経細胞、筋肉細胞、肝臓細胞、腫瘍細胞もしくは異なる種類の未成熟細胞の凝集体である。

「生物学的材料」という用語は、真核もしくは原核細胞、またはそのような細胞もしくはそれらの２つの組み合わせにより、製造された物質、からなる材料を意味する。

「分割する」という用語は、培養において所定量の、ある細胞集団が、１つの培養フラスコの内容を２つか３つに分割し、それにより細胞培養の密度は減少することにより、比較的大量に希釈されて、成長されるプロセスを意味する。

「器官型培養」という用語は、細胞の培養を意味し、そこでは培養は未熟もしくは成熟組織の薄い部分から樹立されるが、解離された細胞からではない。適切な条件下で切片を培養することにより、特定の器官に典型的な、細胞の有機体が何週間もしくは何ヶ月も維持され得、その器官に非常に類似したビトロ系を創り出す。
説明
マイクログリッドおよびスライシングデバイス
本発明は、１または幾つかのマイクログリッドを含む生物学的材料スライシングデバイスに関する。ディスクであり得るマイクログリッドは、細胞、細胞凝集体、組織または他の生物学的材料が孔を通過できるように選ばれた大きさを有する、少なくとも２つの孔を含み、そしてスライシングビームは孔を互いに分離し、そこでは生物学的材料はマイクログリッドを通過する際に、少なくとも２つの部分に分割され/切片化され/裂かれる。生物学的材料は、細胞、細胞凝集体、細胞生成物、組織、もしくは組織の一片、または器官もしくはその部分であり得る。スライシングビームは、異なるか、または同一の形状を有していてもよく、たとえば鋭い、丸い、刃先の丸い（blunt）または任意形状の、上端および/または下端を有し得る。マイクログリッドは２〜約１０００の孔を有し得、１〜約２００、たとえば１，２、４、１０、１００、２００のスライシングビームにより分離される。マイクログリッドは約５μｍ〜５００μｍ、たとえば１０、５０、１００、２００μｍの大きさの孔を有し得る。スライシングビームの大きさは、孔の大きさの１/5 〜１/２０であり得、その厚さに等しくてもよい。スライシングビームの高さは、マイクログリッドの厚さに等しくてもよい。所定のマイクログリッドにおける孔は、同一の大きさおよび形状（長方形の、丸い等）または異なる大きさおよび形状を有していてもよい。さらに、マイクログリッドの孔の大きさおよび形状は、同一スライシングデバイス内において、もう１つのマイクログリッドの孔と異なっていてもよい。

マイクログリッドは、金属、ガラス、ポリマー、セラミックス、およびシリカもしくはそれらの混合物よりなる群から選ばれる材料のような、適切な材料から調製され得る。マイクログリッドは、１またはそれより多い成分で被覆/結合され得、たとえばタンパク、酵素、脂質もしくはそれらの混合物、またはマイクログリッドを通過する流体および/または細胞/組織との相互作用を最適化するためにマイクログリッド表面の物理的特性を修飾する、他の材料、が挙げられる。スライシングビームは、その機能を向上させるように振動するようになされ得る。マイクログリッドの例は、図１〜３に示される。

本発明は、たとえば１〜１０個のマイクログリッドのような、少なくとも１つのマイクログリッドを含むスライシングデバイスに関する。たとえば、１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０個のマイクログリッドは同一であり、または異なる形状を有し、生物学的試料を分割する/切片化する/裂く、ように配置される。材料片がマイクログリッドを通って輸送されるのを可能にするために入り口および出口が設けられる。非流体工学系で用いられる、他の種類のマイクログリッドは、組織がマイクログリッドとの適切な位置に置かれるのを可能にする、他の配置を有していてもよく、それによりマイクログリッドによって分割され/切片化され/裂かれるのを可能にする。マイクログリッドはスライシングデバイス内に固定され得、あるいは他のマイクログリッドまたはスライシングデバイスに関して、いかなる方向にも移動し得、それによりその機能を向上し得る。

スライシングデバイスの例は、図４〜５に示される。

さらに本発明は、生物学的材料が通過し、その間に生物学的材料は２またはそれより多い部分に切片化または切り裂かれる、１またはそれより多いスライシングデバイスを含むスライシング装置に関する。生物学的材料は、細胞、細胞凝集体、細胞生成物、組織、もしくは組織の一片、または器官もしくはその部分であり得る。
１つの例は、浮遊細胞凝集体の培養物の通過時に、細胞のクラスターを裂く装置であり、そこでは１またはそれより多いマイクログリッドを含むスライシングデバイスは、フロースルーユニットに埋められ、そのフロースルーユニットは第１および第２の開口を備えており、細胞凝集体および/または組織が第１の開口を通過し、
スライシングデバイス内で１またはそれより多いマイクログリッドを通過し、得られる比較的小さい細胞クラスターが第２の開口を出るのを可能にする。第１および第２の開口は、シリンダーおよび配管への接続を可能にするようにルアー設備を有する。生物学的材料を切片化または裂くことができるように、装置は１つか、幾つかのマイクログリッドを含む。スライシング装置は特定の用途のために適切な大きさの、２またはそれより多い孔を有する、少なくとも１つのマイクログリッドを含む。さらに、スライシング装置は入口と出口、配管の接続、流体を吸引し吐出する機構を含み、それにより生物学的組織にマイクログリッドを通過させる。流体における有害な高圧力を避けるために、スライシング装置は加えられる流体圧力のフィードバック制御のための圧力センサーを備え得る。これは細胞または組織をデバイスに吐出するとき、増加された圧力の、そして細胞または組織を吸引するとき、低圧力の、制御を保持することを含む。上記のように定義されるスライシングデバイスおよびスライシング装置は、１つのユニットとして、または使用時に１つのユニットに集合される、少なくとも１またはもっと多い、分離した部分を含む組み立てキットとして、構成され得る。スライシングデバイスの、１またはそれより多い部品は使い捨て可能であってもよい。

装置は自動化された流体ハンドリングを供給し得る。特に、自動化は流体流動制御および圧力制御に関し、特定の組織の種類により与えられる最適な組織均質化条件を確実にする。異なる自動化プロトコールが、各細胞および培養の種類のために定められ得る。

上記のように定義される、スライシングデバイスおよびスライシング装置は、は、肝臓、脳、筋肉のような組織、浮遊神経球もしくは他の浮遊前駆細胞凝集体のような細胞凝集体を、
細胞培養または他のビトロ用途に適切な大きさの切片に切断するために、または互いに１またはそれより多い細胞に分離するために、使用され得る。

さらに、本発明は上記のように定義される、スライシングデバイスまたはその装置の使用に関し、器官、組織、幹細胞クラスターまたは胚性幹細胞のような細胞凝集体から細胞クラスターを得るものである。

次の例は、本発明の態様、形状を明示的にまたは黙示的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例１
マイクログリッドは、従来の微細組み立て技術により製造され得る。マイクログリッドの所望の突き出し形状は、シリコンウェハ上にフォトリソグラフィで定められ、第１シリコンウェハ上に多数のマイクログリッドの輪郭を形成させ、ついで露光され現像されたウェハは湿式または乾式エッチングに供され、マイクログリッドを構成する所望の微細構造、すなわち所望のビーム幅および長さならびに対応するビーム間距離、を形成する。もし他の孔の寸法、丸い穴、正方形のグリッドパターン等が所望されれば、フォトリソグラフィマスクを変更することにより達成される。エッチングプロセス後に、個々のスライシング装置は、従来のウェハダイシングソー装置によりウェハ解放されるのが一般的である。
例２
孔径１００×５００μｍ、スライシングビーム３０μｍを有する１つのマイクログリッドが、内径１．５ｍｍのポリマー製シリンダー内で鋳込み成形される。シリンダーの一端は１５ｃｍ長さ、内径０．７ｍｍのステンレス鋼管に取り付けられ、
他端は標準的なプラスチック製、１０ｍｌの使い捨て可能な殺菌シリンジ上に取り付けられ、開口を有する。このデバイスにより浮遊細胞凝集体を含む媒体をゆっくりと吸引し吐出することにより、細胞凝集体はもっと小さい凝集体に切片化される。
例３
正方形の１０μｍの孔、ビーム幅２μｍを有する、２つの代替可能なマイクログリッドが両端にルアー設備を有するシリンダー内に直列に置かれる。細胞凝集体または組織片が分離された容器内で流体に捕集され、容器内圧力は増加して生物学的材料に２つのマイクログリッドを通過させ、それにより酵素解離を必要とせずに、単一細胞の懸濁を創り出す。

Claims (11)

1. 細胞、細胞凝集体、組織または他の生物学的材料が孔を通過できるように選ばれた大きさを有する、少なくとも２つの孔を含み、そしてスライシングビームは孔を互いに分離し、そこでは生物学的材料はマイクログリッドを通過する際に、少なくとも２つの部分に分割され/切片化され/裂かれる、生物学的材料マイクログリッド。
2. 該マイクログリッドが、約１〜約２００のスライシングビームにより分離される、約２〜約１０００の孔を有する請求項１に記載の生物学的材料マイクログリッド。
3. 該孔が約５〜５００μｍの大きさを有する請求項１または２に記載の生物学的材料マイクログリッド。
4. 該マイクログリッドが、金属、ガラス、ポリマー、セラミックス、およびシリカもしくはそれらの混合物よりなる群から選ばれる材料で製造される請求項１または２に記載の生物学的材料マイクログリッド。
5. 該スライシングビームが鋭い、丸いまたは刃先の丸い上端および/または下端を有する請求項１〜４のいずれかに記載の生物学的材料マイクログリッド。
6. 該マイクログリッドが、図１〜６に示されるマイクログリッドを含む群から選ばれる請求項１〜５のいずれかに記載の生物学的材料マイクログリッド。
7. 該マイクログリッドが、タンパク、酵素、脂質もしくはそれらの混合物、またはマイクログリッド表面の物理的特性を修飾する他の材料で被覆される請求項１〜６のいずれかに記載の生物学的材料マイクログリッド。
8. 少なくとも１つの、請求項１〜７のいずれかに記載の生物学的材料マイクログリッドを含む生物学的材料スライシングデバイス。
9. 少なくとも１つの、請求項８に記載のスライシングデバイスを含む生物学的材料スライシング装置。
10. 生物学的材料スライシングデバイスがフロースルーユニットに埋められ、そのフロースルーユニットは第１および第２の開口を備えており、生物学的材料が第１の開口を通過し、分割され/切片化され/裂かれた生物学的材料が第２の開口を出るのを可能にする、請求項９に記載の生物学的材料スライシング装置。
11. 器官、組織、幹細胞凝集体のような細胞凝集体、または胚性幹細胞から、細胞クラスターを得るように、分割され/切片化され/裂かれた生物学的材料を得る、請求項１〜７のいずれかに記載のマイクログリッド、請求項８に記載スライシングデバイスまたは請求項９または１０に記載のスライシング装置の使用。

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