JP2011019513A - 細胞組織体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)組織体形成可能な生細胞を含み、細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;(2)微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり;(3)被覆した微粒子を第1条件で分解して、内部に細胞を含み、第2材料からなる中空カプセルを作製し;(4)細胞を、培養上有効な第3条件で、組織体形成上有効な期間増殖させて、カプセル内に組織体を形成させ;そして(5)第2条件でカプセルを分解して、組織体を得る。第1材料の好ましい例はゼラチンであり、第2材料の好ましい例は、アルギン酸又はその塩若しくはエステルである。
【選択図】なし
Description
[1](1) 組織体形成可能な生細胞を含み、細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり(好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物);
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、内部に細胞を含み、第2材料からなる中空カプセルを作製し;
(4) 細胞を、培養上有効な第3条件で、組織体形成上有効な期間増殖させて、カプセル内に組織体を形成させ;そして
(5) 第2条件でカプセルを分解して、組織体を得る
工程を含む、組織体の製造方法。
[2]第1材料が、油相中でゲル化可能な水溶性の高分子、好ましくはゼラチン又はその誘導体であり、微粒子の作製が、細胞を第1材料の水溶液に分散させた相と油相とを用いる、[1]に記載の製造方法。
[3] 第1材料が、硬化液で処理することによりゲル化可能な高分子化合物、好ましくはアルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン又はカラギーナンであり、微粒子の作製が、細胞を第1材料の水溶液に分散させた相と硬化液とを用いる、[1]に記載の製造方法。
[4]第1材料が、第3条件で分解可能なものである、[1]に記載の製造方法。
[5]第2材料が、アルギン酸又はその塩若しくはエステルである、[1]〜[4]のいずれか一に記載の製造方法。
[6]細胞が、癌細胞又は癌幹細胞である、[1]〜[5]のいずれか一に記載の製造方法。
[7]細胞が、動物由来の神経幹細胞、骨髄幹細胞、胚性幹細胞(ES細胞)又は人工多能性幹細胞(iPS細胞)である、[1]〜[5]のいずれか一に記載の製造方法。
[8][6]に記載の製造方法を含む、癌モデル動物(ヒトを除く。)の製造方法。
[9][7]に記載の製造方法を含み、細胞がES細胞又はiPS細胞であり、得られた組織体を初期胚類似構造物として分化誘導刺激を与える工程を含む、胚様体の製造方法。
[10](1) 組織体形成可能な生細胞を含み、細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり(好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物);
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、内部に細胞を含み、第2材料からなる中空カプセルを作製し;
(4) 細胞を、培養上有効な第3条件で、組織体形成上有効な期間増殖させて、カプセル内に組織体を形成させる
工程を含む、細胞の培養方法。
[11](1) 細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり(好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物);
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、第2材料からなる中空カプセルを得る
工程を含む、細胞培養用中空カプセルの製造方法。
本発明においては、第一のステップとして、組織体形成可能な生細胞を含み、細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製する。
第一のステップにおいては、第1材料を用いるが、この材料は、組織体を形成可能な生細胞を含んだままゲル化して微粒子を形成することが可能なものであり、かつ細胞非障害性の第1条件で分解可能なものである。
ナンを用いることができる。
第1材料の他の例としては、フェノール性水酸基により架橋可能な、フェノール性水酸基で修飾された多糖類、例えば、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ヒアルロン酸、ポリグルタミン酸、脱アセチル化キチン又はキトサン等が挙げられる。
本発明の第一のステップにおいては、組織体形成可能な生細胞を第1材料の溶液に分散させ、これをゲル化することにより、微粒子ゲルを作製する。
可能であるが、次いで細胞を分散させる際には、細胞に障害を与えない温度であって、かつゲル化には至らない温度にまで水相を冷却することが通常必要である。多くの場合、室温(25℃)にまで冷却するとよい。
性塩は、加熱しなくても溶解可能である。
本発明においては、第二のステップとして、第一のステップで得られた微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆する。第2材料は、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能なものであるので、本発明においては、第1材料とは異なる材料を、第2材料として用いることとなる。
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基(例えば、スチリル基やメタクリル基)で修飾された高分子化合物(例えば、多糖類、より具体的には、カルボキシメチルセルロース又はその塩、アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ヒアルロン酸、ポリグルタミン酸、脱アセチル化キチン又はキトサン)、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物(例えば、多糖類、より具体的には、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ヒアルロン酸、ポリグルタミン酸、脱アセチル化キチン又はキトサン)。
胞包括微粒子に注ぎ、均一に分散するように攪拌する。この際の体積比は、アルギン酸の濃度及びにもよるが、微粒子:アルギン酸ナトリウム水溶液 = 1 : 1〜1 : 50、好ましくは1 : 5〜1 : 50、より好ましくは1 : 10〜1 : 20である。次いで、この分散液を、アルギン酸をゲル化可能な多価イオンをゲル化上有効な濃度(例えば、100mM)で含む水溶液(例えば、塩化カルシウム水溶液)を入れた溶液に、少量ずつ、適当な速度で滴下する。滴下には、注射針のような細い管を用いてもよく、微小な穴がついた容器を高速で回転させることにより行ってもよい。滴下には、第一のステップの項で述べたように、高電圧を印可する方法が適する場合がある。通常、細胞内を電流は通過しないことから、高電圧の印可は細胞にはほとんど影響を与えないので、第一のステップにおけるゲル化で高電圧印可による微粒子作製を実施した場合であっても、第二のステップで同じ方法により被覆することができる。
本発明においては、第三のステップとして、被覆した微粒子を第1条件で分解して、内部に細胞を含み、第2材料からなる中空カプセルを作製する。
本発明においては、第四のステップとして、細胞を、培養上有効な第3条件で、組織体形成上有効な期間増殖させて、カプセル内に組織体を形成させる。
本発明においては、第五のステップとして、第2条件でカプセルを分解して、組織体を得る。
本発明の組織体の製造方法は、癌細胞、癌幹細胞、動物(特に脊椎動物、好ましくは哺乳類、例えば、マウス、ラット、サル、ヒト)由来の神経幹細胞、骨髄幹細胞、多能性細胞(種々の体細胞へ分化する能力をもった未分化な細胞。例えば、胚性幹細胞(ES細胞)又は人工多能性幹細胞(iPS細胞))に適用可能である。
(1) 細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり(好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物);
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、第2材料からなる中空カプセルを得る
工程を含む、細胞培養用中空カプセルの製造方法。
ゼラチン(豚皮由来)粉末を5%(w/v)となるようにKrebs Ringer Hepes緩衝液(KRH, pH7.4)に分散させた後にゼラチンが溶解する程度まで加熱した。このゼラチン溶液を室温まで冷却した後に、細胞培養ディッシュからトリプシンを用いて剥離したネコ腎由来細胞(CRFK JCRB9035)を.1.5×107cells/mlで分散させた。26gaugeの注射針を装着した5 mlガラスシリンジに充填し、層流状態で流動させた流動パラフィン流中に0.1 ml/minの流速で押し出すことで、直径約150 μmの細胞包括液滴が分散した流動パラフィンを50mLプラスチックチューブに得た。この流動パラフィンを含むプラスチックチューブを氷水中で冷却することによって、ゼラチンをゲル化させた。得られたゼラチンビーズの形態観察写真を図1に示した。
冷却したカルシウムを含まないKRH(CF-KRH)緩衝液を、上述のゼラチンビーズを形成させた50mLプラスチックチューブに注いだ後、1000 rpm、1分間の条件で遠心分離機を適用することによって、下層に溜まるCF-KRH緩衝液層に細胞包括ゼラチンビーズを回収した。あらたな冷却されたCF-KRH緩衝液を加えた後、再度1000 rpm、1分間の条件で遠心分離機を適用することによって、ゼラチンビーズを沈降させた後に、上澄みを吸い取った。
細胞を培養するための10%の濃度で牛胎児血清を含むDulbecco’s modified Eagle’s 培地 (DME培地, Sigma社製)でビーズを2度洗浄後、2000個/mlとなるようにビーズを同培地に分散させたものを細胞培養φ10 cmディッシュに10mlずつ分注し、37℃、5%CO2の細胞培養用インキュベーターに静置することで、細胞の培養を開始すると共に内部のゼラチンゲルを液化させた。培地の交換を2日に1回行い、約2週間でゼラチンゲルがあった空洞部分を増殖した細胞が埋め尽くした。
培養21日後のカプセルを0.2mg/mlの濃度でアルギン酸リアーゼを含む培地に分散したところ、1分以内にアルギン酸ゲルは消失し、直径約150μmの球状の組織体を回収することができた。
ヒト肝ガン由来細胞(HuH-7細胞)を用い、ゼラチン溶液中に3.0×107 cells/mlで分散させた以外は実施例1と同様の方法で、組織体を作製した。
マウスES細胞(H-1株, 理化学研究所バイオリソースセンターより入手)を用い、また培地は、Advanced DMEM(GIBCO社製)に10 vol%となるようにKnockOut Serum Replacement(Invitrogen社製)を添加したものを使用し、実施例1と同様にして細胞組織体を作製した。二重ビーズに包括直後の細胞の生存率は、90.4%であった。培地の交換を2日に1回行い、約5日でゼラチンゲルがあった空洞部分を増殖した細胞が埋め尽くした。
培養期間中のカプセル一つあたりのミトコンドリア活性の経時変化、及び培養中の細胞形態の顕微鏡写真を図6に示した。
培養11日後のカプセルを0.2mg/mlの濃度でアルギン酸リアーゼを含む培地に分散したところ、1分以内にアルギン酸ゲルは消失し、直径約200μmの球状の組織体を回収することができた。
Claims (11)
- (1) 組織体形成可能な生細胞を含み、細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり、好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物;
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、内部に細胞を含み、第2材料からなる中空カプセルを作製し;
(4) 細胞を、培養上有効な第3条件で、組織体形成上有効な期間増殖させて、カプセル内に組織体を形成させ;そして
(5) 第2条件でカプセルを分解して、組織体を得る
工程を含む、組織体の製造方法。 - 第1材料が、油相中でゲル化可能な水溶性の高分子、好ましくはゼラチン又はその誘導体であり、微粒子の作製が、細胞を第1材料の水溶液に分散させた相と油相とを用いる、請求項1に記載の製造方法。
- 第1材料が、硬化液で処理することによりゲル化可能な高分子化合物、好ましくはアルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン又はカラギーナンであり、微粒子の作製が、細胞を第1材料の水溶液に分散させた相と硬化液とを用いる、請求項1に記載の製造方法。
- 第1材料が、第3条件で分解可能なものである、請求項1記載の製造方法。
- 第2材料が、アルギン酸又はその塩若しくはエステルである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 細胞が、癌細胞である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 細胞が、動物由来の神経幹細胞、骨髄幹細胞、胚性幹細胞(ES細胞)又は人工多能性幹細胞(iPS細胞)である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項6に記載の製造方法を含む、癌モデル動物(ヒトを除く。)の製造方法。
- 請求項7に記載の製造方法を含み、細胞が、ES細胞又はiPS細胞であり、得られた組織体を初期胚類似構造物として分化誘導刺激を与える工程を含む、胚様体の製造方法。
- (1) 組織体形成可能な生細胞を含み、細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり(好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物);
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、内部に細胞を含み、第2材料からなる中空カプセルを作製し;
(4) 細胞を、培養上有効な第3条件で、組織体形成上有効な期間増殖させて、カプセル内に組織体を形成させる
工程を含む、細胞の培養方法。 - (1) 細胞非障害性の第1条件で分解可能な第1材料からなる、直径20〜500μm、好ましくは100〜250μmの微粒子を作製し;
(2) 微粒子を、第1材料のものとは異なる細胞非障害性の第2条件で分解可能な第2材料で被覆し;
このとき第2材料は、細胞非障害性のゲル化条件でゲル化可能な高分子化合物であり(好ましくは下記から選択される高分子化合物であり:
・アルギン酸又はその塩若しくはエステル、ペクチン若しくはカラギーナン
・光架橋性官能基で修飾された高分子化合物、又は
・フェノール性水酸基で修飾された高分子化合物);
(3) 被覆した微粒子を第1条件で分解して、第2材料からなる中空カプセルを得る
工程を含む、細胞培養用中空カプセルの製造方法。
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