JP2011239756A - Cell culture module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell culture module which can: perform three-dimensional cell culture; supply nutrients and air (oxygen) to the cultured cells and remove metabolic waste matters from the cultured cells with high efficiency, while easily controlling the supply and the removal with more than three conditions independently without using a special device; and downsize the module.SOLUTION: The cell culture module 1 includes: a cell culture scaffold material 10 having hollow fiber membrane meshes and a nanofiber layer disposed fluid-tightly between a lower bottom 20 and an upper cover 30; and cell injection ports 21a, 22a, 31a and 32a and openings 21b, 22b, 31b and 32b covered by sheets at the position where the lower bottom 20 and the upper cover 30 correspond to the nanofiber layer.

Description

本発明は、細胞培養用モジュールに関する。   The present invention relates to a cell culture module.

従来から、医薬品、化学物質、化粧品等の、人体に影響を及ぼす可能性のある物質については、薬効試験、毒性試験、安全性試験が必要とされ、通常これらの試験には種々の動物を用いた動物実験が行われている。しかし、動物実験は、ヒトと動物種との違いや、動物の個体差を考慮しなければならず、データの信頼性の点から、多くの実験を繰り返す必要があった。そのため、多くの経費や試験時間を要するとともに、試験に供する多数の動物や飼育する場所の確保に手間がかかる等の問題があった。特に、薬物の代謝系がヒトに近いとされているブタのような大型の動物を大量に共試することは、実質的に不可能である。さらに最近では、動物実験においても動物愛護の機運が高まりつつある。そこで、このような問題の解決策として、動物の培養細胞を用いた評価試験法、すなわち動物実験代替法が開発されている。   Traditionally, pharmaceuticals, chemicals, cosmetics, and other substances that may affect the human body have been required to be tested for efficacy, toxicity, and safety, and various animals are usually used for these tests. Animal experiments that were being conducted. However, animal experiments must take into account differences between humans and animal species, and individual differences between animals, and many experiments have to be repeated from the viewpoint of data reliability. For this reason, there are problems such as requiring a lot of expenses and test time, and it takes time and effort to secure a large number of animals to be tested and a place to breed them. In particular, it is practically impossible to co-test a large number of large animals such as pigs whose drug metabolic system is considered to be close to that of humans. More recently, animal welfare has been increasing in animal experiments. Therefore, as a solution to such a problem, an evaluation test method using cultured animal cells, that is, an alternative method for animal experiments has been developed.

生体外で細胞を効率的に培養するためには、培養細胞に栄養と空気(酸素)を補給する必要がある。その例として、中空糸膜を用いて細胞培養に必要な栄養分や空気(酸素)を供給する手法が提案されている(特許文献1)。この手法では、選択透過性を有する中空糸膜とガス透過性を有する中空糸膜とを用いて、培養液と酸素を細胞培養空間に供給する。これにより細胞培養の効率を高めることができ、有用物質の生産等に好適である。しかしながら、この手法では、培養液体中に細胞が存在するため、培養細胞が組織を形成することが難しく、動物実験代替法には適用することが困難であった。   In order to efficiently culture cells in vitro, it is necessary to supplement the cultured cells with nutrients and air (oxygen). As an example, a method for supplying nutrients and air (oxygen) necessary for cell culture using a hollow fiber membrane has been proposed (Patent Document 1). In this method, a culture solution and oxygen are supplied to a cell culture space using a hollow fiber membrane having selective permeability and a hollow fiber membrane having gas permeability. Thereby, the efficiency of cell culture can be increased, which is suitable for production of useful substances. However, in this method, since cells exist in the culture liquid, it is difficult for the cultured cells to form a tissue, and it is difficult to apply the method to alternative animal experiments.

動物細胞、特に付着性動物細胞を高密度で培養する技術としては、半透膜機能を有する中空繊維と繊維状細胞支持体を用いた細胞培養器が示されている(特許文献2)。しかしながら、この細胞培養器は、用いる中空繊維が細胞の産生するタンパク様物質を透過しない半透膜であるため、細胞の代謝物等のモニタリングには好ましくない。また、繊維状細胞支持体が細胞培養容器に固定された状態で中空繊維の間隙に配置されているため、中空繊維から培養細胞への栄養分の補給や、培養細胞からの代謝老廃物の回収の効率が低かった。   As a technique for culturing animal cells, particularly adherent animal cells at a high density, a cell culture vessel using a hollow fiber having a semipermeable membrane function and a fibrous cell support is shown (Patent Document 2). However, this cell culture device is not preferable for monitoring cell metabolites and the like because the hollow fiber used is a semipermeable membrane that does not permeate the proteinaceous substance produced by the cells. In addition, since the fibrous cell support is fixed to the cell culture container and disposed in the gap between the hollow fibers, nutrients can be supplied from the hollow fibers to the cultured cells, and metabolic waste products can be recovered from the cultured cells. The efficiency was low.

また、細胞組織体の形成を促進するため、中空糸の内腔または外腔に遠心力を用いて細胞を高密度に充填し、該中空糸を利用して酸素や栄養分の供給、代謝老廃物の除去を行う方法が示されている(特許文献3)。しかしながら、この方法では、充填した細胞と中空糸が直接接しているため、中空糸表面が細胞吸着によって閉塞することにより、酸素や栄養の供給、代謝老廃物の除去が不充分になることがあった。   In addition, in order to promote the formation of cell tissue bodies, the inner or outer cavity of the hollow fiber is filled with cells at high density using centrifugal force, and the supply of oxygen and nutrients, metabolic waste products using the hollow fiber A method for removing the film is shown (Patent Document 3). However, in this method, since the filled cells and the hollow fiber are in direct contact with each other, the hollow fiber surface may be blocked by cell adsorption, which may result in insufficient supply of oxygen and nutrients and removal of metabolic waste products. It was.

また、多孔質中空糸膜の内腔に細胞を充填し、中空糸外部に栄養分とともに化学物質や薬剤等の被験物質を流し、被験物質の細胞による代謝や代謝速度をモニタリングする試験方法および装置が示されている(特許文献4)。しかしながら、この方法では、充填した細胞と中空糸が直接接しているため、中空糸表面が細胞吸着によって閉塞することで、酸素や栄養の供給、代謝老廃物の除去が不充分となることがあった。   In addition, there is a test method and apparatus for filling cells in the lumen of the porous hollow fiber membrane, flowing a test substance such as a chemical substance or a drug together with nutrients outside the hollow fiber, and monitoring the metabolism and rate of metabolism of the test substance by the cell. (Patent Document 4). However, in this method, since the filled cells and the hollow fiber are in direct contact with each other, the hollow fiber surface may be blocked by cell adsorption, which may result in insufficient supply of oxygen and nutrients and removal of metabolic waste products. It was.

その他、培養液を供給する中空糸と、細胞を培養するための不織布等の多孔性担体を有する細胞培養用モジュールが示されている(特許文献5)。しかしながら、この細胞培養用モジュールは、中空糸モジュール内に多孔性担体が配置されているだけであり、必ずしも培養液を供給する中空糸と多孔性担体が近接していない。そのため、細胞分泌物は保持しやすいが、栄養の補給効率が悪く、代謝老廃物の除去は全く不充分であった。   In addition, a cell culture module having a hollow fiber for supplying a culture solution and a porous carrier such as a nonwoven fabric for culturing cells is disclosed (Patent Document 5). However, in this cell culture module, the porous carrier is only disposed in the hollow fiber module, and the hollow fiber supplying the culture solution and the porous carrier are not necessarily close to each other. For this reason, cell secretions are easy to retain, but nutritional supplementation efficiency is poor, and removal of metabolic waste products is quite insufficient.

近年、生体内組織の繊維状の構造を高度に模倣できる点から、ナノオーダーの繊維径を有するナノファイバーを、細胞培養や組織形成の足場材料として用いることが注目されている(非特許文献1、非特許文献2)。例えば、溶融紡糸によって作製されたナノファイバーを足場材料に用いる方法が示されている(特許文献6)。また、有機系ナノファイバーを溶媒に分散した混合液を利用してナノファイバーのパターンを形成し、さらに細胞培養に有効な機能性薬剤をこのパターンに吸着させることにより、細胞の接着、増殖、分化を制御する方法が示されている(特許文献7)。   In recent years, nanofibers having nano-order fiber diameters are attracting attention as a scaffold for cell culture and tissue formation because they can highly mimic the fibrous structure of tissue in vivo (Non-patent Document 1). Non-Patent Document 2). For example, a method of using nanofibers produced by melt spinning as a scaffold material is shown (Patent Document 6). In addition, a nanofiber pattern is formed using a mixture of organic nanofibers dispersed in a solvent, and a functional drug effective for cell culture is adsorbed to the pattern, thereby allowing cell adhesion, proliferation, and differentiation. A method for controlling the above is disclosed (Patent Document 7).

特許第3026516号公報Japanese Patent No. 3026516 特開2002−112763号公報JP 2002-112763 A 特許第3725147号公報Japanese Patent No. 3725147 特開2000−189189号公報JP 2000-189189 A 特開2003−180334号公報JP 2003-180334 A 特開2006−254722号公報JP 2006-254722 A 特開2007−44149号公報JP 2007-44149 A

高分子,55,3,142(2006)Polymer, 55, 3, 142 (2006) Tissue Eng.,11,101(2005)Tissue Eng. , 11, 101 (2005)

ナノファイバーを用いた足場材料において、培養細胞への栄養と空気(酸素)の供給、および培養細胞からの代謝老廃物の回収を高い効率で行うことができれば、優れた動物実験代替法になると期待される。しかしながら、特許文献6および7の方法では、細胞の成育に必要な栄養や空気(酸素)を補給することが考慮されておらず、細胞を効率的に培養することが困難なことがあった。   If the nanofiber-based scaffold material can supply nutrients and air (oxygen) to cultured cells and recover metabolic waste products from cultured cells with high efficiency, it is expected to be an excellent alternative to animal experiments. Is done. However, in the methods of Patent Documents 6 and 7, supplementation of nutrients and air (oxygen) necessary for cell growth has not been considered, and it has been difficult to efficiently culture cells.

また、ナノファイバーを用いた足場材料において、中空糸膜を用いても、中空糸膜を介して培養細胞に3種類以上の成分を均一に供給しようとする場合には、中空糸膜の配置が複雑になると考えられる。そのため、3種類以上の成分を供給し、それぞれの条件を逐次制御することは困難であると考えられる。
さらに、従来用いられている細胞培養用モジュールは、用いる細胞培養足場材料を容器中の培養液に浸した状態で使用するものであるため、特に多検体、他条件の同時培養において多くの培養スペースが必要であった。このことから、モジュールをコンパクト化することが望まれていた。
In addition, in the scaffold material using nanofibers, even when a hollow fiber membrane is used, when the three or more types of components are to be supplied uniformly to the cultured cells via the hollow fiber membrane, the arrangement of the hollow fiber membrane is It will be complicated. Therefore, it is considered difficult to supply three or more kinds of components and control each condition sequentially.
Furthermore, since the conventionally used cell culture module is used in a state where the cell culture scaffold material to be used is immersed in a culture solution in a container, a large amount of culture space is required especially in the case of simultaneous culturing of multiple samples and other conditions. Was necessary. For this reason, it has been desired to make the module compact.

そこで本発明では、三次元的な細胞培養が可能で、培養細胞への栄養や空気(酸素)の供給および培養細胞からの代謝老廃物の除去を高い効率で行うことができ、特別な装置を用いなくても簡便に、前記供給や除去を3種以上の条件で、かつそれらの条件を独立に制御して行うことができ、モジュールのコンパクト化が可能な細胞培養用モジュールを目的とする。   Therefore, in the present invention, three-dimensional cell culture is possible, and nutrition, air (oxygen) supply to the cultured cells, and removal of metabolic waste products from the cultured cells can be performed with high efficiency. It is an object of the present invention to provide a module for cell culture that can be easily supplied and removed under three or more conditions and independently controlling those conditions without making use of the module, and the module can be made compact.

本発明の細胞培養用モジュールは、中空糸膜がメッシュ状に配置された中空糸膜メッシュと、前記中空糸膜メッシュと接する、ナノファイバーの集合体からなるナノファイバー層とを有する細胞培養足場材料が、2枚のカバーの間に液密に配置され、前記カバーにおける前記ナノファイバー層に対応する位置に、培養細胞を注入する細胞注入口と、該細胞注入口以外の開口とが形成され、前記細胞注入口と開口がシートで塞がれているモジュールである。   The cell culture module of the present invention is a cell culture scaffold material having a hollow fiber membrane mesh in which hollow fiber membranes are arranged in a mesh shape, and a nanofiber layer made of an assembly of nanofibers in contact with the hollow fiber membrane mesh. Is arranged in a liquid-tight manner between two covers, and a cell inlet for injecting cultured cells and a opening other than the cell inlet are formed at a position corresponding to the nanofiber layer in the cover, In the module, the cell inlet and the opening are closed with a sheet.

本発明の細胞培養用モジュールは、三次元的な細胞培養が可能で、培養細胞への栄養や空気(酸素)の供給および培養細胞からの代謝老廃物の除去を高い効率で行うことができる。また、特別な装置を用いなくても、簡便に、前記供給や除去を3種以上の条件で、かつそれらの条件を独立に制御して行うことができる。また、モジュールをコンパクト化することができる。   The cell culturing module of the present invention can perform three-dimensional cell culture, and can efficiently supply nutrients and air (oxygen) to the cultured cells and remove metabolic waste products from the cultured cells. Moreover, even if it does not use a special apparatus, the said supply and removal can be performed easily by controlling these conditions independently by 3 or more types of conditions. Further, the module can be made compact.

本発明の細胞培養用モジュールの一実施形態例を示した図である。(A)平面図、(B)側面図、(C)上蓋および下底の分解図。It is the figure which showed one example of embodiment of the module for cell cultures of this invention. (A) Top view, (B) Side view, (C) Exploded view of upper lid and lower bottom. 本実施形態の細胞培養足場材料の作製に用いる底枠(A)と該底枠に角枠を設けた様子(B)を示す平面図である。It is a top view which shows a mode (B) which provided the bottom frame (A) used for preparation of the cell culture scaffold material of this embodiment, and the square frame in this bottom frame. 本実施形態の細胞培養足場材料を示した図である。(A)平面図、(B)(A)におけるA−A’線での断面図、(C)(A)におけるB−B’線での断面図。It is the figure which showed the cell culture scaffold material of this embodiment. 4A is a plan view, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG. 本実施形態の細胞培養足場材料を拡大した図である。(A)図3(A)の細胞培養足場材料の一部を拡大した拡大図。(B)図3(C)の細胞培養足場材料の一部を拡大した拡大図。It is the figure which expanded the cell culture scaffold material of this embodiment. (A) The enlarged view to which a part of cell culture scaffold material of FIG. 3 (A) was expanded. (B) The enlarged view which expanded a part of cell culture scaffold material of FIG.3 (C). 図3の細胞培養足場材料を作製する様子を示した工程図である。It is process drawing which showed a mode that the cell culture scaffold material of FIG. 3 was produced. (A)図5(C)の足場材料10に上枠を設置した様子を示す平面図である。(B)、(C)中空糸膜の型枠40の外側部分を束ねて固定する工程図である。(A) It is a top view which shows a mode that the upper frame was installed in the scaffold material 10 of FIG.5 (C). (B), (C) It is process drawing which bundles and fixes the outer side part of the formwork 40 of a hollow fiber membrane. 実施例1におけるナノファイバー層15AのSEM写真である。(A)層断面(観察倍率5000倍)、(B)層表面(観察倍率10000倍)。2 is a SEM photograph of a nanofiber layer 15A in Example 1. (A) Layer cross section (observation magnification 5000 times), (B) Layer surface (observation magnification 10000 times). 実施例1における細胞培養足場材料10Aの写真である。2 is a photograph of cell culture scaffold material 10A in Example 1. FIG. 実施例2におけるナノファイバー層15BのSEM写真である。(A)層断面(観察倍率2000倍)、(B)層表面(観察倍率10000倍)。4 is a SEM photograph of a nanofiber layer 15B in Example 2. (A) Layer cross section (observation magnification 2000 times), (B) Layer surface (observation magnification 10000 times). 実施例3の培養における細胞密度の変化を示したグラフである。4 is a graph showing changes in cell density in the culture of Example 3. 実施例3の培養後の細胞を位相差顕微鏡(観察倍率32倍)により観察した顕微鏡写真である。It is the microscope picture which observed the cell after the culture | cultivation of Example 3 with the phase-contrast microscope (observation magnification of 32 times). 実施例3の培養後の細胞を位相差顕微鏡(観察倍率56倍)により観察した顕微鏡写真である。It is the microscope picture which observed the cell after the culture | cultivation of Example 3 with the phase-contrast microscope (observation magnification 56 times). 比較例1の培養における細胞密度の変化を示したグラフである。6 is a graph showing changes in cell density in the culture of Comparative Example 1. 比較例1の培養後の細胞を位相差顕微鏡(観察倍率56倍)により観察した顕微鏡写真である。It is the microscope picture which observed the cell after the culture | cultivation of the comparative example 1 with the phase-contrast microscope (observation magnification 56 times). 比較例1の培養後の細胞を共焦点レーザー顕微鏡(観察倍率200倍)により観察した顕微鏡写真である。It is the microscope picture which observed the cell after the culture | cultivation of the comparative example 1 with the confocal laser scanning microscope (observation magnification 200 times).

[細胞培養用モジュール]
本発明の細胞培養用モジュールは、中空糸膜がメッシュ状に配置された中空糸膜メッシュと、前記中空糸膜メッシュと接する、ナノファイバーの集合体からなるナノファイバー層とを有する細胞培養足場材料が、2枚のカバーの間に液密に配置されている。また、本発明の細胞培養用モジュールは、前記カバーにおける前記ナノファイバー層に対応する位置に、培養細胞を注入する細胞注入口と、該細胞注入口以外の開口とが形成され、前記細胞注入口と開口がシートで塞がれている。以下、本発明の細胞培養用モジュールの実施形態の一例を示して詳細に説明する。
[Cell culture module]
The cell culture module of the present invention is a cell culture scaffold material having a hollow fiber membrane mesh in which hollow fiber membranes are arranged in a mesh shape, and a nanofiber layer made of an assembly of nanofibers in contact with the hollow fiber membrane mesh. Are disposed in a liquid-tight manner between the two covers. In the cell culture module of the present invention, a cell inlet for injecting cultured cells and an opening other than the cell inlet are formed at a position corresponding to the nanofiber layer in the cover, and the cell inlet And the opening is closed with a sheet. Hereinafter, an exemplary embodiment of the module for cell culture of the present invention will be described in detail.

本実施形態の細胞培養用モジュール1(以下、「モジュール1」という。)は、図1(A)および図1(B)に示すように、細胞培養足場材料10(以下、「足場材料10」という。)がポッティング樹脂で型枠40に固定されており、さらに、それらが2枚のカバーである下底20、上蓋30により挟まれ、足場材料10が液密に封入されている。   As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the cell culture module 1 (hereinafter referred to as “module 1”) of the present embodiment has a cell culture scaffold material 10 (hereinafter “scaffold material 10”). Is fixed to the mold 40 with potting resin, and is sandwiched between the lower base 20 and the upper lid 30 which are two covers, and the scaffold material 10 is sealed in a liquid-tight manner.

下底20は、図1(C)に示すように、板21、22の間にシート23が配置されている。平板21、22には、細胞注入口21a、22a、および開口21b、22bが形成されている。平板21、22の形状は、足場材料10の形状に合わせた形状であればよい。
平板21、22としては、足場材料10を挟んでしっかりと固定するのに適した強度を有するものであればよく、例えば、アクリル板が挙げられる。
シート23としては、細胞注入口21a、22a、および開口21b、22bを密封でき、かつ必要に応じて顕微鏡、チューブ等の接続、注射針の刺し込み等が可能なものであればよく、例えば、シリコンゴムからなるシートが挙げられる。
As shown in FIG. 1C, the lower bottom 20 has a sheet 23 disposed between the plates 21 and 22. In the flat plates 21 and 22, cell injection ports 21a and 22a and openings 21b and 22b are formed. The shape of the flat plates 21 and 22 may be a shape that matches the shape of the scaffold material 10.
The flat plates 21 and 22 may have any strength suitable for firmly fixing the scaffold material 10 therebetween, and examples thereof include acrylic plates.
The sheet 23 may be any sheet as long as it can seal the cell injection ports 21a and 22a and the openings 21b and 22b and can connect a microscope, a tube, etc., and insert a needle as necessary. A sheet made of silicon rubber is exemplified.

細胞注入口21a、22aは、培養細胞を注入するための開口である。例えば、細胞注入口21a、22aにおいて、シート23に注射針を刺し込んで、培養細胞を足場材料10へと注入できる。
細胞注入口21a、22aの形状は特に限定されず、穴あけ加工の容易さの点から、円形状が好ましい。
細胞注入口21a、22aの大きさは特に限定されず、それぞれが開口21b、22bと独立して形成され、培養細胞の注入が可能な範囲であればよい。例えば、細胞注入口21a、22aの形状が円形状である場合、その直径は500μm以上5mm以下が好ましい。
The cell injection ports 21a and 22a are openings for injecting cultured cells. For example, the cultured cells can be injected into the scaffold material 10 by inserting an injection needle into the sheet 23 at the cell injection ports 21a and 22a.
The shapes of the cell injection ports 21a and 22a are not particularly limited, and a circular shape is preferable from the viewpoint of ease of drilling.
The size of the cell injection ports 21a and 22a is not particularly limited as long as each is formed independently of the openings 21b and 22b and can inject cultured cells. For example, when the shapes of the cell injection ports 21a and 22a are circular, the diameter is preferably 500 μm or more and 5 mm or less.

開口21b、22bは、細胞注入口21a、22aとは独立して形成される開口である。開口21b、22bは、例えば、チューブの接続による栄養や空気の供給もしくは代謝老廃物の除去、または顕微鏡の接続による培養状態の観察等に使用できる。
開口21b、22bの形状は特に限定されず、穴あけ加工の容易さの点から、円形状が好ましい。
また、開口21b、22bの大きさは特に限定されず、それぞれが細胞注入口21a、22aと独立して形成される範囲であればよい。例えば、開口21b、22bの形状が円形状である場合、その直径はモジュール1の大きさにも依るが、1mm以上でナノファイバー層の短辺を上限とすることが好ましい。
The openings 21b and 22b are openings formed independently of the cell injection ports 21a and 22a. The openings 21b and 22b can be used, for example, for feeding nutrients or air by connecting tubes, removing metabolic waste products, or observing the culture state by connecting a microscope.
The shape of the openings 21b and 22b is not particularly limited, and a circular shape is preferable from the viewpoint of ease of drilling.
Moreover, the magnitude | size of opening 21b, 22b is not specifically limited, What is necessary is just the range in which each is formed independently of cell injection hole 21a, 22a. For example, when the shapes of the openings 21b and 22b are circular, the diameter thereof depends on the size of the module 1, but is preferably 1 mm or more and the short side of the nanofiber layer as the upper limit.

上蓋30は、図1(C)に示すように、平板31、32の間にシート33が配置されている。平板31、32には、細胞注入口31a、32a、および開口31b、32bが形成されている。
平板31、32、シート33は、平板21、22、シート23と同じものを用いることができる。
細胞注入口21a、22aと細胞注入口31a、32aの形状および大きさは、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。また、開口21bおよび開口22bと開口31bおよび開口32bの形状および大きさは、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
As shown in FIG. 1C, the upper lid 30 has a sheet 33 disposed between the flat plates 31 and 32. In the flat plates 31 and 32, cell injection ports 31a and 32a and openings 31b and 32b are formed.
The flat plates 31 and 32 and the sheet 33 can be the same as the flat plates 21 and 22 and the sheet 23.
The shapes and sizes of the cell injection ports 21a and 22a and the cell injection ports 31a and 32a may be the same or different, but are preferably the same. The shapes and sizes of the openings 21b and 22b and the openings 31b and 32b may be the same or different, but are preferably the same.

本実施形態では、足場材料10はポッティング樹脂により型枠40に固定されている。足場材料10がポッティング樹脂で型枠40に固定されていることにより、該ポッティング樹脂と型枠40とにより、モジュール1における足場材料10の側面部分が密封され、足場材料10がモジュール1内に液密に封入されている。また、型枠40を用いることで、足場材料10の作製が容易になる。   In this embodiment, the scaffold material 10 is fixed to the mold 40 by potting resin. Since the scaffold material 10 is fixed to the mold 40 with the potting resin, the side portions of the scaffold material 10 in the module 1 are sealed by the potting resin and the mold 40, and the scaffold material 10 is liquid in the module 1. It is tightly enclosed. Further, the use of the mold 40 facilitates the production of the scaffold material 10.

型枠40は、図1(B)および図2(A)、(B)に示すように、開口41aを有する底枠41と、底枠41の四隅に設けられた角枠42と、上枠44とを有している。
底枠41および上枠44の材質としては、ポッティング樹脂との接着性が充分に得られるものであればよく、例えば、シリコンゴム等が挙げられる。
また、角枠42の材質としては、シリコンゴムが好ましい。角枠42の材質がシリコンゴムであれば、下底20と上蓋30により型枠40に固定された足場材料10を挟んだ後、それらをクリップ等で固定する際に、高い圧力が加わってもモジュール1が破損することを抑制しやすい。
As shown in FIGS. 1B and 2A and 2B, the mold frame 40 includes a bottom frame 41 having an opening 41a, square frames 42 provided at four corners of the bottom frame 41, and an upper frame. 44.
The material of the bottom frame 41 and the upper frame 44 may be any material as long as sufficient adhesion to the potting resin is obtained, and examples thereof include silicon rubber.
The material of the square frame 42 is preferably silicon rubber. If the material of the square frame 42 is silicon rubber, even if a high pressure is applied when the scaffold material 10 fixed to the mold frame 40 is sandwiched between the lower base 20 and the upper lid 30 and then fixed with clips or the like. It is easy to suppress the module 1 from being damaged.

本発明におけるポッティング樹脂は、充分な接着性を有するものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂等の各種の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等が挙げられる。   The potting resin in the present invention is not particularly limited as long as it has sufficient adhesiveness, and examples thereof include various thermosetting resins and thermoplastic resins such as epoxy resins, urethane resins, unsaturated polyester resins, and silicon resins. .

本発明における細胞培養足場材料は、図3に例示した足場材料10であることが好ましい。ただし、これに限定されるものではない。
足場材料10は、図3(A)〜(C)に示すように、中空糸膜11a、11b(11)がメッシュ状に配置された中空糸膜メッシュ12と、ナノファイバーの集合体からなるナノファイバー層15と、中空糸膜13a、13b(13)がメッシュ状に配置された中空糸膜メッシュ14とが、この順に積層されている。
The cell culture scaffold material in the present invention is preferably the scaffold material 10 illustrated in FIG. However, it is not limited to this.
As shown in FIGS. 3 (A) to 3 (C), the scaffold material 10 includes a hollow fiber membrane mesh 12 in which hollow fiber membranes 11a and 11b (11) are arranged in a mesh shape, and a nano-fiber assembly. The fiber layer 15 and the hollow fiber membrane mesh 14 in which the hollow fiber membranes 13a and 13b (13) are arranged in a mesh shape are laminated in this order.

中空糸膜メッシュ12を形成する中空糸膜11の膜基材ポリマーは、中空糸膜上に成形できるものであればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリアリルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、セルロースアセテート、ポリフッ化ビニリデン、これらの2種類以上を混合した混合物等が挙げられる。   The membrane base polymer of the hollow fiber membrane 11 that forms the hollow fiber membrane mesh 12 may be any polymer that can be molded on the hollow fiber membrane, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polysulfone, polyallylsulfone, and polyether. Examples thereof include sulfone, polyacrylonitrile, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride, and a mixture of two or more of these.

中空糸膜11の外径は、50〜3000μmが好ましく、100〜2000μmがより好ましい。外径が50μm以上であれば、中空糸膜11において充分な大きさの中空部分を確保しやすいため、培養液を送液する際の差圧が大きくなったり、代謝老廃物の除去が不充分になったりすることを抑制しやすい。また、外径が3000μm以下であれば、単位体積あたりの中空糸膜11の表面積をより大きくすることができるため、培養細胞に充分な栄養およびガスを供給することが容易になる。   The outer diameter of the hollow fiber membrane 11 is preferably 50 to 3000 μm, and more preferably 100 to 2000 μm. If the outer diameter is 50 μm or more, it is easy to secure a sufficiently large hollow portion in the hollow fiber membrane 11, so that the differential pressure when feeding the culture solution becomes large, and removal of metabolic waste products is insufficient. It is easy to suppress becoming. In addition, when the outer diameter is 3000 μm or less, the surface area of the hollow fiber membrane 11 per unit volume can be increased, so that it becomes easy to supply sufficient nutrients and gas to the cultured cells.

中空糸膜11の膜厚は、5〜500μmが好ましい。膜厚が5μm以上であれば、栄養供給やガス供給の際の加圧によって中空糸膜が破壊されることを防止しやすい。また、膜厚が500μm以下であれば、ろ過抵抗がより小さくなるため、培養細胞への栄養供給やガス供給や、培養細胞からの代謝老廃物の除去の効率が向上する。
なお、中空糸膜11が多層膜である場合の膜厚は、各層の膜厚の総和(全層の膜厚)である。
中空糸膜11の内径は、10μm以上2995μm以下が好ましい。
The film thickness of the hollow fiber membrane 11 is preferably 5 to 500 μm. If the film thickness is 5 μm or more, it is easy to prevent the hollow fiber membrane from being destroyed by pressurization during nutrient supply or gas supply. In addition, when the film thickness is 500 μm or less, the filtration resistance is further reduced, so that the efficiency of nutrient supply and gas supply to the cultured cells and removal of metabolic waste products from the cultured cells is improved.
In addition, the film thickness in case the hollow fiber membrane 11 is a multilayer film is the sum total of the film thickness of each layer (film thickness of all layers).
The inner diameter of the hollow fiber membrane 11 is preferably 10 μm or more and 2995 μm or less.

中空糸膜11としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ガス分離膜等を用いることができる。これらは必要に応じて適宜選択することができる。
物質選択透過性を有する中空糸膜を用いることにより、特定の物質を培養細胞に供給したり、特定の代謝老廃物を培養細胞から除去したりすることができる。また、培養液中の特定成分、化学物質、薬物等の被験物質を培養細胞に効率的に供給することや、老廃物や代謝物を系外に排出させてこれらをモニタリングすることが可能となる。
物質選択透過性を有する中空糸膜としては、前記精密ろ過膜や限外ろ過膜を挙げることができ、さらに、膜素材そのものに物質選択透過性を有する中空糸膜や、中空部分に選択透過性を有する物質が充填された多孔質中空糸膜を挙げることができる。
As the hollow fiber membrane 11, a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a gas separation membrane, or the like can be used. These can be appropriately selected as necessary.
By using a hollow fiber membrane having a substance-selective permeability, a specific substance can be supplied to cultured cells, or a specific metabolic waste product can be removed from the cultured cells. In addition, it becomes possible to efficiently supply test substances such as specific components, chemical substances, drugs, etc. in the culture medium to the cultured cells, and to discharge waste products and metabolites out of the system and monitor them. .
Examples of the hollow fiber membrane having selective substance permeability include the above-mentioned microfiltration membrane and ultrafiltration membrane, and further, the hollow fiber membrane having substance selective permeability in the membrane material itself and the selective permeability in the hollow part. A porous hollow fiber membrane filled with a substance having

また、ガス分離膜を用いることにより、培養細胞に空気、酸素、およびその他のガスを効率的、かつ選択的に供給することができる。ガス供給は多孔質中空糸膜を用いて行ってもよく、この場合、ガス分離機能を有する非多孔性の膜基材を、多孔性の膜基材で支持した中空糸膜が好ましい。このようなガス分離機能を有する中空糸膜を用いることにより、培養液中にバブルレスでガスを供給できるので、培養細胞へのダメージを防止しやすい。また、培養液等の液体が中空糸膜の中空部分に入り込んで該中空部を閉塞することを防止しやすい。   Moreover, by using a gas separation membrane, air, oxygen, and other gases can be efficiently and selectively supplied to the cultured cells. The gas supply may be performed using a porous hollow fiber membrane. In this case, a hollow fiber membrane in which a nonporous membrane substrate having a gas separation function is supported by a porous membrane substrate is preferable. By using such a hollow fiber membrane having a gas separation function, gas can be supplied into the culture solution without bubble, and thus it is easy to prevent damage to the cultured cells. In addition, it is easy to prevent a liquid such as a culture solution from entering the hollow portion of the hollow fiber membrane and closing the hollow portion.

また、中空糸膜11は、親水化処理されていることが好ましい。中空糸膜を親水化処理することにより、培養細胞への培養液等の液体成分の供給が容易になり、また中空糸膜表面への細胞接着の抑制も容易になる。中空糸膜を親水化処理する方法としては、例えば、中空糸膜をエチレン−ビニルアルコール共重合体等の親水性高分子や、グリセリン、エタノールで処理する方法が挙げられる。
また、中空糸膜メッシュ12には、2種類以上の中空糸膜を用いることもできる。例えば、栄養の供給を行う精密ろ過膜、ガスの供給を行うガス分離膜、培養細胞への特定成分の供給あるいは培養細胞からの特定の代謝老廃物の排出を行う物質選択透過性を有する中空糸膜を、任意に組み合わせて用いることができる。
The hollow fiber membrane 11 is preferably subjected to a hydrophilic treatment. By hydrophilizing the hollow fiber membrane, it becomes easy to supply a liquid component such as a culture solution to the cultured cells, and it is also easy to suppress cell adhesion to the surface of the hollow fiber membrane. Examples of the method for hydrophilizing the hollow fiber membrane include a method of treating the hollow fiber membrane with a hydrophilic polymer such as an ethylene-vinyl alcohol copolymer, glycerin, and ethanol.
Two or more types of hollow fiber membranes can be used for the hollow fiber membrane mesh 12. For example, microfiltration membranes that supply nutrients, gas separation membranes that supply gases, hollow fibers with selective permeability to substances that supply specific components to cultured cells or discharge specific metabolic waste products from cultured cells Membranes can be used in any combination.

中空糸膜メッシュ12は、複数の中空糸膜を網目が形成するようにメッシュ状に配置したものである。中空糸膜メッシュ12の形態としては、例えば、複数の中空糸膜11a(中空糸膜11)を所定の間隔で平行に配置してシート状とし、それら中空糸膜11aに対して直交する方向に沿って複数の中空糸膜11b(中空糸膜11)を所定の間隔で平行に配置してシート状とすることにより、メッシュ状とした形態が挙げられる(図3(A))。
中空糸膜11aの間隔d(図4(A))は、0.05〜5mmが好ましく、0.05〜1mmがより好ましい。前記間隔dは、中空糸膜11aの外径以上で、5mm以下であれば、栄養やガスの供給や代謝老廃物の除去がナノファイバー層15に接着した細胞全体に均一に行えるため、細胞培養の効率が向上する。中空糸膜11bの間隔d(図4(A))は、同様の理由から、0.05〜5mmが好ましく、0.05〜1mmがより好ましい。
中空糸膜メッシュ12における中空糸膜11からなるシートの層数は特に制限されず、2〜10層が好ましい。この例では、シートは2層(中空糸膜11aからなる層と中空糸膜11bからなる層)である。
The hollow fiber membrane mesh 12 is a plurality of hollow fiber membranes arranged in a mesh shape so that a mesh is formed. As a form of the hollow fiber membrane mesh 12, for example, a plurality of hollow fiber membranes 11a (hollow fiber membranes 11) are arranged in parallel at a predetermined interval to form a sheet, and in a direction orthogonal to the hollow fiber membranes 11a. A plurality of hollow fiber membranes 11b (hollow fiber membranes 11) are arranged in parallel at a predetermined interval to form a sheet shape, thereby forming a mesh shape (FIG. 3A).
The distance d 1 (FIG. 4A) between the hollow fiber membranes 11a is preferably 0.05 to 5 mm, and more preferably 0.05 to 1 mm. The distance d 1 is the equal to or greater than the outer diameter of the hollow fiber membrane 11a, as long as 5mm or less, the removal of the supply and metabolic waste of nutrients and gas can be performed uniformly throughout the cells adhered to the nanofiber layer 15, the cell The efficiency of culture is improved. For the same reason, the distance d 2 (FIG. 4A) between the hollow fiber membranes 11b is preferably 0.05 to 5 mm, and more preferably 0.05 to 1 mm.
The number of sheets of the hollow fiber membrane 11 in the hollow fiber membrane mesh 12 is not particularly limited, and 2 to 10 layers are preferable. In this example, the sheet has two layers (a layer made of the hollow fiber membrane 11a and a layer made of the hollow fiber membrane 11b).

2種類以上の中空糸膜で中空糸膜メッシュを形成する場合には、種類の異なる中空糸膜を同一シート内に混在させてもよく、シート毎に種類の異なる中空糸膜を用いるようにしてもよい。すなわち、本実施形態の場合、中空糸膜11aとして種類の異なる2種以上の中空糸膜を用い、かつ中空糸膜11bとして種類の異なる2種以上の中空糸膜を用いる態様(1)としてもよく、中空糸膜11aとして同一種類の中空糸膜を用い、中空糸膜11bとして中空糸膜11aとは異なる種類の同一種類の中空糸膜を用いる態様(2)としてもよく、中空糸膜11aまたは中空糸膜11bのいずれか一方に異なる2種以上の中空糸膜を用い、他方に同一種類の中空糸膜を用いる態様(3)としてもよい。中空糸膜メッシュ12において2種類以上の中空糸膜11を用いる場合には、同一種類の中空糸膜を集結させてポート部を設け、該ポート部を外部機器に繋いで中空糸膜を介して排出された老廃物等をオンラインで分析することが容易である点から、態様(2)が好ましい。
具体的には、例えば、中空糸膜11aとして精密ろ過膜、中空糸膜11bとしてガス分離膜を用いることにより、中空糸膜11aにより培養細胞に栄養を供給し、中空糸膜11bにより培養細胞にガスを供給することができる(態様(2))。
中空糸膜メッシュ12における中空糸膜11a、11bは、メッシュ状となっている部分以外の部分をポッティング樹脂により固定することで、位置を固定することができる。ポッティング樹脂は、前述のポッティング樹脂を用いることができる。
When forming a hollow fiber membrane mesh with two or more types of hollow fiber membranes, different types of hollow fiber membranes may be mixed in the same sheet, and different types of hollow fiber membranes should be used for each sheet. Also good. That is, in the case of the present embodiment, as the aspect (1) in which two or more types of hollow fiber membranes having different types are used as the hollow fiber membrane 11a and two or more types of hollow fiber membranes having different types are used as the hollow fiber membrane 11b. It is also possible to adopt an embodiment (2) in which the same type of hollow fiber membrane is used as the hollow fiber membrane 11a, and the same type of hollow fiber membrane different from the hollow fiber membrane 11a is used as the hollow fiber membrane 11b. Alternatively, an embodiment (3) may be employed in which two or more different types of hollow fiber membranes are used for one of the hollow fiber membranes 11b and the same type of hollow fiber membrane is used for the other. When two or more types of hollow fiber membranes 11 are used in the hollow fiber membrane mesh 12, the same type of hollow fiber membranes are gathered to provide a port portion, and the port portion is connected to an external device via the hollow fiber membrane. The aspect (2) is preferable because it is easy to analyze the discharged waste products and the like online.
Specifically, for example, by using a microfiltration membrane as the hollow fiber membrane 11a and a gas separation membrane as the hollow fiber membrane 11b, nutrients are supplied to the cultured cells by the hollow fiber membrane 11a, and to the cultured cells by the hollow fiber membrane 11b. Gas can be supplied (aspect (2)).
The positions of the hollow fiber membranes 11a and 11b in the hollow fiber membrane mesh 12 can be fixed by fixing a portion other than the mesh-shaped portion with a potting resin. The aforementioned potting resin can be used as the potting resin.

本発明における中空糸膜メッシュ14および中空糸膜13は、中空糸膜メッシュ12および中空糸膜11と同じものを用いることができ、好ましい形態も同じである。
足場材料10においては、中空糸膜メッシュ12、14の形態は、中空糸膜を介する栄養や気体の供給、代謝老廃物の除去に応じて選択すればよく、足場材料10をモジュール化する際のポート部の設計にも依存する。
足場材料10では、中空糸膜メッシュ12の中空糸膜11aと中空糸膜メッシュ14の中空糸膜13aは同一種類の中空糸膜であることが好ましい。同様に、中空糸膜メッシュ12の中空糸膜11bと中空糸膜メッシュ14の中空糸膜13bは同一種類の中空糸膜であることが好ましい。このような形態とすることで、足場材料10をモジュール化する際に、中空糸膜11aおよび中空糸膜13aと、中空糸膜11bおよび中空糸膜13bとをそれぞれ集結させて同一のポート部に繋ぐことで、中空糸膜を介して排出された老廃物等をオンラインで分析しながら細胞培養を行うことが容易になる。
The hollow fiber membrane mesh 14 and the hollow fiber membrane 13 in the present invention can be the same as the hollow fiber membrane mesh 12 and the hollow fiber membrane 11, and the preferred forms are also the same.
In the scaffold material 10, the form of the hollow fiber membrane meshes 12, 14 may be selected according to the supply of nutrients and gas through the hollow fiber membranes and the removal of metabolic waste, and when the scaffold material 10 is modularized. Depends on port design.
In the scaffold material 10, the hollow fiber membrane 11a of the hollow fiber membrane mesh 12 and the hollow fiber membrane 13a of the hollow fiber membrane mesh 14 are preferably the same type of hollow fiber membrane. Similarly, the hollow fiber membrane 11b of the hollow fiber membrane mesh 12 and the hollow fiber membrane 13b of the hollow fiber membrane mesh 14 are preferably the same type of hollow fiber membrane. By adopting such a form, when the scaffold material 10 is modularized, the hollow fiber membrane 11a and the hollow fiber membrane 13a, and the hollow fiber membrane 11b and the hollow fiber membrane 13b are gathered together in the same port portion. By linking, it becomes easy to perform cell culture while analyzing on-line wastes discharged through the hollow fiber membrane.

本実施形態の足場材料10では、図3(B)および(C)に示すように、中空糸膜メッシュ12と中空糸膜メッシュ14における互いに平行な中空糸膜11、13が、それぞれ1/2ピッチずつ、ずれて配置されるようにすることが好ましい。これにより、足場材料10において中空糸膜を、ナノファイバー層15に対してより高い密度で均一に配列させることができるため、細胞培養の効率が向上する。
中空糸膜メッシュ12と中空糸膜メッシュ14における中空糸膜11bと中空糸膜13bの間隔d(図4(B))は、0.5〜1000μmが好ましく、1.0〜50μmがより好ましい。前記間隔dが0.5μm以上1000μm以下であれば、栄養やガスの供給や代謝老廃物の除去がナノファイバー層15に接着した細胞全体に均一に行えるため、細胞培養の効率が向上する。
In the scaffold material 10 of the present embodiment, as shown in FIGS. 3B and 3C, the hollow fiber membranes 11 and 13 parallel to each other in the hollow fiber membrane mesh 12 and the hollow fiber membrane mesh 14 are each ½. It is preferable that the pitches are shifted from each other. Thereby, since the hollow fiber membrane can be uniformly arranged at a higher density with respect to the nanofiber layer 15 in the scaffold material 10, the efficiency of cell culture is improved.
The distance d 3 (FIG. 4B) between the hollow fiber membrane 11b and the hollow fiber membrane 13b in the hollow fiber membrane mesh 12 and the hollow fiber membrane mesh 14 is preferably 0.5 to 1000 μm, more preferably 1.0 to 50 μm. . If the distance d 3 is at 0.5μm or more 1000μm or less, the removal of the supply and metabolic waste products nutrition and gas for performed uniformly throughout the cells adhered to the nanofiber layer 15, thereby improving the efficiency of the cell culture.

本実施形態のナノファイバー層15は、ナノファイバーの集合体からなる層である。
ナノファイバー層15は、基材上で、エレクトロスピニング(電界紡糸)により形成されたものであることが好ましい。前記基材は、特に制限されず、エレクトロスピニングにより表面にナノファイバー層15を形成できるものであればよく、例えば、アルミ箔等が挙げられる。
The nanofiber layer 15 of the present embodiment is a layer made of an assembly of nanofibers.
The nanofiber layer 15 is preferably formed by electrospinning (electrospinning) on a substrate. The base material is not particularly limited as long as the nanofiber layer 15 can be formed on the surface by electrospinning, and examples thereof include aluminum foil.

ナノファイバーの材質は、紡糸が容易である点から、溶剤可溶性のポリマーであることが好ましい。特にエレクトロスピニングが可能な溶剤可溶性のポリマーとしては、例えば、ナイロン4,6、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン12、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリスルフォン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、シルク、酢酸セルロース、キトサン、コラーゲン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではなく、これらのポリマーの混合物や、無機物や炭素材料を含有させたものであってもよい。   The nanofiber material is preferably a solvent-soluble polymer from the viewpoint of easy spinning. Particularly, solvent-soluble polymers that can be electrospun include, for example, nylon 4, 6, nylon 6, nylon 6, 6, nylon 12, polyacrylic acid, polyacrylonitrile, polyamide, polycarbonate, polyetherimide, polyethylene oxide, polyethylene Examples include terephthalate, polystyrene, styrene-butadiene copolymer, polysulfone, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, polycaprolactone, polylactic acid, silk, cellulose acetate, chitosan, and collagen. However, the present invention is not limited to these, and a mixture of these polymers, an inorganic material, or a carbon material may be included.

また、前記ポリマーの分子量は特に限定されないが、分子量が低すぎると曳糸性が低下するおそれがあり、分子量が高すぎると粘度が高くなって紡糸が困難になるおそれがある。
また、溶剤に不溶なポリマーであっても、レーザーエレクトロスピニング法を適用する場合は熱可塑性ポリマーを用いることができる。レーザーエレクトロスピニング法に適用できる熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
The molecular weight of the polymer is not particularly limited, but if the molecular weight is too low, the spinnability may be lowered, and if the molecular weight is too high, the viscosity may increase and spinning may be difficult.
Even if the polymer is insoluble in a solvent, a thermoplastic polymer can be used when the laser electrospinning method is applied. Examples of the thermoplastic polymer applicable to the laser electrospinning method include polyethylene terephthalate.

ナノファイバー(単繊維)の直径は1nm〜1000nmが好ましく、10nm〜500nmがより好ましく、20nm〜300nmがさらに好ましい。前記直径が1nm以上であれば、充分な強度を有するナノファイバーとなりやすい。また、前記直径が1000nm以下であれば、充分な比表面積を有するナノファイバーとなりやすい。ナノファイバーの特徴の一つは比表面積の大きさであり、単繊維の直径が小さくなるほど比表面積が指数関数的に大きくなり、吸着特性が大きくなるため、細胞培養の足場材料として好適である。
ナノファイバーの単繊維の直径は、以下のようにして測定することができる。ナノファイバー、またはその集合体(ナノファイバー層15)の表面を電子顕微鏡により観察し、得られた電子顕微鏡写真(図9(B))中の任意の20本のナノファイバー表面の幅を計測し、その平均をナノファイバーの単繊維の直径とする。電子顕微鏡としては、走査型電子顕微鏡(SEM)が好ましい。観察倍率は5000倍〜5万倍が好ましい。観察倍率が5000倍以上であれば、ナノファイバーの直径の決定が容易になる。また、単繊維の直径を求める際には、画像解析ソフトを用いることが好ましい。画像解析ソフトによって得られるナノファイバーの単繊維の直径は、画像解析のための画質調整、画像解析ソフトの種類等によって若干変動があるが、その差は通常の実験誤差の範囲内である。
The diameter of the nanofiber (single fiber) is preferably 1 nm to 1000 nm, more preferably 10 nm to 500 nm, and still more preferably 20 nm to 300 nm. If the said diameter is 1 nm or more, it will become a nanofiber which has sufficient intensity | strength easily. Moreover, if the said diameter is 1000 nm or less, it will become a nanofiber which has sufficient specific surface area easily. One of the characteristics of the nanofiber is the size of the specific surface area, and the specific surface area increases exponentially as the diameter of the single fiber decreases, and the adsorption characteristics increase. Therefore, it is suitable as a scaffold material for cell culture.
The diameter of the nanofiber single fiber can be measured as follows. The surface of the nanofiber or its aggregate (nanofiber layer 15) is observed with an electron microscope, and the width of the surface of any 20 nanofibers in the obtained electron micrograph (FIG. 9B) is measured. The average is defined as the diameter of a single nanofiber. As the electron microscope, a scanning electron microscope (SEM) is preferable. The observation magnification is preferably 5000 to 50,000 times. If the observation magnification is 5000 times or more, the diameter of the nanofiber can be easily determined. Moreover, when calculating | requiring the diameter of a single fiber, it is preferable to use image analysis software. The diameter of the nanofiber single fiber obtained by the image analysis software varies slightly depending on the image quality adjustment for image analysis, the type of the image analysis software, etc., but the difference is within the range of normal experimental error.

ナノファイバー層15の厚みは、0.5〜100μmが好ましく、1〜50μmがより好ましい。厚みが0.5μm以上であれば、ナノファイバー層15を中空糸膜メッシュ間に配置するのが容易になる。厚みが100μm以下であれば、栄養やガスの供給や代謝老廃物の除去がナノファイバー層15に接着した細胞全体に均一に行えるため、細胞培養の効率が向上する。   The thickness of the nanofiber layer 15 is preferably 0.5 to 100 μm, and more preferably 1 to 50 μm. If thickness is 0.5 micrometer or more, it will become easy to arrange | position the nanofiber layer 15 between hollow fiber membrane meshes. If the thickness is 100 μm or less, the supply of nutrients and gas and the removal of metabolic waste products can be performed uniformly on the entire cells adhered to the nanofiber layer 15, thereby improving the efficiency of cell culture.

本実施形態では、ナノファイバー層15に生理活性物質を吸着または固定させることにより、培養細胞の接着、増殖、分化、機能発現の制御を行うことができる。
生理活性物質としては、機能性ポリマー、アミノ酸、タンパク質、糖鎖、ビタミン類等
が挙げられる。特に、細胞培養に有効な生理活性物質、例えば培養細胞の増殖、分化、機能発現に重要な役割を有する生理活性物質の総称であるサイトカインを用いると効果的である。サイトカインとしては、インターロイキン、増血因子、増殖因子等が挙げられる。また、細胞−細胞外マトリックス、細胞−細胞間の接着に関与するインテグリン、カドヘリン等の細胞接着基質を用いることも効果的である。また、薬剤や化学物質等の被験物質をナノファイバー層15に吸着または固定することにより、細胞培養試験を行うことも可能である。
In the present embodiment, adhesion, proliferation, differentiation, and function expression of cultured cells can be controlled by adsorbing or fixing a physiologically active substance to the nanofiber layer 15.
Examples of the physiologically active substance include functional polymers, amino acids, proteins, sugar chains, vitamins and the like. In particular, it is effective to use a physiologically active substance effective for cell culture, for example, a cytokine which is a general term for physiologically active substances having an important role in the growth, differentiation and functional expression of cultured cells. Cytokines include interleukins, blood boosting factors, growth factors and the like. It is also effective to use cell adhesion substrates such as integrins and cadherins involved in cell-extracellular matrix, cell-cell adhesion. It is also possible to conduct a cell culture test by adsorbing or fixing a test substance such as a drug or a chemical substance on the nanofiber layer 15.

本実施形態の足場材料10は、以上説明した中空糸膜メッシュ12と中空糸膜メッシュ14との間に、ナノファイバー層15が配置された積層体を有する。このように、ナノファイバー層を中空糸膜メッシュ間に配置することにより、ナノファイバーを中空糸膜メッシュに強固に固定することができ、培養細胞への栄養やガスの供給や、細胞培養からの代謝老廃物の除去をより安定して行うことができる。
また、中空糸膜メッシュ上にナノファイバー層を形成して該ナノファイバー層上に培養細胞を接着させる場合に比べ、ナノファイバー層を中空糸膜メッシュ間に配置することで、ナノファイバー層に接着させた培養細胞と中空糸膜との距離が近くなるため、培養細胞への栄養やガスの供給や、細胞培養からの代謝老廃物の除去をより高い効率で行うことができ、培養細胞のネクローシスが減少して細胞培養の効率が向上する。
The scaffold material 10 of this embodiment has a laminate in which the nanofiber layer 15 is disposed between the hollow fiber membrane mesh 12 and the hollow fiber membrane mesh 14 described above. As described above, by arranging the nanofiber layer between the hollow fiber membrane meshes, the nanofibers can be firmly fixed to the hollow fiber membrane meshes, supplying nutrients and gases to the cultured cells, Removal of metabolic waste products can be performed more stably.
Compared to the case where a nanofiber layer is formed on a hollow fiber membrane mesh and cultured cells are adhered on the nanofiber layer, the nanofiber layer is disposed between the hollow fiber membrane meshes to adhere to the nanofiber layer. Since the distance between the cultured cells and the hollow fiber membranes is reduced, it is possible to supply nutrients and gas to the cultured cells and remove metabolic waste products from the cell culture with higher efficiency. Decreases and the efficiency of cell culture improves.

本発明における細胞培養足場材料は、中空糸膜メッシュとナノファイバー層の積層数は特に限定されず、中空糸膜メッシュ、ナノファイバー層、中空糸膜メッシュ、ナノファイバー層、中空糸膜メッシュがこの順に積層された細胞培養足場材料であってもよく、これ以上の数が積層された細胞培養足場材料であってもよい。
また、中空糸膜メッシュのメッシュ部分の形態も足場材料10における中空糸膜11a(13a)と中空糸膜11b(13b)とが直交する形態には限定されない。例えば、ナノファイバー層に接着させた培養細胞に対する、栄養やガスの供給や代謝老廃物の排出の効率が低くなりすぎない範囲であれば、中空糸膜11a(13a)と中空糸膜11b(13b)とが直交していなくてもよい。また、縦方向と、該縦方向となす角がα(0°<α<90°)、β(−90°<β<0°)の斜め2方向(例えば縦方向に対して±60°の2方向)との3方向に、中空糸膜をそれぞれ平行に配置してメッシュ状とした中空糸膜メッシュであってもよい。この場合、ナノファイバー層の形状もそれに合わせて六角形にすることが好ましい。また、該足場材料を固定する型枠についても、六角形のものを用いることが好ましい。
In the cell culture scaffold material in the present invention, the number of layers of the hollow fiber membrane mesh and the nanofiber layer is not particularly limited, and the hollow fiber membrane mesh, the nanofiber layer, the hollow fiber membrane mesh, the nanofiber layer, and the hollow fiber membrane mesh are not limited thereto. The cell culture scaffold material laminated | stacked in order may be sufficient, and the cell culture scaffold material laminated | stacked more than this may be sufficient.
Further, the form of the mesh portion of the hollow fiber membrane mesh is not limited to the form in which the hollow fiber membrane 11a (13a) and the hollow fiber membrane 11b (13b) in the scaffold material 10 are orthogonal to each other. For example, the hollow fiber membrane 11a (13a) and the hollow fiber membrane 11b (13b) can be used as long as the efficiency of supplying nutrients and gases and discharging metabolic waste products to the cultured cells adhered to the nanofiber layer is not too low. ) May not be orthogonal to each other. Also, the diagonal direction between the vertical direction and the vertical direction is α (0 ° <α <90 °) and β (−90 ° <β <0 °) (for example, ± 60 ° with respect to the vertical direction). The hollow fiber membrane mesh may be meshed by arranging the hollow fiber membranes in parallel in three directions (two directions). In this case, it is preferable that the nanofiber layer has a hexagonal shape corresponding to the shape. Moreover, it is preferable to use a hexagonal form for fixing the scaffold material.

以下、本実施形態における型枠40に固定された足場材料10の形態について説明する。
底枠41の枠部分43に、中空糸膜13aが一定の間隔で配置され、さらに中空糸膜13aと直交する方向に沿って中空糸膜13bが配置され、中空糸膜メッシュ14が形成されている(図5(A))。また、中空糸膜メッシュ14の上に、ナノファイバー層15が配置され、ポッティング樹脂により該ナノファイバー層15の四隅が角枠42に固定されている(図5(B))。
Hereinafter, the form of the scaffold material 10 fixed to the mold 40 in the present embodiment will be described.
The hollow fiber membranes 13a are arranged at regular intervals in the frame portion 43 of the bottom frame 41, and further the hollow fiber membranes 13b are arranged along the direction orthogonal to the hollow fiber membranes 13a to form the hollow fiber membrane mesh 14. (FIG. 5A). Further, the nanofiber layer 15 is arranged on the hollow fiber membrane mesh 14, and the four corners of the nanofiber layer 15 are fixed to the square frame 42 by a potting resin (FIG. 5B).

また、ナノファイバー層15の上に、中空糸膜11bが配置され、さらに中空糸膜11bと直交する方向に沿って中空糸膜11aが配置されて中空糸膜メッシュ12が形成され(図5(C))、これら中空糸膜11b、11aと、先に配置した中空糸膜13a、13bがポッティング樹脂で底枠41に固定される。中空糸膜メッシュ12上には、上枠44がポッティング樹脂で固定されている(図6(A))。   Moreover, the hollow fiber membrane 11b is arrange | positioned on the nanofiber layer 15, and also the hollow fiber membrane 11a is arrange | positioned along the direction orthogonal to the hollow fiber membrane 11b, and the hollow fiber membrane mesh 12 is formed (FIG. 5 ( C)), these hollow fiber membranes 11b and 11a and the previously disposed hollow fiber membranes 13a and 13b are fixed to the bottom frame 41 with a potting resin. On the hollow fiber membrane mesh 12, an upper frame 44 is fixed with a potting resin (FIG. 6A).

足場材料10は、ポート部を設けるのが容易になることから、同一のポート部に接続する中空糸膜同士の型枠40の外側の部分が、束ねて固定されていることが好ましい。例えば、中空糸膜の型枠40よりも外側の部分を束ねてシリコンチューブ50に通して結び、シリコンチューブ50内にポッティング樹脂を充填して固定する(図6(B))。その後、型枠40からシリコンチューブ50までの中空糸膜部分をポッティング樹脂で覆って固定し、シリコンチューブ50よりも先の部分を切断して除去する(図6(C))。   Since it becomes easy to provide the port part of the scaffold material 10, it is preferable that the outer part of the mold 40 between the hollow fiber membranes connected to the same port part is bundled and fixed. For example, a portion of the hollow fiber membrane outside the mold 40 is bundled and tied through the silicon tube 50, and potting resin is filled and fixed in the silicon tube 50 (FIG. 6B). Thereafter, the hollow fiber membrane portion from the mold 40 to the silicon tube 50 is covered and fixed with a potting resin, and the portion ahead of the silicon tube 50 is cut and removed (FIG. 6C).

本発明のモジュール1は、下底20の開口21b、22bと、上蓋30の開口31b、32bに、例えばチューブ等を接続することにより、栄養やガスの供給や、代謝老廃物の除去の行う経路として、中空糸膜メッシュ12、14の中空糸膜11、13以外の第3の経路を設けることができる。そのため、中空糸膜のみを用いて栄養やガスを供給したり、代謝老廃物を除去したりする場合に比べて、より多くの条件でかつそれらの条件を独立に制御しながらの細胞培養を、より簡便に行うことができる。また、下底20の細胞注入口21a、22aと、上蓋30の細胞注入口31a、32aにより、前記開口にチューブや顕微鏡等が接続された状態でも、の足場材料10のナノファイバー層20に容易に培養細胞を注入して接着できる。また、モジュール1は、下底20と上蓋30(カバー)を用いて足場材料1を液密に封入するため、足場材料10を容器中の培養液中に浸漬させるような形態に比べ、モジュールをコンパクト化することができる。   The module 1 of the present invention is configured to supply nutrients and gas and remove metabolic waste products by connecting tubes, for example, to the openings 21b and 22b of the lower base 20 and the openings 31b and 32b of the upper lid 30. As a third path other than the hollow fiber membranes 11 and 13 of the hollow fiber membrane meshes 12 and 14 can be provided. Therefore, compared with the case of supplying nutrients and gas using only the hollow fiber membrane or removing metabolic waste products, cell culture under more conditions and independently controlling those conditions, It can be performed more simply. In addition, the nanofiber layer 20 of the scaffold material 10 can be easily formed even when a tube, a microscope, or the like is connected to the opening by the cell inlets 21a and 22a in the lower base 20 and the cell inlets 31a and 32a in the upper lid 30. The cultured cells can be injected into and adhered. In addition, since the module 1 uses the lower base 20 and the upper lid 30 (cover) to enclose the scaffold material 1 in a liquid-tight manner, the module 1 is compared with a mode in which the scaffold material 10 is immersed in the culture solution in the container. It can be made compact.

モジュール1の使用方法としては、例えば、以下に示す使用方法が挙げられる。
モジュール1において、中空糸膜メッシュの中空糸膜の両端を集結させたものの開口部をポート部に繋げ、中空糸膜から排出された老廃物や代謝物等を外部機器に導入することで、オンラインでの分析が可能になる。
例えば、モジュール1において、中空糸膜11a、13aとしてガス分離膜である中空糸膜、中空糸膜11b、13bとして物質選択透過性を有する中空糸膜を用いた場合、中空糸膜11a、13aの片端より酸素を含むガスを供給しつつ、他方の端部より該ガスを排出させ、かつ中空糸膜11b、13bの片端より培養細胞の栄養を供給し、他方の端部より該培養細胞の老廃物や代謝物を排出させることができる。これにより、排出される成分をオンラインで分析することで、培養細胞を培養しながら連続的に培養細胞の生育状況を評価することも可能である。また、下底20の開口21b、22bと、上蓋30の開口31b、31bに、チューブ等を接続し、該チューブから培養細胞に対して、中空糸膜11a、13aとは別の成分、条件の栄養を供給することもできる。
Examples of the usage method of the module 1 include the following usage methods.
In module 1, the hollow fiber membrane mesh with both ends of the hollow fiber membrane is connected to the port, and the waste and metabolites discharged from the hollow fiber membrane are introduced to external equipment. Analyzing with is possible.
For example, in the module 1, when the hollow fiber membranes 11a and 13a are hollow fiber membranes which are gas separation membranes, and the hollow fiber membranes 11b and 13b are hollow fiber membranes having a material selective permeability, the hollow fiber membranes 11a and 13a While supplying oxygen-containing gas from one end, the gas is discharged from the other end, and nutrients of the cultured cells are supplied from one end of the hollow fiber membranes 11b and 13b, and the cultured cells are aged from the other end. Products and metabolites can be excreted. Thus, by analyzing the discharged components online, it is possible to continuously evaluate the growth state of the cultured cells while culturing the cultured cells. Further, a tube or the like is connected to the openings 21b and 22b of the lower base 20 and the openings 31b and 31b of the upper lid 30, and components and conditions other than the hollow fiber membranes 11a and 13a are connected to the cultured cells from the tubes. Nutrition can also be supplied.

また、モジュール1中で培養した培養細胞に、中空糸膜11b、13bの片端より被験物質を投与し、老廃物や代謝物を含む溶液を中空糸膜11b、13bの他方の端部より排出させ、この溶液を分析しモニタリングすることによって、被験物質を投与した場合の培養細胞が受けるストレスや培養細胞の状態を経時的に評価することができる。この場合についても、被験物質の投与、および老廃物や代謝物を含む溶液の排出を、下底20の開口21b、22bおよび上蓋30の開口31b、32bに接続したチューブ等によって行ってもよい。   In addition, a test substance is administered to the cultured cells cultured in the module 1 from one end of the hollow fiber membranes 11b and 13b, and a solution containing waste products and metabolites is discharged from the other end of the hollow fiber membranes 11b and 13b. By analyzing and monitoring this solution, it is possible to evaluate the stress received by the cultured cells when the test substance is administered and the state of the cultured cells over time. Also in this case, administration of the test substance and discharge of the solution containing waste products and metabolites may be performed by tubes connected to the openings 21b and 22b of the lower base 20 and the openings 31b and 32b of the upper lid 30.

以上説明した本発明の細胞培養用モジュールは、2枚のカバー(下底20、上蓋30)の間に細胞培養足場材料を配置し、液密に封入することで、培養領域を一定の領域に分画しているため、培養条件の制御が容易である。また、細胞培養足場材料を容器中の培養液に浸漬させるような形態のモジュールに比べ、モジュールをコンパクト化することができるため、複数のモジュールを並べて多検体、多条件の同時培養を行う場合でも培養スペースをより小さくすることができる。   In the cell culture module of the present invention described above, a cell culture scaffold material is placed between two covers (lower base 20 and upper lid 30) and sealed in a liquid-tight manner so that the culture area is made constant. Since it is fractionated, it is easy to control the culture conditions. In addition, the module can be made more compact than a module in which the cell culture scaffold material is immersed in the culture solution in the container. Therefore, even when multiple samples are arranged side by side, multiple samples and multiple conditions can be cultured simultaneously. The culture space can be further reduced.

また、本発明の細胞培養用モジュールのカバーは、細胞注入口と該細胞注入口以外の開口を有し、それら細胞注入口と開口がシートで塞がれた形態である。そのため、カバーの開口にチューブ等を接続することにより、中空糸膜メッシュの中空糸膜以外の新たな経路を設けることができる。これにより培養細胞への経路が増えるため、より簡便な手法で、栄養やガスの供給や、代謝老廃物の除去の条件を多くでき、かつそれらの条件を独立に制御した細胞培養を行うことができる。また、培養細胞を注入する細胞注入口を独立して設けているため、モジュールの製造後に前記開口にチューブや顕微鏡等が接続された状態でも、モジュール内の細胞培養足場材料に容易に培養細胞を注入して接着できる。   The cover of the module for cell culture of the present invention has a cell inlet and an opening other than the cell inlet, and the cell inlet and the opening are closed with a sheet. Therefore, a new path other than the hollow fiber membrane of the hollow fiber membrane mesh can be provided by connecting a tube or the like to the opening of the cover. This increases the number of pathways to cultured cells, so it is possible to increase the conditions for supplying nutrients and gases and removing metabolic waste products with a simpler method, and to perform cell culture with independent control of those conditions. it can. In addition, since the cell injection port for injecting cultured cells is provided independently, even when a tube or a microscope is connected to the opening after the module is manufactured, the cultured cells can be easily added to the cell culture scaffold material in the module. Can be injected and glued.

また、細胞培養ディッシュやプレートを用いた通常の培養では、細胞培養ディッシュやプレート上での平面的な細胞培養しか行えないのに対し、本発明の細胞培養用モジュールは、ナノファイバー層を有する細胞培養足場材料を備えているため、培養細胞が該ナノファイバー層の内部にまで入り込んで三次元的に付着増殖できる。そのため、培養された細胞形態が生体内の形態に近く、医薬品、化学物質、化粧品等の物質の薬効試験、毒性試験、安全性試験等において、より評価の信頼性の高い培養細胞が得られる。   In addition, in normal culture using a cell culture dish or plate, only planar cell culture on the cell culture dish or plate can be performed, whereas the cell culture module of the present invention is a cell having a nanofiber layer. Since the culture scaffold material is provided, the cultured cells can enter the nanofiber layer and adhere and proliferate three-dimensionally. Therefore, the cultured cell form is close to that in the living body, and a cultured cell with higher reliability of evaluation can be obtained in drug efficacy tests, toxicity tests, safety tests, etc. of substances such as pharmaceuticals, chemical substances and cosmetics.

尚、本発明の細胞培養用モジュールは、図1に例示したモジュール1には限定されない。例えば、細胞培養足場材料を液密に封入できれば、前述の型枠を用いずにモジュールを形成してもよい。
また、細胞培養用モジュールにおける細胞培養足場材料も前述の足場材料10には限定されず、中空糸膜メッシュ上にナノファイバー層が形成された細胞培養足場材料であってもよく、中空糸膜メッシュの中空糸膜間にナノファイバーを有する細胞培養足場材料であってもよい。また、エレクトロスピニング以外の湿式紡糸、溶融紡糸等の方法を用いてナノファイバー層を形成した細胞培養足場材料であってもよい。
The cell culture module of the present invention is not limited to the module 1 illustrated in FIG. For example, a module may be formed without using the above-described mold as long as the cell culture scaffold material can be sealed in a liquid-tight manner.
Further, the cell culture scaffold material in the cell culture module is not limited to the scaffold material 10 described above, and may be a cell culture scaffold material in which a nanofiber layer is formed on a hollow fiber membrane mesh. It may be a cell culture scaffold material having nanofibers between the hollow fiber membranes. Moreover, the cell culture scaffold material which formed the nanofiber layer using methods, such as wet spinning other than electrospinning, and melt spinning, may be sufficient.

[製造方法]
以下、本発明の細胞培養用モジュール製造方法の一例として、前述の足場材料10を有するモジュール1の製造方法について説明する。
ナノファイバー層15は、均一で斑のないナノファイバー層が得られやすく、製造効率が高い点から、前述の表面に凹凸のない基材上で、エレクトロスピニング(電界紡糸)により形成することが好ましい。ただし、エレクトロスピニングには限定されず、湿式紡糸、溶融紡糸等の方法を用いてもよい。
[Production method]
Hereinafter, the manufacturing method of the module 1 which has the above-mentioned scaffold material 10 as an example of the manufacturing method of the module for cell cultures of this invention is demonstrated.
The nanofiber layer 15 is preferably formed by electrospinning (electrospinning) on a substrate having no irregularities on the aforementioned surface from the viewpoint that a uniform and uneven nanofiber layer is easily obtained and the production efficiency is high. . However, the method is not limited to electrospinning, and methods such as wet spinning and melt spinning may be used.

以下、エレクトロスピニング法を用いたナノファイバー層15の製造について簡単に説明する。エレクトロスピニング法の基本的な装置構成は、ノズル、ターゲット、直流高圧電源からなる。この装置において、ノズルに紡糸原液を供給しつつ高電圧を印加すると、紡糸原液に電気的反発力が生じる。このとき、ノズルとターゲットの間に基材を設置しておくことで、紡糸原液がターゲットに向かって噴射され、紡糸条件が適当な場合に基材上にナノオーダーの繊維からなる層、すなわちナノファイバー層を得ることができる。   Hereinafter, the production of the nanofiber layer 15 using the electrospinning method will be briefly described. The basic apparatus configuration of the electrospinning method includes a nozzle, a target, and a DC high-voltage power supply. In this apparatus, when a high voltage is applied while supplying the spinning dope to the nozzle, an electric repulsive force is generated in the spinning dope. At this time, by setting the base material between the nozzle and the target, the spinning stock solution is jetted toward the target, and when the spinning conditions are appropriate, a layer composed of nano-order fibers on the base material, that is, nano A fiber layer can be obtained.

ナノファイバー層15を得るための紡糸条件は、ナノファイバーを形成するポリマーの分子量、溶媒、溶液の濃度、印加電圧、ノズルとターゲットとの距離等であり、これらを適宜調節することにより所望のナノファイバー層を得ることができる。
ポリマーは、エレクトロスピニングが容易である点から、前述の溶剤可溶性のポリマーを用いることが好ましい。また、熱可塑性ポリマーを用いる場合は、レーザーエレクトロスピニング法を適用することも可能である。
用いるポリマーの分子量は特に限定されないが、分子量が低すぎると曳糸性が低下するおそれがあり、分子量が高すぎると粘度が高くなって紡糸が困難になるおそれがある。
また、ポリマーの溶解性が低い場合であっても、ポリマー濃度を低く調節することによりエレクトロスピニングを可能にすることもできる。また、添加剤を加える等して、紡糸原液の表面張力や導電性を調整することも可能である。
The spinning conditions for obtaining the nanofiber layer 15 are the molecular weight of the polymer forming the nanofiber, the solvent, the concentration of the solution, the applied voltage, the distance between the nozzle and the target, etc. A fiber layer can be obtained.
As the polymer, it is preferable to use the above-described solvent-soluble polymer from the viewpoint of easy electrospinning. In addition, when a thermoplastic polymer is used, a laser electrospinning method can be applied.
The molecular weight of the polymer to be used is not particularly limited, but if the molecular weight is too low, the spinnability may be lowered, and if the molecular weight is too high, the viscosity becomes high and spinning may be difficult.
Even when the solubility of the polymer is low, electrospinning can be enabled by adjusting the polymer concentration to be low. It is also possible to adjust the surface tension and conductivity of the spinning dope by adding additives.

紡糸原液のポリマー濃度は、使用するポリマーの種類や分子量、溶媒により異なるため、一概には言えないが、0.1〜40wt%に調整することが好ましい。ポリマー濃度が0.1wt%以上であれば、生産性により優れ、ナノファイバー層15が得られやすい。また、ポリマー濃度が40wt%以下であれば、紡糸原液の粘度が上昇しすぎてノズルから噴射しにくくなることを防ぎやすい。   The polymer concentration of the spinning dope varies depending on the type of polymer used, the molecular weight, and the solvent, and cannot be generally stated, but it is preferably adjusted to 0.1 to 40 wt%. When the polymer concentration is 0.1 wt% or more, the productivity is excellent and the nanofiber layer 15 is easily obtained. Moreover, if the polymer concentration is 40 wt% or less, it is easy to prevent the viscosity of the spinning dope from becoming too high and difficult to eject from the nozzle.

用いる溶媒は、前記濃度でポリマーを溶解させることができれば特に限定されず、例えば、アセトン、トリアセチン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶剤を用いることができる。溶媒は、溶媒が揮発してノズルの先端にポリマーが詰まることを抑制しやすい点から、揮発性の高い溶媒を用いることが好ましい。また、溶媒は、ポリマー
の溶解性の向上等のために、複数の溶媒をブレンドして用いてもよい。
The solvent to be used is not particularly limited as long as the polymer can be dissolved at the above concentration, and for example, a solvent such as acetone, triacetin, dimethylformamide, dimethylacetamide or the like can be used. As the solvent, it is preferable to use a highly volatile solvent because it is easy to suppress the solvent from volatilizing and clogging the polymer at the tip of the nozzle. A solvent may be used by blending a plurality of solvents in order to improve the solubility of the polymer.

印加する電圧は、用いるポリマーの種類や物性により異なるため一概には言えないが、0.1〜50kVが好ましく、1kV〜40kVがより好ましい。電圧が0.1kV以上であれば、ナノファイバー層の製造効率が向上する。また、電圧が40kV以下であれば、ノズルとターゲットの間で短絡しにくくなる。
ノズルとターゲットの距離は、用いるポリマーの種類や物性や印加電圧により異なるため一概には言えないが、10〜1000mmが好ましく、30mm〜500mmがより好ましい。前記距離が10mm以上であれば、放電が生じにくくなる。また、前記距離が1000mm以下であれば、ノズルからの紡糸原液の噴射性が向上する。
また、ターゲットの形状は、均一なナノファイバー層15が得られやすい点から、平板状、ロール状が好ましい。
以上説明した方法によりナノファイバー層15が得られる。
Although the voltage to be applied varies depending on the type and physical properties of the polymer used, it cannot be generally stated, but is preferably 0.1 to 50 kV, and more preferably 1 to 40 kV. When the voltage is 0.1 kV or more, the production efficiency of the nanofiber layer is improved. Moreover, if a voltage is 40 kV or less, it will become difficult to short-circuit between a nozzle and a target.
Although the distance between the nozzle and the target varies depending on the type and physical properties of the polymer used and the applied voltage, it cannot be generally stated, but is preferably 10 to 1000 mm, more preferably 30 to 500 mm. If the distance is 10 mm or more, it is difficult for discharge to occur. Moreover, if the said distance is 1000 mm or less, the injection property of the spinning dope from a nozzle will improve.
Further, the shape of the target is preferably a flat plate shape or a roll shape from the viewpoint that a uniform nanofiber layer 15 can be easily obtained.
The nanofiber layer 15 is obtained by the method described above.

次に、中央に開口41aを有する底枠41(図2(A))の四隅に、角枠42をポッティング樹脂により固定する(図2(B))。その後、底枠41に、中空糸膜13aを配置し、さらに中空糸膜13aと直交する方向に沿って中空糸膜13bを配置し、底枠41外にある中空糸膜の端部を仮固定して中空糸膜メッシュ14を形成する(図5(A))。
次いで、形成した中空糸膜メッシュ14の上に、ナノファイバー層15を設置し、ポッティング樹脂により該ナノファイバー層15の四隅を角枠42に固定する(図5(B))。
Next, the corner frames 42 are fixed with potting resin at the four corners of the bottom frame 41 (FIG. 2A) having the opening 41a in the center (FIG. 2B). Thereafter, the hollow fiber membrane 13a is arranged on the bottom frame 41, and further the hollow fiber membrane 13b is arranged along the direction orthogonal to the hollow fiber membrane 13a, and the end of the hollow fiber membrane outside the bottom frame 41 is temporarily fixed. Thus, the hollow fiber membrane mesh 14 is formed (FIG. 5A).
Next, the nanofiber layer 15 is placed on the formed hollow fiber membrane mesh 14, and the four corners of the nanofiber layer 15 are fixed to the square frame 42 with a potting resin (FIG. 5B).

次いで、ナノファイバー層15の上に、中空糸膜11bを配置し、さらに中空糸膜11bと直交する方向に沿って中空糸膜11aを配置して中空糸膜メッシュ12を形成し(図5(C))、これら中空糸膜11b、11aと、先に配置した中空糸膜13a、13bを角枠42間の枠部分43でポッティング樹脂により固定する。
中空糸膜メッシュ12の上側には、上枠44をポッティング樹脂で固定し、足場材料10が型枠40に固定された状態とする(図6(A))。
Next, the hollow fiber membrane 11b is arranged on the nanofiber layer 15, and the hollow fiber membrane 11a is arranged along the direction orthogonal to the hollow fiber membrane 11b to form the hollow fiber membrane mesh 12 (FIG. 5 ( C)) These hollow fiber membranes 11b, 11a and the previously disposed hollow fiber membranes 13a, 13b are fixed by potting resin at a frame portion 43 between the square frames 42.
On the upper side of the hollow fiber membrane mesh 12, the upper frame 44 is fixed with a potting resin so that the scaffold material 10 is fixed to the mold 40 (FIG. 6A).

次に、中空糸膜の型枠40よりも外側の部分を束ねてシリコンチューブ50に通して結び、該チューブ内にポッティング樹脂を充填して固定する(図6(B))。その後、型枠40の外側の中空糸膜部分をポッティング樹脂で覆って固定し、結び目を切断する(図6(C))。   Next, the portion outside the mold 40 of the hollow fiber membrane is bundled and tied through the silicon tube 50, and the tube is filled with potting resin and fixed (FIG. 6B). Thereafter, the hollow fiber membrane portion outside the mold 40 is covered and fixed with a potting resin, and the knot is cut (FIG. 6C).

次いで、型枠40に足場材料10が固定されたものを、下底20と上蓋30で挟み、それらをクリップ等で固定する。ただし、足場材料10を下底20と上蓋30で挟んだものの固定方法は、前記クリップ等を用いる方法には限定されず、これらをしっかりと固定できる方法であれば特に限定されない。
また、ナノファイバー層15への培養細胞の接着は、型枠40で固定した足場材料10を下底20と上蓋30で挟んで固定した後、細胞注入口のシートに注射器の針を刺し込んで注入する等して行うことができる。細胞注入口から培養細胞を注入すれば、下底20と上蓋30の開口の形状、該開口へのチューブ、顕微鏡等の接続状況に関わらず培養細胞の接着が可能である。また、下底20または上蓋30の一方の細胞注入口から培養細胞を注入する際、他方の細胞注入口や開口を利用して、細胞注入による与圧を調整することも可能である。なお、ナノファイバー層15への培養細胞の接着は、細胞注入口から培養細胞を注入する方法には限定されず、下底20と上蓋30で挟んで固定する前に行ってもよく、チューブ等を接続する前に下底20または上蓋30の開口から注射器等により行ってもよい。
以上の方法により、足場材料10が液密に封入されたモジュール1が得られる。
Subsequently, the scaffold material 10 fixed to the mold 40 is sandwiched between the lower base 20 and the upper lid 30 and fixed with clips or the like. However, the method for fixing the scaffold material 10 sandwiched between the lower base 20 and the upper lid 30 is not limited to the method using the clip or the like, and is not particularly limited as long as these can be firmly fixed.
In addition, the cultured cells are adhered to the nanofiber layer 15 by fixing the scaffold material 10 fixed by the mold 40 between the lower base 20 and the upper lid 30 and then inserting the needle of the syringe into the sheet of the cell injection port. It can be carried out by injection or the like. If cultured cells are injected from the cell inlet, the cultured cells can be adhered regardless of the shape of the openings of the lower base 20 and the upper lid 30 and the connection status of tubes, microscopes, etc. to the openings. In addition, when injecting cultured cells from one cell inlet of the lower base 20 or the upper lid 30, it is possible to adjust the pressure by cell injection using the other cell inlet or opening. The adhesion of the cultured cells to the nanofiber layer 15 is not limited to the method of injecting the cultured cells from the cell injection port, and may be performed before being fixed by being sandwiched between the lower base 20 and the upper lid 30, such as a tube. It may be performed by a syringe or the like through the opening of the lower bottom 20 or the upper lid 30 before connecting the.
By the above method, the module 1 in which the scaffold material 10 is sealed in a liquid-tight manner is obtained.

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
本実施例におけるナノファイバーの直径の測定方法は以下の通りである。
[ナノファイバー層の観察]
ナノファイバー層の観察には、日本電子(株)製の走査型電子顕微鏡JSM−6060Aを用いた。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following description.
The method for measuring the diameter of the nanofiber in this example is as follows.
[Observation of nanofiber layer]
For observation of the nanofiber layer, a scanning electron microscope JSM-6060A manufactured by JEOL Ltd. was used.

[ナノファイバーの単繊維の直径]
ナノファイバーの単繊維の直径は、得られたSEM写真を画像解析ソフト((株)プラネトロン製、Image−Pro Plus ver.4.5.0.24)を用いて画像解析することによって求めた。SEM写真のスケールに対して、画像解析のスケールが合うように調整した後、SEM写真中の任意の20本のナノファイバーの表面の幅を求め、その平均値をナノファイバーの単繊維の直径とした。
[Diameter of nanofiber single fiber]
The diameter of the single fiber of the nanofiber was obtained by image analysis of the obtained SEM photograph using image analysis software (Image-Pro Plus ver. 4.5.0.24 manufactured by Planetron Co., Ltd.). After adjusting the scale of the image analysis to match the scale of the SEM photograph, the width of the surface of any 20 nanofibers in the SEM photograph is obtained, and the average value is the diameter of the nanofiber single fiber. did.

[実施例1]
ナノファイバー層の形成は、カトーテック製のNEUナノファイバーエレクトロスピニングユニットを用いた。前記エレクトロスピニングユニットのドラム型のターゲットにアルミ箔を固定した。ナノファイバーを形成するポリマーとして、質量平均分子量(Mw)が約350000、アクリロニトリル含量が約97%のポリアクリロニトリル系重合体を用いた。このポリアクリロニトリル系重合体をジメチルアセトアミドに10wt%になるように溶解して紡糸原液とした。この紡糸原液を18Gのノズル(ニードル)が取り付けられたシリンジ内に充填し、エレクトロスピニングを行ってアルミ箔上にナノファイバー層15Aを作製した。紡糸条件は、ターゲットである金属ドラムの周速度を1m/min、印加電圧を12kV、ノズル先端とターゲットの距離を100mmとし、紡糸時間を60分とした。
ナノファイバー層15AのSEM写真を図7(A)、(B)に示す。ナノファイバー層15の厚みは約5μmであった。また、ナノファイバーの直径は、約200nmであった。
[Example 1]
The nanofiber layer was formed using a NEU nanofiber electrospinning unit manufactured by Kato Tech. Aluminum foil was fixed to the drum-type target of the electrospinning unit. As a polymer for forming the nanofiber, a polyacrylonitrile polymer having a mass average molecular weight (Mw) of about 350,000 and an acrylonitrile content of about 97% was used. This polyacrylonitrile-based polymer was dissolved in dimethylacetamide so as to be 10 wt% to obtain a spinning dope. This spinning stock solution was filled in a syringe equipped with an 18G nozzle (needle), and electrospinning was performed to produce a nanofiber layer 15A on the aluminum foil. The spinning conditions were such that the peripheral speed of the metal drum as a target was 1 m / min, the applied voltage was 12 kV, the distance between the nozzle tip and the target was 100 mm, and the spinning time was 60 minutes.
SEM photographs of the nanofiber layer 15A are shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B). The thickness of the nanofiber layer 15 was about 5 μm. The diameter of the nanofiber was about 200 nm.

中空糸膜として、親水化された多孔質中空糸膜(三菱レイヨンエンジニアリング製、EX270FS)(中空糸膜11a、13a)と、ガス分離機能を有する三層複合中空糸膜(三菱レイヨンエンジニアリング製、MHF200TL)(中空糸膜11b、13b)を用いた。
底枠41(縦35mm×横35mm、枠部分の幅10mm)に、中空糸膜13aを2mm間隔で配置し、次いで該中空糸膜13aに対して直交する方向に沿って中空糸膜13bを2mm間隔で配置した。この際、中空糸膜13aと中空糸膜13bで構成されるメッシュ部分は約15mm×15mmになるように配置し、底枠外の中空糸膜の端部を仮止めして中空糸膜メッシュ14を形成した(図5(A))。
As a hollow fiber membrane, a hydrophilic porous hollow fiber membrane (manufactured by Mitsubishi Rayon Engineering, EX270FS) (hollow fiber membranes 11a and 13a) and a three-layer composite hollow fiber membrane having a gas separation function (manufactured by Mitsubishi Rayon Engineering, MHF200TL) ) (Hollow fiber membranes 11b and 13b).
The hollow fiber membranes 13a are arranged at intervals of 2 mm on the bottom frame 41 (length 35 mm × width 35 mm, width of the frame portion 10 mm), and then the hollow fiber membranes 13 b are arranged 2 mm along the direction orthogonal to the hollow fiber membranes 13 a. Arranged at intervals. At this time, the mesh portion composed of the hollow fiber membrane 13a and the hollow fiber membrane 13b is arranged so as to be about 15 mm × 15 mm, and the end of the hollow fiber membrane outside the bottom frame is temporarily fixed to fix the hollow fiber membrane mesh 14. Formed (FIG. 5A).

次いで、中空糸膜メッシュ14上に、アルミ箔から剥離したナノファイバー層15Aを設置し、ポッティング樹脂(日本ポリウレタン工業(株)のコロネート(登録商標)4403とニッポラン(登録商標)4223を1/1(wt比)で調合したもの)により、ナノファイバー層15Aの四隅を角枠42に固定した(図5(B))。さらにナノファイバー層15A上に、中空糸膜11bを2mm間隔で配置し、次いで該中空糸膜11bに対して直交する方向に沿って中空糸膜11aを2mm間隔で配置した。中空糸膜11aおよび中空糸膜11bはそれぞれ、隣り合う中空糸膜13a、13bの中間に位置するように、すなわち1/2ピッチずつずれるように設置して、中空糸膜メッシュ12を形成した(図5(C))。これら中空糸膜11b、中空糸膜11aと、先に配置した中空糸膜13aと中空糸膜13bをポッティング樹脂により枠部分43で固定した。その後、中空糸膜メッシュ10上に上枠44を設置し、ポッティング樹脂で固定し、型枠40に固定された細胞培養足場材料10Aを得た(図6(A))。   Next, the nanofiber layer 15A peeled from the aluminum foil was placed on the hollow fiber membrane mesh 14, and a potting resin (Nihon Polyurethane Industry Co., Ltd. Coronate (registered trademark) 4403 and Nippon Runan (registered trademark) 4223 1/1 The four corners of the nanofiber layer 15A were fixed to the square frame 42 (prepared with (wt ratio)) (FIG. 5B). Further, on the nanofiber layer 15A, the hollow fiber membranes 11b were arranged at intervals of 2 mm, and then the hollow fiber membranes 11a were arranged at intervals of 2 mm along a direction orthogonal to the hollow fiber membranes 11b. The hollow fiber membrane 11a and the hollow fiber membrane 11b were respectively installed so as to be positioned between the adjacent hollow fiber membranes 13a and 13b, that is, shifted by ½ pitch to form the hollow fiber membrane mesh 12 ( FIG. 5C). The hollow fiber membrane 11b, the hollow fiber membrane 11a, and the previously disposed hollow fiber membrane 13a and hollow fiber membrane 13b were fixed at the frame portion 43 by potting resin. Thereafter, the upper frame 44 was placed on the hollow fiber membrane mesh 10 and fixed with potting resin to obtain a cell culture scaffold material 10A fixed to the mold 40 (FIG. 6 (A)).

次いで、中空糸膜メッシュ12、14における中空糸膜11aおよび13aと、中空糸膜11bおよび13bとをそれぞれ束ねて、シリコンチューブ50(長さ10mm)に通して結び、該シリコンチューブ50内にポッティング樹脂を充填して固定した後、型枠40の外側の中空糸膜部分をポッティング樹脂で覆って固定し、シリコンチューブ50よりも先の部分を切断して除去した。
この型枠40に固定された細胞培養足場材料10Aの写真を図8に示す。
Next, the hollow fiber membranes 11a and 13a and the hollow fiber membranes 11b and 13b in the hollow fiber membrane meshes 12 and 14 are respectively bundled and tied through a silicon tube 50 (length 10 mm), and potted in the silicon tube 50 After filling and fixing the resin, the hollow fiber membrane part outside the mold 40 was covered and fixed with potting resin, and the part ahead of the silicon tube 50 was cut and removed.
A photograph of the cell culture scaffold material 10A fixed to the mold 40 is shown in FIG.

次いで、型枠40に固定された細胞培養足場材料10Aを、細胞注入口および開口を有する2枚のアクリル板間にシリコンゴムからなるシートを配置した下底20と、下底20と同様に細胞注入口および開口を有する2枚のアクリル板間にシリコンゴムからなるシートを配置した上蓋30とで挟んで固定することで細胞培養用モジュール1Aを得た。   Next, the cell culture scaffold material 10A fixed to the mold 40 is obtained by arranging a cell made of silicon rubber between two acrylic plates having a cell inlet and an opening, and a cell similar to the lower base 20. A cell culture module 1A was obtained by sandwiching and fixing between a top cover 30 in which a sheet made of silicon rubber was placed between two acrylic plates having an inlet and an opening.

[実施例2]
ナノファイバー層の作製において紡糸時間を120分に変更した以外は、実施例1と同様にしてナノファイバー層15Bを形成し、細胞培養足場材料1Bを形成した。
ナノファイバー層15BのSEM写真を図9(A)、(B)に示す。ナノファイバー層15Bの厚みは約10μmであった。また、ナノファイバーの直径は、約200nmであった。
[Example 2]
A nanofiber layer 15B was formed in the same manner as in Example 1 except that the spinning time was changed to 120 minutes in the production of the nanofiber layer, and the cell culture scaffold material 1B was formed.
9A and 9B show SEM photographs of the nanofiber layer 15B. The thickness of the nanofiber layer 15B was about 10 μm. The diameter of the nanofiber was about 200 nm.

本発明の細胞培養用モジュールは、モジュールがコンパクトであった。そのため、多検体、多条件の同時培養においても培養スペースをより小さくできる。また、中空糸膜を介して栄養やガスの供給および代謝老廃物の除去を行うため、高い効率で細胞培養を行うことができる。また、下底、上蓋(カバー)の開口にチューブ等を接続することで、特別な装置を用いなくても、栄養やガスの供給や老廃物の除去を3種以上の条件で、かつそれらの条件を独立に制御して行うことが容易である。さらに、細胞注入口から培養細胞を注入することで、開口にチューブや顕微鏡等が接続されている状態でも、ナノファイバー層への培養細胞の接着が容易に行える。   The module for cell culture of the present invention was compact. Therefore, the culture space can be further reduced in multi-sample, multi-condition simultaneous culture. In addition, since nutrients and gas are supplied and metabolic waste products are removed through the hollow fiber membrane, cell culture can be performed with high efficiency. In addition, by connecting a tube, etc., to the opening of the lower base and upper lid (cover), it is possible to supply nutrients and gas and remove waste products under three or more conditions without using a special device. It is easy to control the conditions independently. Furthermore, by injecting cultured cells from the cell injection port, it is possible to easily adhere the cultured cells to the nanofiber layer even when a tube or a microscope is connected to the opening.

<細胞培養>
以下、本発明の細胞培養用モジュールを用いた細胞培養について説明する。
[実施例3]
実施例1で製造した細胞培養用モジュール1Aを用いて、ヒト胎児肝細胞(Hc細胞、大日本住友製薬社製)の培養を32日間行った。該培養は、中空糸膜11a、31aを含む培地循環回路を形成し、該回路を用いて細胞培養用モジュール100A内にCS−C培地(Cell Systems社製)を6.8mL/hrで連続的に供給しながら行った。供給する前記CS−C培地の交換時期は、培地のpH(pH指示薬)とグルコース濃度(測定試薬:グルコースCII−テストワコー、和光純薬工業社製)の測定結果から判断し、培養開始から15、25、27、29、および31日目にそれぞれ新しい培地に交換した。また、培養開始から19日目からは、エアポンプにより中空糸膜11b、31bから細胞培養用モジュール100Aに空気を供給(約1L/min)しつつ培養を行った。
32日間の培養における細胞密度の変化を図10に示す。細胞密度は、培地中のグルコース濃度の減少度合いから算出した。図10中の破線は、空気の供給の開始時点を示す。また、培養後の細胞用足場材料における細胞形態を位相差倒立顕微鏡(ECLIPSE−TE300、Nikon社製)により観察した顕微鏡写真を図11(観察倍率32倍)および図12(観察倍率56倍)に示す。なお、図11および図12における(A)および(B)は、同一の細胞培養足場材料におけるそれぞれ別の部分を観察した写真である。
<Cell culture>
Hereinafter, cell culture using the cell culture module of the present invention will be described.
[Example 3]
Human fetal liver cells (Hc cells, manufactured by Dainippon Sumitomo Pharma Co., Ltd.) were cultured for 32 days using the cell culture module 1A produced in Example 1. In the culture, a medium circulation circuit including the hollow fiber membranes 11a and 31a is formed, and a CS-C medium (manufactured by Cell Systems) is continuously added at 6.8 mL / hr in the cell culture module 100A using the circuit. While feeding. The CS-C medium to be supplied is replaced at a time when the pH of the medium (pH indicator) and the glucose concentration (measuring reagent: glucose CII-Test Wako, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are measured. , 25, 27, 29, and 31 days were replaced with fresh medium. Further, from the 19th day after the start of the culture, the culture was performed while supplying air (about 1 L / min) from the hollow fiber membranes 11b and 31b to the cell culture module 100A by an air pump.
FIG. 10 shows changes in cell density during 32 days of culture. The cell density was calculated from the degree of decrease in glucose concentration in the medium. The broken line in FIG. 10 shows the start time of air supply. Further, micrographs obtained by observing the cell morphology of the cell scaffold material after culturing with a phase-contrast inverted microscope (ECLIPSE-TE300, manufactured by Nikon) are shown in FIG. 11 (observation magnification: 32 times) and FIG. 12 (observation magnification: 56 times). Show. In addition, (A) and (B) in FIG. 11 and FIG. 12 are photographs in which different parts of the same cell culture scaffold material are observed.

[比較例1]
実施例3の培養との比較対象として、細胞培養足場材料1Aを用いた静置培養を行った。
実施例1で製造した細胞培養足場材料1Aを、35mm培養ディッシュ内のCS−C培地(Cell Systems社製)中に入れ、ヒト胎児肝細胞(Hc細胞、大日本住友製薬社製)を22日間、静置培養した。該培養は、細胞培養足場材料1A内部への物質移動を良好にするために、ディッシュを振盪しながら行った。前記CS−C培地の交換時期は、培地のpH(pH指示薬)とグルコース濃度(測定試薬:グルコースCII−テストワコー、和光純薬工業社製)の測定結果から判断し、6日目までは2日間隔、7〜10日目は1日間隔、11〜14日目は18時間間隔、15〜23日目は12時間間隔で交換した。
31日間の静置培養における細胞密度の変化を図13に示す。細胞密度は、培地中のグルコース濃度の減少度合いから算出した。また、22日間の培養後の細胞用足場材料における細胞形態を位相差倒立顕微鏡(ECLIPSE−TE300、Nikon社製)により観察した顕微鏡写真を図14(観察倍率56倍)に示す。また、22日後の細胞用足場材料上の細胞をホルマリンで固定した後、細胞骨格と核を染色し、共焦点レーザー顕微鏡で観察した顕微鏡写真を図15(観察倍率200倍)に示す。なお、図14および図15における(A)および(B)は、同一の細胞用足場材料におけるそれぞれ別の部分を観察した写真である。また、図15においては、左上が細胞骨格を観察した写真、右上が核を観察した写真、左下が細胞用足場材料を観察した写真、右下が細胞骨格および核を観察した写真である。
[Comparative Example 1]
As a comparison target with the culture of Example 3, stationary culture using the cell culture scaffold material 1A was performed.
The cell culture scaffold 1A produced in Example 1 is placed in a CS-C medium (manufactured by Cell Systems) in a 35 mm culture dish, and human fetal liver cells (Hc cells, manufactured by Dainippon Sumitomo Pharma Co., Ltd.) are used for 22 days. The culture was stationary. The culture was performed while shaking the dish in order to improve the mass transfer into the cell culture scaffold material 1A. The CS-C medium exchange time is determined from the measurement results of the medium pH (pH indicator) and glucose concentration (measuring reagent: glucose CII-Test Wako, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The interval was changed every day, from 7 to 10 days at 1 day intervals, from 11 to 14 days at 18 hour intervals, and from 15 to 23 days at 12 hour intervals.
FIG. 13 shows changes in cell density in the static culture for 31 days. The cell density was calculated from the degree of decrease in glucose concentration in the medium. Moreover, the microscope picture which observed the cell form in the scaffold material for cells after 22-day culture | cultivation with the phase-contrast inverted microscope (ECLIPSE-TE300, Nikon company) is shown in FIG. 14 (observation magnification 56 times). Moreover, after fixing the cell on the scaffold material for cells 22 days later with formalin, the cytoskeleton and the nucleus were stained, and a microscope photograph observed with a confocal laser microscope is shown in FIG. 15 (observation magnification 200 times). 14 and 15, (A) and (B) are photographs in which different parts of the same cell scaffold material are observed. In FIG. 15, the upper left is a photograph of the cytoskeleton, the upper right is a photograph of the nucleus, the lower left is a photograph of the cell scaffold material, and the lower right is a photograph of the cytoskeleton and nucleus.

図10に示すように、本発明の細胞培養用モジュールを用いた実施例3の培養では、CS−C培地と空気を連続的に供給したことで、細胞密度の最大値が1.2×10cells/cm(培養開始後32日目に到達)と高密度になった。一方、図13に示すように、比較例1の培養ディッシュによる静置培養では、細胞密度の最大値が1.9×10cells/cm(培養開始後20日目に到達)となった。このように、本発明の細胞培養用モジュールを用いて培地や空気を連続的に供給しながら行う培養は、静置培養と比較して約6倍の細胞密度が得られ、優れた細胞増殖促進能を示した。 As shown in FIG. 10, in the culture of Example 3 using the cell culture module of the present invention, the maximum value of the cell density was 1.2 × 10 6 by continuously supplying the CS-C medium and air. The density became 8 cells / cm 3 (reached on the 32nd day after the start of culture). On the other hand, as shown in FIG. 13, in the static culture using the culture dish of Comparative Example 1, the maximum value of the cell density was 1.9 × 10 7 cells / cm 3 (reached on the 20th day after the start of the culture). . As described above, the culture performed while continuously supplying the culture medium and air using the cell culture module of the present invention has a cell density about 6 times that of stationary culture, and promotes excellent cell growth. Showed the ability.

また、共焦点レーザー顕微鏡により、静置培養した細胞培養足場材料における細胞の核を観察した写真(図15、右上)においては、核が重なって観察された。この結果から、静置培養における細胞培養足場材料に付着増殖した細胞は、ナノファイバー層の内部のファイバー間にまで入り込んで三次元的に増殖していることがわかった。一方、図11、13および図14に示すように、実施例3の培養および比較例1の静置培養のいずれの培養においても、細胞は細胞培養足場材料のナノファイバー層に同様に付着増殖していることが確認された。実施例3の培養と比較例1の静置培養における細胞培養足場材料は同じであり、実施例3の培養においても、細胞培養足場材料において、細胞は三次元的に増殖していると考えられる。   Moreover, in the photograph (FIG. 15, upper right) which observed the nucleus of the cell in the cell culture scaffold material stationary culture | cultivated with the confocal laser microscope, the nucleus overlapped and was observed. From this result, it was found that the cells that adhered and proliferated to the cell culture scaffold material in the stationary culture entered between the fibers in the nanofiber layer and proliferated three-dimensionally. On the other hand, as shown in FIGS. 11, 13 and 14, in both cultures of Example 3 and static culture of Comparative Example 1, cells adhered and proliferated similarly to the nanofiber layer of the cell culture scaffold material. It was confirmed that The cell culture scaffold material in the culture of Example 3 and the stationary culture of Comparative Example 1 is the same. In the culture of Example 3, the cells are considered to be three-dimensionally proliferating in the cell culture scaffold material. .

本発明によれば、医薬品、化学物質、化粧品等の物質の薬効試験、毒性試験、安全性試験を、容易かつ迅速に行うことができる。   According to the present invention, a medicinal effect test, a toxicity test, and a safety test of substances such as pharmaceuticals, chemical substances, and cosmetics can be easily and rapidly performed.

1 細胞培養用モジュール 10 細胞培養足場材料 11、11a、11b 中空糸膜 12 中空糸膜メッシュ 13、13a、13b 中空糸膜 14 中空糸膜メッシュ 15 ナノファイバー層 20 下底(カバー) 21a、22a 細胞注入口 21b、22b 開口 30 上蓋(カバー) 31a、32a 細胞注入口 31b、32b 開口   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell culture module 10 Cell culture scaffold material 11, 11a, 11b Hollow fiber membrane 12 Hollow fiber membrane mesh 13, 13a, 13b Hollow fiber membrane 14 Hollow fiber membrane mesh 15 Nanofiber layer 20 Lower bottom (cover) 21a, 22a Cell Inlet 21b, 22b Opening 30 Upper lid (cover) 31a, 32a Cell inlet 31b, 32b Opening

Claims (1)

中空糸膜がメッシュ状に配置された中空糸膜メッシュと、前記中空糸膜メッシュと接する、ナノファイバーの集合体からなるナノファイバー層とを有する細胞培養足場材料が、2枚のカバーの間に液密に配置され、
前記カバーにおける前記ナノファイバー層に対応する位置に、培養細胞を注入する細胞注入口と、該細胞注入口以外の開口とが形成され、前記細胞注入口と開口がシートで塞がれている細胞培養用モジュール。
A cell culture scaffold material having a hollow fiber membrane mesh in which hollow fiber membranes are arranged in a mesh shape and a nanofiber layer made of an assembly of nanofibers in contact with the hollow fiber membrane mesh is provided between two covers. Liquid-tightly arranged,
A cell injection port for injecting cultured cells and an opening other than the cell injection port are formed at a position corresponding to the nanofiber layer in the cover, and the cell injection port and the opening are closed with a sheet Culture module.
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