JP2011507499A - ３次元サポートにおける細胞培養のための動的システム - Google Patents

Abstract

本発明は、３次元サポートにおける細胞培養の新しい動的システムの概念プロセスであって、その成長に適切な概念プロセスに関している。これは、下方内部区域に設けられた逆円錐台形状部（２）を含む端部領域を有する円筒状の容器（１）と、上方外部区域が蓋の一体延長部を穿孔する円筒状の管（７）と、連結中央開口部（６）とを有する円柱状のねじ蓋（４）と、蓋（４）の円筒状の管（７）に取り付けられるフィルター（１１）を有するねじキャップ（１１）と、下方端部部分（部分Ｅ）に設けられ誘導部のための組込部を有する六角形状のシャフト（１２）と、ピンセット状に形成され、３次元サポートを維持するグリップ手段を形成する誘導部と、によって構成されている。この新しいシステムは、生物学的物質のコスト、実験室の消耗、および技術専門スタッフが費やす時間という点において、収量を増大させることができる。

Description

本発明は、細胞の培養に適切な３次元サポートにおける種々のタイプの細胞の培養の新しい動的システムに関する。

静的状態での培養と比較した場合に、流体の移動により負荷される機械力に応じて細胞増殖が増大することが、いくつかの研究により明らかにされている。

このようにして、動的システム（dynamic system）が、通常のバイオリアクターとして構成されて、細胞培養に、頻繁に使用されている（特開昭６２−１７１６８０号公報および特開昭６２−０００２７４号公報）。

これらは、植物細胞と、造血幹細胞（hematopoietic stem cells）（Kwon, J., Kim, B. -S., Kim, M.- J., and Park, H. -W., Suspension culture of hematopoietic stem cells in stirred bioreactors （撹拌式バイオリアクターにおける造血幹細胞の懸濁培養）, Biotechnology Letters （バイオテクノロジーレター） 25 (2), 179-182, 2003 and Nielsen, L. K., Bioreactors for Hematopoietic Cell Culture （造血幹細胞のための生物反応器）, 1999, pp. 129-152）、および神経幹細胞（neuronal stem cells）（Michael S. Kallos, L. A. B., Inoculation and growth conditions will be cell high-cell-density expansion of mammalian neural stem cells in suspension bioreactors （懸濁バイオリアクターにおける哺乳類の高細胞密度増殖となる接種条件および成長条件）, 1999, pp. 473-483）などの動物細胞とを含む種々のタイプの細胞培養に使用されている。

また、動的培養システムは、複数のタイプの組織（例えば、骨、軟骨、皮膚）の再生を考慮した３次元サポート（support）における細胞の培養のために使用されている。種々の動的シナリオは、かん流環境（perfusion environments）、模擬された微小重力（simulated microgravity）、または間欠的な圧縮（intermittent compression）を含んでいてもよい（Martin, I., Wendt, D., and Heberer, M., The rolls of bioreactors in tissue engineering （組織工学におけるバイオリアクターのロール）, Trends in Biotechnology （バイオテクノロジーの動向） 22 (2) , 80- 86, 2004）。

これらのシステムのうちの一つは、細胞の懸濁液を含む培地の一定の再循環可能な渦（vortex）をポイントとする容器からなっている。これらの細胞の培養に適切な３次元サポートは、培地に浸され、細胞が成長し得る基質として機能することが期待されている（Todd M. Upton, J. T. F., Sep 22, 2000, Cell culture spinner flasks （細胞培養スピナーフラスコ））。このシステムの一定の機能は、細胞が更なるステージで使用される細胞物質雑種構造（cell-material hybrid structure）となることにより、これらのサポートの定着を徐々にもたらす。

これらの従来のシステムの欠点は、培地の使用量がかなり多くなることであり、これは、一定の細胞内濃度を得るために必要な細胞の数に比例的に関連している。細胞のタイプに大いに依存するにもかかわらず、細胞の数をかなり多くさせることは、費用および人的資源の点において追加的な努力を課す。組織技術分野において、高い影響と関連性を有する細胞が、初代培養（primary cultures）から得られる。これは、培養の特別な条件とパラメータを要求する。この特徴は、単離（isolation）後に得られる細胞の数がしばしば低減されることに関連し、実験計画および科学解析の条件を制限する場合がある。このハードルを上回るとしても、細胞を所望の数に到達させるために必要な２次元培養における増殖の時間は、持続し、遅延要因となる。従来のシステムの他の不利益な点は、サンプルに導入されて、それらの栄養を確実にするために必要な穿孔（perforation）に関している。このことは、使用可能なサンプルのタイプを大いに制限し、また、穴を形成することにより、３次元構造を変える。

本発明による３次元サポートにおける細胞培養のための新しい動的システムは、５つの部分によって構成されている。すなわち、
部分Ａ−円筒状の容器
部分Ｂ−蓋
部分Ｃ−カプセル
部分Ｄ−シャフト
部分Ｅ−誘導部
である。

この新しいシステムにおいては、今まで報告されてきた状況（［背景技術］の段落［０００２］乃至［０００４］参照）は、２つの要因、すなわち、１）使用される細胞懸濁液の量の低減、２）種々の構造を支持することができるグリップ機構の存在、により回避される。第１の要因は、部分Ａの構造および製造に起因し、下方内部区域に設けられた逆円錐台形状部を含む端部領域が提供され、従来のシステムと比較した場合に、必要とされる培地の量と細胞の数が低減される。このため、適用される時間と資金が、大いに低減され、このシステムに、より確実な実行可能性および効率性のオプションをもたらす。

第２の要因は、提供される種々のタイプの３次元サポートへの適合能力により、この新しいシステムを従来のシステムと明瞭に区別する。従来のシステムにおいては、３次元構造体を完全に穿孔する固定された鋼線（fixed steel wire）によってそれらの栄養が保証されるため、使用される細胞サポートは、穿孔に耐えなければならない。上述した新しいシステムにおいては、その下方部分に設けられた複数の誘導部によって構成されたプラスチックの固定された静脈（plastic fixed vein）は、穿孔を回避する細胞サポートの栄養のためになっている。

各々の誘導部は、その下方端部に設けられ、３次元構造を支持可能なグリップ手段を形成する２つの他の誘導部を有している。このグリップ手段は、サポートを適切に維持することを保証可能にする必要な圧縮力（compressive effort）に容易に適合することができる。このようにして、初期形態を変えるサンプルの穿孔が回避される。また、様々な形状およびサイズの３次元サポートの使用が可能になり、動的システム内に置かれ得るサンプルのタイプが増大する。

また、本発明は、システムにおける細胞サポートの取り扱いと挿入を容易にする。誘導部によって与えられるグリップと組立の容易さにより、従来のシステムにおいて行う必要があった操作技術が回避される。

結果として、３次元サポートにおける細胞培養のための新しい動的システムは、必要とされる細胞の数を低減することができ、３次元サポートの豊富な多様性の使用を可能にすると共に、取り扱いを容易にし、操作を簡素化することができる。

以下の表は、従来のシステムと比較した場合における新しいシステムの主な利点をまとめたものである。

図１は、培養システムが含まれる物理的空間を区画する円筒状容器を示す図である。 図２は、図１に示された容器のねじ蓋を示す図である。 図３は、システムにおける粒子の出入りを制御可能なフィルターを含むねじカプセルを示す図である。 図４は、誘導部を支持可能なシャフトを示す図である。 図５は、サポートを維持するための誘導部を示す図である。 図６は、システムの組立体の内部を示す図である。 図７は、システムの組立体の外部を示す図である。

本発明を明瞭に理解するために、以下に、開発された部分の詳細な説明が、関連する図面と共に、非限定的に述べられる。

図１は、部分Ａを示している。この部分Ａは、ポリカーボネートまたはポリプロピレンからなり、射出成形によって加工された円筒状の容器（１）を備えている。なお、この円筒状の容器（１）は、他のタイプの熱可塑性材料からなっていてもよい。下方外部区域は、平坦になっていて、地面に平行になっている。下方内部区域は、管のベースを貫通することなく、逆円錐台形状部（２）を含む端部領域を有している。これは、下方外部表面に平行な面に形成されて終端している。上方外部区域は、平坦になっていて、地面に平行になっている。上方内部区域は、部分Ｂとの組立のためのねじ部（３）を有している。

図２は、部分Ｂを示している。この部分Ｂは、ポリカーボネートまたはポリプロピレンからなり、射出成形によって加工された円柱状のねじキャップ（４）で構成されている。なお、この円柱状のねじキャップ（４）は、他のタイプの熱可塑性材料からなっていてもよい。下方区域は、部分Ａの上方内部区域との組立のためのねじ部（５）を有している。環状の下方面は、平坦で、地面に平行であり、部分Ｂの下方区域に属し、部分Ｄの上方区域との組立を可能にする中央開口部（６）を有している。部分Ｂの上方外部区域は、全体を穿孔するカプセル（部分Ｃ）（７）を組み立てるための区画を有し、システムの組立が完成した後に、部分Ｂを介してガスを交換可能になっている。この区画においては、上方外部区域（８）に、部分Ｃとの組立を可能にするねじ部が設けられている。

図３は、部分Ｃを示している。この部分Ｃは、ポリプロピレンからなり、射出されたねじキャップ（９）で構成されている。部分Ｃの下方内部区域は、部分Ｂとの組立を可能にするねじ端部（１０）を有している。上方中央区域は、ポリプロピレンに代わり疎水性のセルロースからなる環状のフィルター（１１）を有している。このフィルターは、部分Ａの内部と外部環境との間の粒子の出入りを、そのサイズに基づいて、制御可能になっており、このことにより、コンタミネーションの危険性を低減している。

図４は、部分Ｄを示している。この部分Ｄは、その端部下方部分において、６つの誘導部が取り付けられたプラスチックシャフト（１２）で構成されている。メインシャフトの上方区域（１３）は、部分Ｂの環状の下方面の中央開口部に取り付けられる。メインシャフトの下方領域は、六角形状であって、各表面には、各々の誘導部（部分Ｅ）のための組込部（１４）を有している。

図５は、部分Ｅを示している。この部分Ｅは、射出成形によって加工され、ピンセット状に形成されて、六角シャフト（部分Ｄ）の各表面に取り付けられる。この部分は、各々の用途のために使用される組織工学（tissue engineering）のためのサポートを維持する。

図６は、システムの組立体の内部を示している。

図７は、システムの組立体の外部を示している。

Claims (4)

1. ３次元サポートにおける細胞培養の動的システムにおいて、
   下方内部区域に設けられた逆円錐台形状部（２）を含む端部領域と、蓋（４）と共に、培養システムが含まれる物理的空間を画定する、蓋をねじ込むための上方区域（３）とを有する円筒状の容器（１）と、
   部分Ａのためのねじ部を有する円柱状の蓋であって、その上方外部区域は、当該蓋の一体延長部を穿孔し、部分Ａの頂部のレベルまで培養システムが含まれる物理的空間を画定するシステムの組立が完成した後に存在するガスを交換可能な円筒状の管（７）を有し、当該区画に部分Ｄの組立のための中央開口部（６）を有する円柱状の蓋と、
   システムへの粒子の出入りを当該粒子のサイズに基づいて制御可能なフィルター（１１）を有し、部分Ｂの円筒状の管（７）にねじ込まれるねじキャップと、
   誘導部（部分Ｅ）のために、下方端部の各表面に設けられた組込部を有する六角形状のシャフト（１２）であって、その頂部に設けられ、部分Ｂとの連結部を形成する連結区域（１３）を有し、このようにして支持される六角形状のシャフト（１２）と、
   ピンセット状に形成され、六角形状のシャフト（１２）の各表面に取り付けられ、複数の３次元サポートの適切な維持を確実にする誘導部と、を備えたことを特徴とする動的システム。
2. 容器（１）の下方内部区域に設けられた逆円錐台形状部を含む端部領域が設けられ、従来のシステムと比較した場合に、使用される培地の量と細胞の数が低減されることを特徴とする請求項１に記載の３次元サポートの動的細胞培養システム。
3. ３次元サポートの種々のタイプに適合可能であり、
   その下方部分に設けられた複数の誘導部によって構成され、固定された樹脂のシャフトであり、
   これらの誘導部が、細胞成長および発達のためのサポートを維持可能、かつ当該サポートの穿孔を回避可能になっており、
   このことにより、種々のタイプのサポートを使用可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元サポートの動的細胞培養システム。
4. 各誘導部は、その端部に設けられ、グリップ手段を形成する２つの誘導部を有し、３次元生物学的サポートを維持可能になっており、当該グリップ手段は、３次元生物学的サポートの効果的な維持を保証するために必要な圧縮力に容易に適応できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元サポートの動的細胞培養システム。

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