JP2012090584A - Method and apparatus for antigravity culture - Google Patents

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芳徳 久保木
Hiroyuki Nishimura
浩之 西村
Atsunori Kikuchi
敦紀 菊地
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new culture method for enhancing growth of cells by giving new physical stimulation to cells.SOLUTION: There is provided an antigravity culture method for culturing cells by giving antigravity stimulation reacting with gravity from a scaffold on which cells are fixed to the direction of the cells while the cells are fixed on a culture substrate.

Description

本発明は、細胞の培養方法に関する。   The present invention relates to a method for culturing cells.

細胞は生体の中では3次元の環境の中で、正常に増殖と分化を繰り返し、正常の組織に育成する。しかるに従来、細胞の培養の研究は、実験の便宜上、伝統的に、2次元平板の容器の中で行われてきた。その結果、最近になって、2次元平板だけでの培養の研究結果は、3次元の環境とは、かなりの差があり、数々の不都合が明らかになった。とくに幹細胞を従来型の平板で培養すると、ガン化(テラトーマ形成)することが明らかになった。そこで適正な3次元の構造をもった細胞培養基盤が急速に求められるようになった(非特許文献1)。しかし細胞をガン化させずに、正常に組織へと育成する3次元の細胞育成基盤の決定版が未だないのが現状である。   In a living body, cells repeat normal growth and differentiation in a three-dimensional environment, and grow into normal tissues. However, conventionally, cell culture research has traditionally been performed in a two-dimensional flat container for the convenience of experiments. As a result, recently, the results of research on culture using only a two-dimensional plate are considerably different from those of a three-dimensional environment, and a number of inconveniences have been revealed. In particular, when stem cells were cultured on a conventional plate, it became clear that they formed cancer (teratomas). Accordingly, a cell culture platform having an appropriate three-dimensional structure has been rapidly demanded (Non-patent Document 1). However, at present, there is no definitive version of a three-dimensional cell growth base that allows cells to grow normally into tissues without becoming cancerous.

Nature, 423: 21 August, (2003) p869-872Nature, 423: 21 August, (2003) p869-872

本発明は、細胞に対して新たな物理刺激を与えることにより、細胞の増殖を促進する新規培養方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the novel culture method which accelerates | stimulates the proliferation of a cell by giving a new physical stimulus with respect to a cell.

本発明者は、細胞培養において、反重力刺激という新たな物理的な刺激を与えることにより、細胞培養が促進されることを見出して本発明を完成させた。   The present inventor has found that cell culture is promoted by applying a new physical stimulus called antigravity stimulation in cell culture, and has completed the present invention.

本発明(1)は、培養基盤に固定された細胞に対して、前記細胞の定着した足場から細胞方向へと重力を作用させる反重力刺激を与えて細胞を培養する反重力培養方法である。   The present invention (1) is an antigravity culture method for culturing cells by applying antigravity stimulation that causes gravity to act on cells fixed on a culture substrate from the anchored scaffold to the cell direction.

本発明(2)は、細胞を培養基盤上に固定して、前記培養基盤を回転させて、細胞に対して重力刺激と反重力刺激を交互に与える、前記発明(1)の反重力培養方法である。   The present invention (2) is an antigravity culture method according to the invention (1) in which cells are fixed on a culture substrate and the culture substrate is rotated to alternately apply gravity stimulation and antigravity stimulation to the cells. It is.

本発明(3)は、前記培養基盤が多孔質の三次元培養基盤である、前記発明(2)の反重力培養方法である。   The present invention (3) is the antigravity culture method of the invention (2), wherein the culture substrate is a porous three-dimensional culture substrate.

本発明(4)は、前記培養基盤が二次元的な平板型培養皿である、前記発明(2)の反重力培養方法である。   The present invention (4) is the antigravity culture method of the invention (2), wherein the culture substrate is a two-dimensional flat plate culture dish.

本発明(5)は、容器の中に前記培養基盤を入れて固定し、更に、培養液を導入して、前記容器を回転させる、前記発明(2)〜(4)のいずれか一つの反重力培養方法である。   According to the present invention (5), the culture substrate is placed and fixed in a container, and a culture solution is introduced to rotate the container. Gravity culture method.

本発明(6)は、前記培養基盤の角度を調整する、前記発明(5)の反重力培養方法である。   The present invention (6) is the antigravity culture method of the invention (5), wherein the angle of the culture substrate is adjusted.

本発明(7)は、前記培養液が、1〜1000mlである、前記発明(5)又は(6)の反重力培養方法である。   This invention (7) is the antigravity culture method of the said invention (5) or (6) whose said culture solution is 1-1000 ml.

本発明(8)は、前記回転の速度が、1〜100rpmである、前記発明(2)〜(7)のいずれか一つの反重力培養方法である。   The present invention (8) is the antigravity culture method according to any one of the inventions (2) to (7), wherein the rotation speed is 1 to 100 rpm.

本発明(9)は、前記培養基盤が、リン酸カルシウムを被覆した発泡ポリウレタンである、前記発明(3)の反重力培養方法である。   The present invention (9) is the antigravity culture method of the invention (3), wherein the culture substrate is a foamed polyurethane coated with calcium phosphate.

本発明(10)は、容器と、前記容器を回転させる装置を用いて、
前記容器内に細胞を入れて、
前記容器を回転させて培養する、前記発明(1)〜(9)のいずれか一つの反重力培養方法である。
The present invention (10) uses a container and a device for rotating the container,
Put the cells in the container,
The anti-gravity culture method according to any one of the inventions (1) to (9), wherein the container is rotated and cultured.

本発明(11)は、細胞を培養基盤上に固定して、前記培養基盤を重力方向に対して上側に、前記細胞を重力方向下側に固定して、細胞に対して反重力刺激を与える、前記発明(1)の反重力培養方法である。   In the present invention (11), cells are fixed on a culture substrate, the culture substrate is fixed above the gravity direction, and the cells are fixed below the gravity direction to give an antigravity stimulus to the cells. The antigravity culture method of the invention (1).

本発明(12)は、前記培養基盤が二次元的な平板型培養皿である、前記発明(11)の反重力培養方法である。   The present invention (12) is the antigravity culture method of the invention (11), wherein the culture substrate is a two-dimensional flat plate culture dish.

本発明(13)は、前記培養が培養液内で行なわれる、前記発明(11)又は(12)の反重力培養方法である。   The present invention (13) is the antigravity culture method of the invention (11) or (12), wherein the culture is carried out in a culture solution.

本発明(14)は、容器と、前記容器を回転させる装置を用いて、
前記容器内に細胞を入れて、
前記容器内に平板型培養皿を固定して、前記容器を回動させて、静止して反重力刺激を与えて培養する、前記発明(11)〜(13)のいずれか一つの反重力培養方法である。
The present invention (14) uses a container and a device for rotating the container,
Put the cells in the container,
The anti-gravity culture according to any one of the inventions (11) to (13), wherein a flat plate culture dish is fixed in the vessel, the vessel is rotated, and the plate is stationary and applied with anti-gravity stimulation. Is the method.

本発明(15)は、前記平板型培養皿が、内壁固定手段により固定して皿の角度を水平になるように調整し、平板型培養皿上に細胞を固定して、前記培養基盤を重力方向に対して上側に、前記細胞を重力方向下側に向けて培養する、前記発明(14)の反重力培養方法である。   In the present invention (15), the flat plate culture dish is fixed by an inner wall fixing means so that the angle of the plate is adjusted to be horizontal, the cells are fixed on the flat plate culture dish, and the culture base is The anti-gravity culture method according to the invention (14), wherein the cells are cultured upward in the direction and directed downward in the direction of gravity.

本発明(16)は、前記細胞が骨芽細胞であり、前記培養により増殖を促進する、前記発明(1)〜(15)のいずれか一つの反重力培養方法である。   The present invention (16) is the antigravity culture method according to any one of the inventions (1) to (15), wherein the cells are osteoblasts and the proliferation is promoted by the culture.

本発明(17)は、筒状容器を傾けて回転させる、筒状容器回転手段と、
前記筒状容器回転手段に対して回転減速手段を介して接続された、モータと、
を有することを特徴とする、反重力培養装置である。
The present invention (17) includes a cylindrical container rotating means for tilting and rotating the cylindrical container;
A motor connected to the cylindrical container rotating means via a rotation speed reducing means;
It is an antigravity culture apparatus characterized by having.

本発明(18)は、前記モータを駆動するための駆動電源を有することを特徴とする、前記発明(17)の反重力培養装置である。   The present invention (18) is the antigravity culture apparatus according to the invention (17), characterized by having a drive power source for driving the motor.

本発明(19)は、前記回転減速手段が、プラネタリーギアである、前記発明(17)又は(18)の反重力培養装置である。   The present invention (19) is the antigravity culture apparatus according to the invention (17) or (18), wherein the rotation speed reducing means is a planetary gear.

本発明(20)は、前記筒状容器回転手段が、
複数のロールを平行に回転軸を介して固定する枠体と、
前記枠体を斜めに固定する固定手段と、を有し、
前記複数のロールのうち少なくとも一つの回転軸と前記モータとが回転可能に接続されている、前記発明(17)〜(19)のいずれか一つの反重力培養装置である。
As for this invention (20), the said cylindrical container rotation means is:
A frame that fixes a plurality of rolls in parallel via a rotation axis;
Fixing means for fixing the frame body obliquely,
The antigravity culture apparatus according to any one of the inventions (17) to (19), wherein at least one rotating shaft of the plurality of rolls and the motor are rotatably connected.

本発明(21)は、前記回転軸と前記モータとが、フレキシブルジョイントにより回転可能に接続されている、前記発明(20)の反重力培養装置である。   The present invention (21) is the antigravity culture device of the invention (20), wherein the rotating shaft and the motor are rotatably connected by a flexible joint.

本発明によれば、前記細胞の定着した足場から細胞方向へと重力を作用させる反重力刺激によって細胞が活性化するため、当該細胞の増殖などが促進される効果を奏する。また、回転させて培養することによって、三次元培養基盤を使用した場合であっても、従来法では得られなかった高い効率で細胞を培養基盤にトラップさせることができる。また、培養液を使用することによって、当該培養液が三次元培養基盤の中を循環し、細胞の表面へ次々と新しい培養液が供給されることとなるため、細胞への栄養供給が好適に行なわれる。増殖・分化を終えた細胞は、トリプリン、またはコラーゲナーゼを使用する通常の方法によって、培養基盤から容易に遊離することが出来る。   According to the present invention, since the cells are activated by the antigravity stimulation that causes gravity to act from the scaffold in which the cells are fixed in the cell direction, there is an effect of promoting the proliferation of the cells. In addition, by rotating and culturing, even when a three-dimensional culture substrate is used, cells can be trapped on the culture substrate with high efficiency that cannot be obtained by conventional methods. In addition, by using the culture solution, the culture solution circulates in the three-dimensional culture substrate, and new culture solution is supplied one after another to the cell surface. Done. Cells that have been grown and differentiated can be easily released from the culture substrate by a conventional method using triprin or collagenase.

図1は、本発明に係る反重力培養装置の概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an antigravity culture apparatus according to the present invention. 図2(a)は、本発明に係る反重力培養装置の概略平面図であり、図2(b)は、概略側面図である。FIG. 2 (a) is a schematic plan view of the antigravity culture apparatus according to the present invention, and FIG. 2 (b) is a schematic side view. 図3は、本発明に係る反重力培養装置に用いられる部品を示し、図3(a)は、三次元培養基盤を使用する場合に使用する部品の概略図であり、図3(b)は三次元培養基盤を用いることなく、単層又は重層の平面的に増殖した細胞を用いる場合に使用する部品の概略図である。FIG. 3 shows parts used in the anti-gravity culture apparatus according to the present invention, FIG. 3 (a) is a schematic view of parts used when a three-dimensional culture base is used, and FIG. It is the schematic of the components used when using the cell which grew in the monolayer or the multilayer, without using a three-dimensional culture base. 図4は、実施例及び比較例に係る培養方法により細胞を培養した際の実験結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing experimental results when cells were cultured by the culture methods according to Examples and Comparative Examples. 図5は、実施例及び比較例に係る培養方法により細胞を培養した際の実験結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing experimental results when cells were cultured by the culture methods according to Examples and Comparative Examples. 図6は、実施例及び比較例に係る培養方法により細胞を培養した際の実験結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing experimental results when cells were cultured by the culture methods according to Examples and Comparative Examples. 図7は、実施例及び比較例に係る培養方法により細胞を培養した際の実験結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing experimental results when cells were cultured by the culture methods according to Examples and Comparative Examples.

本発明に係る細胞培養方法は、細胞に対して、前記細胞の定着した足場から細胞方向へと重力を作用させる反重力刺激を与えながら培養する反重力培養方法である。本発明者は、反重力刺激を細胞に対して与えることによって、細胞の増殖が促進されることを見出した。   The cell culture method according to the present invention is an antigravity culture method in which cells are cultured while applying antigravity stimulation that causes gravity to act in the cell direction from the scaffold on which the cells are fixed. The present inventor has found that cell proliferation is promoted by applying antigravity stimulation to the cells.

ここで、「反重力刺激」とは、細胞の定着した足場から細胞方向へと重力を作用させることにより細胞に対して与えられる物理的な刺激を意味する。また、「重力刺激」とは、細胞から細胞の定着した足場方向へと重力を作用させることにより細胞に対して与えられる物理的な刺激を意味する。「重力変化刺激」とは、培養基盤に固定された細胞に加わる重力の作用方向を変化させることにより細胞に与えられる物理的な刺激を意味する。   Here, the “anti-gravity stimulation” means a physical stimulation applied to the cells by applying gravity from the scaffold where the cells are fixed to the cells. In addition, “gravity stimulation” means physical stimulation applied to cells by applying gravity in the direction of the scaffold where the cells are fixed. The “gravity change stimulus” means a physical stimulus given to a cell by changing the direction of action of gravity applied to the cell fixed to the culture substrate.

本発明に係る培養方法は、細胞に対して反重力刺激を与えることによって、細胞活動が活性化されることを見出して完成させた。すなわち、定着した培養基盤から細胞を吊り下げるようにして培養することによって、細胞に対して反重力刺激が与えられて、細胞増殖が活性化される。このように天井から吊り下げられるように配されることによって、細胞は、培養基盤に対する接着面でしがみつくようにして培養される。更に細胞自身の形状も下方向にふくらむので細胞は自身の形状を維持しようとして努力する。これらの要因が細胞増殖等の促進刺激となると考えられる。   The culture method according to the present invention has been completed by finding that cell activity is activated by applying antigravity stimulation to cells. That is, by culturing cells suspended from a fixed culture base, antigravity stimulation is given to the cells, and cell proliferation is activated. By being arranged so as to be suspended from the ceiling in this way, the cells are cultured while clinging to the adhesive surface to the culture substrate. Furthermore, since the shape of the cell itself swells downward, the cell tries to maintain its shape. These factors are thought to be stimulating stimuli such as cell proliferation.

本発明に係る培養方法では、細胞に対して、反重力刺激を与える、又は、重力刺激と反重力刺激とを交互に与える、等の重力変化刺激を与えて細胞を培養することが好適である。反重力刺激を与えながら細胞を培養する方法としては、細胞を培養基盤上に固定して、前記培養基盤を重力方向に対して上側に、前記細胞を重力方向下側に固定する方法が挙げられる。すなわち、細胞が定着した基盤を反転させて細胞が逆さになった状態で培養する方法が挙げられる。このような状態で培養することによって、細胞の培養が促進されることを見出した。細胞を反重力状態に配することによって細胞を形成する骨格などの配置が重力によって変化するため、これが細胞培養を促す刺激となると推測される。   In the culturing method according to the present invention, it is preferable to culture cells by applying a gravity change stimulus such as giving an antigravity stimulus to a cell or alternately giving a gravity stimulus and an antigravity stimulus. . Examples of a method for culturing cells while applying antigravity stimulation include a method in which cells are fixed on a culture substrate, the culture substrate is fixed above the gravity direction, and the cells are fixed below the gravity direction. . That is, a method of culturing in a state where cells are inverted by inverting the substrate on which the cells are fixed can be mentioned. It has been found that culturing of cells is promoted by culturing in such a state. Since the arrangement of the skeleton or the like that forms the cells is changed by gravity by placing the cells in an antigravity state, it is presumed that this is a stimulus that promotes cell culture.

重量刺激と反重力刺激とを交互に与えながら細胞を培養する方法としては、例えば、細胞を培養基盤等の基盤に固定した状態で回転させることが好適である。このような方法により培養することにより、例えば、培地内に浮遊させて回転させる場合とは異なり、基盤が回転することによって、その上に固定された細胞の視点から考えると、細胞は、自己の固定されている基盤の重力場が反転しているように感じられる。これが、細胞内の再配置等を引き起こし反重力刺激となり、細胞培養や分化を促進すると考えられる。   As a method of culturing cells while alternately applying weight stimulation and antigravity stimulation, for example, it is preferable to rotate the cells while being fixed to a substrate such as a culture substrate. By culturing by such a method, for example, unlike the case of rotating and floating in the medium, the cell rotates from the viewpoint of the cells fixed on it by rotating the base. It seems that the gravity field of the fixed base is reversed. This is considered to cause rearrangement in the cell and the like and anti-gravity stimulation, which promotes cell culture and differentiation.

尚、回転としては、断続回転と連続回転とが挙げられる。断続回転は、底面を下にして、細胞を一度定着させてから、一定時間後に、180度回転して底面を上にし、その後一定時間後培養を続け、細胞内の骨格を再配列させる。このようにして細胞骨格の再配列を必要に応じて繰り返し行わせる。細胞骨格の再配列刺激は、細胞にとって重大な刺激である、この刺激が細胞の分化と増殖に影響を与える。   The rotation includes intermittent rotation and continuous rotation. In intermittent rotation, the cell is once fixed with the bottom face down, and after a certain time, it is rotated 180 degrees to turn the bottom surface up, and then the culture is continued after a certain time to rearrange the skeleton in the cell. In this way, the cytoskeleton rearrangement is repeated as necessary. Cytoskeletal rearrangement stimuli are critical stimuli for cells, which affect cell differentiation and proliferation.

ここで、培養基盤としては、多孔質の三次元培養基盤であってもよいし、図3(b)に示すような皿のような二次元(平面)培養基盤であってもよい。例えば、皿を使用した場合には、回転によって特殊な効果を期待することが出来る。すなわち、180°回転させた場合、重力は細胞にとって培養基盤とは反対の自由面から作用することになり、細胞に増殖と同時に、特異分化を促す効果を与えることが出来る。   Here, the culture base may be a porous three-dimensional culture base or a two-dimensional (planar) culture base such as a dish as shown in FIG. For example, when a dish is used, a special effect can be expected by rotation. That is, when rotated by 180 °, gravity acts on the cell from the free surface opposite to the culture base, and can give the cell an effect of promoting specific differentiation simultaneously with proliferation.

本発明において使用する培養基盤は、多孔質の三次元培養基盤であることが好適である。ここで、三次元培養基盤とは、基盤の内部に気泡や間隙等の三次元の空間を有する基盤を意味する。
従来の方法によれば、細胞懸濁液を多孔質の三次元培養基盤に滴下するなどして細胞を播種すると、細胞は基盤をすり抜けて、殆どすべてが底面にまで落下するので、三次元培養の大きな技術的障害になっていた。これに対して本発明に係る方法のように基盤を回転させることによって、すり抜けて落下した細胞が再度、基盤と接触し、当該基盤上に定着する機会が増加することになる。したがって、細胞基盤と、細胞とを回転させることによって、従来法では得られなかった高い効率で細胞を培養基盤にトラップさせ、これによって骨芽細胞等の足場依存性細胞を、三次元培養基盤に播種し定着することができるという効果を有する。
The culture substrate used in the present invention is preferably a porous three-dimensional culture substrate. Here, the three-dimensional culture substrate means a substrate having a three-dimensional space such as bubbles and gaps inside the substrate.
According to the conventional method, when cells are seeded by dropping a cell suspension onto a porous 3D culture substrate, the cells pass through the substrate and almost all fall to the bottom. Had become a major technical obstacle. On the other hand, by rotating the base as in the method according to the present invention, the chance that the cells that fall through and come into contact with the base again and settle on the base increases. Therefore, by rotating the cell base and the cells, the cells are trapped on the culture base with high efficiency that was not obtained by the conventional method, and thereby, the anchorage-dependent cells such as osteoblasts are made into the three-dimensional culture base. It has the effect of sowing and fixing.

本発明に係る培養方法において、容器の中に前記培養基盤を入れて、更に、培養液を導入して、前記容器を回転させることにより、細胞に対して反重力刺激を与えながら培養することが好適である。このように培養液を導入することによって、当該培養液が三次元培養基盤の中を循環し、細胞の表面へ次々と新しい培養液が供給されることとなるため、細胞への栄養供給が好適に行なわれる。このような環境に配されることによって、細胞培養に適した環境を提供することができる。培養液を用いる場合、細胞を懸濁した細胞懸濁液を培養基盤と共に、容器内に導入することが好適である。   In the culture method according to the present invention, the culture substrate is placed in a container, and further cultured by introducing a culture medium and rotating the container, while applying antigravity stimulation to the cells. Is preferred. By introducing the culture solution in this way, the culture solution circulates in the three-dimensional culture substrate, and new culture solution is supplied one after another to the cell surface. To be done. By being arranged in such an environment, an environment suitable for cell culture can be provided. When using a culture solution, it is preferable to introduce the cell suspension in which the cells are suspended into the container together with the culture substrate.

ここで培養基盤としては、特に限定されないが、ポリマー、セラミックス等の多孔体や、チタンメッシュなどの繊維集合体材料等の多孔質の三次元培養基盤を使用することが好適である。ポリマーの多孔質基盤としては、ウレタン等の生体適合性材料の発泡体や、これらの表面にコラーゲンを被覆したものが使用できる。また、チタンメッシュとしては、チタン繊維の不織布などが挙げられる。セラミックスの多孔質基盤としては、セラミックス単体からなる多孔質基盤であってもよいし、ポリマーなどの多孔質材料の表面にセラミックスを被覆した基盤を用いることができる。また、発泡ポリウレタンの表面をリン酸カルシウムで被覆した多孔質細胞培養基盤を使用することが好適である。リン酸カルシウムが被覆されている状態でも、内部にセル(気泡、コンパートメント)を有し、当該セルが連通している状態であることが、細胞が成長しやすくなるため好適である。リン酸カルシウムとしては、特に限定されないが、ハイドロキシアパタイトあるいは、βトリカルシウムリン酸(βTCP)を使用することが好適である。また、発泡ポリウレタンは公知のポリウレタンの中からとくに細胞培養に適した幾何形体と化学的性質を具備した製品を使用することが好適である。ここで、発泡体のセルは200〜600μmの前後左右の広がりを有することが好適である。発泡ポリウレタンは、親水性を有するものであることが好適であり、3分以内に100μLのダルベッコウのリン酸緩衝生理食塩水を、表面に残さず吸い込む親水性と吸水性を示すものであることがより好適である。   Here, the culture substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a porous three-dimensional culture substrate such as a porous body such as a polymer or ceramics or a fiber assembly material such as titanium mesh. As the porous substrate of the polymer, a foam of a biocompatible material such as urethane or those coated with collagen on the surface thereof can be used. Moreover, as a titanium mesh, the nonwoven fabric etc. of a titanium fiber are mentioned. The ceramic porous substrate may be a porous substrate made of a single ceramic, or a substrate in which a ceramic is coated on the surface of a porous material such as a polymer. Further, it is preferable to use a porous cell culture substrate in which the surface of foamed polyurethane is coated with calcium phosphate. Even in the state where calcium phosphate is coated, it is preferable that the cells have cells (bubbles, compartments) inside and the cells are in communication with each other because the cells can easily grow. The calcium phosphate is not particularly limited, but it is preferable to use hydroxyapatite or β-tricalcium phosphate (βTCP). As the polyurethane foam, it is preferable to use a product having a geometric shape and chemical properties particularly suitable for cell culture among known polyurethanes. Here, it is preferable that the foam cell has a front-rear and left-right spread of 200 to 600 μm. The foamed polyurethane is preferably hydrophilic, and exhibits hydrophilicity and water absorption that absorbs 100 μL of Dulbecco's phosphate buffered saline without leaving the surface within 3 minutes. More preferred.

多孔質培養基盤の製造方法は特に限定されないが、例えば、連続気泡を有する発泡体と処理溶液とを混合し、二酸化炭素をバブリングして、塩化カルシウムと第二リン酸化カリウムとを加えるアパタイト析出工程により製造することが出来る。ここで前記処理溶液は、塩化ナトリウムを含むことが好適である。このような製造方法により、多孔質細胞培養基盤を得ることにより、発泡ポリウレタンの表面に球状結晶の集合した被覆面が形成される。このように球状結晶が得られることによって、細胞の増殖がより促進される。   The method for producing the porous culture substrate is not particularly limited. For example, an apatite precipitation step of mixing a foam having open cells and a treatment solution, bubbling carbon dioxide, and adding calcium chloride and dibasic potassium phosphate. Can be manufactured. Here, the treatment solution preferably contains sodium chloride. By obtaining a porous cell culture substrate by such a production method, a coated surface in which spherical crystals are aggregated is formed on the surface of the polyurethane foam. By thus obtaining spherical crystals, cell proliferation is further promoted.

ここで、本発明に係る回転の速度は、1〜100rpmが好適であり、3〜20rpmがより好適である。このような回転速度で培養することにより、特に細胞の増殖が促進される。   Here, the rotation speed according to the present invention is preferably 1 to 100 rpm, and more preferably 3 to 20 rpm. By culturing at such a rotation speed, cell proliferation is particularly promoted.

本発明に係る培養方法において、反重力刺激のみを与える場合、培養基盤は二次元的な平板型培養皿であることが好適である。例えば、平板型培養皿上で細胞を培養して、定着させた後に、当該培養皿を反転させて、天井に細胞がぶら下がった状態で培養することが好適である。このように培養することにより細胞に対して反重力刺激を与えることができる。また、所定時間経過した後に基盤を再度反転させてもよい。   In the culture method according to the present invention, when only anti-gravity stimulation is applied, the culture base is preferably a two-dimensional flat plate culture dish. For example, after culturing and fixing cells on a flat plate culture dish, it is preferable to invert the culture dish and culture the cells hanging on the ceiling. By culturing in this way, antigravity stimulation can be applied to the cells. Further, the base may be reversed again after a predetermined time has elapsed.

更に、上記に平板培養皿を用いた方法の場合、前記培養が培養液内で行なわれることが好適である。培養液内で反転することにより、定着した細胞が落下することを防止することができる。更に、液体中で反転させることとなるため、空気中で反転させるよりも、反重力刺激がより穏和な刺激となる。   Further, in the case of the above method using a plate culture dish, it is preferable that the culture is performed in a culture solution. By reversing in the culture solution, it is possible to prevent the fixed cells from falling. Furthermore, since it is reversed in the liquid, the antigravity stimulus becomes a milder stimulus than in the air.

本発明において培養可能である細胞は、特に限定されないが、例えば、骨芽細胞、象牙芽細胞、歯根膜細胞、軟骨細胞、線維芽細胞、心筋細胞、肝細胞、膵臓由来細胞、ES細胞、並びにiPS細胞等の足場依存性細胞が挙げられる。   The cells that can be cultured in the present invention are not particularly limited. For example, osteoblasts, odontoblasts, periodontal ligament cells, chondrocytes, fibroblasts, cardiomyocytes, hepatocytes, pancreatic cells, ES cells, and Examples include anchorage-dependent cells such as iPS cells.

本発明において用いられる培養液は、培養する細胞に応じて適宜選択することが可能であり、特に限定されないが、例えば、炭素源、ビタミン、無機塩類などの栄養素を含む液体が好適である。培養液の量は、特に限定されないが、1〜1000mlが好適であり、1〜10mlがより好適である。   The culture solution used in the present invention can be appropriately selected according to the cells to be cultured, and is not particularly limited. For example, a liquid containing nutrients such as a carbon source, vitamins, and inorganic salts is preferable. Although the quantity of a culture solution is not specifically limited, 1-1000 ml is suitable and 1-10 ml is more suitable.

本発明に係る反重力培養方法の培養期間は、培養対象の細胞に応じて適宜設定可能であり特に限定されないが、1日〜5週が好適であり、2〜4週がより好適であり、3週が特に好適である。   The culture period of the antigravity culture method according to the present invention can be appropriately set according to the cells to be cultured and is not particularly limited, but is preferably 1 day to 5 weeks, more preferably 2 to 4 weeks, 3 weeks is particularly preferred.

その他、細胞培養環境は、公知の環境を適宜設定変更して適用できるので、特に限定されないが、培養器などの恒温条件で培養することが好ましい。   In addition, since the cell culture environment can be applied by appropriately changing a known environment, it is not particularly limited, but it is preferable to culture under a constant temperature condition such as an incubator.

以下、本発明において好適に使用される反重力培養装置について説明し、更に、当該装置を用いた培養方法について詳細に説明する。   Hereinafter, an antigravity culture apparatus suitably used in the present invention will be described, and further, a culture method using the apparatus will be described in detail.

《反重力培養装置》
図1は、本発明に係る反重力培養装置1の概略斜視図であり、図2(a)は、当該反重力培養装置の概略平面図であり、図2(b)は、当該反重力培養装置の概略側面図である。
《Anti-gravity culture device》
FIG. 1 is a schematic perspective view of an antigravity culture apparatus 1 according to the present invention, FIG. 2 (a) is a schematic plan view of the antigravity culture apparatus, and FIG. 2 (b) is the antigravity culture apparatus. It is a schematic side view of an apparatus.

反重力培養装置1は、筒状容器を傾けて回転させる筒状容器回転手段11と、前記筒状容器回転手段11に対して回転減速手段12を介して接続されたモータ13と、前記モータを駆動するための駆動電源14と、を有する。当該装置を用いることにより、筒状容器内に配置された細胞は、当該容器の回転によって反重力刺激を受けることができる。先述の各構成は、基板15上に設置されていることが好適である。このように一枚の基板上に設置することにより持ち運びが容易になる。回転減速手段12及びモータ13は、ゴム製のクッション台座17の上に設置されていてもよい。クッション台座17の高さを調整することによってフレキシブルジョイントの位置関係を調整できる。また、本発明に係る装置には駆動電源(例えば、電池)14が設けられていることにより、別途、外部から電源を導入する必要がなく、当該装置をそのまま培養装置内に入れて扉を閉めて、培養を行なうことができるため、好適である。また、必要に応じ、通法のように平型リード線を用いて、培養装置のドアの隙間から外部電源を導入することが可能である。   The antigravity culture apparatus 1 includes a cylindrical container rotating unit 11 that tilts and rotates a cylindrical container, a motor 13 that is connected to the cylindrical container rotating unit 11 via a rotation speed reducing unit 12, and the motor. Drive power source 14 for driving. By using the apparatus, the cells arranged in the cylindrical container can be subjected to antigravity stimulation by the rotation of the container. Each of the above-described components is preferably installed on the substrate 15. In this way, it is easy to carry by installing on a single substrate. The rotation speed reduction means 12 and the motor 13 may be installed on a rubber cushion base 17. The positional relationship of the flexible joint can be adjusted by adjusting the height of the cushion base 17. Further, since the apparatus according to the present invention is provided with a driving power source (for example, battery) 14, it is not necessary to separately introduce a power source from outside, and the apparatus is directly placed in the culture apparatus and the door is closed. Therefore, it is preferable because it can be cultured. Further, if necessary, an external power source can be introduced from the gap in the door of the culture apparatus using a flat lead wire as usual.

筒状容器回転手段11は、複数のロール111a〜cを平行に回転軸112a〜cを介して固定する枠体113とを有する(図2(a))。これらの複数のロール111a〜cは、枠体113の内部に回転可能に固定されている。また、ロールは、例えば、中心に丸い形状の棒等の芯棒1111を使用して、その周囲を発泡ウレタンや、ゴムなどの軟質でありながら適度な摩擦性を有するクッション材料1112で覆った構成を有することが好適である(図2(a))。また、複数のロール111は回転軸が平行になるように配され、隣接するロールの間に筒状容器が載置できる程度の間隔d(ロールの間隔dは円筒状容器の直径よりも狭い間隔である)を有していることが好適である(図2(a))。   The cylindrical container rotating means 11 includes a frame body 113 that fixes a plurality of rolls 111a to 111c in parallel via rotating shafts 112a to 112c (FIG. 2A). The plurality of rolls 111 a to 111 c are rotatably fixed inside the frame body 113. In addition, the roll has a configuration in which, for example, a core bar 1111 such as a round bar is used at the center, and the periphery thereof is covered with a cushioning material 1112 having moderate frictional properties while being soft such as urethane foam or rubber. It is preferable to have (FIG. 2A). Further, the plurality of rolls 111 are arranged so that the rotation axes thereof are parallel to each other, and an interval d that allows the cylindrical container to be placed between adjacent rolls (the interval d between the rolls is smaller than the diameter of the cylindrical container). It is preferable to have (Fig. 2 (a)).

枠体113の回転軸を固定する辺のいずれか一方には、筒状容器が滑り落ちないようにするための、保持部1131が設けられていることが好適である。また、当該枠体113を斜めに固定する固定手段114を有することが好適である。当該固定手段を有することにより、筒状容器を斜めに傾けて回転させることができるので、円筒容器内に配置された細胞に対して反重力刺激を与えることができる。更に当該固定手段は枠体の傾き角度を調整可能に構成することが好適である。より具体的には、例えば、上部に固定孔1142を有する板状体1141を枠体113の左右に垂直に配し、前記固定孔1142に対して枠体113を固定する螺子1143を設ける。更に、前記固定孔1142の両脇にワッシャ1144を設けることが好適である。ここで、固定孔1142の形状は、垂直方向に対して細長く形成されていることが好適であり、このように細長く形成することにより枠体を上下に移動させることができるので、傾けることによって枠体が基板15と干渉する場合であっても、当該干渉を防ぐことができる。また、上下に移動することができるので、回転軸112a〜cのいずれかとモータの回転を伝達するためのフレキシブルジョイントとの距離調整が容易になる。   It is preferable that a holding portion 1131 for preventing the cylindrical container from slipping down is provided on either one of the sides that fix the rotation shaft of the frame body 113. In addition, it is preferable to have fixing means 114 for fixing the frame body 113 obliquely. By having the fixing means, the cylindrical container can be tilted and rotated, so that an antigravity stimulus can be applied to the cells arranged in the cylindrical container. Furthermore, it is preferable that the fixing means is configured so that the inclination angle of the frame body can be adjusted. More specifically, for example, a plate-like body 1141 having a fixing hole 1142 in the upper portion is arranged vertically on the left and right of the frame body 113, and a screw 1143 for fixing the frame body 113 to the fixing hole 1142 is provided. Furthermore, it is preferable to provide washers 1144 on both sides of the fixing hole 1142. Here, the shape of the fixing hole 1142 is preferably formed to be elongated in the vertical direction, and the frame can be moved up and down by forming the fixing hole 1142 in this manner. Even when the body interferes with the substrate 15, the interference can be prevented. Moreover, since it can move up and down, distance adjustment of either of the rotating shafts 112a-c and the flexible joint for transmitting rotation of a motor becomes easy.

前記複数のロールのうち少なくとも一つは、その回転軸とモータと回転可能に接続されている。少なくとも一つの回転軸がモータに接続されていることにより、ロールの間に筒状容器を載置することにより筒状容器を回転させることができ、更に、筒状容器に接触している隣接するロールも回転するため、当該筒状容器を安定に回転させることができる。   At least one of the plurality of rolls is rotatably connected to a rotating shaft and a motor. Since at least one rotating shaft is connected to the motor, the cylindrical container can be rotated by placing the cylindrical container between the rolls, and is further adjacent to the cylindrical container. Since the roll also rotates, the cylindrical container can be rotated stably.

回転軸とモータの接続は、回転減速手段12を介して、フレキシブルジョイント16により接続されていることが好適である。フレキシブルジョイント16としては、例えば、ゴム、プラスチック等の樹脂チューブを用いることができる。このようにフレキシブルジョイントを用いることにより、枠体113の傾斜を自由に設定することが可能となる。尚、フレキシブルジョイントの中心が、回転軸112bと回転減速手段回転軸の二つの軸の延長の交点になるように両者の位置関係を調整することが好適である。   The connection between the rotating shaft and the motor is preferably connected by a flexible joint 16 via the rotation speed reducing means 12. As the flexible joint 16, for example, a resin tube such as rubber or plastic can be used. By using the flexible joint in this way, it is possible to freely set the inclination of the frame body 113. It is preferable to adjust the positional relationship between the flexible joint so that the center of the flexible joint is the intersection of the two axes of the rotation shaft 112b and the rotation speed reduction means rotation shaft.

回転減速手段12としては、特に限定されないが、プラネタリーギアを用いることが好適である。プラネタリーギアを用いることにより、減速機構をよりコンパクトにすることができるので、装置全体でかさばらなくすることができる。プラネタリーギアによって例えば、モータの回転速度を1/400まで減速することができる。   The rotation speed reduction means 12 is not particularly limited, but it is preferable to use a planetary gear. Since the speed reduction mechanism can be made more compact by using the planetary gear, the entire apparatus can be made less bulky. For example, the rotational speed of the motor can be reduced to 1/400 by the planetary gear.

駆動電源14は、独立に電源を供給することができれば特に限定されないが、一次電池や、バッテリーなどの二次電池を使用することができ、例えば、図に示すように電池ボックスが設けられていてもよい。このように独立に電源供給できる駆動電源を有することにより、培養器のような密閉系の中に入れてもモータを駆動させることができる。   The drive power supply 14 is not particularly limited as long as power can be supplied independently, but a primary battery or a secondary battery such as a battery can be used. For example, a battery box is provided as shown in the figure. Also good. By having a drive power supply that can supply power independently as described above, the motor can be driven even if it is placed in a closed system such as an incubator.

図3(a)は、三次元培養基盤を使用する場合に用いる容器及び培養基盤の概略構成図であり、図3(b)は、平板型培養皿を使用する場合に用いる容器及び内壁固定手段の概略構成図である。   FIG. 3A is a schematic configuration diagram of a container and a culture base used when a three-dimensional culture base is used, and FIG. 3B is a container and inner wall fixing means used when a flat plate culture dish is used. FIG.

図3(a)に示すように三次元培養基盤を使用する場合、容器はガラス製の円筒容器21であることが好適であり、更に、円筒容器の開口部は通気性のアルミキャップ23で覆われていることが好適である。当該ガラス容器内には、円形状の三次元培養基盤25が備えられており、当該三次元培養基盤25が、円筒容器21の内壁に固定されている。ここで、三次元培養基盤25は、角度を調整することが好適である。円筒容器内21には、培養液lが導入されている。   When using a three-dimensional culture substrate as shown in FIG. 3A, the container is preferably a glass cylindrical container 21, and the opening of the cylindrical container is covered with a breathable aluminum cap 23. It is preferable that A circular three-dimensional culture base 25 is provided in the glass container, and the three-dimensional culture base 25 is fixed to the inner wall of the cylindrical container 21. Here, it is preferable that the angle of the three-dimensional culture substrate 25 is adjusted. The culture solution l is introduced into the cylindrical container 21.

図3(b)に示すように平板型培養皿でも、三次元培養基盤を使用する場合と同様に、容器はガラス製の円筒容器21であることが好適であり、更に、円筒容器の開口部は通気性のアルミキャップ23で覆われていることが好適である。ここで、平板培養皿28は、円筒容器の内径よりも小さな径を有している円形状であることが好適である。平板型培養皿は、特に限定されないが、チタン又はプラスチック製であることが好適である。更に、平板培養皿の周縁には、O−リング(例えば、シリコン製)等の内壁固定手段29が設けられていることが好適である。内壁固定手段によって、角度を調整することが好適であり、例えば、円筒容器21を反重力培養装置で回転させる際の傾きに傾斜させた場合に、水平方向になるように固定されることが好適である。   As in the case of using a three-dimensional culture base in a flat plate culture dish as shown in FIG. 3 (b), the container is preferably a glass cylindrical container 21, and further, an opening of the cylindrical container. Is preferably covered with a breathable aluminum cap 23. Here, it is preferable that the plate culture dish 28 has a circular shape having a diameter smaller than the inner diameter of the cylindrical container. The flat plate culture dish is not particularly limited, but is preferably made of titanium or plastic. Furthermore, it is preferable that an inner wall fixing means 29 such as an O-ring (for example, made of silicon) is provided on the periphery of the plate culture dish. It is preferable to adjust the angle by the inner wall fixing means. For example, when the cylindrical container 21 is tilted at an inclination when the cylindrical container 21 is rotated by the antigravity culture apparatus, it is preferably fixed so as to be in the horizontal direction. It is.

《反重力培養方法》
上記の装置を用いる反重力培養方法の例を挙げて説明する。本発明に係る反重力培養方法の具体例として、容器を回転させる装置を用いて、当該容器内に細胞を播種して、当該容器を回転させて培養する方法が挙げられる。このように容器を回転させることにより細胞に対して反重力刺激を与えながら培養する。回転させる筒状容器内壁に、培養基盤を固定して回転させて、細胞に対する重力の方向を反転させつつ培養することが好適である。
<Antigravity culture method>
An example of an antigravity culture method using the above apparatus will be described. As a specific example of the antigravity culture method according to the present invention, there is a method in which cells are seeded in the container using an apparatus for rotating the container, and the container is rotated and cultured. In this way, the cells are cultured while applying anti-gravity stimulation to the cells by rotating the container. It is preferable that the culture base is fixed and rotated on the inner wall of the cylindrical container to be rotated, and the culture is performed while inverting the direction of gravity with respect to the cells.

容器としては、特に限定されないが、上述の筒状容器が好適であり、更に好適には試験管が挙げられる。すなわち、筒状容器回転手段11の上に筒状容器を載置することによって、当該容器が回転し、細胞に対して反重力刺激を与えることができる。尚、筒状容器の傾きは、特に限定されないが、水平に対して0〜80°が好適であり、5〜60°がより好適であり、10〜40°が更に好適である。   Although it does not specifically limit as a container, The above-mentioned cylindrical container is suitable and a test tube is mentioned more suitably. That is, by placing the cylindrical container on the cylindrical container rotating means 11, the container rotates, and an antigravity stimulus can be given to the cells. In addition, although the inclination of a cylindrical container is not specifically limited, 0-80 degrees is suitable with respect to the horizontal, 5-60 degrees is more suitable, and 10-40 degrees is still more suitable.

三次元培養基盤を用いる場合には、各種細胞が定着したディスク状の三次元培養基盤25は、筒状容器21の内壁に固定されたのち、反重力装置の上で回転を受けつつ培養される。セルの開口部は通気性のアルミキャップ23で覆われる。   When using a three-dimensional culture substrate, the disk-shaped three-dimensional culture substrate 25 to which various cells are fixed is fixed to the inner wall of the cylindrical container 21 and then cultured while being rotated on an antigravity device. . The opening of the cell is covered with a breathable aluminum cap 23.

平板培養基盤を用いる場合には、各種細胞は、先ず、平板培養皿26の中で単層細胞層として培養される。この平板培養皿26は、周囲に備えられたO−リング29を介して円筒状容器21の内部に固定される。このO‐リングの存在によって、平板培養皿の底面が重力の方向に垂直になるよう、自在の角度でガラスセル内壁に固定できる。これによって平板培養皿を重力方向に垂直に、しかも上下を180°反転して固定することができ、その結果、細胞に対して、重力と反重力の動力学的効果を、それぞれ与えることができる。   When using a plate culture base, various cells are first cultured as a monolayer cell layer in the plate culture dish 26. The plate culture dish 26 is fixed to the inside of the cylindrical container 21 through an O-ring 29 provided at the periphery. Due to the presence of this O-ring, it can be fixed to the inner wall of the glass cell at any angle so that the bottom of the plate culture dish is perpendicular to the direction of gravity. As a result, the plate culture dish can be fixed perpendicularly to the direction of gravity and upside down by 180 °, and as a result, the dynamic effects of gravity and antigravity can be given to the cells, respectively. .

実施例1:反重力培養方法
反重力培養装置1を用いて、細胞の培養を行なった。骨芽細胞MC3T3−E1を三次元培養基盤(ハイドロキシアパタイト被覆発泡ポリウレタン:多孔質培養基盤)にコラーゲン被覆した培養基盤に対して、50,000個ずつ播種して、当該培養基盤および培養液5ml(イーグルの最小必須培地)を、試験管内に入れて、水平に対して25°傾けたロール上に載置して、4rpmの速度で回転させて、培養器中で培養試験を行なった。2日後、2週後、4週後の細胞数をミトコンドリアの酵素活性を測定する呈色反応(MTS測定法)を行い450nmで吸光度を測定することにより観察した。2週後に細胞数が顕著に増加した。その結果を図4の実線で示す。
Example 1: Antigravity culture method Using the antigravity culture apparatus 1, cells were cultured. 50,000 cells of the osteoblast MC3T3-E1 are seeded on a culture base coated with collagen on a three-dimensional culture base (hydroxyapatite-coated foamed polyurethane: porous culture base). Eagle's minimum essential medium) was placed in a test tube, placed on a roll inclined at 25 ° to the horizontal, rotated at a speed of 4 rpm, and a culture test was performed in an incubator. Two days later, two weeks later, and four weeks later, the number of cells was observed by performing a color reaction (MTS measurement method) for measuring mitochondrial enzyme activity and measuring the absorbance at 450 nm. The cell number increased significantly after 2 weeks. The result is shown by the solid line in FIG.

比較例1:静置培養方法
対照実験である従来型の静置培養の結果を図4の点線で示す。上記の実施例1と、調製した骨芽細胞が播種された三次元培養基盤を96ウエルディッシュに載置して静置培養した以外は同様の条件で細胞培養試験を行なった。2日後、2週後、4週後の細胞数を呈色反応を行い450nmで吸光度を測定した結果、従来型の静置の細胞数は、時間と共に細胞は増殖するが、反重力装置で培養した場合と比較すると、2〜4週においては約2分の1に留まっている。
Comparative Example 1: Static culture method The results of conventional static culture, which is a control experiment, are shown by dotted lines in FIG. A cell culture test was conducted under the same conditions as in Example 1 except that the three-dimensional culture substrate seeded with the prepared osteoblasts was placed on a 96-well dish and statically cultured. Two days later, two weeks later, and four weeks later, the number of cells was subjected to a color reaction and the absorbance was measured at 450 nm. As a result, the number of cells in the conventional stationary state grew with time, but cultured in an antigravity apparatus. Compared with the case, it is about a half in 2-4 weeks.

実施例2、比較例2
三次元培養基盤として、コラーゲンのみを被覆したポリウレタンを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2に係る培養を行なった。また、回転を行なわなかったこと以外は、実施例2と同様の条件で、比較例2に係る培養を行った。これら実施例2及び比較例2に係る培養の結果を、1週後、2週後、3週後、6週後の細胞数にて観察し、図5に示す。いずれの時点でも反重力培養の例は、従来法で培養した比較例よりも高い細胞数を示した。
Example 2 and Comparative Example 2
The culture according to Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that polyurethane coated only with collagen was used as the three-dimensional culture substrate. Moreover, the culture which concerns on the comparative example 2 was performed on the conditions similar to Example 2 except not having rotated. The results of culturing according to Example 2 and Comparative Example 2 were observed in the number of cells after 1 week, 2 weeks, 3 weeks, and 6 weeks, and are shown in FIG. At any point in time, the antigravity culture example showed a higher cell number than the comparative example cultured by the conventional method.

実施例3、比較例3
三次元培養基盤として、市販のチタンメッシュを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例3に係る培養を行なった。また、回転を行なわなかったこと以外は、実施例3と同様の条件で、比較例3に係る培養を行った。これら実施例3及び比較例3に係る培養の結果を、3日、2週後、3週後、4週後、5週後、7週後の細胞数にて観察し、図6に示す。いずれの時点でも反重力培養の例は、従来法で培養した比較例よりも高い細胞数を示した。とくに2週目から4週目にかけては、1.4〜1.6倍高い値を示した。
Example 3 and Comparative Example 3
The culture according to Example 3 was performed in the same manner as in Example 1 except that a commercially available titanium mesh was used as the three-dimensional culture base. Moreover, the culture which concerns on the comparative example 3 was performed on the conditions similar to Example 3 except not having rotated. The results of culturing according to Example 3 and Comparative Example 3 were observed by the number of cells after 3 days, 2 weeks, 3 weeks, 4 weeks, 5 weeks, and 7 weeks, and are shown in FIG. At any point in time, the antigravity culture example showed a higher cell number than the comparative example cultured by the conventional method. In particular, from the second week to the fourth week, the value was 1.4 to 1.6 times higher.

実施例4、比較例4
反重力培養装置1を用いて、細胞の培養を行なった。二次元の平板培養基盤(内径13mm、深さ2mmのチタン製培養皿)の上に骨芽細胞MC3T3−E1を12.5万個ずつ播種して、4時間培養した。その後、実施例4においては、培養液(イーグルの最小必須培地)を、試験管内に入れて、皿を反転させて、培養皿を重力方向に対して上側に、細胞を重力方向下側に向けて配置して反重力刺激を与えながら48時間培養した。比較例4においては、培養液(イーグルの最小必須培地)を、試験管内に入れて、皿を反転させずに(4時間の培養と同じ向きで)重力の方向に垂直に配置して48時間培養した。48時間後の細胞数をミトコンドリアの酵素活性を測定する呈色反応(MTS測定法)を行い450nmで吸光度を測定することにより観察した。結果、反重力刺激を与えた実施例4においては、細胞数が顕著に増加した。その結果を図7で示す。
Example 4 and Comparative Example 4
Cells were cultured using the antigravity culture apparatus 1. 125,000 osteoblasts MC3T3-E1 were seeded on a two-dimensional plate culture base (titanium culture dish having an inner diameter of 13 mm and a depth of 2 mm) and cultured for 4 hours. Thereafter, in Example 4, the culture medium (Eagle's minimum essential medium) is placed in a test tube, the dish is inverted, and the culture dish is directed upward with respect to the direction of gravity and the cells are directed downward in the direction of gravity. And cultured for 48 hours while applying antigravity stimulation. In Comparative Example 4, the culture solution (Eagle's minimum essential medium) is placed in a test tube and placed perpendicular to the direction of gravity for 48 hours without inverting the dish (in the same direction as the 4-hour culture). Cultured. The number of cells after 48 hours was observed by performing a color reaction (MTS measurement method) for measuring mitochondrial enzyme activity and measuring the absorbance at 450 nm. As a result, in Example 4 to which antigravity stimulation was applied, the number of cells significantly increased. The result is shown in FIG.

本発明に係る反重力培養方法及び反重力培養装置は、反重力刺激によって細胞が活性化されるという新たな発見に基づき完成された。従来の培養方法によれば、単に培養基盤上で細胞を定着させて培養を行なっていたが、細胞定着後の基盤を裏返せば細胞増殖を促進できることを示している。これは非常に簡単な作業によって、細胞が活性化されることを意味し、細胞培養全体に応用できることが期待される。   The antigravity culture method and the antigravity culture apparatus according to the present invention have been completed based on a new discovery that cells are activated by antigravity stimulation. According to the conventional culturing method, the cells are simply fixed on the culture substrate and cultured, but it is shown that cell proliferation can be promoted by turning over the substrate after cell fixation. This means that the cells are activated by a very simple operation and is expected to be applicable to the entire cell culture.

本発明に係る反重力培養方法及び反重力培養装置は、複雑で高価な装置を用いることなく、三次元培養基盤に汎用的に応用可能ならしめる。応用の1例としては、現在、iPS細胞が、従来の平板培養では、ガン化するなどの困難に局面するが、本装置によって、3次元の細胞の家と同時に、重力という自然の動力学的刺激を与えることで、新しい展開が十分期待できる。   The antigravity culture method and the antigravity culture apparatus according to the present invention can be applied universally to a three-dimensional culture base without using a complicated and expensive apparatus. As an example of application, iPS cells are currently difficult to cancerize in conventional plate culture, but with this device, the natural kinetics of gravity at the same time as the three-dimensional cell house. New developments can be expected with stimulation.

本発明に係る反重力培養装置によれば、宇宙に行かなくても、机の上で細胞に対する重力の効果を調べることが出来る。要するに、今までの細胞培養装置では、細胞を床の上に静かに寝かせていたが、本発明に係る反重力培養装置により、天井の下側の面に、ヤモリや、忍者のように張り付けて生活させる。それが刺激(反重力刺激)になって細胞が、床の上とは異なった活動をすることになり、それがガンの薬の効き方などにも、違った影響を与えると推測される。細胞は、一人の体に60兆個(10の12乗個)存在する。体の中では、平板の上に静かに生きているのではなく、上下左右から力を受け、動いている。反重力培養装置によって交互に、上から下からの重力を繰り返し加えることより、少しだけ生体に近い状態に近づけて、体の外で培養が可能となる。   According to the antigravity culture apparatus of the present invention, the effect of gravity on cells can be examined on a desk without going to space. In short, in conventional cell culture devices, cells were gently laid on the floor, but the anti-gravity culture device according to the present invention was attached to the lower surface of the ceiling like a gecko or a ninja. Make it live. It becomes a stimulus (antigravity stimulus), and the cells will behave differently from on the floor, which is presumed to have a different effect on how the cancer drugs work. There are 60 trillion cells (10 12) in one body. In the body, instead of living quietly on a flat plate, it receives power from the top, bottom, left and right and moves. By alternately applying gravity from the top to the bottom alternately by the antigravity culture apparatus, the culture can be performed outside the body by bringing it closer to a state close to a living body.

1:反重力培養装置
11:筒状容器回転手段
12:回転減速手段
13:モータ
14:駆動電源
1: Antigravity culture device 11: cylindrical container rotating means 12: rotational speed reducing means 13: motor 14: driving power source

Claims (21)

培養基盤に固定された細胞に対して、前記細胞の定着した足場から細胞方向へと重力を作用させる反重力刺激を与えて細胞を培養する反重力培養方法。   An antigravity culture method of culturing cells by applying an antigravity stimulus that causes gravity to act on cells fixed on the culture substrate from the scaffold in which the cells are fixed in the cell direction. 細胞を培養基盤上に固定して、前記培養基盤を回転させて、細胞に対して重力刺激と反重力刺激を交互に与える、請求項1記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 1, wherein the cells are fixed on the culture substrate, and the culture substrate is rotated to alternately apply gravity stimulation and antigravity stimulation to the cells. 前記培養基盤が多孔質の三次元培養基盤である、請求項2記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 2, wherein the culture base is a porous three-dimensional culture base. 前記培養基盤が二次元的な平板型培養皿である、請求項2記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 2, wherein the culture substrate is a two-dimensional flat plate culture dish. 容器の中に前記培養基盤を入れて固定し、更に、培養液を導入して、前記容器を回転させる、請求項2〜4のいずれか一項記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to any one of claims 2 to 4, wherein the culture substrate is placed and fixed in a container, a culture solution is introduced, and the container is rotated. 前記培養基盤の角度を調整する、請求項5記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 5, wherein an angle of the culture base is adjusted. 前記培養液が、1〜1000mlである、請求項5又は6記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 5 or 6, wherein the culture solution is 1-1000 ml. 前記回転の速度が、1〜100rpmである、請求項2〜7のいずれか一項記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to any one of claims 2 to 7, wherein the rotation speed is 1 to 100 rpm. 前記培養基盤が、リン酸カルシウムを被覆した発泡ポリウレタンである、請求項3記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 3, wherein the culture substrate is foamed polyurethane coated with calcium phosphate. 容器と、前記容器を回転させる装置を用いて、
前記容器内に細胞を入れて、
前記容器を回転させて培養する、請求項1〜9のいずれか一項記載の反重力培養方法。
Using a container and a device for rotating the container,
Put the cells in the container,
The antigravity culture method according to any one of claims 1 to 9, wherein the culture is performed by rotating the container.
細胞を培養基盤上に固定して、前記培養基盤を重力方向に対して上側に、前記細胞を重力方向下側に固定して、細胞に対して反重力刺激を与える、請求項1記載の反重力培養方法。   The anti-gravity stimulus is applied to the cells by fixing the cells on the culture substrate, fixing the culture substrate on the upper side with respect to the direction of gravity, and fixing the cells on the lower side in the direction of gravity. Gravity culture method. 前記培養基盤が二次元的な平板型培養皿である、請求項11記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 11, wherein the culture substrate is a two-dimensional flat plate culture dish. 前記培養が培養液内で行なわれる、請求項11又は12記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to claim 11 or 12, wherein the culture is performed in a culture solution. 容器と、前記容器を回転させる装置を用いて、
前記容器内に細胞を入れて、
前記容器内に平板型培養皿を固定して、前記容器を回動させて、静止して反重力刺激を与えて培養する、請求項11〜13記載のいずれか一項記載の反重力培養方法。
Using a container and a device for rotating the container,
Put the cells in the container,
The antigravity culture method according to any one of claims 11 to 13, wherein a flat plate culture dish is fixed in the container, the container is rotated, and the culture is performed by applying a static antigravity stimulus. .
前記平板型培養皿が、内壁固定手段により固定して前記平板型培養皿の角度を水平になるように調整し、前記平板型培養皿上に細胞を固定して、前記培養基盤を重力方向に対して上側に、前記細胞を重力方向下側に向けて培養する、請求項14記載の反重力培養方法。   The flat plate culture dish is fixed by an inner wall fixing means, and the angle of the flat plate culture dish is adjusted to be horizontal, the cells are fixed on the flat plate culture dish, and the culture base is moved in the direction of gravity. The antigravity culture method according to claim 14, wherein the cells are cultured on the upper side toward the lower side in the gravity direction. 前記細胞が骨芽細胞であり、前記培養により増殖を促進する、請求項1〜15のいずれか一項記載の反重力培養方法。   The antigravity culture method according to any one of claims 1 to 15, wherein the cells are osteoblasts and promote proliferation by the culture. 筒状容器を傾けて回転させる、筒状容器回転手段と、
前記筒状容器回転手段に対して回転減速手段を介して接続された、モータと、
を有することを特徴とする、反重力培養装置。
A cylindrical container rotating means for tilting and rotating the cylindrical container;
A motor connected to the cylindrical container rotating means via a rotation speed reducing means;
An antigravity culture apparatus characterized by comprising:
前記モータを駆動するための駆動電源を有することを特徴とする、請求項17記載の反重力培養装置。   The antigravity culture apparatus according to claim 17, further comprising a driving power source for driving the motor. 前記回転減速手段が、プラネタリーギアである、請求項17又は18記載の反重力培養装置。   The antigravity culture apparatus according to claim 17 or 18, wherein the rotation speed reduction means is a planetary gear. 前記筒状容器回転手段が、
複数のロールを平行に回転軸を介して固定する枠体と、
前記枠体を斜めに固定する固定手段と、を有し、
前記複数のロールのうち少なくとも一つの回転軸と前記モータとが回転可能に接続されている、請求項17〜19のいずれか一項記載の反重力培養装置。
The cylindrical container rotating means is
A frame that fixes a plurality of rolls in parallel via a rotation axis;
Fixing means for fixing the frame body obliquely,
The antigravity culture apparatus according to any one of claims 17 to 19, wherein at least one rotating shaft of the plurality of rolls and the motor are rotatably connected.
前記回転軸と前記モータとが、フレキシブルジョイントにより回転可能に接続されている、請求項20記載の反重力培養装置。   The antigravity culture apparatus according to claim 20, wherein the rotating shaft and the motor are rotatably connected by a flexible joint.
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