JP2014155471A - Passage device for platelet production and platelet production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、血小板産生流路装置及び血小板産生方法に関し、特に、体外において巨核球から血小板を大量産生するための流路装置に関する。 The present invention relates to a platelet production channel device and a platelet production method, and more particularly to a channel device for mass-producing platelets from megakaryocytes outside the body.
血小板は、体内において、骨髄中で造血前駆細胞が巨核球へと分化し、さらに当該巨核球の細胞質が断片化して、血液中に放出されることにより産生される。また、近年、iPS細胞(induced Pluripotent Stem cell)を用いて、体外において巨核球から血小板を産生することも報告されている。 Platelets are produced in the body when hematopoietic progenitor cells differentiate into megakaryocytes in the bone marrow, and the cytoplasm of the megakaryocytes is fragmented and released into the blood. In recent years, it has also been reported that platelets are produced from megakaryocytes outside the body using iPS cells (induced Pluripotent Stem cells).
しかしながら、血小板は、凍結保存ができないため、当該血小板を含む血液を採取してから、あるいはiPS細胞に由来する巨核球を用いて産生されてから、数日程度しか保存できない。一方、造血前駆細胞は、凍結保存が可能である。 However, since platelets cannot be stored frozen, they can only be stored for a few days after blood containing the platelets is collected or produced using megakaryocytes derived from iPS cells. On the other hand, hematopoietic progenitor cells can be stored frozen.
そこで、特許文献1では、不織布等の支持多孔膜と有機高分子の多孔薄膜とを積層して作製された複合膜を培養液中に浸漬し、当該多孔薄膜で仕切られた2つの領域のうち、当該支持多孔膜側の領域に血小板前駆細胞を配置し、当該多孔薄膜側の領域でスターラーを用いて培養液の回転流を生じさせることにより当該多孔薄膜にシェアストレスを与え、当該血小板前駆細胞より血小板を産生する方法が提案されている。
Therefore, in
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、例えば、回転流によってシェアストレスを発生させるため、多孔薄膜の表面内で培養液の流速に分布が生じ、当該表面の全体に均一なシェアストレスを与えることができないといった問題や、不織布等の支持多孔膜に血小板前駆細胞を配置するため、当該血小板前駆細胞の配置を直接的に制御できないといった問題があった。
However, in the method described in
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、体外において巨核球から血小板を効果的に大量産生する血小板産生流路装置及び血小板産生方法を提供することをその目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a platelet production channel device and a platelet production method for effectively mass-producing platelets from megakaryocytes outside the body.
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る血小板産生流路装置は、制御された形状及び配置で複数の微小孔が形成され、その一方側の表面に巨核球が配置される多孔薄膜と、前記多孔薄膜の前記一方側に設けられ、前記巨核球が培養される培養室と、前記多孔薄膜の他方側に設けられ、前記培養室内で前記巨核球が培養される間、培養液が流れる微小流路と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、体外において巨核球から血小板を効果的に大量産生する血小板産生流路装置を提供することができる。 A platelet production channel device according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a porous structure in which a plurality of micropores are formed in a controlled shape and arrangement, and a megakaryocyte is arranged on the surface of one side thereof. A thin film, a culture chamber provided on the one side of the porous thin film and in which the megakaryocytes are cultured, and a culture solution provided on the other side of the porous thin film and while the megakaryocytes are cultured in the culture chamber. And a micro flow path through which the gas flows. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the platelet production flow-path apparatus which effectively produces large quantities of platelets from megakaryocytes outside the body can be provided.
また、前記複数の微小孔の各々の孔径は、2〜15μmであることとしてもよい。また、前記複数の微小孔の平均孔径は、2〜15μmであることとしてもよい。また、前記複数の微小孔は、孔径加工精度±10%以下で形成されていることとしてもよい。また、前記多孔薄膜の厚さは、5〜40μmであることとしてもよい。また、前記複数の微小孔の開口率は、4〜45%であることとしてもよい。また、前記微小流路は、前記培養液を1〜100mm/秒の流速で流すことができるよう形成されていることとしてもよい。 Moreover, the hole diameter of each of the plurality of minute holes may be 2 to 15 μm. The average pore diameter of the plurality of micropores may be 2 to 15 μm. The plurality of minute holes may be formed with a hole diameter processing accuracy of ± 10% or less. Moreover, the thickness of the porous thin film may be 5 to 40 μm. Further, the aperture ratio of the plurality of micropores may be 4 to 45%. Moreover, the said microchannel is good also as being formed so that the said culture solution can be flowed with the flow rate of 1-100 mm / sec.
また、前記血小板産生流路装置は、前記多孔薄膜近傍の温度を制御する温度制御部をさらに備えることとしてもよい。この場合、前記温度制御部は、前記温度を30〜40℃に制御することとしてもよい。 The platelet production channel device may further include a temperature control unit that controls the temperature in the vicinity of the porous thin film. In this case, the temperature control unit may control the temperature to 30 to 40 ° C.
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る血小板産生方法は、制御された形状及び配置で複数の微小孔が形成された多孔薄膜と、前記多孔薄膜の一方側に設けられた培養室と、前記多孔薄膜の他方側に設けられた微小流路と、を備えた血小板産生流路装置を準備すること、前記培養室内において前記多孔薄膜の前記一方側の表面に巨核球を配置すること、前記微小流路に培養液を流しながら前記培養室内で前記巨核球を培養して血小板を産生すること、及び前記微小孔を介して前記微小流路内の前記培養液中に放出された前記血小板を回収すること、を含むことを特徴とする。本発明によれば、体外において巨核球から血小板を効果的に大量産生する血小板産生方法を提供することができる。 In order to solve the above problems, a platelet production method according to an embodiment of the present invention includes a porous thin film in which a plurality of micropores are formed in a controlled shape and arrangement, and a culture provided on one side of the porous thin film Preparing a platelet production channel device comprising a chamber and a microchannel provided on the other side of the porous thin film, and arranging megakaryocytes on the surface of the one side of the porous thin film in the culture chamber , Culturing the megakaryocytes in the culture chamber while flowing a culture solution in the microchannel, producing platelets, and being released into the culture solution in the microchannel through the micropores Collecting the platelets. According to the present invention, it is possible to provide a method for producing platelets that effectively mass-produces platelets from megakaryocytes outside the body.
また、前記血小板産生方法において、前記微小流路に1〜100mm/秒の流速で前記培養液を流すこととしてもよい。 In the platelet production method, the culture solution may be flowed through the microchannel at a flow rate of 1 to 100 mm / second.
本発明によれば、体外において巨核球から血小板を効果的に大量産生する血小板産生流路装置及び血小板産生方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the platelet production flow-path apparatus and platelet production method which produce large quantities of platelets effectively from megakaryocytes outside the body can be provided.
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
本実施形態に係る血小板産生流路装置(以下、「本装置」という。)は、体外において巨核球Mから血小板Pを産生する装置である。本実施形態に係る血小板産生方法(以下、「本方法」という。)は、体外において巨核球Mから血小板Pを産生する方法である。 A platelet production channel device according to this embodiment (hereinafter referred to as “the present device”) is a device that produces platelets P from megakaryocytes M outside the body. The platelet production method according to this embodiment (hereinafter referred to as “the present method”) is a method of producing platelets P from megakaryocytes M outside the body.
図1には、本装置1の一例の基本構造、及び本方法により本装置1を使用して巨核球Mから血小板Pを産生する様子を概略的に示す。図1に示すように、本装置1は、制御された形状及び配置で複数の微小孔13が形成され、その一方側の表面11に巨核球Mを配置する多孔薄膜10と、当該多孔薄膜10の当該一方側に設けられ、当該巨核球Mを培養する培養室20と、当該多孔薄膜10の他方側に設けられ、当該培養室20内で当該巨核球Mを培養して血小板Pを産生する間、培養液Sが流れる微小流路30と、を備える。
FIG. 1 schematically shows the basic structure of an example of the
また、本方法は、制御された形状及び配置で複数の微小孔13が形成された多孔薄膜10と、当該多孔薄膜10の一方側に設けられた培養室20と、当該多孔薄膜10の他方側に設けられた微小流路30と、を備えた血小板産生流路装置(本装置1)を準備すること、当該培養室20内において当該多孔薄膜10の当該一方側の表面11に巨核球Mを配置すること、当該微小流路30に培養液Sを流しながら当該培養室20内で当該巨核球Mを培養して血小板Pを産生すること、及び当該微小孔13を介して当該微小流路30内の当該培養液S中に放出された当該血小板Pを回収すること、を含む。
The present method also includes a porous
多孔薄膜10は、制御された形状及び配置で複数の微小孔13が形成され、本装置1において巨核球Mを培養する際に当該巨核球Mを配置する表面11を有するものであれば特に限られない。
The porous
多孔薄膜10は、例えば、基板の微細加工により形成されることとしてもよい。微細加工は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の加工技術であり、より具体的には、例えば、フォトリソグラフィである。
For example, the porous
多孔薄膜10は、例えば、エッチング等の微細加工により、基板の一部を削って厚さを減じることにより形成されたものであることとしてもよい。この場合、本装置1は、微細加工により基板の一部を削って厚さを減じることにより形成された多孔薄膜10と、当該多孔薄膜10より厚く、当該多孔薄膜10を囲む当該基板の他の一部から構成された枠部とを一体的に有する基板部を備えることとしてもよい(後述)。
The porous
多孔薄膜10を構成する材料は、特に限られず、無機材料及び/又は有機材料を使用することができる。無機材料製の多孔薄膜10は、耐熱性に優れている点で好ましい。無機材料製の多孔薄膜10は、例えば、無機材料製の基板(例えば、シリコンウェハ)の微細加工により形成される。
The material which comprises the porous
多孔薄膜10は、巨核球Mが配置される一方側の平坦な表面11と、他方側の平坦な表面12とを有することとしてもよい。また、一方側の表面11と他方側の表面12とは平行に形成されていることとしてもよい。
The porous
多孔薄膜10の厚さは、当該多孔薄膜10が、その一方の表面11における巨核球Mの配置及び培養に耐える力学的強度を有し、且つ当該巨核球Mから産生された血小板Pの微小孔13を介した微小流路30への放出を著しく妨げない範囲であれば特に限られないが、例えば、5〜40μmであることとしてもよく、5〜30μmであることとしてもよく、5〜20μmであることとしてもよい。
The thickness of the porous
例えば、多孔薄膜10の厚さが5〜20μmである場合には、当該多孔薄膜10が、巨核球Mから血小板Pが産生される生体内環境における血管壁(厚さ10μm程度)に類似した構造となり好ましい。
For example, when the thickness of the porous
複数の微小孔13は、制御された形状及び配置で形成されたものであれば特に限られない。制御された形状及び配置で形成された複数の微小孔13は、例えば、基板の微細加工により形成された複数の微小孔13であることとしてもよい。微細加工は、例えば、MEMSの加工技術であり、より具体的には、例えば、フォトリソグラフィである。
The plurality of
微小孔13は、多孔薄膜10の一方側の表面11から他方側の表面12まで貫通する孔である。また、微小孔13は、巨核球Mが通過できず血小板Pが通過できる形状及びサイズで形成されている。
The
複数の微小孔13の各々の孔径(各微小孔13の直径)は、当該微小孔13を巨核球Mが通過できず血小板Pが通過できる範囲であれば特に限られないが、例えば、2〜15μmであることとしてもよく、2〜10μmであることとしてもよく、2〜5μmであることとしてもよい。
The pore diameter of each of the plurality of micropores 13 (the diameter of each micropore 13) is not particularly limited as long as the megakaryocyte M cannot pass through the
例えば、各微小孔13の孔径が2〜5μmである場合には、成熟した巨核球が当該微小孔13を通過することを防止できるだけでなく、未成熟の巨核球が当該微小孔13を通過することも確実に防止することができる。
For example, when the pore diameter of each
複数の微小孔13の平均孔径は、当該微小孔13を巨核球Mが通過できず血小板Pが通過できる範囲であれば特に限られないが、例えば、2〜15μmであることとしてもよく、2〜10μmであることとしてもよく、2〜5μmであることとしてもよい。
The average pore diameter of the plurality of
複数の微小孔13は、例えば、孔径加工精度±10%以下で形成されていることとしてもよい。すなわち、制御された形状及び配置で形成された複数の微小孔13は、孔径加工精度±10%以下で形成された複数の微小孔13であることとしてもよい。
The plurality of minute holes 13 may be formed with, for example, a hole diameter processing accuracy of ± 10% or less. That is, the plurality of
さらに、制御された形状及び配置で形成された複数の微小孔13は、例えば、平均孔径が2〜15μmであり、孔径加工精度±10%以下で形成された複数の微小孔13であることとしてもよい。この場合、複数の微小孔13の平均孔径は、2〜10μmであることとしてもよく、2〜5μmであることとしてもよい。なお、例えば、多孔薄膜10に平均孔径が10μmの複数の微小孔13が孔径加工精度±10%で形成されている場合、当該複数の微小孔13の孔径は、9〜11μmの範囲内となる。
Further, the plurality of
複数の微小孔13の開口率は、多孔薄膜10が、その一方の表面11における巨核球Mの配置及び培養に耐える力学的強度を有し、且つ当該巨核球Mから産生された血小板Pの当該微小孔13を介した微小流路30への放出を著しく妨げない範囲であれば特に限られないが、例えば、4〜45%であることとしてもよく、4〜35%であることとしてもよく、4〜25%であることとしてもよい。
The aperture ratio of the plurality of
培養室20は、多孔薄膜10の巨核球Mが配置される表面11側に設けられ、その内部で当該巨核球Mが培養される部屋であれば特に限られない。培養室20は、例えば、その内部で巨核球Mが培養される間、多孔薄膜10の微小孔13を介して微小流路30と連通する以外は密閉される部屋である。また、多孔薄膜10の巨核球Mが配置される表面11は、培養室20の微小流路30側の内壁面を構成することとしてもよい。
The
巨核球Mの培養において、培養室20には、当該巨核球Mを含む培養液Sが収容される。すなわち、多孔薄膜10の表面11に配置された巨核球Mは、培養室20に収容された培養液S中で培養される。
In culturing the megakaryocyte M, the
微小流路30は、多孔薄膜10の巨核球Mが配置される表面11と反対側に設けられ、培養液Sが流れる流路であれば特に限られない。微小流路30内において、培養液Sは、多孔薄膜10の巨核球Mが配置される表面11と反対側の表面12と接しながら流れる。
The
微小流路30は、培養液Sの流れる方向(図1に示す矢印Xの指す方向)(以下、「流れ方向X」という。)において、少なくとも多孔薄膜10の上流端から下流端まで直線的に形成されていることとしてもよい。この場合、微小流路30の流れ方向Xにおける長さは、多孔薄膜10のそれ以上となる。このため、微小流路30内の培養液Sは、流れ方向Xにおいて、多孔薄膜10の表面12の上流端から下流端まで接触しながら流れる。
The
また、微小流路30は、多孔薄膜10の表面12に沿った方向であって、流れる方向に直交する方向(以下、「幅方向」という。)において、当該多孔薄膜10の一方端から他方端まで形成されていることとしてもよい。この場合、微小流路30の幅方向における長さ(当該微小流路30の幅)は、多孔薄膜10のそれ以上となる。このため、微小流路30内の培養液Sは、幅方向において、多孔薄膜10の表面12の一方端から他方端まで接触しながら流れる。
Further, the
このように、微小流路30が、多孔薄膜10の表面12の全体にわたって直線的に形成されることにより、当該微小流路30内において、培養液Sを当該表面12の全体と接触させながら直線的に流すことができ、その結果、当該表面12の全体に均一なシェアストレスを与えることができる。
As described above, the
微小流路30は、培養液Sを1〜100mm/秒の流速で流すことができるよう形成されていることとしてもよい。すなわち、微小流路30は、その内部を培養液Sが、1mm/秒(生体の毛細血管における血液の流速と同等の流速)〜100mm/秒(生体の静脈における血液の流速と同等の流速)で流れることができるような形状及びサイズで形成される。この場合、微小流路30内において、生体における血管内の血液流れを模した培養液S流れを形成することができる。
The
本方法においては、上述したような本装置1の培養室20内において多孔薄膜10の一方側の表面11に巨核球Mを配置する。巨核球Mの配置は、例えば、当該巨核球Mを含む培養液Sを培養室20内に入れて、当該巨核球Mを多孔薄膜10の表面11上に沈降させることにより行う。また、巨核球Mの配置は、例えば、当該巨核球Mの前駆細胞を含む培養液Sを培養室20内に入れて、当該前駆細胞を多孔薄膜10の表面11上に沈降させ、さらに当該培養室20内で当該前駆細胞を培養して当該巨核球Mに分化させることにより行うこととしてもよい。
In this method, the megakaryocyte M is arranged on the
巨核球Mの由来は、特に限られず、ヒトの巨核球であることとしてもよく、ヒト以外の動物の巨核球であることとしてもよい。また、巨核球Mは、生体から採取された血液に由来する巨核球であることとしてもよく、iPS細胞又はES細胞に由来する巨核球であることとしてもよく、株化された巨核球であることとしてもよく、株化された前駆細胞に由来する巨核球であることとしてもよい。 The origin of the megakaryocyte M is not particularly limited, and may be a human megakaryocyte, or may be a megakaryocyte of an animal other than a human. The megakaryocyte M may be a megakaryocyte derived from blood collected from a living body, or may be a megakaryocyte derived from an iPS cell or ES cell, and is a stocked megakaryocyte. It is good also as it being a megakaryocyte derived from the established progenitor cell.
次いで、本方法においては、微小流路30に培養液Sを流しながら培養室20内で巨核球Mを培養して血小板Pを産生する。具体的に、例えば、図1に示すように、多孔薄膜10の複数の微小孔13を介して微小流路30と連通する以外は密閉された培養室20内において当該多孔薄膜10の一方側の表面11に巨核球Mを配置した状態で、当該微小流路30の上流端から下流端まで、培養液Sを当該多孔薄膜10の他方側の表面12と接触させながら流すことにより、当該培養室20内で当該巨核球Mを培養するとともに、当該巨核球Mから血小板Pを産生する。
Next, in this method, the megakaryocyte M is cultured in the
ここで、微小流路30に培養液Sを流すことにより、多孔薄膜10の複数の微小孔13を介して、当該多孔薄膜10の当該微小流路30と反対側の表面11に配置された巨核球Mに対して、血小板Pの産生を促進するシェアストレスを与えることができる。
Here, by flowing the culture medium S through the
特に、上述のとおり、多孔薄膜10が平坦な表面11,12を有し、微小流路30が当該多孔薄膜10の全体に沿って直線的に形成されている場合には、当該多孔薄膜10の全体に分散された巨核球Mに均一なシェアストレスを与えることができる。
In particular, as described above, when the porous
微小流路30内における培養液Sの流速は、巨核球Mに血小板Pの産生を促進するシェアストレスを与えることができ、且つ当該血小板Pの回収を著しく妨げない範囲であれば特に限られないが、例えば、当該微小流路30に1〜100mm/秒の流速で培養液Sを流すこととしてもよい。
The flow rate of the culture medium S in the
この場合、微小流路30における培養液Sの流速を、生体の毛細血管における血液の流速と同等の1mm/秒から、生体の静脈における血液の流速と同等の100mm/秒までの範囲とすることにより、当該微小流路30内において、生体における血管内の血液流れを模した培養液S流れを形成し、巨核球Mからの血小板Pの産生を効果的に促進することができる。
In this case, the flow rate of the culture solution S in the
また、微小流路30における培養液Sの流速は、本装置1内における血小板Pの産生速度と当該培養液Sの流量とに基づき算出される当該培養液S中の当該血小板Pの濃度が、当該血小板Pの回収に支障のない範囲となるよう決定することとしてもよい。
The flow rate of the culture medium S in the
そして、本方法においては、多孔薄膜10の表面11上で巨核球Mを培養することにより、当該巨核球Mから血小板Pを産生する。すなわち、巨核球Mは、多孔薄膜10の表面11上において、その細胞質の一部を突起状に変形させ、その後、当該巨核球Mに形成された突起の先端がちぎれて、血小板Pとして培養液S中に放出される。
In this method, platelets P are produced from the megakaryocytes M by culturing the megakaryocytes M on the
なお、巨核球Mの培養に使用される培養液Sは、当該培養液S中で巨核球Mから血小板Pを産生できる溶液であれば特に限られない。また、微小流路30に培養液Sを流す方法は、特に限られず、例えば、本装置1は、当該微小流路30に当該培養液Sを流すための推進力を発生させる送液部を備えることとしてもよい。送液部は、例えば、培養液Sを圧送するためのポンプであることとしてもよい。
The culture solution S used for culturing the megakaryocyte M is not particularly limited as long as it is a solution capable of producing platelets P from the megakaryocyte M in the culture solution S. The method for flowing the culture solution S through the
また、本装置1は、例えば、微小流路30の上流端に接続され当該微小流路30に培養液Sを流入させるための上流流路部と、当該微小流路30の下流端に接続され当該微小流路30から当該培養液S(例えば、血小板Pを含む培養液S)を流出させるための下流流路部とを備えることとしてもよい。上流流路部及び下流流路部は、例えば、樹脂製のチューブであることとしてもよい。
In addition, the
また、本装置1は、例えば、上流流路部の上流端に接続され、微小流路30に流入させる培養液Sを収容した上流容器部と、下流流路部の下流端に接続され、当該微小流路30から流出する当該培養液S(例えば、血小板Pを含む培養液S)を収容する下流容器部とを備えることとしてもよい。上流容器部及び下流容器部は、例えば、樹脂製又はガラス製の容器であることとしてもよい。
Further, the
そして、本方法においては、巨核球Mから多孔薄膜10の微小孔13を介して微小流路30内の培養液S中に放出された血小板Pを回収する。すなわち、巨核球Mは、微小孔13が開口する多孔薄膜10の表面11に配置され、当該微小孔13は血小板Pが通過できる形状及びサイズで形成されているため、当該表面11に配置された巨核球Mから産生された血小板Pは、当該微小孔13を介して微小流路30内を流れる培養液S中に放出される。
In this method, the platelets P released from the megakaryocytes M into the culture solution S in the
なお、血小板Pの微小孔13を介した放出は、培養室20内又は多孔薄膜10の微小孔13内で産生された血小板Pが当該微小孔13を通過して微小流路30に放出されることであることとしてもよく、及び/又は当該微小孔13を介して微小流路30内に突出した巨核球Mの細胞質の一部から血小板Pが放出されることであることとしてもよい。
Note that the release of platelets P through the
微小流路30内を流れる培養液S中に放出された血小板Pは、当該微小流路30の流れ方向Xにおける下流端から回収する。すなわち、巨核球Mから産生された血小板Pを含む培養液Sを微小流路30の下流端から回収することにより、当該血小板Pを回収する。
The platelets P released into the culture medium S flowing in the
上述した本装置1及び本方法によれば、体外において巨核球Mから血小板Pを効果的に大量産生することができる。すなわち、制御された形状及び配置で複数の微小孔13が形成された多孔薄膜10を使用することにより、当該多孔薄膜10の一方側の表面11への巨核球Mの配置を直接的に制御し、且つ、微小流路30において当該多孔薄膜10の他方側の表面12と接触させながら培養液Sを流すことにより、適切に配置された当該巨核球Mにシェアストレスを効果的に与えて、血小板Pを効率よく産生することができる。
According to the
例えば、基板の微細加工により平均孔径2〜15μmの複数の微小孔13が孔径加工精度±10%以下及び開口率4〜45%で形成された厚さ5〜40μmの多孔薄膜10と、当該多孔薄膜10の一方側に設けられた培養室20と、当該多孔薄膜10の他方側に設けられた微小流路30とを備える本装置1を使用して、当該培養室20内において当該多孔薄膜の当該一方側の表面11に巨核球Mを配置し、当該微小流路30に培養液Sを流しながら当該培養室20内で当該巨核球Mを培養する場合には、当該巨核球Mにシェアストレスを効果的に与えながら効率よく血小板Pを産生し、当該微小孔13を介して当該微小流路30内の当該培養液S中に放出された当該血小板Pを効率よく回収することができる。
For example, a porous
この場合、複数の微小孔13の平均孔径は、2〜10μmであることとしてもよく、2〜5μmであることとしてもよい。また、複数の微小孔13の開口率は、4〜35%であることとしてもよく、4〜25%であることとしてもよい。また、多孔薄膜10の厚さは、5〜30μmであることとしてもよく、5〜20μmであることとしてもよい。
In this case, the average pore diameter of the plurality of
また、例えば、iPS細胞から誘導した巨核球M又は巨核球Mの前駆細胞(例えば、造血前駆細胞)を予め凍結保存しておき、当該巨核球M又は前駆細胞を任意のタイミングで解凍し、そのまま本装置1内で培養することにより、生体外において血小板Pを短期間で大量に産生することができる。したがって、本装置1及び本方法によれば、生体外において、巨核球Mから血小板Pを工業的に大量産生することも期待できる。
In addition, for example, megakaryocytes M derived from iPS cells or megakaryocyte M progenitor cells (for example, hematopoietic progenitor cells) are cryopreserved in advance, and the megakaryocytes M or progenitor cells are thawed at an arbitrary timing and left as they are. By culturing in the
また、本装置1は、多孔薄膜10近傍の温度を制御する温度制御部をさらに備えることとしてもよい。この温度制御部は、例えば、多孔薄膜10近傍の温度を30〜40℃に制御することとしてもよい。
In addition, the
温度制御部は、多孔薄膜10近傍の温度を制御するものであれば特に限られない。すなわち、多孔薄膜近傍の温度を制御する温度制御部は、例えば、本装置1の培養室20内の培養液S及び/又は微小流路30内の培養液Sの温度を制御する温度制御部であることとしてもよい。
The temperature control unit is not particularly limited as long as it controls the temperature in the vicinity of the porous
具体的に、温度制御部は、例えば、本装置1の培養室20に収容されている培養液S及び/又は微小流路30を流れる培養液Sの温度を測定する温度センサー(例えば、熱電対を含む温度センサー)と、当該温度センサーによる温度測定結果に基づき当該培養液Sを加熱するヒーターとを有することとしてもよい。この場合、温度制御部は、本装置1の培養室20内の培養液S及び/又は微小流路30内の培養液Sの温度を、巨核球Mからの血小板Pの産生に適した所定の温度範囲内に維持することができる。この温度範囲は、例えば、30〜40℃であることとしてもよい。
Specifically, the temperature control unit is, for example, a temperature sensor (for example, a thermocouple) that measures the temperature of the culture solution S stored in the
また、温度センサーは、例えば、その検出部(例えば、当該温度センサーの先端部)が培養室20内の培養液S中に浸漬されるよう設けられることとしてもよい。この場合、例えば、巨核球Mの培養中において、その検出部が培養室20内の培養液S中に浸漬されることにより、当該巨核球Mが浸漬されている当該培養液Sの温度を迅速且つ正確に測定することができる。本装置1が上述のような温度制御部を備えることにより、巨核球Mを血小板Pの産生に適した温度で確実に安定して培養することができる。
In addition, the temperature sensor may be provided so that, for example, the detection unit (for example, the tip of the temperature sensor) is immersed in the culture solution S in the
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples according to the present embodiment will be described.
[血小板産生流路装置の製造]
本実施例では、MEMSの加工技術を用いて、血小板産生流路装置として、図2A及び図2Bに示すような本装置1を製造した。図2Aには、本装置1の断面を示し、図2Bには、本装置1を平面視で示す。なお、図2Bでは、本装置1の培養室20の上方の開口部を塞ぐ蓋部23を取り外した状態を示している。
[Manufacture of platelet production channel device]
In this example, this
本実施例では、図3に示すように、後述する基板の微細加工により、当該基板の一部に複数の微小孔13を形成するとともに、当該一部を削って厚さを減じることにより形成された多孔薄膜10と、当該多孔薄膜10を囲む当該基板の他の一部である枠部14とを一体的に有する基板部40を製造した。基板100としては、Si製のウェハを用い、当該基板100の中央の矩形範囲(2mm×2mm)に、厚さが10μmの多孔薄膜10を形成した。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, a plurality of
多孔薄膜10においては、平均孔径が4μmである複数の微小孔13を、孔径加工精度±10%以下で、一定の孔間距離(隣接する2つの微小孔13のうち一方の微小孔13の中心と他方の微小孔の中心との距離)9μmにて規則的に配置されるよう形成した。
In the porous
複数の微小孔13の規則的な配置は、図4Aに示すようなハニカム配置とした。なお、複数の微小孔13の配置は、例えば、図4Bに示すように、基板を構成するSiの結晶軸方向に直近の微小孔13が配置されないようなシフトタイプの配置等、リソグラフィ/エッチング加工技術による制御された意図的な配置であれば特に限られない。
The regular arrangement of the plurality of
図5A〜図5Lには、無機材料製の基板100の微細加工による多孔薄膜10の形成に含まれる工程を示す。基板100としては、シリコンウェハの一種である、一般的なSOI(Silicon on Insulater)ウェハを使用した。
5A to 5L show steps included in the formation of the porous
この基板100は、図5Aに示すように、Si基板101上に積層されたBOX(Buried Oxide)層102及びSOI層103を有していた。以下、図5B〜図5Kについては、基板100のうち、図5Aに示す一点鎖線Vで囲まれた部分に着目して説明する。
As shown in FIG. 5A, the
まず、図5Bに示すように、基板100の表面100a(SOI層103の表面)に塗布したレジスト110に、複数の微小孔13の配置パターン(図4Aに示す配置)を露光して形成した。
First, as shown in FIG. 5B, the resist 110 applied to the
次いで、図5Cに示すように、形成された配置パターンに従い、SOI層103をドライエッチングした。ドライエッチングは、SF6及びC4F8を用いる一般的なBoschプロセスによる誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(ICP−RIE)により行った。
Next, as shown in FIG. 5C, the
エッチング後、図5Dに示すように、レジスト剥離液等を用いて、レジスト110を除去した。レジスト除去後、図5Eに示すように、プラズマCVD法(300℃程度のSiH4、N2Oガスを用いる一般的なRFプラズマCVD法)により、ハードマスク120として、基板100の表面全体を被覆する厚さ3μm程度のSiO2膜を形成した。さらに、図5Fに示すように、SOI層103側のハードマスク120上に、保護膜として、レジスト111を塗布した。
After the etching, as shown in FIG. 5D, the resist 110 was removed using a resist stripping solution or the like. After removing the resist, as shown in FIG. 5E, the entire surface of the
そして、図5Gに示すように、基板100を上下反転させて、当該基板100の裏面100b(図5A参照)側のハードマスク120上に、レジスト112を塗布した。その後、このレジスト112に、最終的に矩形の多孔薄膜10(2mm×2mm)が形成されるよう露光して、当該矩形に対応する、Si基板101の厚さを見込んだサイズの矩形の溝を形成した。
Then, as shown in FIG. 5G, the
次いで、図5Hに示すように、上記溝の形状に従い、HF水(フッ化水素水)等を用いて、ハードマスク120であるSiO2膜をエッチングした。エッチング後、図5Iに示すように、レジスト剥離液等を用いて、レジスト112を除去した。
Next, as shown in FIG. 5H, the SiO 2 film as the
レジスト除去後、図5Jに示すように、上記溝の形状に従い、Si基板101を、BOX層102で止まるように、ウェットエッチングした。ウェットエッチングは、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)やKOH(水酸化カリウム)を用いる一般的なシリコンウェットエッチングプロセスにより行った。
After the resist removal, as shown in FIG. 5J, the
さらに、図5Kに示すように、多孔薄膜10を形成する矩形範囲において、BOX層102及びハードマスク120(SiO2膜)をHF水等を用いたウェットエッチングにより除去した。その結果、図5Kに示すように、複数の微小孔13が規則的な配置で形成された多孔薄膜10を得た。
Further, as shown in FIG. 5K, the
最後に、図5Lに示すように、ダイシングにより、基板100から、多孔薄膜10及び枠部14を一体的に有するSiチップである基板部40(図3参照)を切り出した。なお、図5Lにおいて一点鎖線Vで囲む部分が、1つの基板部40に相当する。
Finally, as shown in FIG. 5L, a substrate portion 40 (see FIG. 3), which is a Si chip integrally including the porous
微小流路30は、孔及び溝が形成された複数枚の石英チップを積層することにより形成した。微小流路30は、流れ方向Xの長さ2mm超、幅(幅方向の長さ)2mm、高さ0.3mmの直線状に形成された。すなわち、微小流路30は、図2A及び図2Bに示すように、その内部を培養液Sが多孔薄膜10の表面12の全体と接触しながら直線的に流れるよう形成された。なお、微小流路30の形成には、石英に代えて、ホウケイ酸ガラス等の他の材料を用いることとしてもよい。
The
さらに、図2Aに示すように、多孔薄膜10に対応する位置に貫通穴が形成された金属製の上ホルダー21を、当該多孔薄膜10を有する基板部40に積層することにより、培養室20を形成した。なお、培養室20内で巨核球Mを培養する際には、図2Aに示すように、上ホルダー21の貫通穴の上方の開口部は、蓋部23で塞いだ。
Further, as shown in FIG. 2A, the
また、微小流路30の下方側には、当該微小流路30の上流端及び下流端のそれぞれの開口に対応する位置に貫通穴が形成された金属製の下ホルダー22を積層した。そして、図2A及び図2Bに示すように、多孔薄膜10を有する基板部40と微小流路30とを挟む上ホルダー21と下ホルダー22とを固定具50(ボルト及びナット)で固定した。積層した部品の間(例えば、基板部40及び微小流路30と上ホルダー21との間、当該微小流路30と下ホルダー22との間)には、シーリング材(Oリング)を配置することにより、液漏れを防止した。
Further, on the lower side of the
また、微小流路30の上流端には、下ホルダー22を介して、図示しないシリコンチューブを上流流路部として接続した。さらに、上流流路部の上流端には、微小流路30に流入させる新鮮な培養液Sが収容された図示しないガラス瓶を上流容器部として接続した。
In addition, a silicon tube (not shown) was connected to the upstream end of the
一方、微小流路30の下流端には、下ホルダー22を介して、図示しないシリコンチューブを下流流路部として接続した。さらに、下流流路部の下流端には、微小流路30から回収された培養液Sを収容するための図示しないガラス瓶を下流容器部として接続した。また、シリコンチューブには、送液部として、培養液Sを圧送するためのシリンジポンプを接続した。
On the other hand, a silicon tube (not shown) was connected to the downstream end of the
[血小板の産生]
iPS細胞から誘導した巨核球Mを含む培養液Sを培養室20に注入し、当該培養液S中で当該巨核球Mを沈降させることにより、当該巨核球Mを多孔薄膜10の表面11に配置した。培養液Sとしては、0.1%のBSA(Bovine Serum Albumin)が添加されたHepes−Tyrode液を用いた。
[Production of platelets]
A culture solution S containing megakaryocytes M derived from iPS cells is injected into the
次いで、送液部を作動させて、上流流路部を介して培養液Sを微小流路30に流入させるとともに、下流流路部を介して当該培養液Sを当該微小流路30から流出させることにより、当該微小流路30に培養液Sを流しながら培養室20内で巨核球Mの培養を開始した。
Next, the liquid feeding unit is operated to cause the culture solution S to flow into the
培養液Sの流量は380μL/分とした。この結果、微小流路30内の培養液Sの流速は、約10mm/秒となった。そして、微小流路30に培養液Sを8時間流し続け、当該微小流路30から流出してくる培養液Sを下流容器部に回収した。また、比較例として、iPS細胞から誘導した巨核球Mを含む50mLの培養液Sを樹脂製のシャーレ内に入れて、当該巨核球Mを8時間静置培養した。
The flow rate of the culture solution S was 380 μL / min. As a result, the flow rate of the culture solution S in the
図6には、予め蛍光色素で染色された巨核球Mを、多孔薄膜10の一方側の表面11に配置し、当該多孔薄膜10の他方側から蛍光顕微鏡で観察した結果の一例を示す。図6に示すように、蛍光染色され、多孔薄膜10の表面11に配置された巨核球Mが、微小孔13を通して観察された。
FIG. 6 shows an example of the result of placing megakaryocytes M prestained with a fluorescent dye on the
図7には、本装置1を用いた本方法により巨核球Mから血小板Pを産生した実施例と、シャーレ内において巨核球Mから血小板Pを産生した比較例とについて、培養条件(培養細胞、培養液、回収された培養液量、培養時間及び培養温度)と、血小板Pの産生量を評価した結果とを示す。
FIG. 7 shows the culture conditions (cultured cells, culture cells, and examples) in which platelet P was produced from megakaryocytes M by the present method using this
血小板Pの産生量は、実施例及び比較例のそれぞれについて、培養された巨核球Mの数に対する、回収された血小板Pの数の比率を算出し、さらに、当該比較例の当該比率を「1」とした場合における、当該実施例の当該比率を算出することにより評価した。 The amount of platelet P produced was calculated by calculating the ratio of the number of collected platelets P to the number of cultured megakaryocytes M for each of the examples and comparative examples, and further calculating the ratio of the comparative example as “1”. In this case, the ratio was evaluated by calculating the ratio.
その結果、図7に示すように、実施例においては、比較例の86倍もの数の血小板Pを産生することができた。すなわち、本装置1を用いた本方法によれば、生体外における巨核球Mからの血小板Pの産生を顕著に促進し、当該血小板Pを大量産生できることが確認された。
As a result, as shown in FIG. 7, in the example, 86 times as many platelets P as the comparative example could be produced. That is, according to this method using this
図8には、本装置1の他の例を示す。図8に示す例において、本装置1は、培養室20内の培養液S及び/又は微小流路30内の培養液Sの温度を制御する温度制御部を備え、当該温度制御部は、当該培養室20内の培養液Sの温度を測定する温度センサー60(例えば、熱電対)と、当該温度センサー60による温度測定結果に基づいて培養液Sを加熱するヒーターとを備えている。
FIG. 8 shows another example of the
この温度センサー60は、その先端の検出部が培養室20内に突出し、当該培養室20内で巨核球Mを含む培養液Sに浸漬されるよう設けられているため、当該培養液Sの温度を正確且つ迅速に測定することができる。
Since the
そして、温度制御部は、温度センサー60による温度測定結果に基づき、必要に応じて、微小流路30に流入する培養液Sを図示しないヒーターで加熱することにより、培養室20内の培養液Sの温度を、巨核球Mからの血小板Pの産生に適した所定の温度範囲(例えば、30〜40℃)に維持する。
Then, the temperature control unit heats the culture solution S flowing into the
1 血小板産生流路装置、10 多孔薄膜、11 一方側の表面、12 他方側の表面、13 微小孔、14 枠部、20 培養室、21 上ホルダー、22 下ホルダー、23 蓋部、30 微小流路、40 基板部、50 固定具、60 温度センサー、100 基板、100a 表面、100b 裏面、101 Si基板、102 BOX層、103 SOI層、110,111,112 レジスト、120 ハードマスク、M 巨核球、P 血小板、S 培養液。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記多孔薄膜の前記一方側に設けられ、前記巨核球が培養される培養室と、
前記多孔薄膜の他方側に設けられ、前記培養室内で前記巨核球が培養される間、培養液が流れる微小流路と、
を備える
ことを特徴とする血小板産生流路装置。 A porous thin film in which a plurality of micropores are formed in a controlled shape and arrangement, and megakaryocytes are arranged on the surface on one side thereof;
A culture chamber provided on the one side of the porous thin film in which the megakaryocytes are cultured;
A microchannel provided on the other side of the porous thin film, through which a culture solution flows while the megakaryocytes are cultured in the culture chamber;
A platelet production channel device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to claim 1, wherein each of the plurality of micropores has a pore diameter of 2 to 15 µm.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to claim 1 or 2, wherein an average pore diameter of the plurality of micropores is 2 to 15 µm.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of micropores are formed with a hole diameter processing accuracy of ± 10% or less.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous thin film has a thickness of 5 to 40 µm.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to any one of claims 1 to 5, wherein an opening ratio of the plurality of micropores is 4 to 45%.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to any one of claims 1 to 6, wherein the microchannel is formed so that the culture solution can flow at a flow rate of 1 to 100 mm / sec.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a temperature control unit that controls a temperature in the vicinity of the porous thin film.
ことを特徴とする請求項8に記載の血小板産生流路装置。 The platelet production channel device according to claim 8, wherein the temperature control unit controls the temperature to 30 to 40 ° C.
前記培養室内において前記多孔薄膜の前記一方側の表面に巨核球を配置すること、
前記微小流路に培養液を流しながら前記培養室内で前記巨核球を培養して血小板を産生すること、及び
前記微小孔を介して前記微小流路内の前記培養液中に放出された前記血小板を回収すること、
を含む
ことを特徴とする血小板産生方法。 A porous thin film having a plurality of micropores formed in a controlled shape and arrangement, a culture chamber provided on one side of the porous thin film, and a microchannel provided on the other side of the porous thin film Preparing a platelet production channel device,
Arranging a megakaryocyte on the surface of the one side of the porous thin film in the culture chamber;
Culturing the megakaryocyte in the culture chamber while flowing a culture solution in the microchannel to produce platelets; and the platelets released into the culture solution in the microchannel through the micropores Collecting,
A method for producing platelets, comprising:
ことを特徴とする請求項10に記載の血小板産生方法。 The method for producing platelets according to claim 10, wherein the culture solution is caused to flow through the microchannel at a flow rate of 1 to 100 mm / sec.
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